基于5G SA定制網(wǎng)的心腦血管疾病遠程大數(shù)據(jù)傳輸與智能診斷研究

摘要：心腦血管疾病是世界范圍內(nèi)導(dǎo)致死亡和殘疾的主要疾病，已成為大數(shù)據(jù)科學和人工智能應(yīng)用的目標。此外，隨著血管危險因素的增加，死亡率和并發(fā)癥的趨勢也會增加。許多心血管醫(yī)學的大型研究都使用人工智能為心臟病專家提供一套切實可行的輔助工具。心腦血管疾病有許多共同的預(yù)測因素，包括病理生理過程等。然而，在心腦血管疾病研究領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)和先進的預(yù)測建模尚未得到相同的研究。這項工作的目的是對基于5G SA定制網(wǎng)的心腦血管疾病的遠程大數(shù)據(jù)傳輸和智能診斷進行研究。

關(guān)鍵詞：智能診斷；心腦血管；5G SA醫(yī)療專網(wǎng)

一、前言

5G智慧醫(yī)療產(chǎn)業(yè)發(fā)展將迎來新機遇，信息共享將打破傳統(tǒng)的實體醫(yī)院模式，虛擬醫(yī)院醫(yī)療服務(wù)的廣度和深度也將豐富移動醫(yī)療、遠程醫(yī)療、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療和未來智慧醫(yī)療等業(yè)務(wù)形態(tài)。使用5G SA醫(yī)療專網(wǎng)為智慧醫(yī)療提供了更為穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，讓遠程醫(yī)療得以更穩(wěn)定地實現(xiàn)。具體運用于心電監(jiān)測技術(shù)的臨床應(yīng)用中，可實時采集患者的心電數(shù)據(jù)。在中國，從2020年初開始，5G設(shè)備必須具備SA（獨立組網(wǎng)）功能，從2021年2月開始，新的和現(xiàn)有的5G設(shè)備都默認為SA。設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)也在開發(fā)對商用智能手機上的多個網(wǎng)絡(luò)切片的支持?？梢詾榻K端用戶提供差異化的服務(wù)，例如，設(shè)置單獨的個人和工作配置文件，其中一片用于通用移動寬帶流量，另一片用于游戲等服務(wù)，以及一個或多個用于視頻會議和協(xié)作等企業(yè)應(yīng)用程序，此功能僅在5G SA架構(gòu)中支持。

二、項目研究背景

鄭大一附院、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療系統(tǒng)與應(yīng)用國家工程實驗室聯(lián)合中國移動和華為，已經(jīng)率先建設(shè)了一張5G醫(yī)療專網(wǎng)。5G智慧醫(yī)療將為患者帶來諸多便捷，甚至可以挽救無數(shù)人的生命。這些智慧新醫(yī)療場景如果沒有穩(wěn)定的、高帶寬、低時延的5G SA網(wǎng)絡(luò)，都將是“無源之水”。而5G SA彈性切片技術(shù)的使用，讓這種醫(yī)療行業(yè)變革從夢想到現(xiàn)實[1]。

從5G早期試驗開始，5G推動醫(yī)療變革的巨大潛力就頗受關(guān)注，涉及的場景包括遠程診斷、遠程手術(shù)等。2020年初GSMA智庫對移動運營商的調(diào)查顯示，62%的受訪者認為，長期來看，遠程醫(yī)療行業(yè)蘊涵著新的商機。這一比例比安全行業(yè)高12%，幾乎與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)行業(yè)持平。

心腦血管疾病是世界范圍內(nèi)導(dǎo)致死亡和殘疾的主要疾病，已成為大數(shù)據(jù)科學和人工智能應(yīng)用的目標。許多心血管醫(yī)學的大型研究都使用人工智能為心臟病專家提供一套切實可行的輔助工具。然而，在心腦血管領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)和先進的預(yù)測建模尚未得到相同的研究。我們在這項工作中的目的是對基于5G SA定制網(wǎng)的心腦血管疾病的遠程大數(shù)據(jù)傳輸和智能診斷進行研究[2]。

許多顛覆性5G應(yīng)用案例都結(jié)合了人工智能（AI）和大數(shù)據(jù)技術(shù)，幫助醫(yī)護人員和患者獲取關(guān)鍵的醫(yī)療信息，如CT和核磁共振檢查結(jié)果。在抗擊新冠疫情時，5G增強移動寬帶（eMBB）技術(shù)推動了遠程醫(yī)療的應(yīng)用，并通過盡量減少現(xiàn)場就診來降低患者感染病毒的風險。對于難以獲取醫(yī)療資源的患者來說，他們通過5G浸入式智真系統(tǒng)享受了遠程就診。

人工智能關(guān)注的是計算機如何通過模仿人類的思維過程，從龐大而復(fù)雜的數(shù)據(jù)中幫助從業(yè)者計算風險、指導(dǎo)治療、預(yù)測結(jié)果，并將可擴展的計算資源應(yīng)用于不斷增長的數(shù)據(jù)和知識的先進算法來縮小護理差距，從而加速精準醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展。精心設(shè)計和實施的電子健康記錄（EHR）——人工智能嵌入式工具和應(yīng)用程序可以節(jié)省寶貴的時間，并幫助從業(yè)者在護理點做出關(guān)鍵決策。人工智能有可能改善健康差距，解決隱性偏見。機器學習（ML）是人工智能的一種應(yīng)用，它為系統(tǒng)提供了從數(shù)據(jù)和經(jīng)驗中學習的能力。

使用5G SA醫(yī)療專網(wǎng)為智慧醫(yī)療提供了更為穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，讓遠程醫(yī)療得以更穩(wěn)定的實現(xiàn)。具體運用于心電監(jiān)測技術(shù)的臨床應(yīng)用中，可實時采集患者的心電數(shù)據(jù)，為患者與醫(yī)師之間的有效溝通奠定良好的基礎(chǔ)。

三、項目研究意義

2020年3月，工業(yè)和信息化部印發(fā)《關(guān)于推動5G加快發(fā)展的通知》，提出開展5G智慧醫(yī)療系統(tǒng)搭建5G智慧醫(yī)療示范網(wǎng)和醫(yī)療平臺，加快5G應(yīng)用推廣。3月中旬，國家發(fā)展和改革委員會與工業(yè)和信息化部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于組織實施2020年新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程（寬帶網(wǎng)絡(luò)和5G領(lǐng)域）的通知》，發(fā)布了7項5G 創(chuàng)新應(yīng)用提升工程。首先強調(diào)“面向重大公共衛(wèi)生突發(fā)事件的5G智慧醫(yī)療系統(tǒng)建設(shè)”，并從6個維度提出了具體的建設(shè)指標要求。

2020年9月，國家衛(wèi)生健康委員會聯(lián)合國家中醫(yī)藥管理局印發(fā)《關(guān)于加強全民健康信息標準化體系建設(shè)的意見》，鼓勵醫(yī)療健康5G技術(shù)應(yīng)用標準化建設(shè)，明確5G在醫(yī)療健康領(lǐng)域應(yīng)用場景，加快5G醫(yī)療健康應(yīng)用標準研制，鼓勵醫(yī)療衛(wèi)生機構(gòu)在確保安全的前提下，借助于5G技術(shù)優(yōu)化衛(wèi)生健康網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，推進應(yīng)用創(chuàng)新。

2021年7月，工業(yè)和信息化部、中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化委員會辦公室、國家發(fā)展和改革委員會、教育部、財政部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、文化和旅游部、國家衛(wèi)生健康委員會、國務(wù)院國有資產(chǎn)監(jiān)督管理委員會、國家能源局等十部門聯(lián)合印發(fā)《5G應(yīng)用“揚帆”行動計劃（ 2021—2023年）》，明確到2023年我國5G應(yīng)用發(fā)展水平顯著提升，綜合實力持續(xù)增強，打造IT（信息技術(shù)）、CT（通信技術(shù)）、OT（運營技術(shù)）深度融合新生態(tài)，實現(xiàn)重點領(lǐng)域5G應(yīng)用深度和廣度雙突破，構(gòu)建技術(shù)產(chǎn)業(yè)和標準體系雙支柱，網(wǎng)絡(luò)、平臺、安全等基礎(chǔ)能力進一步提升，5G應(yīng)用揚帆遠航的局面逐步形成。社會民生領(lǐng)域，打造一批5G+智慧教育、5G+智慧醫(yī)療、5G+文化旅游樣板項目，5G+智慧城市建設(shè)水平進一步提升。

5G將賦能全新的醫(yī)療生態(tài)系統(tǒng)，并準確、便捷、高效地滿足患者和醫(yī)院的大量需求，且兼顧成本效益。5G網(wǎng)絡(luò)將顛覆醫(yī)療行業(yè)的所有關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于突發(fā)應(yīng)急事件給世界各地的醫(yī)療系統(tǒng)都造成了巨大壓力，這一變革的意義尤為重大。從5G早期試驗開始，5G推動醫(yī)療變革的巨大潛力就頗受關(guān)注，涉及的場景包括遠程診斷、遠程手術(shù)等。2020年初，GSMA智庫對運營商的調(diào)查顯示，62%的受訪者認為，長期來看，遠程醫(yī)療行業(yè)蘊涵著新的商機。這一比例比安全行業(yè)高12%，幾乎與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)行業(yè)持平。盡管通過移動網(wǎng)絡(luò)進行遠程手術(shù)可能還需要多年以后才能真正實現(xiàn)，但大量基于現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)開始在全球推廣。同時，許多其他試驗項目也正如火如荼地進行著。

首先，5G SA網(wǎng)絡(luò)打開了智慧醫(yī)療的大門。基于5G技術(shù)開發(fā)的，可以提供高速率、大連接和低時延的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)不僅可以為醫(yī)療行業(yè)客戶提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)連接，更可以提供一個擴展性很強的應(yīng)用平臺，支撐醫(yī)院各種業(yè)務(wù)，助力醫(yī)院實現(xiàn)智能化、信息化。行業(yè)用戶選擇5G智慧醫(yī)療專網(wǎng)，可以享受到“快速、可靠、靈活”的網(wǎng)絡(luò)福利[3]。

其次，5G SA醫(yī)療專網(wǎng)的可靠性和安全性為未來醫(yī)療健康信息的安全、高效傳輸?shù)於嘶A(chǔ)。切片技術(shù)就是在5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，分配了一條專用帶寬給醫(yī)療專網(wǎng)，可以保證信息通信的穩(wěn)定性和傳輸?shù)乃俾省４伺e將讓5G醫(yī)療體驗更完美，擴充智慧醫(yī)療使用場景，提高醫(yī)療人員工作效率，降低成本，解決患者“看病難”問題。

總之，5G技術(shù)支持的遠程醫(yī)療不僅融合了多媒體網(wǎng)絡(luò)和無線通信技術(shù)，能支撐海量多媒體醫(yī)療數(shù)據(jù)的安全高速傳輸，讓應(yīng)急救援、遠程會診、遠程查房、遠程影像、遠程B超、遠程手術(shù)得以更穩(wěn)定實現(xiàn)。

心血管疾病患者應(yīng)用遠程心電監(jiān)測技術(shù)，也體現(xiàn)在康復(fù)管理層面。大多患者院內(nèi)治療后，各項指標恢復(fù)平穩(wěn)，出院后仍需監(jiān)測，避免有不良事件發(fā)生，而遠程監(jiān)測技術(shù)為院外心臟康復(fù)提供技術(shù)層面支持。在研究中，對心肌梗死患者院外心臟康復(fù)管理中遠程心電監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用進行分析，提出該監(jiān)測方法可用于監(jiān)測患者心率恢復(fù)情況、ST-T改變情況以及心律失常表現(xiàn)，認為未來心肌梗死患者院外康復(fù)中遠程心電監(jiān)護將成為一種趨勢，幫助患者改善預(yù)后。而其他心臟疾病康復(fù)治療中，包括心力衰竭、心絞痛等各類心臟疾病，也可通過遠程監(jiān)測技術(shù)對患者各項指標監(jiān)測，幫助患者改善預(yù)后，預(yù)防心血管不良事件發(fā)生。

四、項目概述

（一）5G SA網(wǎng)絡(luò)搭建

依靠5G網(wǎng)絡(luò)運營商專屬定制網(wǎng)的安全能力，搭建5G專網(wǎng)，實現(xiàn)社區(qū)醫(yī)院、康養(yǎng)機構(gòu)與云平臺的5G安全專網(wǎng)接入，社區(qū)居民使用5G終端通過5G網(wǎng)絡(luò)接入。5G SA網(wǎng)絡(luò)效果與4G效果對比如表1。

基于多生命數(shù)據(jù)監(jiān)測的心電、腦電平臺的建設(shè)涉及的數(shù)據(jù)龐雜繁多，對院內(nèi)心電、腦電類數(shù)據(jù)內(nèi)容進行分析歸類，統(tǒng)一建設(shè)信息平臺，完善數(shù)據(jù)服務(wù)體系。依托醫(yī)院現(xiàn)有心電、腦電診斷中心的建立完善心腦電中心遠程診斷系統(tǒng)，實現(xiàn)對下屬醫(yī)院的病歷管理、心腦電數(shù)據(jù)的調(diào)閱、疾病診斷以及遠程預(yù)約診療。

基于5G通信的遠程醫(yī)療在傳統(tǒng)醫(yī)療的基礎(chǔ)上，融合了在多種模式下的小設(shè)備無線通信技術(shù)及高速移動通信技術(shù)，可以實現(xiàn)遠程外科手術(shù)的操作、無線遠程會診、患者監(jiān)護和實時隨訪、突發(fā)救援事件的指揮和決策等。5G技術(shù)支持的遠程醫(yī)療不僅融合了多媒體網(wǎng)絡(luò)和無線通信技術(shù)，能支撐海量多媒體醫(yī)療數(shù)據(jù)的安全高速傳輸，還進一步實現(xiàn)高端醫(yī)療資源的深度共享。隨著遠程醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，個人和家庭患者可以不受空間和時間限制獲得高質(zhì)量的治療和救助資源，而且在緊急事件如交通事故、自然災(zāi)害和戰(zhàn)場的緊急救援中，也能發(fā)揮獨特優(yōu)勢。

（二）5G網(wǎng)絡(luò)搭建

通過CPE設(shè)備搭建5G客戶端網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（社區(qū)醫(yī)院，康養(yǎng)機構(gòu)）醫(yī)院，120救護車網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

1.APP研發(fā)

遠程心電，腦電健康管理APP研發(fā)（患者端）遠程心電，腦電健康管理APP研發(fā)（醫(yī)生端）。

2.項目完成情況

項目完成情況包括軟著、論文、培養(yǎng)研究生等。

（三）科研未來展望

內(nèi)分泌科：依托5G+網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以血糖管理為中心的慢病患者健康全周期健康指標跟蹤；心內(nèi)科：5G遠程監(jiān)控決奈達隆與胺碘酮對房顫射頻消融術(shù)成功率的影響；呼吸科：搭建互聯(lián)網(wǎng)+呼吸康復(fù)遠程，監(jiān)測管理模塊，形成一支高素質(zhì)的以全科醫(yī)生為骨干的社區(qū)慢阻肺服務(wù)隊伍，采用5G+虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)快樂肺康復(fù)訓(xùn)練。

五、項目的應(yīng)用成效及案例

（一）緊急醫(yī)療服務(wù)適當轉(zhuǎn)診

心肌梗死和腦卒中患者的恢復(fù)質(zhì)量取決于從癥狀到干預(yù)的時間。人工智能可以幫助縮短這一時間窗口并改善治療效果。然而，存在技術(shù)障礙，包括獲取用于模型預(yù)測的實時患者數(shù)據(jù)，這使得該領(lǐng)域在實施方面變得復(fù)雜。例如，在Potter及其同事的一項研究中，他們使用計算機算法開發(fā)了一種人工智能輔助系統(tǒng)，以便在急診期間更及時地識別和轉(zhuǎn)診患者進行心導(dǎo)管插入術(shù)。使用這種方法進行“無醫(yī)生”心導(dǎo)管穿刺實驗室激活，在改善治療延遲方面是安全有效的，并且隨著時間的推移具有可持續(xù)的結(jié)果。為此，對人工智能這一新興應(yīng)用的投資可以幫助挽救生命，同時降低系統(tǒng)范圍內(nèi)的成本，減少因患者殘疾和死亡風險較高導(dǎo)致的醫(yī)生倦怠。

（二）診斷急性

ML是一個重要的工具，指導(dǎo)醫(yī)生對急性心腦血管疾病的診斷。現(xiàn)在大多數(shù)心電記錄設(shè)備都具有計算能力，可以計算測量值并以可變精度實時“讀取”心電圖。隨著算法的最新進展，機器學習已被用于開發(fā)先進的診斷系統(tǒng)，可以對急性冠狀動脈綜合征進行預(yù)測和指導(dǎo)院前診斷。及時診斷缺血性和出血性中風，雖然對醫(yī)生來說是一個挑戰(zhàn)，但對患者來說是無價的。研究人員已將ML用于腦卒中篩查、CTA成像檢測腦卒中和大血管閉塞、出血性腦卒中CT掃描檢測和分型以及預(yù)測腦卒中后死亡率。5G技術(shù)的發(fā)展為遠程醫(yī)療提供了技術(shù)支持.在療養(yǎng)中心遠程會診與遠程急救中應(yīng)用5G能有效縮短因傳輸慢帶來的很多技術(shù)問題[4]。

（三）急性成像

近年來，機器學習，特別是深度學習在成像領(lǐng)域的應(yīng)用呈指數(shù)級增長，從而提高了預(yù)測和診斷能力。對于心血管疾病，ML已被用于輔助急性和亞急性冠狀動脈狹窄的診斷和分類。有的研究者利用心電圖數(shù)據(jù)識別需要緊急血運重建的胸部不適患者。有的研究者已經(jīng)開發(fā)了算法，在緊急情況下根據(jù)心肌灌注成像、CT血管造影以及臨床和實驗室數(shù)據(jù)進行類似的診斷和分類。檢測中風的兩種主要成像方式是CT掃描和MRI。盡管機器學習在急性成像中的應(yīng)用在這兩個領(lǐng)域都取得了重大進展，但與心血管成像的標志物相比，機器學習在腦生物標志物的量化中得到了更廣泛的應(yīng)用。該領(lǐng)域正處于向前瞻性試驗過渡的階段，并在多種場景治療中有效實施。

（四）分診和急癥治療

雖然心腦血管疾病領(lǐng)域的診斷是入院后的第一步，但分診過程中的風險分層可以幫助優(yōu)化可用資源和定制護理管理。然而，對快速響應(yīng)的需求也要求這些工具能夠與成像設(shè)備和電子病歷數(shù)據(jù)的輸出實時交互。因此，這些工具的驗證可能是復(fù)雜的，并且經(jīng)常需要在不同層次上進行協(xié)調(diào)。例如，使用決策樹預(yù)測院內(nèi)心搏驟停的風險，而其他ML算法已用于使用冠狀動脈CTA數(shù)據(jù)對胸痛患者進行風險分層。這些工具一旦得到外部驗證并在臨床環(huán)境中實時實施，就可以幫助縮短治療時間并幫助挽救生命。

近年來，在腦血管疾病領(lǐng)域，利用技術(shù)改善急性期的分診已經(jīng)取得了較大的成果。ML已被用于臨床對缺血性腦卒中的識別和鑒別，并用于預(yù)測90天MRS評分以輔助取栓。MRI數(shù)據(jù)已被用于缺血性腦卒中發(fā)病時間的分類和急性缺血性病變的分割和表型分析。在現(xiàn)實環(huán)境中，患者的初始記錄可以補充事件前信息，用于識別有中風風險的患者，并提醒醫(yī)生采取符合“指南”的措施來改善結(jié)果。然而，臨床記錄的處理需要高級自然語言處理（NLP），這是為臨床應(yīng)用精心定制的，應(yīng)用于臨床筆記的NLP在提高識別患者主要血管事件方面具有臨床效用。

六、結(jié)語

隨著我國新基建戰(zhàn)略的實施，5G智慧醫(yī)療產(chǎn)業(yè)發(fā)展將迎來新機遇，信息共享將打破傳統(tǒng)的實體醫(yī)院模式，虛擬醫(yī)院醫(yī)療服務(wù)的廣度和深度也將逐步提升，移動醫(yī)療、遠程醫(yī)療、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療和未來智慧醫(yī)療等業(yè)務(wù)形態(tài)必將更加豐富。依托5G通信技術(shù)構(gòu)建遠程醫(yī)療信息服務(wù)網(wǎng)絡(luò)化平臺，以解決醫(yī)療資源匱乏地區(qū)看病難的問題。

我們已經(jīng)看到人工智能在心腦血管領(lǐng)域針對患者管理的不同階段均無所不在。其中，在心血管疾病領(lǐng)域，研究規(guī)模更大，有更多的前瞻性和多中心研究。在腦血管疾病領(lǐng)域，研究大多是單一中心的回顧性研究，患者代表性和規(guī)模有限。通過加強合作，未來的腦血管疾病研究可以延長隨訪時間，以更好地了解患者的長期預(yù)后。心腦血管疾病領(lǐng)域也可以從增加數(shù)據(jù)多樣性、患者代表性和整合不同數(shù)據(jù)模式（如成像生物標志物和遺傳信息）的合作中受益。

總的來說，5G支持下的智慧醫(yī)療（遠程醫(yī)療）在心腦血管疾病領(lǐng)域可以發(fā)揮巨大價值，包括：疾病診斷和患者監(jiān)測，特別是在高影響領(lǐng)域；通過掃描圖像和報告進行預(yù)防保健的偶然發(fā)現(xiàn)；一級或二級預(yù)防的風險分層；利用管理數(shù)據(jù)優(yōu)化資源和工作流程。

參考文獻

[1]鄒坤健.5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景研究[J].科學與信息化，2020（04）：139.

[2]袁寧，屈高超，顏帥，等.基于5G網(wǎng)絡(luò)的人工智能與物聯(lián)網(wǎng)在智慧醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用[J].中國研究型醫(yī)院，2019，6（06）：58-62.

[3]王小平，張定發(fā).5G技術(shù)在智慧醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用場景研究[J].現(xiàn)代臨床醫(yī)學，2020，46（01）：62-64.

[4]孔祥溢，王靖，方儀.5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用前景[J].醫(yī)學信息學雜志，2019，40（04）：17-20.

作者單位：天津市第四中心醫(yī)院

■ 責任編輯：尚丹