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摘要：隨著科學技術的飛速發展，通信技術以十年左右的速度更新迭代。5g時代的到來必將改變各行各業的業務形態，催生出多種新的應用、產品和商業模式。本文對5G網絡主要特點和遠程醫療進行介紹，闡述了5G通信技術在各種遠程醫療場景中的應用。說明了5G通信技術將賦能遠程醫療技術，帶動遠程醫療跨越式發展。
關鍵詞：5G；遠程醫療；低時延；高清視頻回傳
0引言
遠程醫療融合了通信、醫學、信息等領域，對推進深化醫藥衛生體制改革、加快“健康中國”建設和推動醫療健康產業發展，起到重要的支撐作用。遠程醫療在4G網絡中已有應用，主要是通過有線寬帶或無線網絡連接起來的遠程會診，存在通訊效果不佳、移動性差等問題，使得其在實際應用上更多的停留在遠程指導和規劃層面。5G網絡具有低時延、高速率、廣連接、高可靠的特性，能實現三維圖像的高質量傳輸，解決傳統網絡時延和傳輸質量問題，真正實現遠程急救、遠程操作診療、遠程示教等場景。目前我國社會老齡化趨勢的加速，健康服務需求不斷增長，而醫療資源分布非常不均衡，城鄉醫療服務水平懸殊等問題都在推動著眾多醫療機構走向智能化、信息化。5G網絡技術將促進遠程醫療快速普及，擴大優質醫療資源的覆蓋面，診斷和治療將突破地域的限制，醫生與患者實現更高效的分配和對接。本文主要介紹5G網絡主要特點和及其在遠程醫療領域的應用。
15G的概述
1.15G概念
5G即第五代移動通信技術，通過對核心網和無線網相關技術的變革和完善大幅提高通信網絡性能[1]。5G是2G、3G、4G通信技術的延伸，是信息技術發展的必然結果。1G時代出現移動電話，提供模擬的語音通信。2G和2.5G由模擬向數字轉變，網絡實現了語音、短信息和低速數據的通信。3G核心網引入分組域，網絡速度提升發展了互聯網和智能手機。4G時代網絡速度顯著提高，發展出移動互聯網。而5G的到來，空口速率峰值達到4G的20倍，而且大大提高了上行速率，海量信息在空中和通信網絡中傳遞。除了擁有更高速度的連接體驗和更大容量的連接能力，還將開啟萬物互聯時代，并滲透到各行各業，重構人類生活方式。從1G到5G通信技術為人類和社會帶來了無盡的便利和福祉。
1.25G網絡主要技術特點及應用場景
1.2.1eMBB增強移動寬帶
就是以人為中心的應用場景，集中表現為超高的傳輸數據速率，廣覆蓋下的移動性保證等。對于無線傳輸來說，增加帶寬是增加容量和傳輸速度的最直接方法。5G擁有更寬的頻譜和更高的頻段，頻譜范圍越大，傳輸速率越快，而5G的頻譜寬度達100MHz，比4G寬5倍，因此傳輸速率大大提高。5G的頻段分成了兩個范圍：FR1（450MHz～6000MHz）和FR2（24250MHz～52600MHz），5G將更多建設在高頻譜區間。全球來看，3.5GHz將成為主流頻段，產業鏈也最成熟。FR2為毫米波頻段。毫米波可以提供最大400M的工作帶寬，滿足5G對大容量大帶寬的要求。相比于現在被普遍應用的4G網絡通信技術來講，5G網絡通信技術在傳輸速度上有著非常明顯的優勢，這個是5G最大的一個特點，5G的基站峰值要求不低于20Gb/s，用戶體驗速率峰值為1Gbps。頻譜效率3倍提升，某些場景可以達到5倍。移動性方面支持移動速度達到500Km/h。在5G網絡環境比較好的情況下，1GB的文件1～3秒就能下完，基本上不會超過10秒。照片、視頻等大體積文件上傳下載都會極速完成。
1.2.2uRLLC超可靠低時延通信
在此場景下，連接時延要達到1ms級別，而且要支持高速移動情況下的高可靠性連接。如果說提升網速相對還容易解決，低時延和高可靠性可得花費大量工作。未來5G網絡的端到端時延在5～10ms內，可以達到1ms，是4G網絡時延的一百分之一，這1ms將徹底顛覆人類未來生活[2]。而數據傳輸的可靠性可以達到百分之百，5GSA網絡模式是一次顛覆式的變革，它采用的MEC+網絡切片技術應用，能夠真正實現網絡帶寬動態感知、不同業務相互隔離、網絡性能動態調配等功能，從而實現專網與公網之間的隔離，保證數據的私密性傳輸，從而滿足不同垂直行業對5G專網的定制化需求。
1.2.3mMTC海量機器類通信
海量機器類通信也叫“海量物聯”。萬物互聯下，人們的生活方式也將發生顛覆性的變化。這一場景下，數據速率較低且時延不敏感，連接覆蓋生活的方方面面，終端成本更低，電池壽命更長且可靠性更高。相比4G網絡，5G最大的突破就是可以海量連接。無線側基站側可支持的協作天線數量將達到128根，支持多用戶波束智能賦型，減少用戶間干擾。這種大規模多天線技術結合重點區域超密集組網方案，將支持更多用戶高效收發數據，支持接入更多設備，連接密度數可達每平方公里100萬設備數，可以為密集區域又有流量需求的用戶提供同時的高速度接入服務，打造一個全新的萬物互聯景象。5G這幾大特點也承載著新的應用場景，其中醫療應用場景對網絡要求極高，對于高速、低時延、加密傳輸、可信賴認證也提出了更高的要求，這些要求未來在5G網絡都可以實現。
2遠程醫療
2.1遠程醫療概念
遠程醫療簡單理解就是使用利用各種通信技術提供遠距離醫學信息和服務。在智慧醫療應用中，基于5G的特點，最先實現的就是遠程醫療。5G移動通訊技術的高速率、大容量、低延遲等特點最大程度滿足了遠程醫療實時性、高效性、穩定性的需求?；?GSA核心網絡，采用了端到端彈性切片技術方式，針對“院內-院間-院外”醫療全場景提出了網絡自適應、網絡可感知、網絡智能化運維的5G醫療專網解決方案，保障了網絡數據的傳輸可靠性，能夠很好地契合醫療行業用戶對5G醫療專網性能和安全訴求。
2.2遠程醫療典型應用場景
5G遠程醫療包括遠程醫療健康監護、遠程會診診斷、遠程急救、遠程示教培訓、遠程機器人超聲手術等典型場景[3]。
2.2.1遠程醫療健康監護
5G網絡特性支持介入更大量的醫療監測設備，更快傳輸心率，呼吸等人體所有數據，及時警報異常情況。常規監測、ICU重癥監測和心腦血管相關指標監測都需要大量信息，并且需要實現監測數據實時傳輸，特別是心臟心腦血管傳輸告警基于毫秒級的，這在目前的4G網絡不能支持。這些場景對5G網絡有著比較迫切的需求，通過5G網絡實現病患體征監測數據的無線化傳輸和可視化表現，并結合AI對采集數據進行分析，將患者的環境視頻和監測儀換面視頻高清實時傳輸，還可以實現無線查房，移動查房或者機器人查房（例如醫護人員比較難以到達高輻射區）等。
2.2.2醫療急救
醫療急救包括三種場景：（1）現場急救場景，指揮中心第一時間趕到事發第一現場，攜帶急救背包，多參數監護儀，便攜式超聲設備，口袋式頭顯音視頻采集設備，采集患者生命體征數據，迅速將現場情況通過5G網絡回傳到云平臺上，接受在線指導現場醫生施救，同時通知醫院做好接診的一切準備。今年在世界園藝博覽會上的心臟病突發急救案例，從急救車趕到現場，到患者進醫院搶救，整個過程僅用了10分鐘，患者很快轉危為安。挽救生命分秒必爭，而5G帶來的毫秒級速度，無疑是醫療急救領域的強心劑。（2）急救車內場景，車內所有的采集監測設備包括實時監控影像監控等，將準確第一手數據通過5G網絡回傳，對相應急救場景實施遠程急救指導，進行車內急救會診。包括120急救車，孕產婦急救車，腦卒中急救車等。（3）醫院和急救中心內場景，對手術室進行智慧改造，用5G的無線技術替代原有的光纖傳輸，實現更高質量的遠程指導遠程協助。
2.2.3遠程示教培訓
合格的醫生培養周期長、成本高、資源投入大，利用VR相關技術，可以將抽象的手術設計具象化，降低學習成本。遠程教學指導中，利用5G網絡的高帶寬低時延特性，實現無卡頓、超流暢、超清晰多路高清4K回傳，專家教師可以對課件、模型等進行標簽，圖形注釋等互動性操作。而遠程實時手術的要求更高，需要滿足8K高清晰、高速率和低時延等傳輸條件?；贛R技術的遠程示教于指導，通過AR/VR裝置，可以對特定手術部位進行實時標記、測量、繪制，進而為遠程MR手術指導、遠程手術示教提供便利，最大程度地節省患者和醫生的時間。”南昌大學二附推出“5G+VR醫學指導及受教平臺”，觀看者在手術全景中可自由選擇視角，觀看主刀、一助、二助、麻醉師乃至護士的操作，并可直觀感受3D成像下的組織及器官。虛擬現實手術訓練系統，其中的觸覺機械手有真實的觸覺，讓人感覺如臨其境。
2.2.4遠程會診、診斷
基于音視頻會議系統的遠程會診，通過高清音視頻設備通過會議來做遠程會診，對網絡要求不同，1080T現有的4G網絡可以支持，但電子病歷、CT影像、B超影像病理資料等用現有網絡傳輸時間會非常長，影響遠程會診的效率。而4K高清視頻回傳對網絡需求比較高，傳輸速率只有5G網絡可以支持。
2.2.5遠程機器人超聲和遠程機器人手術
超聲對技術要求比較高，對視頻傳輸和實驗要求都比較嚴格?；鶎蛹夹g有限，醫療專家可以根據患者端視頻和力度反饋信息，利用遠程機器人開展超聲醫療服務。遠程手術最大的問題就是信號實時的互聯互通，稍有延遲就可能會給患者帶來不可逆轉的傷害，需要端到端，大帶寬低時延的網絡支持，從鏡頭到圖像采集系統、采集病人端PC編碼處理、通信網絡、醫生端解碼處理顯示器，整個總的時延不超過100ms，最好達到端到端在50ms內。而5G網絡大帶寬、低時延、高可靠性能夠提供清晰的操作畫面，也能滿足醫生控制手術臂，實施遠程手術。遠程醫療場景很多，隨著通信技術的發展分階段實現，第一階段：無線檢測，移動查房，示教培訓。第二階段：導航定位、移動急救，遠程會診遠程診斷。第三階段：高風險的機器人超聲、機器人手術等。
3遠程醫療實踐
3.1一帶一路跨國手術直播
第四節巴基斯坦國際心臟病學會年會，北京阜外醫院專家受邀在青島阜外醫院成功進行了心臟介入手術5G直播。技術上針對醫院進行無線信號覆蓋的特征，針對手術室進行5G數字化室分系統部署，單用戶速率達到1Gbps以上，實現中國首次向“一帶一路”國家現場跨國直播心臟介入手術。
3.2遠程手術指導
今年中國人民解放軍總醫院利用5G技術成功完成了全國首例遠程人體手術：帕金森病“腦起搏器”植入手術。腦起搏器手術用于治療帕金森等神經系統疾病，該手術對醫生的專業知識和臨床經驗要求很高，基層醫院往往難以開展。北京到海南相距3000km，5G網絡高速率、大帶寬和低時延的特性，有效保障了遠程手術操控的穩定性、可靠性和安全性，雙側4K高清音視頻交互幫助專家實時準確掌控手術進程和病人情況。此次手術的網絡架構如圖1所示，采用非獨立組網方式，開通2.6G頻段，在中國人民解放軍總醫院北京和海南兩地分別部署了5G室分站點，相關控制、視頻采集設備分別接入本地的5G基站，經5G核心網、傳送網和骨干網等，實現5G遠程手術控制信號和業務數的傳輸。整個手術過程視頻信號傳輸流暢無卡頓，時延在90ms之內，手術的成功充分驗證了遠程手術可能性。
4總結
隨著深化醫藥衛生體制改革的推進，遠程醫療作為促進優質醫療資源下沉，緩解醫療資源分布不均勻，促動分級診療的有效手段，在新的醫改中承擔了重要的任務。5G技術的快速發展普及，網絡傳輸速度更高、圖像更加清晰、價格更低、使用更加便捷，以及中國4G技術應用使中國移動互聯網產業已經成熟，民眾接受網絡治療方式等諸多因素，將使我國遠程醫療將得到快速的發展，在全國各地得到廣泛應用。未來，5G技術將賦能醫療行業，各種5G醫療系統的建立和案例的實現，正是遠程醫療美好前景的一個開端，我們將不斷探索5G環境下醫療新模式和新業態。
作者:徐雅芳 單位:中國聯合網絡通信有限公司廊坊市分公司