基于5G移动技术在远程医疗中的应用研究

孙叶 徐旭 秦雨 江磊

摘 要：基于5G技术的高速率、低延时等优点，结合虚拟现实（VR）技术与传统远程医疗系统构架，可建立基于5G技术的远程VR直播教学系统、远程VR手术系统以及可穿戴设备的远程医疗信息服务网络化平台。5G通信技术与远程医疗的结合，能够将个人移动健康系统对接入社区服务保障机构，下沉优质医疗资源，能够有效缓解地方医院的高端医学人才的匮乏和高端医疗设备不全的两大难题。通过建设统一标准、开放独立、互通互联、资源共享和安全实用的5G远程医疗系统，覆盖医疗资源发达的周边地域，为医疗专家研讨、远程会诊及远程VR手术等业务提供便利。

关键词：5G技术;远程医疗;物联网技术;可穿戴设备

一、基于5G的远程VR直播教学系统的设计

随着5G技术的不断成熟，VR直播的热度不断上升，实现传统直播与虚拟现实的结合。VR直播采用360度景的拍摄装备，可以捕捉多角度、超级清晰的画面。基于5G+VR技术的远程医疗教学，在教学直播实时手术过程中，学生可以通过VR眼镜看到手术的全过程，分享主刀医生第一视角，体验到如同亲自主刀的感觉，快速提升学生的能力。

1、总体构架设计

基于5G的远程VR手术直播教学系统以医疗资源优质的医院为中心，与若干个医疗资源薄弱的医院建立远程教学系统，从而开展联合医疗会诊、医学研讨、医疗教学等业务，满足先进医疗技术的广泛教学传播。通过远程VR手术直播系统的构建，使专家医生的医疗技术作为实景教学教材传播到医疗资源匮乏的医疗机构，均衡当地医疗资源。见图1。

2、组网拓扑设计

系统采用360度全景的拍摄装备采集整个手术过程，采集到的信号通过线缆直连的方式，将信号与本地拼接服务器进行实时拼接、投影变换、H.264编码和推流（将现场的视频信号传到网络的过程），完成采集信号的本地拼接，系统所需实时消息传输协议（RTMP）的推流码率为6～20Mbps，进而将拼接好的信号传输到云端进行实时转码及分发加速，直播拉流码率为3～10Mbps，信号通过逆变换、解码可通过各种显示段进行即时收看。由于H.264算法优化，能够以<1Mbps的速度实现分辨率在1280P×720以下的数字图像的传送，而H.265可以实现利用1～2Mbps的速度传输720P数字图像，即分辨率为1280P×720的高清音视频传输，而5G技术使得这一目标可以轻松实现。传统的远程会诊系统对网络具有一定的纠错功能，但在丢失数据包20%情况下远程会诊视频通话会受网络延迟的影响而导致两地画面不同步，画面延时严重，而5G技术让移动网络速度从每秒100MB提高到1GB，克服此类技术难题。

二、远程VR手术系统的设计与实现

1、医疗影像数据传输

基于这种点对点的交流模式在实际应用时具有很大的局限性，而远程医疗的重要环节是传输海量的影像数据，医疗影像数据很大，而4G时代下的远程会诊远远达不到实际需求，需要高速带宽的传输能力，以确保远程会诊、远程手术的质量。因此，远程医疗的关键是提高传输质量，而5G技术将会提高医疗影像数据传输质量。

2、远程VR手术系统设计

目前，5G技术在远程医疗中的作用更多的是医疗专家远程指导现场医生进行手术的程度，在5G不断趋于成熟的未来，将采用基于5G技术的VR眼镜来实际观察掌握手术室內的虚拟场景，由高精度的机械臂代替医生的手术动作。基于5G技术的远程VR手术可运用于多种特殊手术场合，如医生无法到场的战地环境、患有严重传染病患者需要手术等情况。见图2。

3、远程VR手术系统应用

远程VR手术系统的组网拓扑是基于远程VR手术直播教学系统的组网拓扑，整个系统采用PHIIMAX3D全景照相机来采集整个手术过程，通过5G移动网络将采集到的手术现场图像信息传送至3D融合控制器CK4MLA-2000，融合控制器将采集到的信号混合、转换为可视的3D信息，再传输到用户端，医生利用VR眼镜观察了解手术现场和患者情况之后再用VR手柄通过5G网络远程操控VR机械臂，实现远程的零距离零空间的远程手术。

三、基于5G的可穿戴设备架构及设计

1、可穿戴设备架构

可穿戴设备即穿在身上或是集成整合到用户的衣服、配件和饰品的一种便携式设备，其不仅仅是一种硬件设备，也是通过软件支持与数据交互、云端交互等来实现强大创新型的功能。可穿戴设备通过5G网络把实时采集到的数据低延时的传送到检测端，再由检测端进行数据分析，给穿戴者提供最优的身体管理办法，形成可穿戴式的远程医疗检测系统。

2、体系拓扑结构

该体系由BLE可穿戴医疗设备、设备管理中间件和调用方组成。可穿戴医疗设备管理中间件是核心组成部分。它通过BLE协议接入各类可穿戴医疗设备如血压计、体温计和心率计等，实现对可穿戴设备的统一管理与数据处理，同时协调设备资源的调度以实现多设备并发运行。另一方面，中间件通过WebSocket通信方式响应调用方应用程序的操作请求，调用方通过中间件封装的控制指令完成对可穿戴医疗设备的操作以及健康监测数据的实时传输。中间件能够同时响应多个Socket客户端的请求，进一步适应了对可穿戴设备的并发操作，而调用方只需实现Socket客户端访问中间件即可，能够兼容各主流平台。如图3。

四、结语

5G时代的到来会使可穿戴设备行业不断发展，使医学领域出现巨大飞跃，使精准医疗变为现实，这对人类的健康发展有着至关重要的意义。使5G技术真正服务于人民，服务于社会，成为均衡我国医疗资源的重要力量。