淺析5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在醫(yī)院信息化建設(shè)中的應(yīng)用

趙爽

摘? 要：隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展與日益成熟，越來越多的5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用設(shè)備被引入醫(yī)院信息化建設(shè)當(dāng)中，許多醫(yī)院也開始愈發(fā)重視并加強(qiáng)該技術(shù)在院區(qū)的使用。該文立足當(dāng)前5G技術(shù)在我國醫(yī)療領(lǐng)域中的發(fā)展現(xiàn)狀與使用前景，重點(diǎn)分析如何利用5G更好地加強(qiáng)現(xiàn)代醫(yī)院信息化建設(shè)及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù);醫(yī)院;信息化建設(shè)

中圖分類號(hào)：TP39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

隨著5G時(shí)代的到來，越來越多的醫(yī)院開始面臨從信息化向智慧化轉(zhuǎn)變的難題。而5G技術(shù)的引入將對(duì)提升水平醫(yī)院信息化建設(shè)及其應(yīng)用產(chǎn)生重要影響。作為“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療”的有力推動(dòng)因素，5G技術(shù)不僅在醫(yī)院通信、數(shù)據(jù)安全、智能終端等方面發(fā)揮著作用，也將使醫(yī)院信息化管理產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

1 5G技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 5G技術(shù)的內(nèi)涵與核心

5G即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，傳輸速度理論上超過10 Gb/s，比4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度快幾十甚至幾百倍。5G的應(yīng)用場(chǎng)景可分為增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）、大連接物聯(lián)網(wǎng)（mMTC）、低時(shí)延高可靠通信（uRLLC）3類。要搭建5G應(yīng)用場(chǎng)景，需要滿足基于OFDM優(yōu)化的波形和多址接入、新型無線技術(shù)、超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、靈活的框架設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，這也是確保5G網(wǎng)絡(luò)速率和高效覆蓋的基本前提。

1.2 5G技術(shù)的特點(diǎn)

5G作為新一代信息通信技術(shù)，具有高速率、泛在網(wǎng)、低功耗、低時(shí)延、大容量等特點(diǎn)，這將為醫(yī)院打造更為廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景，也將帶來更多的技術(shù)管理服務(wù)和模式創(chuàng)新。

1.3 5G技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前，5G技術(shù)已在遠(yuǎn)程醫(yī)療、應(yīng)急救援、輔助診治等方面得到應(yīng)用。而5G智慧醫(yī)療所帶來的聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療、健康檢測(cè)設(shè)備、臨床可穿戴設(shè)備、遠(yuǎn)程傳感器等，將形成大規(guī)模醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)。同時(shí)，5G技術(shù)也呈現(xiàn)出與大數(shù)據(jù)、人工智能等深度融合的趨勢(shì)，從而進(jìn)一步加速生態(tài)聯(lián)動(dòng)發(fā)展。

1.3.1 遠(yuǎn)程醫(yī)療

5G技術(shù)使現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境得到大幅度改善與提升，這在很大程度上滿足了醫(yī)療實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性和高效性的需求。以實(shí)時(shí)圖像、視頻語音等技術(shù)為基礎(chǔ)，5G能夠更高效地實(shí)現(xiàn)病例及醫(yī)學(xué)影像的遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程會(huì)診、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)等智慧醫(yī)療服務(wù)。

1.3.2 數(shù)據(jù)挖掘

在遠(yuǎn)程醫(yī)療的基礎(chǔ)上，醫(yī)療設(shè)備可持續(xù)捕獲患者的生命體征、活動(dòng)頻率、電子病例、醫(yī)學(xué)影像等電子醫(yī)療數(shù)據(jù)。5G技術(shù)下軟硬件智能產(chǎn)品功能的延伸，可進(jìn)一步對(duì)醫(yī)療數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，從而更好地進(jìn)行診治決策，合理分配醫(yī)療資源。此外，5G和大數(shù)據(jù)的配合，能夠?qū)崿F(xiàn)信息在患者、醫(yī)生及醫(yī)院各部門間的靈活交互，有效推動(dòng)醫(yī)院信息化升級(jí)。

1.3.3 智能終端

5G時(shí)代將誕生更多的無線智能產(chǎn)品，手表、手環(huán)等智能終端將形成一整套系統(tǒng)。醫(yī)生可對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的醫(yī)療數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和積累，打破時(shí)間與空間限制，實(shí)現(xiàn)連續(xù)而準(zhǔn)確的檢測(cè)。

1.3.4 門診就醫(yī)

在門診應(yīng)用上，5G將帶來更大的便利。患者就診的等候時(shí)間將精確到分鐘級(jí)。問診、檢查、治療等將有望通過信息化手段一站式解決。此外，5G也將帶動(dòng)能夠24 h在線的“AI醫(yī)生”上線服務(wù)，通過網(wǎng)絡(luò)智能問診，給出基于醫(yī)療大數(shù)據(jù)的智能診斷和治療建議。

1.3.5 遠(yuǎn)程手術(shù)

隨著相關(guān)技術(shù)的不斷成熟，遠(yuǎn)程手術(shù)業(yè)已現(xiàn)實(shí)。連接上5G的機(jī)器人可與操控者幾乎百分百同步動(dòng)作，真正實(shí)現(xiàn)幾乎零延時(shí)的遠(yuǎn)程異地手術(shù)。

1.3.6 遠(yuǎn)程查房

5G技術(shù)催生出了“查房機(jī)器人”。在與5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)合后，查房機(jī)器人可大大提高醫(yī)生的工作效率，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程查房。醫(yī)生只需通過操縱桿或者手機(jī)，將5G網(wǎng)絡(luò)控制的機(jī)器人移動(dòng)到病床前，再通過機(jī)器人頭部的屏幕和攝像機(jī)，與患者進(jìn)行高清視頻交互。同時(shí)，機(jī)器人還具備多種傳感器，能夠采集病人的生化數(shù)據(jù)，幫助醫(yī)生進(jìn)行輔助診斷。

2 5G對(duì)醫(yī)院信息化管理的幫助

隨著5G應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，掛號(hào)、排隊(duì)、看病、付費(fèi)、檢查、取藥等醫(yī)療服務(wù)有望“一站式”解決。而醫(yī)院信息化管理的有效升級(jí)，正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的根本保障。

2.1 醫(yī)療信息采集

借助可穿戴設(shè)備和5G通信網(wǎng)絡(luò)，患者在家中即可獲取自身實(shí)時(shí)且連續(xù)的體征數(shù)據(jù)，并將之傳輸給接診醫(yī)生，足不出戶就可接受高質(zhì)量的醫(yī)療服務(wù)。醫(yī)生的診斷和治療行為，通過互聯(lián)網(wǎng)受到上級(jí)部門的監(jiān)管，在網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)業(yè)務(wù)中的處方審核、處方點(diǎn)評(píng)等功能，并有相關(guān)規(guī)則對(duì)其進(jìn)行限制?；颊咧Ц夺t(yī)療費(fèi)用直接跟醫(yī)保體系掛鉤，且醫(yī)生和患者雙方都接受醫(yī)?？刭M(fèi)規(guī)則的控制。相關(guān)數(shù)據(jù)在征得患者同意后可在醫(yī)院間共享，打破行政地域壁壘，方便醫(yī)生全面了解患者過往病史及就診記錄等信息。

2.2 醫(yī)院信息化轉(zhuǎn)變

隨著云計(jì)算的高速發(fā)展及5G技術(shù)的普及，未來醫(yī)院無須再投入大量精力去做傳統(tǒng)的醫(yī)療信息化建設(shè)。

2.2.1 硬件設(shè)施

通過云服務(wù)及5G網(wǎng)絡(luò)通信，醫(yī)院將不必再修建大規(guī)模的機(jī)房、購買服務(wù)器、搞系統(tǒng)集成，這些都可托管至云端。所有數(shù)據(jù)交互全部依靠5G網(wǎng)絡(luò)完成，而不只是在內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行。

2.2.2 軟件與維護(hù)

類似于門診掛號(hào)、收費(fèi)、醫(yī)保、電子醫(yī)囑、電子病歷、藥品管理、化驗(yàn)結(jié)果等，這些傳統(tǒng)的醫(yī)療軟件模塊都可放到5G網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行，并由專門人員進(jìn)行軟件維護(hù)，從而大幅減少醫(yī)院負(fù)擔(dān)。

2.2.3 數(shù)據(jù)交互

醫(yī)院各部門間可通過5G網(wǎng)絡(luò)提升數(shù)據(jù)共享及交互效果，患者亦可隨時(shí)隨地查詢自己的就診數(shù)據(jù)，一鍵分享、一鍵傳輸。

3 5G應(yīng)用的難點(diǎn)與解決

3.1 技術(shù)難點(diǎn)

3.1.1 5G芯片

當(dāng)前，我國5G芯片技術(shù)仍需進(jìn)一步完善提升，尤其是面向高頻應(yīng)用的BAW和FBAR濾波器，相關(guān)專利儲(chǔ)備十分薄弱，且自主研發(fā)面臨諸多壁壘。此外，我國5G芯片缺乏成熟的商用工藝支撐，產(chǎn)業(yè)鏈整體協(xié)同性有待進(jìn)一步提高。

3.1.2 云計(jì)算軟硬件

5G網(wǎng)絡(luò)是由大型服務(wù)器組成的云計(jì)算平臺(tái)，主要通過具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能的路由器和交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接到基站，借助云計(jì)算實(shí)現(xiàn)信息通信技術(shù)的智能化服務(wù)。但云計(jì)算的服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)、云終端以及虛擬化軟件、中間件、云調(diào)度、軟件定義網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)多為國外企業(yè)所掌控。而在云服務(wù)、海量存儲(chǔ)等方面，國內(nèi)發(fā)展一直比較緩慢。

3.1.3 毫米波傳輸

5G需要在復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景中進(jìn)行高、中、低頻信號(hào)協(xié)同工作。而高頻信號(hào)衰落快，需要超密集組網(wǎng)，這在人口稠密的大城市，和諸如醫(yī)院這種地形復(fù)雜的環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)起來具有相當(dāng)難度。而如果信號(hào)不穩(wěn)定，遠(yuǎn)程手術(shù)也就無法正常進(jìn)行。同時(shí)，高頻關(guān)鍵器件的特性和成熟度也給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來新的挑戰(zhàn)。而研制大帶寬、低噪聲、高效率、高可靠性、多功能和低成本的高頻器件，本身仍是產(chǎn)業(yè)化的瓶頸。

3.1.4 信號(hào)干擾

在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，干擾是一個(gè)必須解決的問題。網(wǎng)絡(luò)中的干擾主要有同頻干擾、共享頻譜資源干擾、不同覆蓋層次間的干擾等。現(xiàn)有通信系統(tǒng)的干擾協(xié)調(diào)算法只能解決單個(gè)干擾源問題，而在5G網(wǎng)絡(luò)中，相鄰節(jié)點(diǎn)的傳輸損耗一般差別不大，這將導(dǎo)致多個(gè)干擾源強(qiáng)度相近，進(jìn)一步惡化網(wǎng)絡(luò)性能，使現(xiàn)有協(xié)調(diào)算法更加難以應(yīng)對(duì)。此外，手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)還存在很多其他干擾源，象心臟起搏器、除顫儀等。如何處理好5G信號(hào)可能被干擾的問題，將是一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。

3.1.5 網(wǎng)絡(luò)安全

5G采用的是通用硬件平臺(tái)，這就帶來了網(wǎng)絡(luò)安全可靠性低的問題。5G網(wǎng)絡(luò)可提供對(duì)海量用戶訪問的支持，服務(wù)器端將接收到來自海量用戶的安全認(rèn)證需求，這就面臨針對(duì)海量用戶加密方法、加密服務(wù)器性能、人工智能病毒攻擊等所帶來的網(wǎng)絡(luò)安全問題。

3.2 解決辦法

3.2.1 覆蓋性

覆蓋增強(qiáng)技術(shù)由密集異構(gòu)組網(wǎng)構(gòu)成。通過縮小覆蓋半徑，以頻譜資源的空間復(fù)用提高頻譜效率，從而提高5G覆蓋度。在5G超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中，利用宏站和低功率小型基站進(jìn)行覆蓋，通過增加站點(diǎn)密度減少節(jié)點(diǎn)間的距離，讓網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)距離終端更近，使頻譜效率及系統(tǒng)容量大幅提升。

3.2.2 傳輸性

采用毫米波通信能夠有效緩解頻譜資源緊缺問題，也可提升通信容量。毫米波具有波束集中、波束窄、能效高、方向性好等特點(diǎn)，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

3.2.3 穩(wěn)定性

通過MIMO天線技術(shù)，在接收端及發(fā)送端使用多個(gè)天線進(jìn)行接收和發(fā)送，大規(guī)模的增加天線數(shù)量，在不增加頻譜資源或總功率耗損的條件下提高信道容量、吞吐量及傳送距離，從而改善通信質(zhì)量。同時(shí)，利用OFDM新型傳輸波形，可使頻譜利用率提升近1倍。而NOMA非正交多址接入技術(shù)則把功率域由傳統(tǒng)的單用戶改為多用戶共享，并把無線接入能量提升50%，從而滿足每個(gè)用戶不同的路徑損耗，實(shí)現(xiàn)高效復(fù)用。

3.2.4 安全性

可見光通信是物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等領(lǐng)域的新型技術(shù)，除具有高速率、寬頻譜、低成本等特點(diǎn)外，還具有極強(qiáng)的保密性，其在未來的5G通信中必然占有重要地位。

4 結(jié)論

有專家認(rèn)為，智慧醫(yī)療可大致分為3個(gè)階段：1.0階段是醫(yī)療信息化，致力于實(shí)現(xiàn)醫(yī)院內(nèi)部業(yè)務(wù)的互聯(lián)互通和區(qū)域醫(yī)療工作的開展;2.0階段是互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療時(shí)代，通過互聯(lián)網(wǎng)及移動(dòng)端進(jìn)行醫(yī)療的全流程診治;3.0階段則強(qiáng)調(diào)大連接和高質(zhì)量遠(yuǎn)程能力，同時(shí)融入人工智能等前沿技術(shù)。隨著5G技術(shù)的日益成熟，醫(yī)院信息化水平也將不斷提升。而在這一過程中，廣大患者及醫(yī)務(wù)工作者也將獲得極大便利。

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