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让医疗插上5G的翅膀
中华医学杂志, 2020,100(16) : 1201-1204. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20200107-00038
摘要

第五代移动通信技术(5G)具有时延低、速度快、流量大的特点,2019年正式进入临床医疗领域。5G技术构建了万物互联的基础,目前在远程会诊、远程手术和远程检查操作等临床应用场景进行了初步探索,带来了全新的体验。相信未来5G结合大数据、互联网等与临床医学的深度融合,势必带来革命性的改变,催生出新的行业标准、新的业态。

引用本文: 王凌伟, 陈荣昌, 钟南山. 让医疗插上5G的翅膀 [J] . 中华医学杂志, 2020, 100(16) : 1201-1204. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20200107-00038.
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第五代移动通信技术简称5G。2019年被业内称为5G时代"元年",2019年6月6日工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照[1],我国是继韩国、美国、瑞士、英国之后全球第五个开通5G商用的国家。随之,5G在各行各业中的应用和探索研究成为热点。临床医学包含海量的信息与知识,需要沟通(会诊)与探索(研究)。人民生活水平的提高也伴随着对健康保障的需求提高,而名院名医的数量远低于人民群众的需求。这些学科的特点和社会的需求,决定了5G和人工智能将会优先在临床医疗中探索应用。5G与临床医疗的结合,将会以"全新的高标准"改变远程会诊,催生远程操作检查和远程手术等,形成5G时代临床医疗行业的新业态。

一、5G技术的特点和优势

移动通信技术自20世纪70年代以来,从最早的模拟通讯时代进入到了全数字、全连接的5G时代。5G从字面上看似4G的延伸,但在用户体验速度、数据传输速度和密度、端际延时、频谱效率、便携性和移动性、能效、成本等方面均较4G有1~2个数量级的提升。5G的核心是基于超高密度的无线网络和超高效率的无线传输,衍生出其最基础的性能特点:端对端时延低(ms级)、流量密度大(连接数高)、速度快。5G的网络延迟从4G的20 ms降至1 ms,单用户数据吞吐量和终端连接数是4G的100倍,分别高达10 Gb/s和100万连接/km2,传输速度提高至少100倍。这三大特性使得物联网时代的"万物互联"得以实现。

5G还纳入2项核心技术:边缘计算(MEC)和网络切片两项关键技术。MEC作为一种新的部署方案,将带缓存、计算处理能力的节点部署在网络边缘,从而减少核心网络负载,降低数据传输时延,例如在远程医疗中,如果数据分析和控制逻辑全部集中在较远的云端完成,延时指标无法达到要求,利用MEC则可以有效地降低延时,满足业务的实时性需求[2]。MEC极大地优化并拓展了云计算的架构和使用方式,为时延高度苛刻、吞吐量无比巨大和有特殊本地化需求的应用提供了可能,对其在医疗行业的场景应用具有重要价值。网络切片是通过在一张物理网络上划分出多个虚拟的"专用"逻辑网络,提供相互隔离、端到端和按需定制的服务[2],网络切片把既往公众化、同质化的移动通信网络第一次变成了各行业个性化的移动通信,为诸如医疗这类特殊的公用事业、关键领域和特殊行业提供了无线化、智能化的可能。

基于上述三大特点和两项核心技术,5G的应用场景得以拓宽和大幅提升。移动互联网速率提升的场景被称为增强型移动宽带(eMBB),是5G发展初期的核心场景,主要用于云游戏、4 K/8 K超清视频、增强现实(AR)/虚拟现实(VR)等。而5G移动物联网的两个场景分别被称为超可靠低时延通信(uRLLC)和大规模物联网(mMTC),前者用于远程医疗、自动驾驶、工业自动化等关键任务领域,后者用于智慧城市这类泛在物联网领域。

二、5G联合远程查房应用的初步探索与体会

2019年5月15日,广州呼吸健康研究院钟南山院士和远在贵州省的毕节市第一人民医院开展了我国首次"5G院士查房"。2019年9月10日,深圳市呼吸疾病研究所陈荣昌所长及深圳市人民医院邱晨院长等在深圳首次应用5G技术,连线北京大学深圳医院宋卫东教授团队、南方医科大学深圳医院李志奎教授团队进行三方疑难病例讨论。这次网络联合查房的体验感,可以说是"新技术、新标准、新感受",完全不同于传统的远程会诊。5G技术使远程查房的"画面高清"、"声在耳旁"、"直接读取患者的所有信息——病历、检验、影像、病理等,快过读取本地硬盘",患者的问诊和体格检查如同在身旁。基于4 K/8 K的高速传播与共享使读取信息量庞大的高分辨CT片超越了"亲临主诊医院"的感觉。同时,需要的设备简单,占地面积小,辅助人员大幅减少。也正是基于这次5G远程联合查房的良好体验及对5G医疗的信心,深圳市人民医院、深圳市呼吸疾病研究所正在构建一个全新的5G网络会诊平台,联动国家呼吸系统疾病临床研究中心-深圳分中心的22家网络单位(见文后)。并以此为基础,构建可以"常态化"连线全国的名院名医,乃至境外顶级专家的疑难疾病诊治平台,支撑实现区域医疗资源的均衡及医疗质量的全面提升。

三、5G在医疗中应用的领域和价值

5G移动通信技术特点,临床医疗领域将会有广阔的应用。从5G技术的角度来看,医疗场景应用分为三类:即基于视频与图像交互技术的应用,如移动查房、远程等;基于视频与力反馈的远程操控技术的应用,如远程手术、远程检查操作等;基于医疗设备数据无线采集技术的应用,如无线监护、移动护理等。

1.远程会诊:

远程会诊是5G技术涉及最早、较为成熟的医疗场景应用,包括远程病例讨论、远程视频查房、移动式会诊、离线式会诊、音视频交互式会诊。5G的大带宽、超高速、低延迟可满足3D视频、4 K/8 K高清视频的实时播放需求,尤其是医学影像数据的高速传输与共享得以实现,使远程会诊"质量与效能有质的飞跃"。5G医疗专网技术,可以有效解决医疗信息的"可及性、隔离性和安全性",在配合高清视频互动问诊和无线传送的体查(如:呼吸音的蓝牙传送等),"远程不亚于亲临诊治的会诊",将会成为疑难病会诊的新业态。

2.应急救援:

5G技术有望给急救医学带来革命性的变化。在此领域,已经不乏先行的探索。早在2016年美国率先启动了健康综合救援行动项目,研制出装有传感器和特殊红外装置的医用无人机,将其拓展到远程应急医疗。谷歌公司研发了配合谷歌眼镜的无人机视频系统,实现使用无人机运送抢救器材到现场,工作人员在后方操控无人机并通过机载视频探头实时观测现场情况。5G与无人机的结合赋予了院外急救新的发展空间,可同样用于灾难救援。2018年11月浙江大学医学院第二附属医院在世界互联网大会上首次展出5G救护车,并以急诊急救为场景,构建了"5G远程绿色急救通道";2019年3月完成全国首次城市无人机急救用血的测试飞行;目前正在构建5G支撑的急诊室、复苏室、重症监护室(ICU)、病房等。四川省人民医院初步探索5G在紧急救援中的应用,地震后搭乘5G急救车到达灾区,架设5G基站,展开全球首次灾难救援中远程实时视频会诊,指导现场救援队员对地震伤员进行超声检查和会诊。上海市第一人民医院探索将5G技术应用于区域创伤救治体系的建设,已经完成实战的模拟演练[3]

随着5G技术的完善的普及应用,智能急救系统将会有全新的格局。急救预警和调度服务系统、急救云平台、急救车管理系统、远程急救会诊系统等体系的完善,慢性疾病急性发作的早期预警、急救智能响应与调度,5G急救车将多功能生理监测仪、超声机、车载X光机、CT机、高清视频会诊、AR眼镜、车载无人机等多种设备记录的数据整合起来,完成院前与急诊实时无缝连接,实现"上车即入院"的愿景。急诊科医生可坐镇医院第一时间处理远程患者,提前做好患者到达医院后的诊治方案,大幅提高应急救治的速度和能力。

3.远程手术和远程检查操作:

5G技术的"实时、超高清"特点,使得远程"隔空"手术成为可能[1]。其中包括专家"远程指导"手术和专家"远程操控医疗手术机械人"实施手术。远程手术可以更加高效和低成本地发挥这些专家在疾病治疗和培养新一代专家中的作用。2019年3月12日,国内首台5G+混合现实(MR)+AR协同远程手术率先在深圳市人民医院开展,清华长庚医院董家鸿院士在北京远程现场指导,共同完成远程协同手术演示。2019年3月16日,中国首例基于5G的远程手术——帕金森患者"脑起搏器"植入术在远隔3 000 km的解放军总医院(北京)和解放军总医院海南医院(三亚)间得以实现。这种虚拟与现实结合的MR黑科技让外科手术更精准。2019年6月27日,北京积水潭医院田伟院长在机器人手术中心,成功实现了世界上首例利用5G技术远程操控骨科机器人为异地患者实施"隔空"手术[1]。5G技术的普及应用,可建立不同层级医院之间的专属通讯通道,跨地域远程操控手术或指导手术,对改善基层患者就医的方便性,助力优质医疗资源对基层的覆盖和降低患者就医成本,将会起到重要的推动作用。

与远程手术类同,远程操作检查,包括超声、CT、乃至各种腔镜的检查等,也将会成为探索的热点。不同区域、不同层面、不同医院之间的优秀的检查专家将会实现互利共享,形成新的业态。这种新的平台更有利于规范各种操作流程,实现不同医院之间的同质性,以一种新的形式满足基础和欠发达地区对高质量医疗检查的需求。

4.智慧医院的建设:

智慧导诊、移动医护、智慧院区管理构成了智慧医院建设的三大模块。"万物互联"将会成为智慧医院建设的重要方面。智慧导诊通过部署云-网-机结合的5G导诊机器人,提供基于自然语义分析的人工智能导诊,减轻门诊的人力成本,提高服务效率。移动医护有广阔的可拓展空间。例行的病房巡查、常规的监测都可以通过高清音视频"7×24 h"实施。新的技术、新的标准,有可能催生"新的想象和新业态"。医务人员繁重的医疗档案记录有可能被原始的音频、视频记录所替代,更多的时间将用于对患者的照护、监控"智能记录"的准确性等,形成更高效的医疗体系。另外,在某些特殊的医疗环境下,如烈性传染病房、放疗过程中,医疗辅助机器人可以替代医护人员,完成医疗工作[4],有可能超越现代主要依赖医务人员的能力。智慧院区管理也是近年来关注的热点问题,尤其是"多院区的医院"的智慧管理。不同院区、不同部门(如设备科、人事科、信息科等)实现数据有效连接,实现动态、全局的资产管理、人员管理、设备管理和院内急救调度,提升医院整体的管理效率,大大降低医院辅助人员数量,对医院运营模式的转变具有划时代的意义。

5.远程医学教育及培训:

远程医学教育培训包括了音视频会议系统的教学平台、基于使用场景的教学平台和基于AR/VR设备的教学平台。5G技术将会大大提升这些远程教学的效果,催生新的远程教学和培训模式。远程手术和远程检查操作在教学中的应用,"真实再现"临床诊治过程的疑难病例讨论等,将会大大提升教学培训的效能。基于AR/VR的虚拟教学平台配合可穿戴设备,结合3D数字化模型,较传统方式现场浸入感更强。近年来VR与医学紧密结合,突出体现在虚拟手术、医学模拟演示、实训模拟演示、教学实训演示、医院虚拟仿真系统、手术仿真训练系统等方面[5],打破了传统的教学培训模式,实现高水平、方便、实用的医学教育培训新模式。

四、应用实施过程中潜在障碍和解决方案
1.5G技术遇上行业壁垒:

"5G技术,万物互联",但"行业壁垒,拒绝互联"。这是5G在临床医疗中普及应用目前遇到的最突出的问题。由于涉及不同的医院、各科室、卫生行政主管部门、社会保险、电信营运商等各方面,亟需打通各部门之间的壁垒。这需要于国家政府层面加快顶层设计、制定政策文件、完善相关立法,尤其是数据安全的管理机制与责任,才能有效推动5G医疗数据开放与共享、保障5G医疗行业的深度融合。目前可以尝试的方式是"有目标、有限制的共享"。通过建立一个共享的平台,需要共享的信息可以"简单易行"地上传到平台,平台负责人做好相应的管理。

2.5G新起步,探索中前行:

5G技术用于"远程手术"等高难度、低容错率的场景,目前应该说是"试水"阶段,涉及通信数据安全、临床医疗安全、事故防范、分工问责等诸多问题。不同医院对其态度迥异,积极探索与谨慎回避的态度并存。有关行政管理部门是否可以出台一些政策,成立顾问专家组和监督专家组,让有条件的高水平医院试水5G医疗,以医院需求为导向、企业为技术主体,构建产、学、研、用的创新体系,建立一批面向医院、面向基层的5G医疗创新中心、示范区,积极推进融合创新载体的建设。

3.与5G相匹配的软件、硬件和行业管理——千里之行:

目前5G属于起步阶段,设施尚不完善,商用终端设备少,缺乏统一的标准与评价体系。5G存在信号传播容易受阻挡、需要密集基站、耗电量大、投入成本大的缺点[3]。而且,创新型医疗器械、终端设备接入方式、数据格式和应用数据传输等方面尚无统一标准,5G医疗的网络指标要求尚不明晰。需要政府部门加大投入、电信部门加快5G站点的全面覆盖。深圳市政府计划在2020年8月实现全市5G信号全覆盖,为深圳在探索5G医疗方面提供了后勤保障。5G在临床医疗中的应用还涉及医疗数据安全保障、隐私保护与医疗纠纷的处理等问题[5],需要建立新的行业管理体系和相关法律主管部门针对性的立法保障。

五、展望

现代信息技术的进步,有可能与"工业革命"类似,推动人类社会的划时代的进步。5G、大数据、互联网+、人工智能、区块链等前沿技术,都有可能把临床医疗作为重要的领域,优先进行探索应用。预计到2026年,5G仅在医疗保健领域就会创造出76亿美元的市场。在"互联网+医疗"的大背景下智能手机、远程医疗、智慧医疗等新概念、新设备、新技术层出不穷,可穿戴医疗设备成为技术研发的热点。在5G网络技术的辅助下处理AR和VR需求的速度和容量也将大大提高,已充分展示出在医疗领域的诱人前景。如果能够有效解决5G在临床医疗中应用的障碍问题,5G则好比为现代临床医疗插上一双腾飞的翅膀,形成新的业态。患者就医的过程,常规的临床工作流程,病历档案记录,常见病临床诊治的质控,疑难病的会诊,临床检查操作,需要顶级专家的高难度手术、青年医生的教学培训等,有可能以全新的面貌出现。以一种新的途径,解决优质医疗资源紧缺和医疗资源均衡优化的问题,更有效落实健康中国2030的目标任务,造福人民健康。这一美好的愿景如何可以实现?我们拭目以待。但我们可以预见,在未来3~5年将进入整体爆发式增长阶段,我们准备好了吗?

附国家呼吸系统疾病临床研究中心-深圳分中心及网络单位及负责人名单:深圳市人民医院深圳市呼吸疾病研究所呼吸与危重症医学科(邱晨);深圳市人民医院龙华分院呼吸科(吴福成);深圳市第二人民医院呼吸与危重症医学科(张敏);深圳市第三人民医院国家感染病临床医学研究中心肺病科(邓群益);北京大学深圳医院呼吸与危重症医学科(宋卫东);南方医科大学深圳医院呼吸与危重症医学科(李志奎);香港大学深圳医院呼吸科(许建名);深圳市中医院呼吸与危重症医学科(陈生);深圳市罗湖区人民医院呼吸与危重症医学科(杨礼腾);中山大学附属第八医院呼吸与危重症医学科(陈小可);华中科技大学协和深圳医院呼吸与危重症医学科(陈济明);深圳市南山区蛇口人民医院呼吸科(招强光);深圳市龙岗中心医院呼吸与危重症医学科(卓宋明);深圳市龙岗区第二人民医院呼吸科(游世论);深圳市龙岗区人民医院呼吸科(林士军);深圳市宝安区人民医院呼吸科(徐效峰);中国科学院大学深圳医院呼吸与危重症医学科(龙发);广州中医药大学深圳医院呼吸与危重症医学科(徐卫方);深圳市盐田区人民医院呼吸科(晏斌林);深圳市龙华区人民医院呼吸科(沈观乐);深圳市龙华区中心医院呼吸与危重症医学科(黄冬生);南方科技大学医院呼吸科(王玉梅)

志      谢
志谢

中国电信深圳分公司总经理李胜飞、副总经理李林梅;中国电信深圳方案中心总经理陈世胜、中国电信深圳罗湖区总经理赵福云、副总经理高洁;中国电信深圳罗湖区5G项目经理卢南

利益冲突
利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献
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张茂李强张旻海, . 积极拥抱5G时代,助力急诊学科发展[J]. 中华急诊医学杂志, 2019, 28(10):1179-1182. DOI: 10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2019.10.001.
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孔祥溢王靖方仪. 5G网络技术在医疗领域的应用前景[J]. 医学信息学杂志, 2019, 40(4): 17-20. DOI: 10.3969/j.issn.1673-6036.2019.04.004.
 
 
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