5G智慧醫(yī)療平臺(tái)設(shè)計(jì)探索

甘興龍 楊英豪 陳皓宇

1.南方電網(wǎng)數(shù)字電網(wǎng)研究院 廣東 廣州 510000

2.中通服中睿科技有限公司 廣東 廣州510630

1 引言

5G網(wǎng)絡(luò)作為互聯(lián)網(wǎng)新時(shí)代的新興技術(shù),受到了國家的高度重視,指出要不斷提升公共服務(wù)的均等化、大眾化、便民化水平。隨著我國5G技術(shù)的迅速發(fā)展,以及與云計(jì)算、邊緣計(jì)算等技術(shù)的充分結(jié)合運(yùn)用,使得5G+醫(yī)療產(chǎn)業(yè)具有優(yōu)秀的發(fā)展及應(yīng)用前景,對(duì)推進(jìn)深化醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革、加快智慧醫(yī)療建設(shè)起到承上啟下的作用。傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時(shí)延、連接數(shù)不能很好的實(shí)現(xiàn)4K高清視頻及無損醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸,無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療的需求而5G網(wǎng)絡(luò)很好的彌補(bǔ)了這一缺點(diǎn),同時(shí)結(jié)合上邊緣計(jì)算和云計(jì)算技術(shù),可以有效實(shí)現(xiàn)高并發(fā)、數(shù)據(jù)隔離、網(wǎng)絡(luò)安全等需求,實(shí)現(xiàn)智慧醫(yī)療水平質(zhì)的飛躍。

2 存在問題及發(fā)展方向

2.1 現(xiàn)狀及存在問題

隨著信息化建設(shè)在我國的快速推進(jìn),在互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療方面,國內(nèi)現(xiàn)有醫(yī)療信息系統(tǒng)在建設(shè)與應(yīng)用方面均存在一些不足:

2.1.1 遠(yuǎn)程醫(yī)療硬件水平不足

目前遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)受限于傳統(tǒng)的通信技術(shù),如4G網(wǎng)絡(luò)帶寬較低、傳輸速率不足、時(shí)延較高等因素,使得在遠(yuǎn)程會(huì)診、遠(yuǎn)程手術(shù)等方面效果不佳,遠(yuǎn)程醫(yī)療中不能獲取更為清晰準(zhǔn)確的患者信息,不能做出更為準(zhǔn)確判斷。而高時(shí)延的缺點(diǎn)使得在醫(yī)療過程中無法提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換,不能實(shí)時(shí)進(jìn)行醫(yī)療指導(dǎo)。

2.1.2 遠(yuǎn)程醫(yī)療人力消耗大

盡管5G技術(shù)的出現(xiàn)有效解決了醫(yī)療數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)碾y題,打破數(shù)據(jù)在時(shí)空上的限制,能夠在硬件水平上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療。但遠(yuǎn)程醫(yī)療的治療效果仍然依賴于醫(yī)生的業(yè)務(wù)水平,同時(shí)勢必耗費(fèi)醫(yī)生大量的時(shí)間與精力。

2.1.3 醫(yī)用網(wǎng)絡(luò)可靠性較低

在醫(yī)療行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí),其面臨的網(wǎng)絡(luò)信息安全風(fēng)險(xiǎn)也與日俱增,我國醫(yī)療行業(yè)的等級(jí)保護(hù)整體安全風(fēng)險(xiǎn)較高、安全防護(hù)水平較為落后,存在較多的安全隱患。而醫(yī)療信息安全要求嚴(yán)格,醫(yī)療數(shù)據(jù)保密性較高,因此亟須提升醫(yī)療系統(tǒng)的安全建設(shè),強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)安全管理制度。

2.2 發(fā)展方向

針對(duì)上述存在的問題,基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧醫(yī)療平臺(tái)在建設(shè)過程中,應(yīng)當(dāng)從5G網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)、人工智能技術(shù)及云計(jì)算與大數(shù)據(jù)等方面考慮,明確基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧醫(yī)療平臺(tái)的建設(shè)需求及思路,利用5G技術(shù)具備高速率、大帶寬、低時(shí)延、廣連接等特點(diǎn),使其具有遠(yuǎn)程高清視頻等功能,有效的擴(kuò)展智慧醫(yī)療平臺(tái)的功能。

基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧醫(yī)療平臺(tái)能夠充分發(fā)揮5G技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),創(chuàng)造更為豐富的醫(yī)療健康行業(yè)的應(yīng)用,形成一個(gè)技術(shù)先進(jìn)、效果明顯、性能優(yōu)越的5G應(yīng)用,更好的擴(kuò)展5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍,培養(yǎng)一個(gè)可推廣、可復(fù)制的5G醫(yī)療新模型、新業(yè)態(tài)。

3 5G智慧醫(yī)療平臺(tái)建設(shè)思路

建設(shè)基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧醫(yī)療平臺(tái),能夠隨時(shí)隨地為異地患者進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療,及時(shí)為患者提供有效且精準(zhǔn)的治療,提升醫(yī)療單位的服務(wù)質(zhì)量。通過對(duì)?？萍膊〉亩嘣卣鬟M(jìn)行采集、醫(yī)療方法的選擇及后續(xù)醫(yī)療的信息進(jìn)行分析與訓(xùn)練,逐步建成一個(gè)智能化、精細(xì)化、規(guī)范化的醫(yī)療系統(tǒng)。

3.1 基于5G網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療平臺(tái)

本文提出的醫(yī)療平臺(tái)包含遠(yuǎn)程會(huì)診、遠(yuǎn)程急救、遠(yuǎn)程手術(shù)等功能,醫(yī)療系統(tǒng)通過5G網(wǎng)絡(luò)與專用邊緣網(wǎng)關(guān),同時(shí)搭載緊急醫(yī)療平臺(tái)及智能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備,提升醫(yī)院診療流程的效率,并面向廣大患者與醫(yī)護(hù)人員。

相比于傳統(tǒng)通信技術(shù),平臺(tái)使用的5G網(wǎng)絡(luò)一方面實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)中的低時(shí)延,使得遠(yuǎn)程手術(shù)、遠(yuǎn)程會(huì)診成為現(xiàn)實(shí)。另一方面5G實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模醫(yī)療數(shù)據(jù)的高可靠、高速度傳輸,使其在遠(yuǎn)程醫(yī)療中能夠獲取更多高清的醫(yī)療數(shù)據(jù)信息,為患者提供更加準(zhǔn)確的治療,大大提高遠(yuǎn)程會(huì)診、遠(yuǎn)程手術(shù)的效率與質(zhì)量。

同時(shí)5G網(wǎng)絡(luò)與云計(jì)算相結(jié)合,將平臺(tái)部署至云端,為平臺(tái)提供了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與人工智能的支持,將數(shù)據(jù)經(jīng)本地UPF轉(zhuǎn)發(fā)至醫(yī)療平臺(tái),解決了各個(gè)醫(yī)院間數(shù)據(jù)互通的問題,實(shí)現(xiàn)多模態(tài)醫(yī)用數(shù)據(jù)的融合,為遠(yuǎn)程醫(yī)療提供一個(gè)很好的基礎(chǔ)。

5G網(wǎng)絡(luò)與邊緣計(jì)算相融合,能夠滿足遠(yuǎn)程醫(yī)療的低時(shí)延及大寬帶的需求,采用多層級(jí)協(xié)同聯(lián)合的通信管理方法,采用邊緣接入網(wǎng)關(guān)和云服務(wù)器對(duì)醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行管理,對(duì)各類終端的異常進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)和防御增強(qiáng),提升網(wǎng)絡(luò)信息安全系數(shù)及鏈接效率,為建設(shè)5G智慧醫(yī)療平臺(tái)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3.2 智慧醫(yī)療平臺(tái)架構(gòu)

基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧醫(yī)療平臺(tái),其總體架構(gòu)主要分為三個(gè)層面:平臺(tái)基礎(chǔ)層、服務(wù)架構(gòu)層和服務(wù)用戶層。每層之間僅存在醫(yī)療數(shù)據(jù)信息的傳送關(guān)系,且各層之間的耦合度較低,因此各個(gè)層級(jí)的功能調(diào)整并不會(huì)相互影響。

3.2.1 平臺(tái)基礎(chǔ)層

基礎(chǔ)層作為平臺(tái)數(shù)據(jù)信息獲取的主要來源,是負(fù)責(zé)獲取數(shù)據(jù)與平臺(tái)接口連接,同時(shí)提供大數(shù)據(jù)分析、功能模塊管理等基礎(chǔ)支撐,在網(wǎng)絡(luò)安全方面實(shí)現(xiàn)用戶授權(quán)認(rèn)證、敏感數(shù)據(jù)授權(quán)訪問、數(shù)據(jù)信息的安全交互、軟件應(yīng)用認(rèn)證等,并對(duì)所有涉密操作進(jìn)行智能監(jiān)控及審計(jì)管理?；A(chǔ)層將對(duì)該層所有的模塊進(jìn)行封裝,消除各個(gè)功能模塊間底層的差異性,并統(tǒng)一向平臺(tái)上層提供功能模塊接口。

3.2.2 服務(wù)架構(gòu)層

架構(gòu)層針對(duì)遠(yuǎn)程醫(yī)療的需求特點(diǎn),構(gòu)建了一個(gè)遠(yuǎn)程終端-邊緣計(jì)算-云平臺(tái)的架構(gòu),在數(shù)據(jù)獲取輸入的同時(shí),結(jié)合入侵檢測算法與網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)算法,實(shí)現(xiàn)對(duì)于功能應(yīng)用與數(shù)據(jù)信息的安全保護(hù)。利用邊緣服務(wù)器與云服務(wù)器為資源搜索、服務(wù)恢復(fù)、參數(shù)更新等提供支持,對(duì)易造成的安全入侵進(jìn)行有效的恢復(fù)。

3.2.3 服務(wù)用戶層

用戶層是面向患者及醫(yī)護(hù)人員開放及提供服務(wù)的層級(jí),能夠提供具有相應(yīng)功能模塊的網(wǎng)頁及APP的界面,在功能上實(shí)現(xiàn)病理影像的高速傳輸及4K/8K高清視頻通信,通過5G醫(yī)療平臺(tái)實(shí)時(shí)傳輸患者的檢測數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)只能輔助診斷,同時(shí)依托5G網(wǎng)絡(luò)與圖像識(shí)別技術(shù),基于專病數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)分析與模型訓(xùn)練,實(shí)現(xiàn)病理影像的機(jī)器智能化診斷。

4 結(jié)束語

綜上所述,在我國通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入5G快車道的時(shí)代,與此同時(shí)隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域的高速發(fā)展,各個(gè)醫(yī)院的信息化建設(shè)將會(huì)大力提升醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)展的前景,推動(dòng)運(yùn)用5G網(wǎng)絡(luò)提升醫(yī)療行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施。因此,本文提出了基于5G網(wǎng)絡(luò)的智慧遠(yuǎn)程醫(yī)療平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案,為5G+醫(yī)療行業(yè)的發(fā)展提供方向,提升遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)能力、質(zhì)量與水平,改善患者的就醫(yī)質(zhì)量與體驗(yàn),促進(jìn)業(yè)務(wù)間充分協(xié)同發(fā)展,豐富5G網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用場景。