院前急救車4G/5G網(wǎng)絡(luò)協(xié)同保障方案研究

肖 羽，王 帥，潘 峰（.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司，北京 000；.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007；.中國(guó)聯(lián)通山東分公司，山東濟(jì)南 5000）

1 概述

目前我國(guó)很多地區(qū)公共醫(yī)療體系還不夠完善，醫(yī)療成本高、效率低、服務(wù)差、醫(yī)療資源不均衡、醫(yī)療供需失衡的情況普遍存在。因此，智慧醫(yī)療的概念被提了出來，智慧醫(yī)療采用新型傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、通信等技術(shù)結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)學(xué)理念，構(gòu)建出以電子健康檔案為中心的區(qū)域醫(yī)療信息平臺(tái)，將醫(yī)院之間的業(yè)務(wù)流程進(jìn)行整合，優(yōu)化了區(qū)域醫(yī)療資源，實(shí)現(xiàn)跨醫(yī)療機(jī)構(gòu)的在線預(yù)約和雙向轉(zhuǎn)診，縮短病患就診流程，縮減相關(guān)手續(xù)，使得醫(yī)療資源合理化分配，真正做到了以病人為中心。隨著健康中國(guó)成為國(guó)家戰(zhàn)略，醫(yī)療行業(yè)迎來新的發(fā)展機(jī)遇期，新的智慧醫(yī)療設(shè)備和場(chǎng)景也如雨后春筍般涌現(xiàn)，如AI 輔助診療、遠(yuǎn)程探視、院前急救車、機(jī)器人導(dǎo)醫(yī)、遠(yuǎn)程手術(shù)教學(xué)等。

在智慧醫(yī)療體系中，院前急救車是重要的組成部分之一。對(duì)于急救領(lǐng)域而言，時(shí)間就是生命，必須充分利用好黃金救護(hù)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)病人生命健康最大限度的保障。新型院前急救車需要大帶寬、低時(shí)延、連續(xù)性的網(wǎng)絡(luò)保障，從而將急救車內(nèi)醫(yī)療設(shè)備、病人生命體征等信息實(shí)時(shí)傳遞回醫(yī)院或急救中心。而目前在5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，無法實(shí)現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)覆蓋和深度覆蓋。在急救車大范圍移動(dòng)時(shí)，如何通過4G/5G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同，滿足急救車連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)接入需求是本文研究的重點(diǎn)。

2 院前急救車簡(jiǎn)介

2.1 院前急救車現(xiàn)狀

院前急救車通常需要配備司機(jī)、護(hù)士、醫(yī)生、醫(yī)療設(shè)備、急救藥品等相關(guān)護(hù)理資源，醫(yī)療設(shè)備一般有監(jiān)護(hù)儀、心電儀、呼吸機(jī)等，對(duì)病患的生命體征進(jìn)行監(jiān)測(cè)或救護(hù)。

傳統(tǒng)的院前急救車受醫(yī)療設(shè)備和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的制約，與急救中心或醫(yī)院的實(shí)時(shí)交互性較差，在院前急救過程的質(zhì)控、院前院內(nèi)的銜接等方面存在諸多問題。

a）車載醫(yī)療設(shè)備及其采集的患者生命體征等信息和現(xiàn)有醫(yī)療信息系統(tǒng)的實(shí)時(shí)交互較差，院內(nèi)無法及時(shí)掌握病患狀況，急診室無法提前準(zhǔn)備手術(shù)相關(guān)的醫(yī)生、醫(yī)療設(shè)備和藥品，造成搶救延誤。

b）急救車醫(yī)生和護(hù)士與院內(nèi)專家之間僅限于電話溝通，院內(nèi)專家無法通過高清視頻、AR 等方式觀看急救車內(nèi)的情況，并做出實(shí)時(shí)的急救指導(dǎo)。

c）救護(hù)車醫(yī)生無法方便地獲取患者的電子病歷或健康檔案，為車上急救進(jìn)行輔助指導(dǎo)。

院前急救車已不僅僅是把患者送往醫(yī)院的轉(zhuǎn)運(yùn)工具，而是挽救患者生命的一間可移動(dòng)的急診室。為了提升院前急救車救治患者的效率和效果，需要對(duì)救護(hù)車進(jìn)行升級(jí)改造，配備更多現(xiàn)代化的醫(yī)療設(shè)備，并使之具備網(wǎng)絡(luò)連接能力。

2.2 院前急救車新的發(fā)展

為了和時(shí)間賽跑，最大限度保障患者的生命健康，院前急救車亟須進(jìn)行信息化、智能化的升級(jí)，配備現(xiàn)代化醫(yī)療設(shè)備和聯(lián)網(wǎng)能力，并構(gòu)建高質(zhì)量、廣覆蓋的院前急救醫(yī)療專網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)院前和院內(nèi)急救的無縫銜接?，F(xiàn)代院前急救車通常需要具備以下能力。

a）5G 救護(hù)車內(nèi)配備多功能監(jiān)護(hù)儀、呼吸機(jī)、除顫監(jiān)護(hù)儀、便攜式B超機(jī)等醫(yī)療設(shè)備，對(duì)患者的生命體征進(jìn)行采集，并通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)回傳至急救中心或醫(yī)院，供院內(nèi)專家進(jìn)行診斷，為急診室準(zhǔn)備手術(shù)提供信息參考，縮短搶救準(zhǔn)備時(shí)間。

b）通過高清視頻互動(dòng)系統(tǒng)或AR設(shè)備回傳急救車內(nèi)、患者的圖像，院前和院內(nèi)可進(jìn)行音視頻的實(shí)時(shí)交互，遠(yuǎn)程專家可以對(duì)急救車內(nèi)醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)。

c）急救車可通過網(wǎng)絡(luò)從醫(yī)療系統(tǒng)獲取患者電子病歷或健康檔案，如過往病史、血型、CT 影像、體檢報(bào)告等，為急救醫(yī)生搶救患者提供直接輔助信息。

d）車載醫(yī)療設(shè)備狀態(tài)信息、車輛信息（位置、軌跡等）實(shí)時(shí)回傳至急救中心。

3 院前急救車對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求

時(shí)間，在急救醫(yī)學(xué)上是一個(gè)重要的要素，尤其是對(duì)心臟驟停、急性卒中、急性心肌梗死、嚴(yán)重創(chuàng)傷等“時(shí)間窗相關(guān)性疾病”。以最緊急的急診——院外心搏驟停（Out-of-Hospital cadiac arrest，OHCA）為例，以往的研究都更關(guān)注院后的高級(jí)生命支持治療。而越來越多的醫(yī)學(xué)實(shí)踐證明，院前急救對(duì)于搶救患者生命尤其重要。

急救中首先與網(wǎng)絡(luò)密切相連的是急救通信系統(tǒng)，即急救網(wǎng)絡(luò)中樞。它是急救工作的聯(lián)絡(luò)、協(xié)調(diào)、指揮、調(diào)度、傳達(dá)中心，使醫(yī)院急救和院前急救工作的環(huán)節(jié)能夠緊密結(jié)合。反應(yīng)迅速、運(yùn)行無阻是對(duì)急救通信系統(tǒng)的基本要求，搭載5G網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)將更好保證醫(yī)院在患者到達(dá)前做好充分準(zhǔn)備，從而快速投入搶救。

院前急救車對(duì)于病患而言無異于一艘“生命之舟”，需要充分利用信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與急救通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)無障礙通信，從而為生命保駕護(hù)航。而5G 網(wǎng)絡(luò)、邊緣計(jì)算（MEC）、專網(wǎng)等新技術(shù)的出現(xiàn)可以為院前急救提供高速率、穩(wěn)定、可靠的信息高速公路，其主要特點(diǎn)如下。

a）可以為車載高清視頻、AR 遠(yuǎn)程診斷等醫(yī)療應(yīng)用提供大帶寬接入，滿足業(yè)務(wù)承載的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求和業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

b）通過專網(wǎng)/邊緣計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)車載信息、患者生命體征信息在本地的分流和卸載，不通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸，在實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)低時(shí)延傳輸?shù)耐瑫r(shí)，保障了醫(yī)療信息的安全私密性。

c）在5G建網(wǎng)初期，通過4G和5G網(wǎng)絡(luò)協(xié)同保障急救車大范圍移動(dòng)時(shí)的業(yè)務(wù)連續(xù)性，在5G網(wǎng)絡(luò)無覆蓋或弱覆蓋區(qū)域，通過4G醫(yī)療專網(wǎng)接入院前急救車。

4 4G/5G網(wǎng)絡(luò)協(xié)同保障方案

現(xiàn)代院前急救車裝配了大量急救設(shè)備、高清視頻通信系統(tǒng)，需要通過4G、5G 網(wǎng)絡(luò)為其搭建一張高質(zhì)量、穩(wěn)定可靠、業(yè)務(wù)連續(xù)性的專屬網(wǎng)絡(luò)，以保障急救信息快速、安全地送回院內(nèi)相關(guān)醫(yī)療信息系統(tǒng)。

5G 和邊緣計(jì)算結(jié)合可以為院前急救車構(gòu)建一張醫(yī)療專網(wǎng)，急救車內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備和視訊系統(tǒng)可以通過5G 模組或5G CPE 接入至5G 基站，用戶面數(shù)據(jù)流量不再通過運(yùn)營(yíng)商集中設(shè)置在省會(huì)的UPF 經(jīng)專線回傳至院內(nèi)，而是通過本地承載網(wǎng)絡(luò)直接送到醫(yī)院內(nèi)部署的MEC 設(shè)備，實(shí)現(xiàn)用戶面數(shù)據(jù)的本地卸載，降低了醫(yī)療數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

但是目前5G 處于建網(wǎng)初期，站址少，單站覆蓋半徑有限，無法實(shí)現(xiàn)5G 信號(hào)的連續(xù)連片覆蓋和深度覆蓋，而急救車的活動(dòng)范圍比較大，軌跡不固定，僅僅依靠5G網(wǎng)絡(luò)無法實(shí)現(xiàn)急救車醫(yī)療信息的連續(xù)回傳，需要在沒有5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域通過4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)醫(yī)療信息的回傳，通過4G 網(wǎng)絡(luò)和5G 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同為院前急救車打造一個(gè)連續(xù)接入、流量本地卸載的高質(zhì)量專屬醫(yī)療專網(wǎng)。

在為院前急救車構(gòu)建廣域醫(yī)療專網(wǎng)時(shí)，運(yùn)營(yíng)商需要為院前急救車的相關(guān)終端號(hào)卡分配專用APN/DNN（不同于通用的物聯(lián)網(wǎng)APN/DNN），通過邊緣計(jì)算技術(shù)中的DNN 分流方式實(shí)現(xiàn)將急救車醫(yī)療信息本地分流至院內(nèi)醫(yī)療系統(tǒng)。

4.1 5G網(wǎng)絡(luò)保障方案

4.1.1 急救車5G醫(yī)療專網(wǎng)組網(wǎng)

為院前急救車搭建醫(yī)療專網(wǎng)，需要在醫(yī)院準(zhǔn)備一套MEC 設(shè)備（包括核心網(wǎng)用戶面功能UPF 和MEP 平臺(tái)），MEC 與5G 基站之間通過N3 接口實(shí)現(xiàn)終端用戶面數(shù)據(jù)的接入，與5GC 核心網(wǎng)的SMF 之間通過N4 接口實(shí)現(xiàn)信令的交互，與醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)之間通過N6接口實(shí)現(xiàn)用戶面數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。急救車的用戶面數(shù)據(jù)流量在該套MEC 實(shí)現(xiàn)本地卸載，在保障急救業(yè)務(wù)高帶寬和低時(shí)延的同時(shí)，可以基于MEP 平臺(tái)部署醫(yī)療類APP，實(shí)現(xiàn)急救信息的近端實(shí)時(shí)處理和分發(fā)。

MEP 主要的職責(zé)是流量控制（Traffic Rule Con?trol）、DNS 處理（DNS Handling）和服務(wù)分發(fā)（Service Delivery），在MEP 平臺(tái)上可以部署如移動(dòng)心電、CT 影像、AR 遠(yuǎn)程診斷、HIS 等各種醫(yī)療類應(yīng)用系統(tǒng)，而且可以與醫(yī)院現(xiàn)有的醫(yī)療信息系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，在不改變現(xiàn)有醫(yī)療系統(tǒng)部署架構(gòu)的情況下，實(shí)現(xiàn)5G醫(yī)療終端的近端接入。

院前急救車的5G醫(yī)療專網(wǎng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 急救車5G醫(yī)療專網(wǎng)拓?fù)鋱D

4.1.2 急救車5G醫(yī)療專網(wǎng)業(yè)務(wù)流程

急救車醫(yī)療專網(wǎng)業(yè)務(wù)流程如圖2所示。普通公眾用戶終端的業(yè)務(wù)流量按照?qǐng)D2中的a路由進(jìn)行，公眾用戶無論在院區(qū)內(nèi)，還是院區(qū)外發(fā)起業(yè)務(wù)，都使用大網(wǎng)分配的通用APN/DNN，SMF 將選擇核心網(wǎng)大網(wǎng)UPF 為用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)，公眾用戶終端不能訪問醫(yī)院邊緣云和內(nèi)網(wǎng)，從而保障醫(yī)院邊緣云和內(nèi)網(wǎng)的安全性。

院前急救車的5G專網(wǎng)業(yè)務(wù)流量按照?qǐng)D2中的b路由進(jìn)行，急救終端的信令送至5G 核心網(wǎng)后，5GC 的SMF根據(jù)5G 終端簽約的專用APN/DNN 選擇醫(yī)院邊緣UPF，從而完成急救終端PDU 會(huì)話的建立。醫(yī)院MEC通過IP 地址和端口號(hào)或DNS 解析等方式進(jìn)行業(yè)務(wù)分流，經(jīng)N6 接口以局域網(wǎng)方式送至MEP 平臺(tái)或醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)部署的醫(yī)療應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)急救醫(yī)療信息的本地分流和近端實(shí)時(shí)處理。

4.2 4G/5G網(wǎng)絡(luò)協(xié)同保障方案

院前急救車的活動(dòng)范圍一般都比較大，在5G建網(wǎng)初期較難保證其5G接入的連續(xù)性，而急救信息傳輸?shù)倪B續(xù)性對(duì)于保障病患的生命健康有重要意義，因此為了實(shí)現(xiàn)急救車安全高效的醫(yī)療通信，本文提出4G/5G網(wǎng)絡(luò)協(xié)同保障方案。

鑒于運(yùn)營(yíng)商的4G 網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)間長(zhǎng)、覆蓋范圍廣，在5G 網(wǎng)絡(luò)沒有覆蓋或弱覆蓋區(qū)域，可以將4G 網(wǎng)絡(luò)作為5G 網(wǎng)絡(luò)的有效補(bǔ)充。在5G 覆蓋良好的區(qū)域，急救終端優(yōu)先通過5G 網(wǎng)絡(luò)接入，否則通過4G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接入。

在5G 建設(shè)初期，5G SA 核心網(wǎng)和4G 核心網(wǎng)是2個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)，急救終端從5G 向4G 切換或從4G 向5G切換時(shí)，正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)會(huì)中斷，無法實(shí)現(xiàn)平滑切換，而且急救終端通過4G接入時(shí)，急救醫(yī)療信息無法實(shí)現(xiàn)在醫(yī)院的本地分流。

為了保障急救車急救信息回傳的連續(xù)性和穩(wěn)定性，5G 網(wǎng)絡(luò)需要優(yōu)化調(diào)整，5G 核心網(wǎng)需要進(jìn)行功能升級(jí)，具體工作如下。

圖2 急救車5G醫(yī)療專網(wǎng)業(yè)務(wù)流程示意圖

a）AMF升級(jí)支持AMF/MME。

b）SMF升級(jí)支持SMF/SGW-C/PGW-C。

c）UPF（MEC 的轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)元）升級(jí)支持UPF/SGW-U/PGW-U。

以上升級(jí)工作完成后，SMF/SGW-C/PGW-C 會(huì)在急救設(shè)備切換至4G 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，根據(jù)急救專用APN/DNN將當(dāng)前業(yè)務(wù)分配至醫(yī)院邊緣UPF/SGW-U/PGW-U 承載，因此急救業(yè)務(wù)的傳輸路由和通過5G接入時(shí)的路由保持一致，提升了急救終端通過4G 接入時(shí)的業(yè)務(wù)感知。4G/5G協(xié)同的拓?fù)鋱D如圖3所示。

圖3 院前急救4G/5G協(xié)同保障方案示意圖

5G 智慧急救整體解決方案除了需要為院前急救車提供5G 醫(yī)療專網(wǎng)外，還需要考慮醫(yī)療急救設(shè)備的5G 接入問題。當(dāng)車載醫(yī)療設(shè)備只支持Wi-Fi 或有線通信時(shí)，可通過部署在車上的CPE 或DTU，將Wi-Fi或有線信號(hào)轉(zhuǎn)換為4G 或5G 信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的回傳。當(dāng)急救車內(nèi)的4G/5G 信號(hào)強(qiáng)度受車體屏蔽影響而較弱時(shí)，可通過加裝外置天線增強(qiáng)車內(nèi)的信號(hào)強(qiáng)度。

5 結(jié)束語

院前急救車的4G/5G 協(xié)同網(wǎng)絡(luò)保障方案解決了5G 建設(shè)初期5G 信號(hào)覆蓋不足、數(shù)據(jù)無法連續(xù)回傳的問題，為急救醫(yī)療信息的實(shí)時(shí)回傳提供了高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)，也為其他業(yè)務(wù)場(chǎng)景如應(yīng)急救援、車聯(lián)網(wǎng)、云游戲等提供了可供借鑒的技術(shù)方案。

隨著5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算、醫(yī)療應(yīng)用、智能穿戴等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，智慧醫(yī)療離人們的生活越來越近，它正在改變著傳統(tǒng)的醫(yī)療行業(yè)，為醫(yī)療行業(yè)注入新的發(fā)展動(dòng)力，為人民的美好健康生活保駕護(hù)航。