5G技术在医疗器械中的应用

顾云峰

1.上海中兴软件有限责任公司；2.中兴通讯股份有限公司

无线通信技术在医疗器械中已得到广泛的应用，为医疗器械智能化提供通信接口。第5代通信技术标准已经确立，正处于产业应用发展的初期。本文从5G技术的特点出发，结合智慧医疗的需求，探讨分析5G技术在医疗器械行业中的应用方向，以期为产业发展提供参考。

随着人工智能、物联网、大数据、云计算等技术不断融入医疗行业，信息数据在患者、医生、医疗机构、医疗设备之间交互，医疗服务逐步走向智能化。智慧医疗建设，就是要充分运用新技术，提升医疗应用水平和效率，改善患者的就医体验，提高医疗服务质量。

现阶段5G技术无疑是最先进的新一代移动通信技术。从传统的通讯功能，渗透到行业应用，是5G应用的最大特点。5G医疗健康是指以第五代移动通信技术为技术依托，发挥医用的医疗水平优势，在疾病诊断和治疗等方面提供远程化医疗服务，促进医疗水平。现阶段利用5G的技术优势，结合医疗设备的应用场景，发展医疗器械产业，赋能智慧医疗，是5G在医疗器械行业的有效应用。本文从医疗器械中的无线技术出发，结合5G的技术特点，初步探讨5G技术在医疗器械中的应用。

1 现有医疗器械中运用的无线技术

随着无线传输技术的发展和医疗便捷化的需要，无线技术已经应用到医疗领域，使得医疗更加方便与快捷。无线技术在国外医疗行业应用已经非常广泛[1]。无线技术在医疗器械行业中的应用，发挥了无线通信技术的“无线”的特点，突破了传统有线传输数据的空间限制，提升了医疗器械数据传输的便利性。

目前成熟的无线通信技术有很多种，医疗器械的使用场景和技术要求决定了无线技术的选择，考虑的技术参数包括功率、速率、功耗、容量、安全性等。如管理医疗设备需要考虑无线技术的最大容量，确保所有的医疗器械都能接入；影像医疗器械需要无线影像数据传输就要考虑无线技术的速率和时延，确保高质量画面传输的质量和实时性；运用在便捷式的移动医疗设备中就要考虑功耗，保证不影响医疗设备的待机时间。目前采用较多的为微功率短距离通讯技术，包括蓝牙、近场通信、紫蜂技术等技术。这些短距离通信无线技术结合各种医疗器械应用，比如采用UWB的无线心电记录仪、基于ZigBee的无线内窥镜，基于NFC的医疗设备管理等，实现了如体征监测、病房监护、医疗设备管理等应用。适合长距离广覆盖的蜂窝通信在远程医疗中也得到了应用。目前在医疗器械中常用的无线技术如表1所示：

表1 医疗器械中的无线技术Tab.1 Wireless technology in medical equipment

2 5G技术现状

2.1 标准发展

目前通讯标准是由3GPP（3rd Generation Partnership Project）制定。3GPP是全球性的通讯技术标准制定组织，由众多会员组成。5G技术的第一版标准R15在2018年冻结，通过多个技术变革解决增强移动宽带，大幅度提升速率。第二版本R16于2020年冻结，重点解决uRLLC（ultra-Reliable and Low Latency Communications）和mMTC（massive Machine Type Communications）场景，满足5G在垂直行业应用需要。根据3GPP技术标准规划，后续版本R17于2020年启动研究，解决完成5G发展过程的问题。

2.2 我国5G产业发展

2019年6月6日，工信部向中国移动、中国电信、中国联通、中国广电颁发了四张5G商用牌照，我国正式从4G进入5G时代。

国家在建设5G网络基础设施的同时，也在积极推动5G应用的发展。2019年11月工信部印发了《关于印发“5G+工业互联网”512工程推进方案的通知》，在工业互联网积极推动5G应用融合，确定了我国“5G+工业互联网”的发展目标。2020年3月，工信部印发《关于推动5G加快发展的通知》，提出在5G网络建设同时，还需要继续增强5G研发投入力度，建设更多的应用场景。

5G建设已经成为新基建的重要领域，支撑经济社会向智能化、网络化、数字化转型，在促进消费投资、扩大就业机会、创造新型应用等方面潜力巨大。在疫情防控期间，5G在医疗行业进行了多项应用实践，包括5G+远程会诊、5G+测量体温等，在疫情防控中发挥了积极的作用。

3 5G与医疗器械密切相关的技术特点

国际电信联盟在发展之初就设计确定了5G在未来的三大应用场景，eMBB（enhanced Mobile Broadband）、uRLLC和mMTC。为了满足三大场景需要，5G采用了新的空口技术[2]。根据5G应用场景，整个行业研究促进相关技术发展，完善5G技术规范满足场景应用要求。

eMBB即增强移动宽带，在现有的基础上，提升移动带宽体验效果，主要技术指标包括峰值速率、用户体验数率、能量效益、频谱效率、流量密度等。

uRLLC即超高可靠超低时延通信，实现空口时延达到ms级别、可靠性达到99.999%的连接，关键技术指标包括用户时延、可靠性等；

mMTC即大规模机器通讯，提供多连接的承载传输通道，实现万物互联互通。涉及的技术指标包括连接密度、功耗等。

4 5G在医疗器械中的应用分析

随着5G应用深入，与整个智慧医疗的各个环节都会渗透融合，具体涉及到智慧医疗的终端、网络、平台、应用等不同层次。医疗器械在医疗系统中属于终端设备，在5G智能医疗网络中属于终端层。不同的医疗器械设备对无线技术有不同的技术需求，同样5G的不同技术特征也适合不同的医疗器械应用。

4.1 eMBB增强移动宽带应用

增强移动宽带，在移动条件下大幅度提升数据速率，下行峰值能够达到20Gbps，上行峰值达到10Gbps。如此高速的数据速率，特别是上行速率，在大数据量传输的高端智能医学影像设备中具有很大的应用前景。

现有的医疗数据大部分来自医学影像设备产生的音视频数据。如普遍采用200万像素的全高清电子内窥镜，逐行扫描，每秒60帧1080P画面输出，未压缩产生的Raw Data约3Gbps，现在4K超高清内窥镜，输出4K超高清画面，是全高清图像的4倍，可以观察到更细微的组织结构，其实时未压缩的数据量达到13Gbps。4K超高清图像在实际传输中应用压缩编码后的传输需求约50Mbps左右。

在超高清医学影像设备上结合5G大带宽传输功能，可以实时分享本地的采集图像，实现分布式多屏输出，可实现不同区域同步诊断分析；同时5G高速的将现场大量医学影像采集数据上传到云端服务平台，结合人工智能辅助开展医学影像分析，能更加快速处理海量记录数据，更加高效的辅助阅片与勾画。

4.2 uRLLC超高可靠超低时延通信应用

与之前的蜂窝通讯技术相比，5G在时延与可靠性方面取得了极大的提升。具体目标：用户面时延不大于1ms，单次传输32字节数据包的可靠性为99.999%。5G的超高可靠超低时延是由以往通讯行业切入其他垂直应用的突破口，也是5G最重要的一个典型场景。

控制类的医疗器械是uRLLC在医疗器械实现远程操作的最佳场景。目前高精器件控制在医疗器械中运用很多，如手术机器人、远程超声等。远程超声借助智能机械操作手臂，在5G网络下控制远端的超声探头，开展远程操作检查诊断。在手术操作机器人上加载5G网络，结合远端视频和反馈装置，通过近端操作摇杆完成远程手术。

高可靠低时延让远程医疗更加接近真实。远程医学设备在5G技术的推动下市场前景巨大，如远程诊断系统、远程手术示教/指导系统。

4.3 mMTC大连接应用

mMTC是对现在物联网技术的后续演进，面向海量连接的应用场景，具有数据量小、功耗小的特点，满足100万每平方公里连接数密度指标要求。

未来的医疗设备很多是便捷的移动式穿戴健康检测设备，包括心电检测仪、血糖检测仪、脉搏血氧仪、血压检测仪、药物输送仪等。这些设备应用各种功能传感器采集佩戴者的体外数据或生理参数，通过大容量的5G网络，有效将数据共享传输到云端和其他客户端，在大数据和融合算法支持下，精准评估用户健康状况，使得健康穿戴设备更具智能性和移动性。

海量连接在医疗器械中另一个广泛应用是设备管理，利用5G海量连接和低功耗的特点，构建医院医疗物联网，将园区大量的医疗器械设备连接组网，提升医疗设备管理效率。

5 结语与展望

5G技术推动万物互联，为医疗器械智能化发展提供实时、高速和可靠的信息传输。5G将会在医疗器械中带来以下几点变化：

（1）推动远程专用设备研制，如远程诊断设备、远程手术系统等。5G的技术特征让远程医疗更加走进现实。

（2）医疗设备使用更加便捷。医疗器械应用5G技术后，可使数据传输无线化，减少线缆数量，方便集成和使用。

（3）医疗器械智能化。应用5G技术，将各种诊断系统和医疗器械设备直接对接，实现信息处理更加及时快捷。

5G在医疗器械中的应用，融合了通讯技术与医疗健康两大领域，未来市场巨大，也面临医疗器械相关法规和国家无线电管理两方面的要求[3]。本文结合5G的技术特点，针对在医疗器械中的具体应用进行初步探讨，为未来智能医疗器械产业发展提供参考。