干货 | 5G网络如何应用于智慧医疗?_月林堂,无创轻柔正骨

2020-12-30 作者 elbert

原标题:干货 | 5G网络如何应用于智慧医疗?

00 引 言

当前在以5G ( 5th-Generation,第五代移动通 信技术)为代表的云计算、物联网、大数据、人工 智能等新技术的驱动下,人类社会进入万物互联的 全连接的智能时代,智能社会正在影响每个人、每 个家庭、每个组织。特别对医疗行业,如何借助5G,同时整合人 工智能成果和大数据智慧,为医疗健康产业的发展 增加活力,让高质量的医疗护理服务于广大百姓, 成为各级医疗机构面临的首要问题。

河北省人民医院率先采用智慧医疗系统:即利 用4G(4th-Generation,第四代移动通信技术)及 VPDN ( Virtual Private Dial-up Networks,虚拟专用拨 号网)加密网卡将移动床旁车拍摄的影像资料实时 回传回 PACS ( Picture Archiving and Communication Systems,影像归档及通信系统系统),无需将床旁 车推回影像科利用有线进行传输。

图片来源:图虫创意

PACS即影像归档及通信系统。它是应用在医 院影像科室的系统,将日常产生的各种医学影像(包 括核磁共振,CT,超声波,各种X光机,各种红外仪器、 显微仪等设备产生的各类图像)通过各种接口(模拟, DICOM,网络)以大数据、数据化的方式海量保存 起来,当需要的时候可通过授权,随时调回使用, 同时增加部分辅助诊断和医疗管理功能。

目前,河北电信已完成河北省人民医院5G基 站安装与调测,为满足智慧医疗更快速度、更短 时延、更高效率、更高要求,最终制定人民医院 融合5G网络的智慧医疗MEC ( Multi-access Edge Computing,多接入边缘计算)业务组网方案。

医疗设备通过智能终端连接5G网络,实时采 集病人信息,如血压、体温、脉搏等数据,将数据 及时传送到医院,医生通过显示屏远程查看病人情 况,并且根据不同病症,提前通知医院准备医疗设 备和人员。

5G网络提供超大带宽、超低时延的网络能力, 从而保障病人信息的及时传送,抓住黄金抢救时间, 提高救治几率。

01 现状描述

1.1 河北省人民医院4G-VPDN方案

VPDN采用专用的网络加密通信协议在公共网 络上为企业建立安全的虚拟专网,人民医院各病区 移动床旁车可从远程经由公共网络通过虚拟加密隧 道实现和单位总部之间的网络连接,而公共网络上 其它用户则无法穿过虚拟隧道访问单位内部网的资 源,河北省人民医院VPDN智慧医疗系统组网如图1所示。

实现VPDN业务的主要步骤:

身份认证:通常使用用户域名做身份认证,企 业需要在运营商处登记域名和账号。用户拨号时, 输入企业的域名后,运营商的服务器根据域名和 账号确认该用户是否为VPDN用户。如果是VPDN 用户,则找到企业的LNS ( L2TP Network Server, L2TP网络服务器),建立隧道,并由LNS完成用 户的身份认证。

图1 河北省人民医院VPDN智慧医疗系统组网

建立 L2TP ( Layer Two Tunneling Protocol, 第二 层隧道协议)协议设置的隧道:此种接入方式通过 CN2 ( ChinaNetNextCarryingNetwork,中国电信下一 代承载网)电路连接中国电信无线核心网设备及医 院传输设备,并通过医院本地的LNS路由器接入到 医院内网,在路由器外侧防火墙进行相关安全策略 的网络配置。

1.2  VPDN方案短板

移动查房:医用推车、PDA ( Personal Digital Assistant,个人数字助手)等移动护理,存在病房 查房过程中业务中断情况。

医疗资产设备管理容量受限:医疗资产设备接 入智慧医疗系统不仅能定位追踪,防止丢失,而且 便于管理,但接入设备数量受限。

扩展性稍差,不能与最新的物联网技术设备相 兼容。不能够有效融合其它医疗业务,如电子白板、 取号机等。

02 融合5G网络的智慧医疗MEC方案

2.1  5G网络优势

5G不仅仅是4G的升级,更是通信技术质的飞跃:通信速率:峰值通信速率可达到10 Gbit/s,提升20倍以上。

延迟:无线时延小于5ms,提升了 10倍以上。可连接数:强化IoT应用,可连接数提升 10-100 倍。移动数据量:5G超大带宽,移动数据量将提 升100倍。连接密度:每平方公里100万,提升1。倍囹。

5G连接成为医疗健康行业的最佳服务基础设 施。同时5G连接的部署应用将带来四个革命性变 化:连接平台化、万物在线化、全云化、万物即插即慧。

连接平台化,即5G无线接入网将超越管道的 角色,成为一个广泛存在的平台。管道是有瓶颈的, 而平台是无限延伸的。

万物在线化,即万物默认在线,相对于目前大 部分电子设备“默认是离线的,并且彼此之间并不 连接”的情况,5G的目标是,未来,离线将成为 一件很困难的事。

全云化是一个水到渠成的事。集中的云平台和 部署在本地的边缘计算结合在一起,这意味着,计 算不再分本地和云端,结合AI芯片的发展,AI可 以嵌入到终端、边缘、云端等各种医疗设备中去, 为医疗健康产业的发展带来无限潜力。

从即插即用到即插即慧,主要指终端,5G技 术将重新定义网络终端,人们将看到形式各异的终 端涌现,这将颠覆现有电子设备。基于云技术、5G 网络和终端芯片的紧密协同,更多沉睡的终端将被 最终唤醒。

2.2 智慧医疗5G融合方案第一阶段

对现有查房车等医护终端设备进行5G化 改造,查房车上装备5G CPE ( Customer Premise Equipment,客户前置设备),医疗设备通过CPE 连接5G网络。5G核心网通过电信专线,完成和省人民医院 的路由联通,保障数据安全的同时,可以提供更良 好的服务质量,如图2所示。

图2 河北省人民医院MEC智慧医疗系统组网第一阶段

CPE与查房车连接方式分为网线直连、WIFI 直连、无线网卡连接WIFI等方式。

2.3 智慧医疗5G融合方案第二阶段

新建MEC设备,汇聚所有医院园区的基站流量。MEC根据本地分流特性,将本地业务流量在近 端进行卸载,将普通用户的数据业务转发到核心网 进行处理。由于MEC可以在近端直接和服务器对接,无 需再经过核心网迂回,因此业务质量更好,同时业 务安全性更高,部分安全设备可以缩减部署,如图3所示。

图3河北省人民医院MEC智慧医疗系统组网第二阶段

2.4 智慧医疗5G融合方案第三阶段

查房车使用特殊智能终端MIFI(D(聰e),医护 终端使用CPE或者支持5G网络的终端,如图4所示。

图4河北省人民医院MEC智慧医疗系统组网第三阶段

2.5  5G融合方案应用场景

河北省人民医院结合医疗业务特征,可将5G 融合智慧医疗应用归纳为三类:

第一类:基于无线采集的医疗监测与实时护理 类应用,如无线智能监护、移动智能护理和病患实 时位置釆集与监测、无线监控输液等,如图5所示。

图5基于无线采集的医疗监测与实时护理类应用

第二类:基于图像与视频交互的医疗实时诊断 和指导类应用,如实时数据共享、医疗远程查房、 远程实时会诊、实时应急救援指导、无线手术示教 和无线专科实时诊断等,如图6所示。

图6基于图像与视频交互的医疗实时诊断和指导类应用

第三类:基于实时视频及力学反馈的远程操控 类应用,如远程超声检查、内窥镜远程检查和远程 机器人实时手术,如图7所示。

图7基于实时视频及力学反馈的远程操控类应用

这三类无线应用场景对网络的时延及网速要求 各有不同,5G网络能完美解决各类场景的需求, 具体要求如图8所示。

图8无线应用场景对网络的时延及网速要求

2.6 融合5G覆盖部署

河北省人民医院智慧医疗5G融合方案陆续实 施完毕,以河北省人民医院的住院部9层中区(肝 胆外科)为例,5G设备安装部署图示如图9所示(共 计布放安装5G模块8个)。

5G-RSRP测试覆盖良好,结果如图10所示

5G-SINR测试覆盖良好,结果如图11所示c

图9河北省人民医院9楼5G数字化室分安装设计图

图10 5G-RSRP测试轨迹

图11 5G-SINR测试轨迹

河北省人民医院住院部已经完成了 5G网络全 覆盖,测试指标均满足各类医疗业务应用需求。

03融合5G效果对比

融合5G网络后,河北省人民医院采用MEC方 案进行应用更新,现场测试数据对比如图12所示。

图12河北省人民医院方案升级前后对比

河北省人民医院智慧医疗MEC方案升级前后应用扩展性对比:

4G-VPDN方案目前可支持业务类型:移动查 房车、床旁车、语音视频+医疗图像与音频。

5G-MEC方案升级后业务类型增强,可满足极 低时延的业务需求,如:AI医疗、VR+医疗视频+ 触觉力反馈、远程B超、急救车辅助等。

04智慧医疗融合5G发展前瞻

5G最新技术在智能医疗领域的应用潜力无比 巨大,不仅能帮助医院实现对设备的智能化管理, 而且也能实现对病患者的智能化医疗,支持医疗机 构内部的医疗数据、药品、人员、设备及管理的全 流程数字化,实现管理标准化、流程数字化、信息 数字化、医疗流程化、服务人性化,进而解决医疗 平台支撑薄弱、医疗安全所含隐患、医疗服务水平 较低等问题。

利用5G技术创建“智慧医疗”服务平台及体系, 可为医疗领域带来更大便利,如图13所示。

图13 5G网络能力与医患收益关系

首先可以将现有的医疗设备无线化,进而大大 降低医疗费用负担。其次是通过5G等信息化手段实现远程实时医疗 和自助互动医疗,利于缓解医疗资源等紧缺的压力。再次是数字化信息在医疗机构及卫生领域各参 与主体间互享互通,有利于医疗信息完备共享。最终将更有利于我国医疗服务产业的现代化、 智能化,进而利于提升医疗行业服务整体水平。

在未来,当5G技术及智能元素融入整个医疗行业,智慧医疗信息系统必将以前所未有的速度开 始演化,进而对医疗卫生服务行业,乃至整个全人 类的健康产生更加积极而重大影响。返回搜狐,查看更多


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