第2章 技术架构：5G+智慧医疗的实现之路
终端层：持续全面的信息获取
随着互联网以及相关技术不断发展，医疗产业的智慧化程度也在逐步提升。具体来看，我国智慧医疗的发展大致可以划分为三个阶段，如表2-1所示。
表2-1 智慧医疗发展的三个阶段
人工智能、云计算、大数据、物联网等技术的发展，使得数据的处理能力呈现出指数级的增长。这些技术应用到医疗领域后，使得辅助诊断、辅助治疗等成为可能，能够大大提升智慧医疗水平。例如医疗机构可以借助人工智能技术更有针对性地对信息进行处理，还可以基于获得的信息以及相关的疾病数据，辅助医护人员进行疾病诊断，更早、更精准地进行乳腺癌、肺癌等疾病的筛查，为后期治疗提供数据参考。
在为智慧医疗提供助力的诸多新兴技术中，移动通信技术需要特别关注。在患者就医过程中，移动通信技术能够为医疗部门与社会服务、保险等部门的联合提供便利。一方面，对医疗部门而言，移动通信技术的应用能够使医护人员、医院信息系统、医疗设备以及患者等之间共享医疗信息，便于医护人员获得全面、精确的医疗信息，为医疗诊断提供依据，在提高医疗水平的同时提升医疗工作效率；另一方面，对患者而言，移动通信技术的应用能够简化就诊流程，改善就诊体验。
作为一种新型的移动通信网络，5G技术不仅实现了快速发展，而且逐步渗透到了经济社会的各个领域，其所具有的高速率、低时延和大连接的特点能够为智慧医院建设和智慧医疗的发展提供极大助力。例如以5G网络为基础的MEC（Mobile Edge Computing，移动边缘计算）能够为患者提供AI辅助诊疗、移动急救等医疗边缘云服务；5G网络与大数据分析平台相结合能够为患者提供智慧导诊、智慧病房、智慧手术室、远程门诊等智慧医疗服务，满足每位患者的个性化医疗需求。
从整体架构看，以5G技术为主导的“5G+智慧医疗”共包括应用层、平台层、网络层和终端层四部分，如图2-1所示。
图2-1 “5G+智慧医疗”技术架构
首先，“5G+智慧医疗”的终端层就是医疗信息的发出端和接收端，相关设备包括病患手机、可操控移动终端、医护PAD类以及无线医疗设备等。这些设备既可以用于信息采集，也是信息应用所依附的载体。借助工业硬件、医疗器械、智能手机以及医疗机器人等感应设备、可穿戴设备和传感设备，“5G+智慧医疗”平台可以采集并呈现医疗全流程信息。
在医疗领域，医护人员使用的可穿戴设备、视频采集终端、远程会议视频会议终端以及手持终端等均可以通过集成5G通用模组的方式，具备接入5G网络进行信息传输的能力。借助5G技术，医疗系统内的移动医护工作站、检查设备等可以实现一体化集成，能够对患者的身体状况进行连续监测，并将获取的生命体征数据实时传输至医护人员应用的终端，便于医护人员及时掌握患者信息，对患者病情做出准确判断和及时处理。
医疗机器人、大型医疗器械等复杂精密的医疗设备可以通过网口连接医疗DTU（Data Transfer unit，数据传输单元）或者通过USB Dongle（USB加密狗）接入5G网络。由于大型医疗设备的稳定运转需要较强的网络支撑，因此可以利用5G网络切片技术，为传输流量承压的医疗检测和护理设备开设专网。于是，借助5G网络，大型医疗设备和视频设备就可以根据需要进行远程监控，辅助医疗人员获得更加全面的患者信息，从而打破医疗领域在时间、空间等方面的限制，解决医疗产业智慧化发展的技术瓶颈。
网络层：实时可靠的信息传输
“5G+智慧医疗”的网络层就是医疗信息的传输媒介，主要包括5G基站、5G承载网和5G核心网。不同医疗应用场景中的共享网络或独立网络，能够在不同的通信主体之间实现超低时延、高可靠性、高速的医疗信息传输。
与以往的移动通信技术相比，5G技术具有三大特性，即高速率、低时延和大连接，分别应用于以下三类场景，如表2-2所示。
表2-2 5G技术的三大应用场景
实际上，随着5G技术不断发展，上述三类应用场景已经在智慧医疗领域实现。例如eMBB的智慧医疗应用场景主要表现为实现5G覆盖的急救车。在5G网络的支持下，病人进入急救车后，生命体征等数据以及现场的高清视频便能够实时传输至医护人员手持终端。医护人员结合得到的信息做出的诊断可以回传给急救车上的医护人员，以便医护人员根据患者病情进行有针对性的处理，使患者获得“上车即入院”的救治体验。
uRLLC的智慧医疗应用场景具体表现为远程手术、远程监测以及无线监护等对于网络传输时延有较高要求的场景。例如无线监护可以通过终端层持续全面地获取患者的生命体征数据，并在后台完成对不同病人的统一监控和管理，提升医疗效率，解决医疗资源紧张的问题。在远程手术场景中，5G技术的应用能够实现实时反馈，解决物理距离带来的医疗困境。
mMTC的智慧医疗应用场景主要体现在医院内部。随着新兴技术不断发展，医院中医疗设备的种类与数量会越来越多。接入5G网络后，管理人员可以对这些医疗器械进行统一管理，便于数据分享和交流。
平台层：智能高效的信息处理
“5G+智慧医疗”的平台层主要是指人工智能、大数据、云计算、MEC、物联网、区块链等技术，利用新一代信息技术对医疗信息进行存储、计算和分析，获得有价值的信息，为医疗领域的诊断、治疗提供参考。可以说，在“5G+智慧医疗”的技术架构中，平台层起着承上启下的过渡作用。
基于5G网络所具有的高速率、低时延以及强大的数据分析能力，其在智慧医疗领域的应用有助于提升医疗水平和效率，使更多个体能够享受到及时便捷的医疗服务。例如基于5G的MEC能力使得影像设备赋能、虚拟现实教学、AI辅助治疗、移动急救车以及医疗边缘云服务等应用场景，能够满足患者的个性化需求。
同时，随着移动通信技术不断发展，智慧医疗的业务范围也会进一步拓展。例如：
随着5G技术与智慧医疗进一步融合，将有不同类型的业务在医疗领域展开探索和实践。届时，医疗领域的预防、诊断、治疗以及护理等全流程的健康管理将变得更加高效，患者将获得个性化、数字化、智能化的诊疗服务。
应用层：提供个性化的智能应用
“5G+智慧医疗”的应用层体现了5G技术在医疗领域的价值。在医疗领域，5G技术能够应用于5G急救车、无线监测、远程监测、远程手术与医疗设备管理监控等不同的应用场景。
医疗资源分配不平衡、居民看病难等问题一直是我国医疗领域的主要痛点。移动医疗的发展为这些问题的解决提供了新思路。2015年开始，我国政府部门陆续发布了《关于推进分级诊疗制度建设的指导意见》《国务院办公厅关于推进医疗联合体建设和发展的指导意见》《关于促进“互联网+医疗健康”发展的意见》等与医疗改革密切相关的政策，希望借助不断发展的移动通信技术加强不同层级的医疗机构之间的信息互联，统一居民电子档案的数据标准，推出分级、分层诊疗标准。这些政策的制定也为我国智慧医疗产业的发展带来了难得的机遇。
2016年10月25日，中共中央、国务院印发并实施《“健康中国2030”规划纲要》，计划到2030年实现每千常住人口注册护士数达到4.7人。虽然这一数字相比我国此前的医疗水平已经有了较大的提升，但仍然低于经济合作与发展组织国家的平均数。随着人口老龄化逐渐加剧，我国医疗领域面临的压力必然越来越大，而5G技术与智慧医疗的融合将推动医疗机构的角色由“治疗者”向“健康管理者”转变，医疗效率也将得到极大提升。
实现路径：5G智慧医疗的关键技术
“5G+智慧医疗”的实现路径中涉及许多关键性技术，主要包括以下几种，如图2-2所示。
图2-2 “5G+智慧医疗”的六大关键技术
医疗健康物联网是物联网技术（传感器、近距离通信、互联网、云计算、大数据、人工智能）在医疗健康行业的重要应用，可以将医生、患者和医疗设备、机器、药品、环境、服务连接到一起，利用物联网的信息交互功能对相关数据进行自动采集与管理，并实现数据共享，以患者为中心建立一个全方位的系统，推动医疗健康行业实现全面信息化，让智能化深入医疗健康服务体系。
物联网在医疗健康领域主要应用在家庭、社区、医院等场景，集中于智慧医院和健康管理两大方向。物联网技术在医疗健康领域的应用，让物与物相互串联，人与物相互贯通，规范医务人员的工作流程，增强医疗技术能力的同时降低医疗安全风险。与当前医学模式不同的是，物联网医学不再将疾病作为中心，其创新性运用可以变革医疗传统，将物联网技术嵌入健康医学模式，由疾病治疗发展为疾病预防与健康管理。
在医院场景中，物联网的应用涉及很多方面，例如患者体征数据的获取与采集、重症患者的管理与监护、医疗物资和垃圾的处理、大型医用设备监管和医疗机器人等。在社区场景中，物联网的应用包括慢性病和老年病的监护、妇婴保健、居民电子健康档案、保健卫生知识咨询、健康教育等。
边缘计算是一种分布式信息技术架构，能够在靠近物或者数据源头的一侧对数据进行处理。移动计算机的发展与应用促进了边缘计算快速发展，随着计算机组件成本不断下降，物联网（IoT）中的网络设备的数量也越来越多。边缘计算能够根据不同情况采取针对性的措施对数据进行区分处理，例如依据数据对时间的敏感度，决定是将其交由原点的智能设备进行处理，还是发送到中间服务器进行处理，还是对其进行云储存和大数据分析。
在具体的医疗实践中，医护人员十分看重数据的响应速度，这对医疗技术提出了新要求。边缘计算借助传感器可以快速响应医疗需求，更加快捷、方便地助力远程医疗的诊断。与此同时，边缘协作在医疗过程中也发挥着不可替代的作用。例如面对流感的暴发，医院、政府、药房等多个节点需要协调沟通，医院作为一个重要节点，需要与药房、医药公司、政府、保险公司等节点及时共享相关信息（感染人数、流感症状、治疗成本等）。
通过边缘协作，药房可以根据所掌握的信息有针对性地对自己的采购计划和仓库库存进行调整；医药公司通过共享数据合理地安排生产次序，优先生产急需药品；政府发布通告提醒相关地区预防流感，提高警惕；保险公司根据实际情况和流感影响力，调整下一年有关类型的保险售价。
网络切片是一种按需组网的方式，支持运营商在统一的基础设施上分离出多个虚拟的端到端网络，这些虚拟网络（设备、接入、传输、核心网）是独立的，不会受其他切片的影响。5G网络按照应用场景可以划分为三种类型：移动宽带、海量物联网和任务关键型物联网。这些场景对应的服务需求存在很大差异，为了满足多元化的服务需求，网络切片会担任分割器，将一整个物理网络切分成不同的虚拟网络，每个虚拟网络可以用于满足不同的场景需求。
网络切片技术在通信行业看来是5G的关键技术，也是5G领域创新技术的代表，研发端到端的网络切片技术是世界各国运营商和设备商都十分重视的项目。这项技术与智慧医疗的契合度也极高，借助网络切片技术，医疗数据可以实现高速传输，大大提高远程诊疗的科学性、专业性，保证手术顺利进行。
人工智能是一个以计算机科学为基础，多学科交叉融合的学科。它不断探寻智能发展的本质，生产出能代替人工、能模仿人类做出相似反应的智能设备和机器，研究的领域和范围一般包括机器人、语言图像识别、自然语言处理和专家系统，相关研究具有高度的专业性和技术性。随着相关理论和技术日趋成熟，人工智能的应用需求和应用范围逐渐扩大，在发展的过程中日益发展为人类智慧的容器，不断带来新的科技产品。在模拟人类思维意识的过程中，人工智能能够无限接近人的智能，像人一样思考。
随着时代的发展，人工智能与医疗行业不断融合，人工智能的应用场景在各项技术的成熟和发展中也得到了丰富，人工智能技术在医疗行业的影响力也大大提升，病历的语音录入、医疗影像辅助诊断、药物研发、医疗机器人、智能分析个人健康大数据等相关技术的应用都促进了医疗行业的发展，提升了整个医疗行业的服务水平。
VR（Virtual Reality，虚拟现实）是一种能够创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，可以将虚拟与现实进行融合，利用模拟环境打造三维动态实景仿真系统，带给用户沉浸式的体验。
AR（Augmented Reality，增强现实）是一种补充和叠加，以计算机为基础对现实空间中比较难以感受的信息进行放大特写、多层次展示，实现虚拟世界与现实世界的互动。从AR技术产生到现在，其增强现实的用途随着电子产品运算能力的提升不断拓展。
MR（Mixed Reality，混合现实）是计算领域虚拟现实技术的一种发展潮流。该技术通过将现实信息引入虚拟环境，将使用者从屏幕中解放出来，在虚拟世界、现实世界和使用者之间实现了自然且直观的交互，大大增强了用户体验过程中的真实感。
AR/VR/MR与医疗的融合主要体现在教育培训、临床辅助、视力障碍、心理障碍、康复训练和个性化健身等方面。举一个直观的例子，AR应用于医生手术模拟以及日常学习培训，可以辅助医生或学习者开展手术，提高手术效率。VR可以用于弱视治疗以及心理疾病治疗（截肢患者通过VR眼镜治疗幻肢痛）。
云计算（Cloud Computing）是一种分布式计算技术，是一种全新的网络应用概念，它利用网络将庞大的计算处理程序进行拆分，利用多部服务器组成的系统对数据进行处理、分析，再将结果反馈给用户。云计算技术的应用使网络服务提供者能够在极短的时间内完成数以万计数据的处理，提高网络服务的效能。
数字化医疗平台的构建可以收集、存储大量数据。云计算的引入能够提升整个医疗系统的信息整合能力，通过对医疗大健康信息、资源、数据进行整合实现信息互通，帮助医院提高效率、降低成本。