5G技術(shù)在海上醫(yī)療救治平臺(tái)衛(wèi)勤保障的應(yīng)用及探討

李雅瓊，倪 健，駱星九

0 引 言

隨著5G技術(shù)的蓬勃發(fā)展，智慧醫(yī)療近在眼前。2019年7月，中國(guó)信息通信研究院、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等單位聯(lián)合發(fā)布了《5G時(shí)代智慧醫(yī)療健康白皮書(2019年)》白皮書，正式拉開了5G智慧醫(yī)療應(yīng)用序幕[1]。5G作為最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，具有增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、高可靠低時(shí)延通信以及海量機(jī)器類通信的特性[2]。通過(guò)5G技術(shù)，提高獲取、處理、傳輸、使用醫(yī)療信息的能力，從而達(dá)到醫(yī)療設(shè)備一體化管控與醫(yī)療數(shù)據(jù)充分共享的目的。目前，陸地醫(yī)療系統(tǒng)已經(jīng)開始了5G遠(yuǎn)程會(huì)診、遠(yuǎn)程影像、手術(shù)機(jī)器人的研發(fā)與應(yīng)用，這些必將在海上艦船上得以廣泛應(yīng)用。通過(guò)5G技術(shù)加持，可在未來(lái)海上醫(yī)療救護(hù)能力上得到較大飛躍。本文將探討海上大型救治平臺(tái)在5G通信技術(shù)條件下如何快速高效準(zhǔn)確的開展海上醫(yī)療救治，提高海軍衛(wèi)生裝備的信息化水平。

1 海上醫(yī)療救護(hù)現(xiàn)狀

當(dāng)前海上艦艇編隊(duì)依托大型骨干裝備形成了較為完整的海上衛(wèi)勤保障鏈，基本滿足了海上傷病員急救、緊急救治、早期治療、部分?？浦委熀秃笏腿绦l(wèi)勤保障的需要[3]。但受到艦用條件限制，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的架設(shè)與陸上醫(yī)院還有較大差距，無(wú)法完全滿足平時(shí)醫(yī)療系統(tǒng)數(shù)據(jù)日益復(fù)雜的傳輸要求，未能將醫(yī)療信息化能力完全發(fā)揮出來(lái)。

1.1 海上醫(yī)療救治能力大幅提升隨著我國(guó)大型醫(yī)院船，如866艦、南醫(yī)12艦、南醫(yī)13艦以及航母、綜合補(bǔ)給艦、兩棲攻擊艦的逐步列裝，海上醫(yī)療衛(wèi)生裝備整體水平和能力得到了大幅提高，極大完善了海上醫(yī)療救治鏈，其中866醫(yī)院船具有接近陸上三甲醫(yī)院的能力水平，其他艦船也具有較強(qiáng)醫(yī)療救治能力[4]。先進(jìn)醫(yī)療裝備的配備，對(duì)醫(yī)療設(shè)備的管理以及醫(yī)療數(shù)據(jù)的采集與統(tǒng)計(jì)呈現(xiàn)提出了新的要求。安全、穩(wěn)定、高速、便捷的通訊網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)海上醫(yī)療信息化能力快速提升的基礎(chǔ)。

1.2 艦船醫(yī)療通訊手段有限當(dāng)前，海上艦船內(nèi)部醫(yī)療通訊網(wǎng)絡(luò)以有線局域網(wǎng)為主要形式，通過(guò)計(jì)算機(jī)終端、交換機(jī)、路由器、服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。由于艦船環(huán)境的特殊性，全船局域網(wǎng)絡(luò)需要在艦船設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)就進(jìn)行設(shè)計(jì)布點(diǎn)，交付后的節(jié)點(diǎn)修改、加裝需要破壞船艙壁板，重新布線，施工難度很大。后期加裝的先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備及其相關(guān)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)冗余量，進(jìn)行通盤考量。其次，出于各種方面的考慮，艦船極少使用無(wú)線節(jié)點(diǎn)，眾多無(wú)線應(yīng)用例如移動(dòng)檢診、人員生命體征采集、人員定位、無(wú)線手持電子傷票、智能門禁系統(tǒng)等無(wú)法使用，極大的限制了醫(yī)護(hù)人員的工作效率，降低了信息化設(shè)備的智能化程度。

1.3 艦船和岸基之間醫(yī)療數(shù)據(jù)共享困難當(dāng)前，艦艇編隊(duì)之間一般采用短波通信或者衛(wèi)星通信的方式實(shí)現(xiàn)，互為補(bǔ)充手段[5]。短波通信頻率帶寬少，信道數(shù)量有限，適合傳輸短報(bào)文，并不適用于大容量醫(yī)療數(shù)據(jù)的傳輸。艦船與岸基之間的通信手段主要為衛(wèi)星通信，同樣存在通訊帶寬窄，資源較少，傳輸不穩(wěn)定的問(wèn)題[6]。遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)作為海上遇到疑難病癥或其他難以解決的問(wèn)題時(shí)一種重要的輔助手段，目前也只能做到標(biāo)清音視頻通話和傳輸簡(jiǎn)單文本信息的程度。離真正的手術(shù)指導(dǎo)，甚至手術(shù)機(jī)器人輔助操作還有較大距離。

2 5G技術(shù)在海上醫(yī)療救治平臺(tái)的應(yīng)用方向

5G網(wǎng)絡(luò)具有高速率低時(shí)延隱私性強(qiáng)等特性，在獨(dú)立的艦船空間當(dāng)中，5G網(wǎng)絡(luò)打破原有有線網(wǎng)絡(luò)和低速帶寬的限制，延伸出很多有效應(yīng)用，在海上醫(yī)療救治、人員健康維護(hù)、衛(wèi)生裝備保障、衛(wèi)生防疫防護(hù)等方面均可依托5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，提高醫(yī)療救治能力。

2.1 5G移動(dòng)檢診艦船內(nèi)部空間復(fù)雜區(qū)域較大，醫(yī)師站護(hù)士站使用固定臺(tái)式或筆記本電腦端錄入醫(yī)療信息。當(dāng)前的移動(dòng)醫(yī)護(hù)工作站依托本地應(yīng)用僅能完成部分生命體征數(shù)據(jù)的手動(dòng)采集以及查閱文字的報(bào)告，而醫(yī)療活動(dòng)是一個(gè)隨時(shí)發(fā)生變化的實(shí)時(shí)性活動(dòng)。在護(hù)理過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)調(diào)閱影像資料、采集更全面的生命體征信息。通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)可以高速采集各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，在影像資料動(dòng)則幾百兆的情況下，調(diào)閱影像僅需1～2 s。在遇到危急情況時(shí)，護(hù)士作為第一現(xiàn)場(chǎng)護(hù)理人員，能夠?qū)崟r(shí)傳輸或存儲(chǔ)傷病員視頻。醫(yī)師可通過(guò)5G平板，在傷病員床旁即可完成全部醫(yī)療活動(dòng)，包含實(shí)時(shí)調(diào)閱影像資料，遠(yuǎn)程音視頻的實(shí)時(shí)通信會(huì)診，調(diào)閱傷病員的手術(shù)視頻資料等。針對(duì)艦船隔離病房，更是可通過(guò)在線實(shí)時(shí)通信進(jìn)行醫(yī)患溝通。

2.2 生命體征監(jiān)測(cè)當(dāng)前生命體征監(jiān)測(cè)一般采用手環(huán)、手表、背心、頭盔等方式[7]。在艦船環(huán)境下，監(jiān)測(cè)設(shè)備的通訊主要靠超寬帶和藍(lán)牙傳輸，雖然可監(jiān)測(cè)部分體征信息，但是數(shù)據(jù)連續(xù)性較低，并且不能進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算和大數(shù)據(jù)量的傳輸。通過(guò)給手環(huán)等監(jiān)測(cè)設(shè)備加裝5G網(wǎng)絡(luò)模塊，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心率、心率變異性、血氧飽和度等多種基礎(chǔ)生理指標(biāo)，通過(guò)處理后發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)器，調(diào)用專業(yè)心理分析計(jì)算模型，對(duì)腦力負(fù)荷、心理疲勞、專注程度等指標(biāo)進(jìn)行結(jié)算評(píng)估，將人員的心理情緒狀態(tài)以圖、表、形、文字方式實(shí)時(shí)顯示在專屬頁(yè)面上，出現(xiàn)數(shù)據(jù)值異常即時(shí)報(bào)警，實(shí)時(shí)準(zhǔn)確掌握艦上人員生命體征。

2.3 人員智能定位海上艦船工作崗位遍布全船，人員較為分散，當(dāng)發(fā)生緊急事件時(shí)，需要迅速確認(rèn)人員位置，開展緊急救援。由于艦船艙室位置分布比較復(fù)雜，狹窄過(guò)道多，空間密閉，人員定位干擾較大。目前很難做到精確定位(定位到艙室)。通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的布設(shè)，依托集中管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)計(jì)算能力，有望將定位數(shù)據(jù)信息快速準(zhǔn)確的計(jì)算并傳輸。人員智能化定位還可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急情況下的人員調(diào)配，通過(guò)建立平戰(zhàn)時(shí)不同崗位及人員數(shù)量的數(shù)字化模型，在醫(yī)療任務(wù)緊張時(shí)，通過(guò)可視化平臺(tái)最大限度的配置醫(yī)療資源，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)解決方案[8]。

2.4 遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)當(dāng)前艦船遠(yuǎn)程醫(yī)療主要依靠船載衛(wèi)星通信系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多方音視頻對(duì)話及醫(yī)療數(shù)據(jù)傳真等功能，但在音視頻數(shù)據(jù)流暢程度、清晰度以及醫(yī)療大容量數(shù)據(jù)的傳送等方面還存在較大不足。2020年2月16日，中國(guó)首顆民營(yíng)5G低軌寬帶衛(wèi)星在軌30天后成功開展通信能力試驗(yàn)[9]。通過(guò)5G衛(wèi)星，大數(shù)據(jù)量的醫(yī)療數(shù)據(jù)可在艦船編隊(duì)之間，艦船與岸基醫(yī)院之間傳輸。這些數(shù)據(jù)包括高清手術(shù)音視頻、救援場(chǎng)景音視頻；檢查影像以及傷病員傷情高清圖像。這些音視頻、圖像的快速有效無(wú)延時(shí)傳輸，可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的遠(yuǎn)程會(huì)診，甚至通過(guò)手術(shù)機(jī)器人實(shí)施遠(yuǎn)程手術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。

2.5 電子傷票PDA當(dāng)前電子傷票在陸上使用較多，多采用無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊。海上電子傷票使用無(wú)線射頻方式，傳輸距離為10 cm之內(nèi)，大大限制了海上醫(yī)療救治的救治效率[10]。通過(guò)艦船5G網(wǎng)絡(luò)，電子傷票可以采用移動(dòng)手持PDA方式，不僅可簡(jiǎn)單傳輸傷病員傷情，還可記錄高清圖片和視頻，讓接收醫(yī)護(hù)可快速掌握傷病員基本情況和已經(jīng)完成的救治操作。

2.6 智能門禁系統(tǒng)基于5G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)吞吐能力，可發(fā)展艦船智能門禁系統(tǒng)，打破當(dāng)前人工查驗(yàn)或刷卡式的傳統(tǒng)門禁方式。將艦船工作人員的面部及身份信息錄入系統(tǒng)，分配門禁權(quán)限，快速進(jìn)行測(cè)溫、身份識(shí)別、人員軌跡記錄等工作?？膳c醫(yī)療系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、防疫防護(hù)等系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)實(shí)時(shí)掌握人員流動(dòng)及分布情況。

3 5G技術(shù)在海上醫(yī)療救護(hù)平臺(tái)面臨的挑戰(zhàn)

5G技術(shù)在海上醫(yī)療救治平臺(tái)的“必要型”場(chǎng)景應(yīng)用仍需開發(fā)。雖然5G在海上醫(yī)療救治、人員健康維護(hù)、智能門禁等多方面可開展應(yīng)用，其高可靠低時(shí)延的特性可以得到充分利用，但是部分場(chǎng)景中5G網(wǎng)絡(luò)并非剛性需求，“必要型”應(yīng)用還有待挖掘。

相對(duì)于單艦船醫(yī)療救護(hù)信息的傳輸，海上醫(yī)療救護(hù)階梯信息鏈的傳遞顯得更為重要。如何將“傷病員發(fā)生——單艦救護(hù)所——編隊(duì)救護(hù)所——醫(yī)院船——后方醫(yī)院”鏈路上的重要醫(yī)療信息快速高效的傳輸是一直以來(lái)面臨的挑戰(zhàn)，5G通訊的艦船部署目前還處于單艦的試點(diǎn)階段，將來(lái)整個(gè)海上編隊(duì)的5G通訊建設(shè)將是海上醫(yī)療救護(hù)更加關(guān)鍵的通訊手段。

5G技術(shù)在海上醫(yī)療救治平臺(tái)中的安全防護(hù)問(wèn)題。防護(hù)安全與使用便利是一對(duì)矛盾，5G的高效傳輸也帶來(lái)了潛在風(fēng)險(xiǎn)和危害[11]。遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程手術(shù)、電子傷票PDA等系統(tǒng)，需要超低延時(shí)才能滿足急救與日常醫(yī)療工作的相應(yīng)需求。如果提高安全防護(hù)措施，就可能會(huì)降低數(shù)據(jù)傳輸速率。因此，需要在安全與速率之間尋求平衡。在部署5G應(yīng)用之前，推演應(yīng)用發(fā)展過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種風(fēng)險(xiǎn)隱患，掌握信息安全控制主動(dòng)權(quán)。

4 結(jié) 語(yǔ)

海上救治平臺(tái)的醫(yī)療數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，可靠性與安全性要求較高，由于受到艦船自身?xiàng)l件限制，當(dāng)前的醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)還較為薄弱，通過(guò)5G通信技術(shù)的加持，可在多個(gè)方面推動(dòng)技術(shù)升級(jí)，提高救治效率。真正實(shí)現(xiàn)醫(yī)療數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享，醫(yī)療操作便捷高效，網(wǎng)絡(luò)傳輸安全穩(wěn)定。在未來(lái)海上醫(yī)療救護(hù)平臺(tái)上，5G醫(yī)療應(yīng)用必將成為研究的重點(diǎn)方向之一。