洪成洋，薛俊偉

（1.中通服咨詢設計研究院有限責任公司，江蘇 南京 210006；2.廣州醫(yī)科大學，廣東 廣州 510182）

0 引 言

作為城市保障體系中重要的一環(huán)，急救醫(yī)療體系功不可沒，擔負著拯救人民群眾生命的責任。我國的急救醫(yī)療體系組織形式為120指揮調度中心+院前急救+醫(yī)院急診科+重癥監(jiān)護病房或?？撇》俊，F(xiàn)場急救、病患轉運和途中監(jiān)護救治等工作由院前急救負責，重點是保障病人的生命特征值穩(wěn)定，為后面院內急診救治爭取時間，醫(yī)院急診科承擔診斷救治功能，二者既有分工，又緊密合作。但現(xiàn)實中，院前、院內急救多是獨立運行的，分工配合脫節(jié)，主要原因是：（1）城鄉(xiāng)發(fā)展不平衡，大部分急救中心集中在城市，能夠覆蓋農(nóng)村的急救中心很少，設備水平普遍低于城市；（2）專業(yè)急救醫(yī)師數(shù)量不足，院前急救的供需矛盾十分突出，全國很多地方都出現(xiàn)了“有車無人”，醫(yī)師現(xiàn)場急救不專業(yè)等現(xiàn)象；（3）網(wǎng)絡通信能力不足，導致實時監(jiān)測生命體征和關鍵報警信息數(shù)據(jù)回傳能力不及時，急救醫(yī)師與醫(yī)院醫(yī)生僅能通過話務機溝通，醫(yī)生無法在電話中對病人情況有準確了解，不敢下達指導意見，尤其是對于中風、心臟病等緊急發(fā)病，可能就錯過緊急搶救的“黃金時間”造成病人死亡。

隨著5G、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術的高速發(fā)展，如何實現(xiàn)對救護車的聯(lián)網(wǎng)化、信息化、智能化的5G賦能改造，實現(xiàn)醫(yī)衛(wèi)人員、醫(yī)療信息、醫(yī)療設備、醫(yī)療資源互聯(lián)互通，打破救護車與醫(yī)院之間的信息壁壘，實現(xiàn)“上車即入院”已成了迫切需要解決的課題。

1 救護車通信業(yè)務需求分析

救護車是院前施救的重要載體，在病人急救過程中發(fā)揮巨大的作用[1]。按照急救病人的病癥以及程度的不同，我國將救護車分成3大類，分別是普通轉運型救護車、重癥型急救車、?？漆t(yī)療救護車。

普通轉運型救護車的主要功能是提供現(xiàn)場一般性急救、轉運病人、途中監(jiān)護等，車內醫(yī)療艙通常配置管道供氧裝置、心電圖機，另外會根據(jù)病情需要隨車攜帶除顫器、監(jiān)護儀、電動吸引器等急救設備。其通信需求是實現(xiàn)車內醫(yī)療設備采集的數(shù)據(jù)及時傳輸，與急救中心的醫(yī)院信息系統(tǒng)（Hospital Information System，HIS）對接建立雙向通信，使院內的急診醫(yī)生能及時了解情況做好相應準備。

重癥型急救車、?？漆t(yī)療救護車類似1間流動的監(jiān)護室或重癥加強護理病房（Intensive Care Unit，ICU），醫(yī)療倉內除常規(guī)呼吸機外，還會根據(jù)需要配置高價值醫(yī)學儀器，如便攜式血糖檢測儀、移動車載CT、便攜式血凝儀、氣管插管器等，主要針對的是重傷或者特殊專科急救場景，包括但不限于中毒、重傷、急性腦中風、重癥嬰兒孕婦搶救等。此類急救的特征是病人生命已十分危險，必須將CT診斷與搶救手段從院內前移到院救護車內。在轉運病人途中需要將車內采集的高清監(jiān)護視頻、CT照、體征檢查、電子病歷等數(shù)據(jù)通過醫(yī)院專網(wǎng)實時傳輸?shù)郊痹\專家電腦或者增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）設備上，專家可以利用遠程會診實時指導現(xiàn)場醫(yī)生對病人進行處置，以贏得“黃金時間”。

為清楚地了解救護車的通信需求，本文采用文獻分析法、實證研究法量化統(tǒng)計普通轉運型救護車，重癥型急救車、?？漆t(yī)療救護車在轉運途中提供醫(yī)療護理，同時與急診中心或者遠程指導醫(yī)院間交換數(shù)據(jù)對通信指標的要求，如表1所示。

上述場景涵蓋了所有類別的救護車，對了解救護車實際通信業(yè)務需求有“窺一斑而知全豹”的效果。從表1可看出，體態(tài)檢測數(shù)據(jù)傳輸速率要求不高，但對可靠性要求較高；而遠程專家會審、CT圖像傳送、后端的人工智能（Artificial Intelligence，AI）影像決策系統(tǒng)則對網(wǎng)絡的帶寬、時延、可靠性都特別的敏感，如果網(wǎng)絡時延或者掉話造成診斷失誤或者漏診，會威脅患者生命，由此可知急救醫(yī)療場景對無線通信質量的要求極為嚴苛，但2G～4G網(wǎng)絡無法承載此類需求。

表1 救護車醫(yī)療儀器或者終端通信業(yè)務需求指標

2 5G適配救護車通信業(yè)務需求

當前階段移動通信已發(fā)展到第5代，5G具有連續(xù)廣域覆蓋、熱點高容量、低功耗大連接、低時延高可靠的特點，滿足3大應用場景，即增強移動寬帶（enhance Mobile Broadband，eMBB）、海量機器類通信（massive Machine Type Communication，mMTC）、超高可靠低時延通信（ultra-Reliable Low-Latency Communication，uRLLC）[2]。救護車內通信需求可分為如下幾類。

（1）大帶寬業(yè)務主要是指救護車內對上下行帶寬需求高的業(yè)務，包括遠程會診服務系統(tǒng)、高分辨率信息采集傳輸系統(tǒng)，如生命體征監(jiān)測器、超聲波設備和攝像機等。遠程會診服務系統(tǒng)要求上行速率不得低于50 Mb/s，下行速率不得低于80 Mb/s，能夠傳輸4K視頻、圖像，通過5G高速數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)全高清影像共享，院內急診專家借助增強現(xiàn)實/混合現(xiàn)實（Augmented Reality/Mixed Reality，AR/MR） 與跟車醫(yī)生分享視野，實現(xiàn)遠端指導；高分辨率信息采集傳輸系統(tǒng)在速率方面要求不一，最低上行速率不得小于20 Mb/s、下行速率不得小于5 Mb/s。在速率方面，5G峰值速率為10～20 Gb/s，用戶體驗速率將達到0.1～1 Gb/s，相對于4G，有百倍左右的提升，能夠充分滿足救護車內各類通信業(yè)務需求。

（2）低時延業(yè)務主要是指救護車內對時延、可靠性和隔離性要求均很高的業(yè)務，包括AI智能影像決策系統(tǒng)、CT系統(tǒng)、遠程會診系統(tǒng)等，對應表1中序號4至序號7場景，可以看出CT系統(tǒng)、與遠程會診系統(tǒng)最高不能超過50 ms，可靠性方面不得小于99.999%，AI智能影像決策系統(tǒng)對時延要求不得超過100 ms，5G端到端通信時延可控制在10 ms以下，最高時延能達到1ms內，能夠滿足重傷，急性腦中風、重癥嬰兒孕婦搶救或者遠程手術指導的超低時延要求[3]。

（3）其他對時延與帶寬要求不高的通信終端，如生物傳感器、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）數(shù)據(jù)、車載傳感器等需要可靠接入；5G的海量連接能力能夠接入所有設備而不會形成擁塞。

可以看出，救護車內主要是大帶寬、低時延、高可靠性通信需求，2G/3G/4G網(wǎng)絡無法滿足不同業(yè)務需求，5G的切片技術能夠根據(jù)應用場景和業(yè)務指標需求的不同靈活裁剪，將從無線接入網(wǎng)到承載網(wǎng)，再到核心網(wǎng)的物理網(wǎng)絡，切成多張相互獨立的端到端邏輯上隔離的虛擬網(wǎng)絡，來適配各種指標要求的業(yè)務應用[4]。運營商可為救護車定制2個專屬5G醫(yī)療專網(wǎng)切片，即 eMBB切片、uRLLC切片，以滿足大帶寬、低時延、高可靠性需求。

3 基于5G的緊急救護車方案設計

5G和救護車融合創(chuàng)新已是我國急救醫(yī)療體系的迫切需求，本文提出一種基于5G的救護車系統(tǒng)設計方案，系統(tǒng)的總體架構如圖1所示。

圖1中，救護車智能系統(tǒng)由嵌入式控制與存儲單元、無線通信單元、信息采集傳輸單元、信息輸出單元、車載管理單元等構成，下面將詳細闡述各單元的功能[5]。

圖1 5G智慧救護車系統(tǒng)總體架構

（1）信息采集傳輸單元。包括身份采集模塊、生命體征檢測數(shù)據(jù)采集組件、音視頻采集組件。身份采集模塊包括指紋識別器、醫(yī)?？ㄗx卡器、身份證讀取器等，可為病患創(chuàng)建電子病歷或者通過蜂窩網(wǎng)絡訪問醫(yī)院內網(wǎng)數(shù)據(jù)庫獲取與病人ID對應的歷次診療看病記錄。生命體征檢測數(shù)據(jù)采集組件是指為病人提供治療、檢查、維持生命穩(wěn)定的醫(yī)學儀器，如移動CT機、血液分析儀、心電圖機、監(jiān)測儀等，這些儀器可通過有線或者Wi-Fi通信與嵌入式控制單元連接。音視頻交互組件包括多個攝像頭、麥克風、揚聲器等，通過音視頻交互組件可實現(xiàn)救護車內監(jiān)控、遠程專家診斷等功能。

（2）嵌入式控制與存儲單元。是救護車智能系統(tǒng)核心，負責執(zhí)行智能5G急救車急救程序。原生支持 Gbit Ethernet、m.2、 PCIe、USB3.0、RS485 等通信功能的接口，并具有接口擴展性，能夠接入所有醫(yī)學儀器設備。

（3）無線通信單元。1組是與室外蜂窩網(wǎng)絡保持通信輸出單元，包括5G無線通信模塊、運營商SIM卡、陣列天線。為了更好地接收蜂窩網(wǎng)絡信號，陣列天線需選擇4×4或者更高陣子數(shù)的天線陣，天線安裝在救護車外邊并做好美化。無線通信模塊通過同軸電纜與天線相連，通信模塊一般可以選擇華為MH5000-31模塊或者移遠 RM500Q-GL模塊，支持移動、聯(lián)通、電信5G上網(wǎng)功能。另1組是用于室內通信Wi-Fi組件，支持 STA、無線接入點（Access Point，AP）功能。由此，救護車內任何通過以太網(wǎng)、Wi-Fi熱點或者其他接口接入控制單元的終端都能獲取1個IP地址，并通過5G/4G 實現(xiàn)上網(wǎng)。

（4）車載管理單元。包括GPS模塊、車內供電組件、車內傳感器、車輛管理等多個模塊。其中，GPS模塊可以實時推送位置信息，及時做好路線調整，車供電組件的功能是提供救護車工作電源，車內傳感器的功能是探測并反饋出救護車內溫濕度以及運行狀態(tài)。

（5）信息輸出單元。包括揚聲器、帶觸屏功能的顯示器。顯示器既是各種信息的展示屏幕，也是指令輸入裝置，通過觸摸顯示器上實現(xiàn)對主機的操作。

圖2為5G智慧救護車的車內效果，醫(yī)院可以根據(jù)需求選擇對醫(yī)療設備采用固定安裝方式或者便攜式接入方式，救護車應預留接口與安裝位置。

圖2 5G智慧救護車車內效果圖

本文提出的方案可為急救車提供穩(wěn)定的5G網(wǎng)絡接入能力，使病患的生命特征數(shù)據(jù)可以及時地傳給院內醫(yī)生，并且兼容性強，預留多個通信接口能夠滿足各類通信方式的儀器儀表，使救護車能適應各種類型的院前救治。

4 結 論

基于5G的緊急救護車系統(tǒng)為院前急救提供了全新的服務，從信息采集、數(shù)據(jù)分析到信息傳輸，實時共享院前和院內急救的病人信息，實現(xiàn)了“上車即入院”“移動ICU”等創(chuàng)新救治模式，提升了醫(yī)療機關院前急救能力，同時也為5G在醫(yī)療的其他領域創(chuàng)新融合樹立典范。未來的醫(yī)聯(lián)網(wǎng)絡將充分發(fā)揮5G的智能路由、能力開放、網(wǎng)絡質量保障、網(wǎng)絡切片等技術，構建省市級醫(yī)療虛擬專網(wǎng)[6]。