5G在智慧医疗领域应用中的问题及对策

2022-03-11马春萍

河南科技 2022年1期

摘要：在介绍国内外智慧医疗现状的基础上，进一步介绍5G速度快、频谱宽、低时延的特点。其次，介绍医疗转型的三个阶段，来阐述5G在智慧医疗中的重要性。同时，从网络层、平台层、应用层、终端层出发来简述5G智慧医疗的架构。最后，分析5G在智慧医疗健康领域应用中存在的问题，并提出相应的对策建议。

关键词：智慧医疗;5G;应用;架构

中图分类号：TN86;R197.3 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2022）1-0150-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.01.034

Prob Lems and Counter mea sures in the app Lica tion of 5G Smart Medicine

MA Chunping

（The First Affiliated Hospital of Henan University of Traditional Chinese Medicine，Zhengzhou 450000，China）

Abstract：Based on the current situation of intelligent medical treatment at home and abroad， The studyfurther introduces the characteristics of 5G， such as high speed， wide spectrum and low delay. Secondly， introduce the three stages of medical transformation， to elaborate the importance of 5G in smart medicine. At the same time， from the network layer， platform layer， application layer， terminal layer to describe the framework of 5G smart medicine. Finally， the problems existing in the application of 5G in the field of intelligent health care are analyzed， and the corresponding countermeasures and suggestions are put forward.

Keywords：intelligent medical;5G;application;architecture

0 引言

2021年7月，工業和信息化部、中央网络安全和信息化委员会办公室等十部门印发《5G应用“扬帆”行动计划（2021—2023年）》（以下简称《行动计划》）的通知，引起业界高度关注。其中，《行动计划》为“5G+智慧医疗”的发展指明了方向，明确要求发展5G医疗机器人等产品，加强5G医疗健康网络基础设施部署，丰富5G技术在医疗健康行业的应用场景，加快培育技术先进、性能优越、效果明显的智慧医疗服务新业态[1]。

1 智慧医疗产业的发展现状

“智慧医疗”并不是一个新生概念。2008年底，IBM首次提出“智慧医院”的概念，提出将物联网技术应用于医疗领域，构建以病人为中心的医疗信息管理和服务体系[2]。十多年过去了，“智慧医院”场景并未在全球范围内开花结果，主要原因是：医疗资源不均衡，前期投入高、建设难度大，缺乏标杆落地项目，相关专业人员短缺等。因此，主要市场集中在人口密集的科技发达地区，产品生产主要集中在科技大国。

美国作为世界智慧医疗头号强国，占据全球智慧医疗市场约80%的份额，生产全球40%以上的智慧医疗设备[3]。美国的智慧医疗产业拥有强大的研发实力，包括植入式医疗设备、大型成像诊断设备、远程诊断设备和手术机器人等医疗设备，并均处于世界前列。其中，加利福尼亚州、明尼苏达州和马萨诸塞州是智慧医疗产业的聚集区，明尼苏达州拥有数以千计的智慧医疗企业和众多的国际巨头企业总部。

由于老龄化日益严重，医疗设备老化亟待更新换代，欧洲各国的智慧医疗产业规模也逐渐扩大[4]。其中，德国的智慧医疗产业规模仅次于美国，紧随其后的是法国（欧洲第二大医疗设备生产国）、英国（全球最大进口医疗设备国）、意大利（拥有相对完备的智慧医疗产业）、西班牙（以进口为主的国家）等。尽管数量众多，但欧洲的智慧医疗产业未能超越美国成为全球霸主，其中很大的原因是欧洲智慧医院多数是更新改造工程，起点高，存在阻力，总体进程缓慢。

同样由于已进入高度老龄化社会，日本的智慧医疗市场规模急剧扩大。同时，近年来陷入亏损的日本电子业巨头纷纷向智慧医疗产业转型，两大因素的共同推进，让日本成为仅次于欧美的第三大智慧医疗消费市场[5]。不同的是，日本的智慧医疗产业中与老年疾病相关的产品销量更高，包括心脏起搏器、人造心脏瓣膜等植入性产品。

随着新医改政策的逐步实施，中国智慧医疗产业突飞猛进。尤其是近年来从“互联网+医疗”“AI+大健康”到“5G+智慧医疗”，国内医疗健康产业通过与人工智能、物联网、大数据等先进科技的融合，使医疗服务业向智能化方向转型升级[6]。

2 5G的优势

在设计理念上，传统的通信系统更偏重于信息编译码、点对点之间的物理层面传输等技术，而5G侧重于广泛的多点、多天线、多用户、多小区的相互协作、相互组网，通过提升室内无线网络的覆盖性能来提升其业务支撑能力[7]。从物理实现的角度来分析，5G是在传统通信的基础上，将新的无线传输技术应用其中，完成多用户的区域网络构建，进一步提高传输性能。

2.1 速度快

随着时代的进步和科技的发展，人们对网络的需求和依赖程度越来越高，对用户体验要求达到了史无前例的新高度，产品只有提高信号传输速度才能得到广泛的推广和使用[8]。与4G通信系统相比，5G通信系统的目标速率更快，尤其是对大范围的高速移动用户（通常是指乘坐飞机、高铁、汽车等交通工具的用户），5G通信系统的数据速率比4G通信系统的要更高。

2.2 频谱宽

传统的通信系统（主要是指1G至4G）的工作频段大部分在3 GHz以下，这就会出现通信频谱资源不够分配的现象。而5G的工作频段是高频段（如毫米波、厘米波频段）频谱，这样可以充分使用闲置的频谱资源，避免频谱资源的浪费，同时实现了短距离、极高速的稳定通信，满足传输容量和传输速率等方面的通信需求。在应用方面，高频段毫米波通信主要应用在小型化的天线和设备上，其具有较高的天线增益。但是，高频段无线电波也存在诸多缺点，如穿透和绕射障碍物的能力低、信号传输距离短、易受气候环境干扰等[9]。

目前，我国正在高频段通信进行全面布局，这是因为高频段频谱资源虽然丰富，但仍须统筹规划，科学合理设计，避免频谱资源的浪费。在现有的科技水平下，高频段的频谱资源利用率高低受到技术水平的限制，虽然已经成功攻克了光载无线组网等诸多技术难点，但还是会造成频谱资源的浪费。

2.3 低时延

在实际的远程医疗应用中，对系统的时延有着较高的要求，而5G通信系统有着较低的时延，能够满足远程医疗的需求。根据生物学统计数据可知，人与人的面对面交流感觉到时延和卡顿的阈值大约为140 ms[10]。在工业化领域，对网络延时有着非常高的要求，这是为了保障产品的质量和生产效率。以无人驾驶领域为例，信号的传输速度越快，时延就会越低，交通事故的发生概率也就会随之降低。在远程医疗中，产生时延的情况包括远程会诊、远程咨询、远程手术，为了使远程医疗的效果更好，则需要通信时延更小。一般情况下，5G通信系统对时延的要求限制到1 ms以内，但在远程医疗的实际应用中，可以对5G通信系统的通信时延提出更高的要求，使之更接近传统医疗。

3 5G智慧医疗的市场前景

5G通信是开启智慧医疗市场的“金钥匙”，具体通过常见的医疗转型三部曲来阐释。

第一阶段主要实现医院内信息化覆盖。最具标志性的是“电子病历”“线上预约”“电子付费”等，可以减少纸质化办公，提高医疗机构的内部运转效率。该阶段的参与者有医院、数据服务商、ERP企业，它们通过信息数据的规整、分析和处理，重塑医院的内部流程，提高整体工作效率。但由于缺乏高速的传输途径和实时的智能计算能力，该阶段的信息利用效率仍然低下[11]。

第二阶段主要实现区域医疗信息化，以及跨区远程医疗共享和协作。主要参与者有政府机构、医院、通信运营商和提供相关解决方案的企业，利用5G通信技术，搭建一个完善的医疗信息化专用网络。5G通信不仅能够高效地解决医院内部的数据传输和处理存在的问题，还打破了医院间、区域间的信息共存障碍，患者的健康数据可以得到充分的收集和存储，在一定程度上实现了远程医疗协作的应用场景[12]。最典型的案例就是无须在医院等待检查报告，医院会将其发送到患者的微信号里。目前，还有在不断推进的不同医院之间患者数据互通，方便病患能够更便捷地进行转院和换院。

第三阶段是实现个人健康管理和精准医疗服务。受益于5G通信，医疗机构可借助大数据分析、人工智能、物联网、云计算等技术，进一步拓展医疗数据的应用范围，让轻病患者不来医院也能治愈、让重病患者能获得更精准的有效医治。在这一阶段，医患双方的体验会有质的改善，相关的应用也会以前所未有的速度拓展出新，推动智慧医疗市场的大爆发[13]。5G是智慧医疗产业发展中承上启下的关键环节，没有5G通信的高速率、低延迟、大连接的特性，医疗数据就无法实现高效实时传输和运算，应用拓展就会受到制约。

当前，5G在医疗健康的应用场景根据其覆盖的位置不同，分为院内医疗、远程医疗两种应用场景。其中，院内医疗可分为智慧导诊、移动医护、智慧院区管理、AI在线诊疗、医疗物流机器人、5G云护理等6个应用场景。遠程医疗应用场景包括远程会诊、远程超声、远程手术、应急救援、远程内镜等14个应用场景[14]。

但归根结底，无论应用拓展如何延伸，智慧医疗的应用都需要遵从3个出发点。一是面向医务人员的“智慧医疗”，建成核心的信息化建设，让医务人员可以更专注于救治的专业工作;二是面向患者的“智慧服务”，目的是方便患者就医问诊。包括就诊前的在线预约、信息提醒，医院里的一体机、自助机，以及衍生出来的一些服务，这些智慧服务让患者在进行治疗时更加方便与快捷;三是面向医院管理的“智慧管理”，主要是应用于医院精细化管理，如HIS系统、HRP系统、物质管理系统、药品耗材检验管理系统等。

4 5G智慧医疗的产业构成

智慧医疗的建设并非一家医院可以大包大揽，需要大数据、人工智能、物联网、云计算等众多产业主体共同打造。因此，近年来不论是国际科技巨头，还是传统医疗企业纷纷发力抢滩这片蓝海市场。从整体架构上来看，5G智慧医疗产业整体分为四部分。

4.1 网络层：实现实时、可靠、安全的信息传输

5G自身的高速率、低时延、频谱宽三大特性分别对应着三大应用场景，通过对不同的应用场景分配相应的网络，可以实现通信主体之间稳定、准确、低延迟的信息交流。

4.2 平台层：实现智能、准确、高效的信息处理

随着科技的进步，5G的大规模应用，会产生海量的数据，作为承载数据存储、运算和分析的重要部分，平台层在承上启下的同时，也面临着巨大的压力。面对着散乱无序的信息，通过人工智能、云存储等信息技术，为前端应用传递有用的信息。云计算、大数据等新兴信息技术的应用，将推动医疗信息化及远程医疗平台的改造升级。

4.3 应用层：实现成熟、多样化、人性化的信息应用

面对着“百姓看病难”的问题以及中国人口老龄化速度加快的社会现状，医院的运营模式转变迫在眉睫。5G对不同应用场景的支撑，如无线医疗监测与护理应用、医疗诊断与指导应用、远程操控应用等，可有效缓解医院运营面临的难题。

4.4 终端层：主要有智能化医疗器械及终端设备

常见的智能终端包括远程会诊视频会议终端、视频采集终端、医疗器械等。从功能的角度来看，终端层主要完成信息的接收和发送，它们既是信息收集的重要载体，也是信息存储的主体。通常情况下，通过智能终端可以完成对信息的采集和展示工作。

5 难点和建议

尽管前景无限，但5G在医疗健康领域的应用还不够成熟，存在着诸多问题。从整体规划来看，5G医疗的规划并不完善，各部门之间的协调与合作仍存在诸多问题;从应用方面来看，5G在医疗领域的应用刚起步，目前相关的研究不充足;从标准与评价体系来看，目前5G医疗在数据、传输以及终端设备、医疗器械等方面缺乏统一的标准与评价体系。对此，提出以下5点建议。

5.1 加速推进5G进程

统筹5G医疗健康的顶层设计，聚焦5G关键技术在医疗卫生领域的应用需求，合理规划和分配频率、标识、码号等资源，完善产业发展。

5.2 加强政策引导

优先建立和健全相关产业政策，如加强统一规划与监管保障，引导医疗健康服务网络建设，并鼓励各大医院加强合作，共享医疗资源，保障行业健康发展。

5.3 坚持技术创新

鼓励并扶持一批应用于医疗健康领域的5G研发企业;强化企业、高校、科研院所之间沟通与合作，积极推进科研成果转化。

5.4 制定行业标准

智慧医疗领域有很多新兴产业产品，至今还没有统一标准。如AI辅助诊疗，目前国内尚无完善的产品上市准则，导致行业发展受阻。亟须形成相关新兴产品的测评规范体系，为后续的产业政策制定提供理论依据，为产品标准化和行业标准的制定奠定物质基础。

5.5 积极建设示范点

首先，要在全国不同区域范围内建立智慧医疗创新产品的应用示范中心。其次，遴选一批基础较好的地区，全面开展智慧医疗区域应用示范，以循序渐进的方式让百姓了解5G智慧医疗、接受智慧医疗服务。

6 结语

作为5G的重要应用领域，智慧医疗产业发展前景广阔。随着我国多项利好政策的出台，更是为5G在智慧医疗领域的应用创造了良好的政策环境，进一步促进了5G与智慧医疗的深度融合。5G通信技术在智慧医疗中的应用，能够实现居民健康信息与社区服务保障机构的对接，有效解决高端人才的缺乏和高端医疗设备的不足。在此基础上，基层医院更是能够借助具有高端医疗资源的医院的资源，实现医疗资源的均衡，缩小区域医疗资源的差距。充分解决高端医疗资源严重分布不均衡等问题，节省大量的人力物力，对深化我国医疗卫生事业改革，发展社区卫生服务具有深远影响。

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