邊緣計算在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

崔滔

如今，很多醫(yī)療機(jī)構(gòu)的IT部門正在遭受數(shù)據(jù)存儲和網(wǎng)絡(luò)速度的困擾，醫(yī)生對患者進(jìn)行診斷以幫助其擺脫困境，這種治療過程需要進(jìn)行良好的管理。一直持續(xù)蔓延的新型冠狀病毒疫情加劇了醫(yī)療機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)施快速轉(zhuǎn)型，這對其業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的處理帶來了不利影響。

數(shù)據(jù)存儲普遍存在的問題已經(jīng)在許多行業(yè)領(lǐng)域中顯現(xiàn)。例如，數(shù)據(jù)中心運營商Digital Realty公司發(fā)布的一份數(shù)據(jù)引力指數(shù)分析報告指出，如果不能更好地存儲大量數(shù)據(jù)，將會影響各行業(yè)組織開展的業(yè)務(wù)，并帶來變革阻力。

遠(yuǎn)程工作成為常態(tài)

由于發(fā)生疫情，很多企業(yè)和機(jī)構(gòu)開始采用遠(yuǎn)程工作的模式。研究表明，遠(yuǎn)程工作這一趨勢將不會逆轉(zhuǎn)，根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)Juniper Research公司的預(yù)測，疫情對醫(yī)療機(jī)構(gòu)帶來的一個永久性影響是，支持遠(yuǎn)程咨詢和數(shù)字治療的市場需求每年將增長69%，該公司預(yù)計到2025年的這方面的市場收入將達(dá)到534億美元。由于醫(yī)學(xué)研究數(shù)據(jù)的大量增長，葛蘭素史克公司等藥物生產(chǎn)開發(fā)商為加速藥物研究而在歐洲構(gòu)建了運行速度高達(dá)400petaflops的超級計算機(jī)，以加速藥物研究。

國際冠狀病毒數(shù)據(jù)聯(lián)盟（ICODA）等機(jī)構(gòu)在2021年3月舉行的一次研討會上表示，企業(yè)需要將IT基礎(chǔ)設(shè)施問題（而不是快速增長的數(shù)據(jù)量）視為其業(yè)務(wù)發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)。

邊緣計算技術(shù)并不能成為醫(yī)療機(jī)構(gòu)解決基礎(chǔ)設(shè)施問題的靈丹妙藥，因為醫(yī)療行業(yè)是歷史悠久的服務(wù)類別，其面臨的挑戰(zhàn)因文化和基礎(chǔ)設(shè)施而有所不同。例如在英國醫(yī)療衛(wèi)生體系中，管理文化可能比電力、冷卻或通信連接更難調(diào)和。

雖然很多企業(yè)和機(jī)構(gòu)擁有職責(zé)明確的數(shù)據(jù)中心運營和管理團(tuán)隊，但醫(yī)療機(jī)構(gòu)的IT員工可能對電源、冷卻和通信機(jī)架等技術(shù)并不精通。如果托管服務(wù)提供商能夠為他們提供幫助，那么這將不是問題，但是構(gòu)建所需的基礎(chǔ)設(shè)施則面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

找到部署的房間

一家托管服務(wù)提供商稱，只是在醫(yī)院中部署一個微型數(shù)據(jù)中心就是難題，該服務(wù)提供商致力于將邊緣計算IT設(shè)施部署到醫(yī)院中。該公司表示，“我們邊緣計算工作中最艱巨的部分是在醫(yī)院建筑中找到一個適合部署IT設(shè)備的房間?！?/p>

其面臨最大的挑戰(zhàn)是時間緊張。醫(yī)院IT項目負(fù)責(zé)人可能會決定立即需要部署服務(wù)器，但是IT供應(yīng)商可能要花費3個月的時間才能完成部署。

例如在一個項目中，醫(yī)院指定一家安裝商構(gòu)建微型數(shù)據(jù)中心。托管服務(wù)提供商向安裝商建議了最佳選擇，并在處理報告時等待指示。在最初的考察中，安裝人員尋找到一個非常適合部署托管數(shù)據(jù)中心的房間。而在幾個月之后，醫(yī)院卻重新調(diào)換了另一個房間，必須重新進(jìn)行部署，但完成這些工作需要8個月的時間。當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒時，卻傳來該建筑物即將被拆除的消息。

一位不愿透露姓名的安裝人員說：“在醫(yī)院構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，我們需要反復(fù)考慮并尋找適合安裝數(shù)據(jù)中心設(shè)備的房間，但如果不能提供適合的空間，只能在停車場或房間的角落安裝或部署。”

監(jiān)控和冷卻

在醫(yī)院中部署通常有一種安裝模式：構(gòu)建一個或2個數(shù)據(jù)中心（一個主要運營業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)中心，另一個作為災(zāi)難恢復(fù)設(shè)施），其中有多個獨立的電源室，每個電源室都安裝不間斷電源（UPS）。而這家醫(yī)院采用200臺小型UPS電源，這些設(shè)備各自分散并且難以管理。托管服務(wù)提供商只能通過內(nèi)置的DCIM平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并將所有信息匯總到客戶端。

作為邊緣計算設(shè)施的一部分，提供使用液體冷卻的集裝箱數(shù)據(jù)中心可以解決醫(yī)院的多個問題。由于將服務(wù)器浸泡在絕緣的冷卻液體中，因此可以防止電路過熱引發(fā)火災(zāi)的可能性。浸泡式冷卻方法也可以防止粉塵被吹到電路板上，從而避免造成短路。

人工智能護(hù)理

在決策速度更快的私有醫(yī)療保健機(jī)構(gòu)中，部署IT設(shè)備的挑戰(zhàn)在于如何充分適應(yīng)環(huán)境。養(yǎng)老院是邊緣計算解決網(wǎng)絡(luò)擁塞和合規(guī)性問題的另一個例子。

疫情給療養(yǎng)院的工作人員帶來了巨大的壓力，使他們更難抽出時間來照顧病人。他們還不得不同時面對新的隱私法規(guī)，這些法規(guī)限制了可以安裝的攝像頭監(jiān)控的數(shù)量。阿姆斯特丹大學(xué)（UoA）為解決該問題提出了一種方法，Harro Stokman博士利用人工智能來了解每個房間中事件模式的方法。

隱私法規(guī)限制了工作人員通過攝像頭觀看病人的時間。但是，對于計算機(jī)卻沒有這種限制，如果它足夠智能，則可以根據(jù)這些計算機(jī)判斷患者的健康情況。這就是Stokman博士開發(fā)的KNN人工智能系統(tǒng)的邏輯，該系統(tǒng)觀察患者并確定是否需要人為干預(yù)或護(hù)理（例如跌倒）。

問題在于，KNN系統(tǒng)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)太多，全部發(fā)送到云平臺進(jìn)行存儲和處理可能產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)瓶頸和更多費用。作為回應(yīng)，阿姆斯特丹大學(xué)使用Nvidia公司的Jetson Xavier NX模塊構(gòu)建了一個邊緣計算設(shè)備Edge Box，可以本地處理所有數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量。通過本地化分析，可以減少發(fā)送到云平臺進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)。

仍需要配套的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施

創(chuàng)建邊緣計算硬件是一回事，但是配套的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施從何而來？調(diào)研機(jī)構(gòu)Disruptive分析公司創(chuàng)始人、移動電信行業(yè)觀察家Dean Bubley警告說，人們對采用5G技術(shù)的期望是不現(xiàn)實的，特別是在需要即時響應(yīng)時間的支持系統(tǒng)方面。

Bubley表示，某些情況下，與5G相關(guān)的超可靠低延遲（URLLC）可以最大限度地減少需要即時響應(yīng)的的網(wǎng)絡(luò)往返時間。他說“：在這方面，移動邊緣計算能夠以每個基站的區(qū)域計算設(shè)施或服務(wù)器的形式滿足他們的需求?！?/p>

但是在許多應(yīng)用程序中，這種網(wǎng)絡(luò)延遲必須更低。內(nèi)窺鏡或顯微外科手術(shù)工具可能需要響應(yīng)每秒發(fā)送100次的觸覺反饋。還有人提議將無人機(jī)用于醫(yī)院之間的藥物運輸，但是這些無人機(jī)必須在2ms內(nèi)對控制信號或面臨的風(fēng)險做出反應(yīng)。5G是否能夠提供用于研究的光子傳感器所需的等待時間也值得懷疑，因為光子傳感器需要以皮秒的時間運行。

光纖能否提供幫助

美國應(yīng)對基礎(chǔ)設(shè)施挑戰(zhàn)的方法之一是開放接入或競爭性光纖網(wǎng)絡(luò)，如SiFi Networks公司的FiberCity光纖產(chǎn)品。該公司承諾這將允許接入多個服務(wù)提供商和光纖網(wǎng)絡(luò)上的不同路徑，從而提供99.9999%的可靠性。

在這個模型中，每個家庭用戶和企業(yè)都將采用城市范圍的光纖網(wǎng)絡(luò)，并有效地為他們提供一個專用網(wǎng)絡(luò)。醫(yī)院或研究機(jī)構(gòu)也可以通過光纖高速傳輸數(shù)據(jù)。

SiFi Networks公司首席執(zhí)行官Ben Bawtree-Jobson表示，這將顯著減少通過云平臺發(fā)送數(shù)據(jù)的問題。將文件存儲在本地設(shè)施中也會產(chǎn)生問題，需要在異地或國際范圍內(nèi)共享，云存儲可能更適合這樣的無縫協(xié)作。問題是需要多少帶寬，而采用光纖網(wǎng)絡(luò)可以解決這一問題?！?/p>

與此同時，根據(jù)Juniper Research公司發(fā)布的一份調(diào)查報告，很多移動運營商正在全球范圍內(nèi)建立合作伙伴關(guān)系，以構(gòu)建移動邊緣計算基礎(chǔ)設(shè)施。到2025年，美國的AT&T、韓國的LG Google等知名廠商將投資83億美元構(gòu)建這些邊緣計算系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。