毛中亮,馮 莉,何 麗,國家喜,米衛(wèi)東

(1.解放軍總醫(yī)院信息科，北京 100853; 2.解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心麻醉科，北京 100853; 3.解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心衛(wèi)勤部，北京 100853)

5G新技術(shù)推出以來，其行業(yè)推廣、應(yīng)用進(jìn)程不斷加快，其高速率、低延遲、高容量、大連接及行業(yè)網(wǎng)絡(luò)易融合等特點(diǎn)也有利于推動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療、移動(dòng)醫(yī)療等醫(yī)療應(yīng)用進(jìn)入大眾的日常生活。2019年3月16日，本院神經(jīng)外科主任利用5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，操控手術(shù)器械，遠(yuǎn)程為一位患者順利完成“腦起搏器”植入手術(shù)，將遠(yuǎn)程移動(dòng)醫(yī)療應(yīng)用帶到新的高度[1]。當(dāng)前各行各業(yè)基于5G的技術(shù)優(yōu)勢已開始探索其應(yīng)用場景，其案例實(shí)踐表明，5G技術(shù)已能滿足醫(yī)療行業(yè)對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互的實(shí)時(shí)性、高效性、穩(wěn)定性及安全性的要求。

1 現(xiàn)行手術(shù)室信息化建設(shè)的短板

醫(yī)院建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)功能復(fù)雜、流線復(fù)雜[2],與普通民用建筑存在著巨大差異，尤其是院內(nèi)手術(shù)室作為醫(yī)院建筑的重要空間，建筑標(biāo)準(zhǔn)和建筑難度“不言而喻”。而醫(yī)療行業(yè)信息化建設(shè)日新月異，新技術(shù)落地手術(shù)室信息化建設(shè)的過程中都面臨著如下的困難。

1.1 弱電工程預(yù)留不足 新的信息化業(yè)務(wù)無法落地新技術(shù)的應(yīng)用、新信息化業(yè)務(wù)的開展對基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)保障服務(wù)都有所要求，雖然前期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)會(huì)對手術(shù)室未來的信息化發(fā)展做出整體規(guī)劃，但計(jì)劃趕不上變化，手術(shù)室醫(yī)療業(yè)務(wù)的發(fā)展及層出不窮的信息化新技術(shù)都對前期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃提出巨大挑戰(zhàn)。手術(shù)室由于建筑格局的復(fù)雜性或無菌環(huán)境要求的特殊性，會(huì)存在有線網(wǎng)絡(luò)預(yù)留網(wǎng)口不夠、走不了網(wǎng)線、穿不了墻、打不了孔，無線網(wǎng)絡(luò)信號未覆蓋、信號不穩(wěn)定、信號弱、數(shù)據(jù)交互安全等問題。

1.2 實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)存受阻手術(shù)室某些醫(yī)療設(shè)備具有流動(dòng)性，存在醫(yī)療設(shè)備在手術(shù)間之間共用的情況，若基于有線聯(lián)網(wǎng)則存在空間局限性，若基于無線網(wǎng)絡(luò)則存在信號未覆蓋、信號不穩(wěn)定不滿足應(yīng)用要求的問題，這些問題都導(dǎo)致醫(yī)療設(shè)備采集數(shù)據(jù)的傳輸、共享受限，不利于手術(shù)室信息化建設(shè)過程中業(yè)務(wù)層面與數(shù)據(jù)層面的整合。

1.3 開展手術(shù)室移動(dòng)應(yīng)用受限眾所周知，便捷的移動(dòng)化工作方式在手術(shù)室應(yīng)用較低，主要受限于有線網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性差，若需要添加新的移動(dòng)設(shè)備則需要重新布線，施工工作繁瑣，且手術(shù)室的無菌工作環(huán)境不允許每次網(wǎng)絡(luò)施工過程中都“大動(dòng)干戈”；若利用Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)覆蓋，則存在手術(shù)室手術(shù)間建筑布局的復(fù)雜性、封閉性，導(dǎo)致信號強(qiáng)弱不一,安全性、穩(wěn)定性相對較低的問題。

1.4 難以更好地延展手術(shù)室“時(shí)間”和“空間”維度醫(yī)院醫(yī)療業(yè)務(wù)的發(fā)展對延展手術(shù)室的“時(shí)間”和空間維度提出更高的要求，“超媒體應(yīng)用”、手術(shù)3D全息影像等醫(yī)療信息化業(yè)務(wù)對基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提出更快的速度、更穩(wěn)定的連接、更大的容量等方面的要求，而且新的要求基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)條件難以實(shí)現(xiàn)，因此需要新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)來提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)支持。

2 5G在手術(shù)室信息化建設(shè)方面的優(yōu)勢

第五代移動(dòng)通信技術(shù)簡稱5G(Fifth-Generation)。它不僅結(jié)合4G、Wi-Fi、終端連接和毫米波的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而且還運(yùn)用云的基礎(chǔ)架構(gòu)、邊緣智能服務(wù)和虛擬化網(wǎng)絡(luò)核心等技術(shù)[3];它不僅僅是4G的一個(gè)簡單延伸，而且是一個(gè)真正意義上的融合網(wǎng)絡(luò)；它在設(shè)計(jì)初期就考慮行業(yè)應(yīng)用方面的影響，提供更快的速度、更穩(wěn)定的連接與更大容量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。應(yīng)用在手術(shù)室網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面存在如下的優(yōu)勢。

2.1 “動(dòng)作小”、部署快、設(shè)備占用空間小5G無線通信技術(shù)使用“微基站”設(shè)備進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)。“微基站”設(shè)備小，占用空間小，可以靈活地部署，可以更好地實(shí)施組網(wǎng)。在進(jìn)行相對較小的施工改造后，可以快速地部署在有限的手術(shù)間空間內(nèi)。同時(shí)“微基站”輻射更小，更適合在手術(shù)室內(nèi)應(yīng)用，可以更好地保障精密的醫(yī)療器械不受到電磁波干擾。

2.2 穩(wěn)定性高 接入能力強(qiáng)[4]安全性強(qiáng)5G無線通信技術(shù)大數(shù)據(jù)連接為實(shí)現(xiàn)手術(shù)室內(nèi)外大量醫(yī)療設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)提供技術(shù)保障，同時(shí)邊緣云等技術(shù)，不僅能保障信息化業(yè)務(wù)的獨(dú)立性和隔離性，而且能提高業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性；能改善手術(shù)室信息化建設(shè)中的應(yīng)用連接范圍；采用信道編碼與多址接入技術(shù)、多輸入多輸出(MIMO)技術(shù)構(gòu)成的5G通信技術(shù)空中接口關(guān)鍵技術(shù)能保障網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；引入統(tǒng)一的認(rèn)證框架，并支持第三方二次認(rèn)證，能提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)通信的安全保障。

2.3 高速傳輸 低延時(shí)性 穩(wěn)定性強(qiáng) 抖動(dòng)極低[5]利用5G通信技術(shù)聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)脱訒r(shí)、高可靠的優(yōu)勢，結(jié)合VR(虛擬現(xiàn)實(shí))、AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))等新技術(shù)，可有效地打破手術(shù)間醫(yī)療服務(wù)在時(shí)間與空間維度上的限制，為現(xiàn)在和未來手術(shù)室信息化建設(shè)中新應(yīng)用的開展提供可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)保障。

3 手術(shù)室5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案

經(jīng)研究討論，在手術(shù)室部署5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)，擬采用物理隔離的專用5G網(wǎng)絡(luò)部署方案，該網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是獨(dú)立的5G網(wǎng)絡(luò)，與移動(dòng)運(yùn)營商的公共5G網(wǎng)絡(luò)隔離開來，具體部署架構(gòu)如圖1所示。

圖1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

從架構(gòu)圖中可以看出，在手術(shù)室內(nèi)部署全套的5G網(wǎng)絡(luò)(gNB，UPF，5GC CP，UDM，MEC)。并要求移動(dòng)運(yùn)營商采用的5G頻率是本地5G頻率。此架構(gòu)的優(yōu)勢是：①手術(shù)室專用的5G網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)營商的5G網(wǎng)絡(luò)物理隔離，提供醫(yī)療數(shù)據(jù)安全的完整解決方案(從手術(shù)室專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)生的醫(yī)療數(shù)據(jù)流量，專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的信息交互，僅在手術(shù)室5G網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部存儲(chǔ)和管理，充分滿足所有數(shù)據(jù)不外泄的要求)[6];②由于5G技術(shù)低時(shí)延的特性，醫(yī)療應(yīng)用程序的服務(wù)響應(yīng)在幾毫秒內(nèi),有利于手術(shù)示教和觀摩等業(yè)務(wù)的開展；③不受移動(dòng)運(yùn)營商的限制，保持網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營的獨(dú)立性。

4 實(shí)踐成效

自5G技術(shù)誕生以來，國家戰(zhàn)略推動(dòng)5G技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，本院作為現(xiàn)代化研究性醫(yī)院，一直不懈地探索5G在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用，目前本院的5G網(wǎng)絡(luò)部署實(shí)施工作正在不斷完善，基于現(xiàn)階段部署完成的5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，建立5G網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)，已成功多次與海南醫(yī)院(原海南分院)進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診，并在新冠疫情期間依托5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境與武漢火神山醫(yī)院之間實(shí)時(shí)開展遠(yuǎn)程會(huì)診服務(wù)。根據(jù)本院2019年7月16日至2020年1月14日的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，基于5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成遠(yuǎn)程門診診斷患者共657人；完成遠(yuǎn)程腦起搏器植入手術(shù)患者共60人；并在北京和海南兩地之間完成4次重要的MDT(多學(xué)科臨床診斷)討論。近期，神經(jīng)外科主任與2500公里以外江蘇某醫(yī)院帕金森患者實(shí)現(xiàn)5G+全息遠(yuǎn)程診療。隨著醫(yī)院5G網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，5G+醫(yī)療的應(yīng)用場景將越來越豐富。未來，醫(yī)院還將進(jìn)一步結(jié)合動(dòng)作捕捉、虛擬人物、AI(人工智能)、AR、VR等數(shù)字技術(shù)[7],實(shí)現(xiàn)手術(shù)室醫(yī)療服務(wù)在“空間”、“時(shí)間”維度的延展。

5 應(yīng)用5G手術(shù)室信息化建設(shè)的愿景

5G作為第五代移動(dòng)通信技術(shù)，較于前期移動(dòng)通信技術(shù)有了飛躍性發(fā)展和革新，以可持續(xù)發(fā)展的方式，滿足未來超千倍的移動(dòng)數(shù)據(jù)增長需求，為用戶提供 “零”時(shí)延的應(yīng)用體驗(yàn)，千億設(shè)備的連接能力、超高流量密度、超高連接數(shù)密度和超高移動(dòng)性等多場景的一致服務(wù)[8],它出現(xiàn)的主要目標(biāo)是萬物皆聯(lián)網(wǎng)，在未來的應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)“信息隨心至，萬物觸手及”的愿景[9]。在手術(shù)室信息化建設(shè)中，可賦予醫(yī)療設(shè)備、設(shè)施更高效的物聯(lián)網(wǎng)能力，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)營智能管理；可為實(shí)現(xiàn)移動(dòng)醫(yī)療業(yè)務(wù)應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)保障，輔助醫(yī)務(wù)人員更高效的工作，如基于移動(dòng)智能終端實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械、耗材的快速清點(diǎn)、醫(yī)療垃圾的自動(dòng)回收，醫(yī)療設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測及故障預(yù)警分析物流機(jī)器人的應(yīng)用等，可以預(yù)見，在不遠(yuǎn)的將來，基于5G技術(shù)，將真正意義上實(shí)現(xiàn)智慧手術(shù)室的建設(shè)目標(biāo)。