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華為、中移動助力,鄭大附一院完成5G遠程會診、B超、急救等多項實驗

據(jù)悉,近日在鄭州大學第一附屬醫(yī)院(后簡稱:鄭大附一院)的辦公樓附近,多了一些形似熱水器的黑科技箱子(如下圖所示),它們是醫(yī)院正在建設(shè)中的5G網(wǎng)絡(luò)基站。

目前,在鄭大一附院(鄭東院區(qū))、互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與應(yīng)用國家工程實驗室(河醫(yī)院區(qū))和國家大數(shù)據(jù)綜合試驗區(qū)核心區(qū)龍子湖智慧島之間,共有30個基站正在安裝中,3月15日左右便能全部安裝完畢,月底將投入使用。

2018年10月,2018數(shù)字經(jīng)濟峰會暨5G重大技術(shù)展示交流會上,河南移動以“豫見5G 觸手可及”為主題精彩亮相,并展示了在移動5G環(huán)境下的遠程醫(yī)療成果。

移動5G遠程醫(yī)療展臺(圖片來源:三門峽移動)

在移動5G醫(yī)療應(yīng)用示范展區(qū),鄭大一附院遠程醫(yī)學中心工作人員現(xiàn)場向與會嘉賓展示了遠程會診、遠程B超、移動查房機器人等遠程醫(yī)療前沿技術(shù)。

鄭大一附院黨委副書記、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療系統(tǒng)與應(yīng)用國家工程實驗室主任趙杰教授表示,未來采用移動5G技術(shù),只要有移動5G信號,即便是身在偏遠農(nóng)村,也完全可以實現(xiàn)足不出戶可以享受到鄭大一附院專家的診療服務(wù)。

移動5G救護車遠程會診(圖片來源:三門峽移動)

病人上了救護車,用原來的4G信號連接速度較慢,如果采用移動5G技術(shù),在救護車上就可以把病人的檢查信息和現(xiàn)場場景直接快速傳輸?shù)结t(yī)院,使專家們完成對病人病歷的閱讀,在車上就可以開檢查單,到了醫(yī)院就可以直接做相關(guān)檢查,可大大縮短病人的院前搶救時間,簡單的說,就是病人上了救護車就相當于到了急救中心。

基于5G網(wǎng)絡(luò)的遠程B超(圖片來源:三門峽移動)

借助5G技術(shù),這個小小的無線B超探頭就是一個操作柄,上下、左右、旋轉(zhuǎn)移動,可以靈活地操控遠程醫(yī)療另一端機器臂。病人躺在家鄉(xiāng)的病床上,千里萬里之外的專家醫(yī)生對病人的身體情況一目了然,作為可視化精準醫(yī)療利器和急救速查、初步篩查的好工具,遠程B超和遠程醫(yī)療有利于提高醫(yī)護人員的工作效率,提高診療水平,最大程度減少診療出錯和因此引起的醫(yī)患糾紛。

除了遠程B超,無線輸液也是5G醫(yī)療時代的另外一個黑科技。

靜脈輸液是臨床最常見的治療手段之一,輸液過程中,病人往往需要盯著輸液瓶,一旦遇到跑針或輸液快結(jié)束的情況,得隨時呼叫護士來處理。在5G醫(yī)療時代,這一切將變得簡單起來。

據(jù)鄭大一附院遠程醫(yī)療中心工作人員陳保站介紹,無線輸液可以由無線警報器通過傳感器獲得病人輸液進度,在輸液快結(jié)束時可以自動報警呼叫護士,病人就再也不用擔心時刻緊盯輸液瓶,也不需要人工呼叫。

除此之外,該系統(tǒng)還可以對輸液的進度、速度、輸液情況進行實時監(jiān)控,讓輸液速度等過程更加標準化。一個病區(qū)的輸液情況如何,護士在一張顯示屏中便可一目了然。

5G醫(yī)院的9大應(yīng)用場景

2018年6月,鄭州市正式成為國內(nèi)18個5G應(yīng)用示范城市之一。其中,鄭大一附院和中國移動聯(lián)合推進的智慧醫(yī)療應(yīng)用既是國家示范的一部分,也是河南省人民政府2019年1月發(fā)布的《河南省5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》規(guī)劃的重點發(fā)展領(lǐng)域。2018年,鄭大一附院河南省遠程醫(yī)學中心與中國移動河南分公司簽署了全國5G智慧醫(yī)療共建合作協(xié)議,并應(yīng)邀參加2018年數(shù)字經(jīng)濟峰會和中國移動5G聯(lián)合創(chuàng)新中心。

日前,中國移動在鄭大一附院(鄭東院區(qū))、互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)與應(yīng)用國家工程實驗室(河醫(yī)院區(qū))和國家大數(shù)據(jù)綜合試驗區(qū)核心區(qū)龍子湖智慧島之間部署了1GPs VPN專網(wǎng)和5G基站,已實現(xiàn)了重點區(qū)域5G網(wǎng)絡(luò)的小規(guī)模組網(wǎng),初步搭建了“一網(wǎng)三區(qū)”院內(nèi)院外5G醫(yī)療異地應(yīng)用示范的測試環(huán)境。

此外,醫(yī)院還在遠程會診、遠程B超、遠程生理信號傳輸、遠程急救等領(lǐng)域進行了實驗。未來將在醫(yī)聯(lián)網(wǎng)、遠程應(yīng)急救援、VR手術(shù)、遠程醫(yī)療、無線輸液、患者定位和網(wǎng)絡(luò)安全等方面展開5G技術(shù)合作和應(yīng)用研究。

這些應(yīng)用場景,也恰好是互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療系統(tǒng)與應(yīng)用國家工程實驗室、華為 Wireless XLabs、鄭州大學第一附屬醫(yī)院、中國信息通信研究院、中國移動通信集團有限公司于2018年1月13日聯(lián)合編著并發(fā)布的《無線醫(yī)療白皮書》中的9大場景。

結(jié)合醫(yī)療業(yè)務(wù)特征,《無線醫(yī)療白皮書》將無線醫(yī)療應(yīng)用場景總結(jié)為 3 大類:

第一類:基于醫(yī)療設(shè)備數(shù)據(jù)無線采集的醫(yī)療監(jiān)測與護理類應(yīng)用,如無線監(jiān)護、無線輸液、移動護理和患者實時位置采集與監(jiān)測等。

第二類:基于視頻與圖像交互的醫(yī)療診斷與指導類應(yīng)用,如實時調(diào)閱患者影像診斷信息的移動查房、采用醫(yī)療服務(wù)機器人的遠程查房、遠程實時會診、應(yīng)急救援指導、無線手術(shù)示教和無線專科診斷等。

第三類:基于視頻與力反饋的遠程操控類應(yīng)用,如遠程機器人超聲檢查、遠程機器人內(nèi)窺鏡檢查和遠程機器人手術(shù)。

這三類無線應(yīng)用場景對網(wǎng)絡(luò)的帶寬和時延要求各有不同,具體要求如下圖所示:

圖片來源:互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療系統(tǒng)與應(yīng)用國家工程實驗室無線醫(yī)療白皮書

項目參與者之間協(xié)同配合

在本次5G智慧醫(yī)療項目中,鄭大附一院、移動公司和華為等單位各司其職,協(xié)同合作。

中國移動主要提供5G網(wǎng)絡(luò)的端到端解決方案,包括網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)切片、網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)維護,終端供給、醫(yī)療設(shè)備定制、醫(yī)療設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的互通測試等工作。據(jù)悉,公司現(xiàn)已完成30個站點勘察,電源、天面調(diào)整、傳輸網(wǎng)絡(luò)改造等工程配套工作正在開展。目前30個基站正在安裝中,預計3月15日全部安裝完畢,3月底投入使用。

智慧醫(yī)療應(yīng)用的生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)與5G網(wǎng)絡(luò)的融合將是一個逐步深入的過程,移動作為5G行業(yè)的使能者,還積極協(xié)助醫(yī)療設(shè)備企業(yè)改進相關(guān)產(chǎn)品。

華為Wireless XLabs負責人則表示,華為與運營商的合作由來已久,華為為運營商客戶提供5G解決方案,同時和客戶一起推進產(chǎn)業(yè)生態(tài)的建設(shè)與落地。

在醫(yī)院方面,華為很早就已經(jīng)與鄭大一附院有合作。包括為醫(yī)院提供遠程醫(yī)療相關(guān)的存儲、數(shù)據(jù)中心、云等服務(wù)和設(shè)備等。在國家工程實驗室成立之初,華為參與到實驗室的研究方向探討和建設(shè)。Xlabs更多的參與到了前沿技術(shù)實驗室、無線醫(yī)聯(lián)網(wǎng)、智能醫(yī)療終端、遠程超聲、5G急救車等環(huán)節(jié)。

據(jù)悉,Xlabs在探索未來的過程中,已經(jīng)在多個業(yè)務(wù)方向上成立了SIG,包含運營商、醫(yī)院、醫(yī)療設(shè)備商等產(chǎn)業(yè)鏈280多個合作伙伴,形成了40多個合作研究項目。在無線醫(yī)聯(lián)方向上,與國內(nèi)外一些著名醫(yī)院、頂級醫(yī)療設(shè)備商、醫(yī)療終端創(chuàng)新公司、醫(yī)療IT廠商都形成了廣泛和深入的合作。

不同場景的技術(shù)方案

河南移動相關(guān)負責人介紹稱,在5G醫(yī)療行業(yè),無線網(wǎng)絡(luò)面臨的最大挑戰(zhàn)就是低時延和高可靠性,不同類別的應(yīng)用場景對應(yīng)的技術(shù)難點也不同,為了滿足各應(yīng)用場景的使用,項目分別采用了如下技術(shù):

監(jiān)護類和診斷類:充分利用5G的高帶寬,低時延性能,優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)拓撲。在降低時延方面:5G物理層支持不同的子載波間隔,大的頻域子載波間隔配置,以縮短時域調(diào)度時延;通過Minislot的調(diào)度方式,降低調(diào)度時延;在提升可靠性方面:PDCP 層引入了復制功能,將同一個承載映射到不同的邏輯信道,物理層采用不同載波發(fā)送,保證傳輸可靠性。

而遠程操控類:面對遠程操控類應(yīng)用時,為了最大程度發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)高帶寬和低時延的性能,采用如上技術(shù)的同時,在面對上行數(shù)據(jù)發(fā)送中,UE采用可配置調(diào)度方式,直接在預先分配資源上發(fā)送數(shù)據(jù)、縮小時延;而且物理層專用控制信道也采用冗余方式,保證傳輸可靠性。通過增強型的MCS映射技術(shù),提高5G空口的可靠性;并且采用諾基亞剛剛在MWC獲得創(chuàng)新性移動服務(wù)和應(yīng)用獎的vMEC解決方案,將業(yè)務(wù)服務(wù)器入口由遠端拉近到本地接入網(wǎng),從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上降低業(yè)務(wù)時延,并提升業(yè)務(wù)可靠性。

華為Wireless XLabs負責人也補充道:“移動醫(yī)療、遠程醫(yī)療的發(fā)展非?欤@些應(yīng)用得以快速發(fā)展的關(guān)鍵因素之一是網(wǎng)絡(luò)。醫(yī)院內(nèi)的通信較復雜,包括普通消費者的手機通信和醫(yī)療設(shè)備通信等。從技術(shù)上看,有wifi、有線、藍牙等,可以說是七國八制,管理難度非常大。”

醫(yī)院內(nèi)的無線醫(yī)療應(yīng)用又非常豐富,監(jiān)護類、診斷類與遠程操控類三類應(yīng)用,對網(wǎng)絡(luò)的大聯(lián)接、低時延高可靠、大帶寬要求能同時滿足,而當前wifi的實際使用的效果不好。醫(yī)院更希望能網(wǎng)絡(luò)歸一、安全、可靠、無盲區(qū)覆蓋、大容量、免運維,這些要同時滿足,無線醫(yī)聯(lián)網(wǎng)基于4G、5G技術(shù),在運營商網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)了醫(yī)院的虛擬專網(wǎng)。解決了移動醫(yī)療設(shè)備、無線醫(yī)療設(shè)備在接入、數(shù)據(jù)通信方面的時延、可靠性、干擾問題,同時也免去了醫(yī)院專人運維的問題。

以急救為例,現(xiàn)代急救工作不是簡單的人力動員和物資調(diào)配,而是集急救信息采集、傳輸、處理、反饋和醫(yī)療資源統(tǒng)一配置等多系統(tǒng)、全方位、立體化的網(wǎng)絡(luò)化體系,急救現(xiàn)場傷員信息采集主要涉及傷員基本信息、位置信息、生理信息、傷情分類信息、醫(yī)療處置信息、VR或視訊信息等多維數(shù)據(jù),支持完成病人血壓、脈搏、體溫、心電圖、CT、B超、DR等相關(guān)檢查,因此,移動急救需要解決關(guān)鍵信息采集設(shè)備、后臺數(shù)據(jù)處理和傳輸通路三大關(guān)鍵問題。

鄭州大學第一附屬醫(yī)院遠程醫(yī)學中心主任翟運開表示,在移動5G救護車遠程會診方面,5G大聯(lián)接、低延時、高可靠的特點解決了移動救護中存在網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、帶寬不足、數(shù)據(jù)傳輸不安全等問題,支持患者病情及現(xiàn)場視頻圖像與指揮中心及目地醫(yī)院信息共享,支撐了急救信息的可靠傳輸,對實現(xiàn)急救資源的合理配置、提高急救保障水平具有重要意義。

在5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍局限的情況下,目前,互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療系統(tǒng)與應(yīng)用國家工程實驗室通過搭建一套集視頻會議系統(tǒng)、雙向轉(zhuǎn)診系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)、衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的遠程應(yīng)急指揮與救治平臺,支持遠程專家對傷員的基本信息、生理信號和醫(yī)療處置等信息進行非實時信息查詢和視頻會診,對疑難危重患者及時實施遠程指導和院內(nèi)資源調(diào)度,提高了院前救治效率。

翟主任表示:“5G不是萬能的,它只是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐,進一步提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎唾|(zhì)量,但5G也有其局限性,在醫(yī)療應(yīng)用中,5G移動網(wǎng)絡(luò)也需要和有線網(wǎng)絡(luò)結(jié)合使用!

據(jù)悉,移動醫(yī)療重在解決偏遠地區(qū)、醫(yī)療水平落后地區(qū)的醫(yī)療資源供給不足問題,而這些地區(qū)往往也是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施比較落后的地區(qū)。毫無疑問,只有包括5G在內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完成之后,所謂5G醫(yī)療應(yīng)用才有規(guī);茝V的條件。

5G如何顛覆傳統(tǒng)B超、查房和手術(shù)?

遠程B超和查房機器人,在5G出現(xiàn)之前,便已經(jīng)在醫(yī)院開石應(yīng)用,但受限于技術(shù),一直沒有得以普及。

對此翟主任表示,B超診斷技術(shù)是一種經(jīng)濟、實用、可重復、無損傷的醫(yī)學檢查手段,具有無侵襲、不影響人體及適應(yīng)性廣的優(yōu)點,遠程B超打破了時間和空間的限制,通過網(wǎng)絡(luò)傳輸檢查全景、檢查部位和控制指令等信息,實現(xiàn)遠程對患者身體特定部位B超圖像采集、分析和打印,并出具檢查報告。

目前,遠程B超的實現(xiàn)需要解決機械臂的靈敏度自適應(yīng)、控制指令實時傳輸、超高清音視頻實時傳輸、患者特定部位B超動態(tài)圖像信息分布式存儲、動態(tài)數(shù)據(jù)處理等系列技術(shù)問題。翟主任表示:“當前,5G網(wǎng)絡(luò)主要支撐B超數(shù)據(jù)采集、傳輸和指令回傳等,網(wǎng)絡(luò)一旦鋪設(shè),這類問題并不復雜,但遠程B超機械與電子設(shè)備本身、后臺數(shù)據(jù)處理特別是智能化處理更需要進一步解決!

查房機器人方面,雖然現(xiàn)有的技術(shù)通過音視頻通話已經(jīng)實現(xiàn)了患者與專家“面對面”交流,部分也集成了血壓、體溫、耳鏡、皮膚鏡、心電圖等基礎(chǔ)檢查,但它們大多受制于醫(yī)療數(shù)據(jù)量大、傳輸網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸不安全、缺乏患者歷史診療信息等因素,很難實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)實施動態(tài)傳輸、存儲和歷史信息實時查詢等功能。

現(xiàn)有的傳輸網(wǎng)絡(luò),尚不能滿足專家查房過程中對患者即時數(shù)據(jù)和歷史醫(yī)療診療數(shù)據(jù)的動態(tài)實時訪問需求。因此,基于5G的醫(yī)療機器人會在未來有廣闊的發(fā)展空間,特別是對基層醫(yī)療資源薄弱地區(qū)將發(fā)揮聯(lián)通基層和上級專家的作用。

而在遠程手術(shù)方面,翟主任雖然十分看好其應(yīng)用,但他認為目前還存在一些醫(yī)療方面的難點。翟主任認為,遠程手術(shù)實施既是技術(shù)問題,更是醫(yī)療問題。而在技術(shù)層面,5G通信技術(shù)只是其中之一。在這一領(lǐng)域,遠程人體手術(shù)仍需解決5G網(wǎng)絡(luò)芯片和設(shè)備研發(fā)、5G網(wǎng)絡(luò)基站大規(guī)模部署、全高清視頻圖像編解碼、5G網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計算、NFV/SDN等技術(shù)核心問題,以降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時延,確保患者HIS、LIS、PACS、EMR等大容量醫(yī)學信息動態(tài)實時查詢、全高清視頻圖像分布式存儲和智能設(shè)備的實時操控指令安全可靠傳輸。

同時,因為手術(shù)類型術(shù)前準備內(nèi)容差異很大,在遠程人體手術(shù)前,需要分類對遠程手術(shù)進行試驗測試和驗證其實施的基礎(chǔ)條件、基本流程、操作規(guī)范、應(yīng)用范圍等相關(guān)指標參數(shù),在這方面尚缺乏相關(guān)的國家政策、相關(guān)技術(shù)標準、管理體系、臨床規(guī)范等方面的研究和實踐,遠程人體手術(shù)仍有很長一段路要走。

5G政策如何支持?

5G技術(shù)在醫(yī)療的發(fā)展,除了醫(yī)院全力配合之外,政策的支持至關(guān)重要。

目前,工信部是我國擬訂實施行業(yè)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)政策和標準,管理通信業(yè),指導推進信息化建設(shè)的主要部門。為適應(yīng)和促進5G系統(tǒng)在我國的應(yīng)用和發(fā)展,工信部結(jié)合我國頻率使用的實際情況,在全球率先發(fā)布了5G系統(tǒng)在3000-5000MHz頻段(中頻段)內(nèi)的頻率使用規(guī)劃,并為三大運營商分別批復了5G試驗頻率使用許可,推動全國范圍的大規(guī)模5G試驗將展開。國家衛(wèi)健委則是擬訂國民健康政策,擬訂衛(wèi)生健康事業(yè)發(fā)展法律法規(guī)草案、政策、規(guī)劃,制定部門規(guī)章和標準并組織實施等部門。

國家衛(wèi)健委和工信部在互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療專用網(wǎng)絡(luò)、寬帶普遍服務(wù)、醫(yī)療扶貧、醫(yī)療健康大數(shù)據(jù)、醫(yī)療人工智能等方面有很好的協(xié)調(diào)機制,共同參與出臺《國務(wù)院辦公廳關(guān)于促進“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療健康”發(fā)展的意見(國辦發(fā)〔2018〕26號)》、《國務(wù)院辦公廳關(guān)于促進和規(guī)范健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展的指導意見(國辦發(fā)〔2016〕47號)》等文件。

5G作為新一代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),已經(jīng)在遠程會診、應(yīng)急救援、遠程B超和遠程VR手術(shù)等方面驗證了其局部可行性,國家衛(wèi)健委和工信部都非常重視5G在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用,在相關(guān)重點項目、示范應(yīng)用、標準研制、平臺建設(shè)等方面都不斷給予關(guān)注。

相信隨著5G在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用模式、標準和技術(shù)等成熟后,兩部委相關(guān)政策將會陸續(xù)出臺,以解決了院內(nèi)院外或異地醫(yī)療服務(wù)協(xié)同業(yè)務(wù)的開展,推動我國醫(yī)療健康服務(wù)的高質(zhì)量發(fā)展。

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