原作者： 李大燦 黃敏 趙彩蓮 龔園園 張巖 文章來源： 《中華急診醫學雜志》 發布日期：2020-03-05
新冠肺炎疫情防控中5G智慧醫療服務體系的構建
李大燦1 黃敏2 趙彩蓮3 龔園園4 張巖5
1南方醫科大學衛生管理學院，廣州，510515；
2上海市公共衛生臨床中心，上海，201508；
3浙江大學醫學院附屬第一醫院，杭州，310003；
4中國科學院大學工程科學學院，北京，100049；
5河北經貿大學社會治理研究所，石家莊，050061
通信作者：黃敏，Email:huangminphc@sina.com
DOI：10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2020022.009
[摘要] 目的：分析5G通信技術在新型冠狀病毒肺炎（簡稱“新冠肺炎”，COVID-19）疫情防控工作中的應用領域，構建新冠肺炎疫情防控5G智慧醫療服務體系。方法：收集并分析2019年12月-2020年2月期間，全國抗擊新冠肺炎所采用的5G技術應用領域案例：5G+遠程醫療應用案例、5G+負壓救護車案例、5G+遠程監護案例、5G+人工智能案例、5G+紅外熱成像體溫檢測案例、5G+疫情防控大數據分析案例。結果：通過對新冠肺炎疫情防控工作中5G應用案例分析，挖掘出新冠肺炎疫情防控中5G智慧醫療服務體系的關鍵要素。通過優化升級醫院內部服務模式，打破院內院外壁壘，整合院內外資源，加強5G智慧醫療安全保障等方法形成新冠肺炎疫情防控5G智慧醫療服務體系，包括應用層、技術服務層、網絡支撐層、安全體系層。結論：5G通信技術具備速度更快、時延更短、容量更密的特點，在新冠肺炎疫情防控工作中，能進一步提升醫生診斷效率、改善患者就醫體驗，實現優質醫療資源遠程共享和實時信息交互，能有效阻斷疫情傳播，緩解醫療資源匱乏、醫護人員短缺等問題，讓疫情防治更加高效便捷。
[關鍵詞] 5G通信技術；人工智能；新冠肺炎；疫情防控；智慧醫療
基金項目：2019年上海市衛生健康委員會立項課題（201940014）
DOI：
Construction of 5G intelligent medical service system in novel coronavirus pneumonia prevention and control
Li Dacan1, Huang Min2, Zhao Cailian3, Gong Yuanyuan4, Zhang Yan5
1School of Health Management Southern Medical University, Guangzhou, 510515, P.R China;
2Dean's Office, Shanghai Municipal Public Health Clinical Center, Shanghai, 201508, P.R China;
3Quality Management Department, The First Affiliated Hospital, College of Medicine, Zhejiang University, Hangzhou, 310003, P.R. China;
4College of Engineering Science, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100049, P.R. China;
5Institute of Social Governance, Hebei University of economics and Business, Shijiazhuang, 050061, P.R. China
Corresponding author: Huang Min, Email:huangminphc@sina.com
[Abstract] Objective: To analyze application fields of 5G communication technology in Corona Virus Disease 2019 (COVID-19) epidemic prevention and control, and build a 5G intelligent medical service system for COVID-19 epidemic prevention and control in China. Methods: We collected and analyzed 5G technology application cases used in the fight against COVID-19 from December 2019 to February 2020: 5G + telemedicine application cases, 5G + negative pressure ambulance cases, 5G + remote monitoring cases, 5G + artificial intelligence cases, 5G + infrared thermography temperature detection cases, 5G + big data analysis cases for epidemic prevention and control. Results: Through the analysis of 5G application cases in COVID-19 epidemic prevention and control, we found out the key elements of 5G intelligent medical service system in COVID-19 epidemic prevention and control. By optimizing and upgrading the internal service mode of the hospital, breaking the internal and external barriers, integrating internal and external resources, and strengthening 5G intelligent medical security, we can form a 5G intelligent medical service system for COVID-19 epidemic prevention and control, including application layer, technical service layer, network support layer and security system layer. Conclusion: 5G communication technology has the characteristics of faster speed, shorter time delay and denser capacity. In COVID-19 epidemic prevention and control work, it can further improve the efficiency of doctors' diagnosis, improve patients' medical experience, realize the remote sharing of high-quality medical resources and real-time information exchange, effectively block the spread of epidemic, alleviate the shortage of medical resources and medical staff, and make the epidemic prevention and control more efficient.
[Key words] 5G communication technology; Artificial intelligence; COVID-19; Epidemic prevention and control; Intelligent medical treatment
Fund program: Project of Shanghai Municipal Health Commission in 2019(201940014)
DOI：
2019年12月以來，湖北省武漢市陸續出現由新型冠狀病毒導致的肺炎病例，至今已蔓延至其他地區[1]。疫情發生后，黨中央、國務院高度重視，面對新冠肺炎疫情防控，習近平總書記親自指揮、親自部署，多次召開防疫工作會議[2]，強調防疫工作要堅持把人民群眾生命安全和身體健康放在第一位，按照堅定信心、同舟共濟、科學防治、精準施策的總要求，全面開展疫情防控工作[3]。
2020年2月14日，習近平在中央全面深化改革委員會第十二次會議中指出：要完善重大疫情防控體制機制，健全國家公共衛生應急管理體系；要改革完善重大疫情防控救治體系，健全重大疫情應急響應機制；鼓勵運用大數據、人工智能、云計算等數字技術，在疫情監測分析、病毒溯源、防控救治、資源調配等方面更好發揮支撐作用[4]。
當前，新冠肺炎疫情籠罩著全國，全力做好疫情防控保障工作成為當前最重要的任務。在防疫工作中，新型冠狀病毒有著較長的潛伏期和較強的傳染性，因此新冠肺炎疫情防治面臨著巨大的困難和挑戰。為了實現更好的疫情防控效果，不少單位紛紛應用諸如5G、人工智能、大數據、物聯網等新興技術來抗擊疫情，新技術應用成為疫情防控中強有力的“武器”，為打贏疫情防控這場硬仗提供堅強保障[5]。
1 5G在新冠肺炎疫情防控中的應用
第五代移動通信技術（英語：5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation，簡稱5G或5G技術），最新一代蜂窩移動通信技術，提供至少10Gbit/s 的峰值速率、毫秒級的傳輸時延和千億級的連接能力[6]。與4G相比，5G具有更大帶寬、更高速率、更低時延、更大連接等特性，5G通信技術不僅能實現三維圖像的高質量傳輸，還能提供通信信息之外的數據采集、實時定位、遠程診療等融合功能[7-9]。在醫療行業，通信是影響醫療救援發展的重要因素之一，5G高速率通信可有效提高醫療緊急救援效率，提高公共衛生事件的應對能力[10-11]。
當前，新型冠狀肺炎疫情到了最吃緊的關鍵階段，全力做好疫情防控保障工作成為當前最重要的任務。5G運營商、設備商及行業應用解決方案提供商等共同聯手抗擊疫情，抵御疫情蔓延，截至目前已開展十余項5G應用，主要提供了包括遠程醫療應用、遠程監護應用、人工智能應用、紅外熱成像體溫檢測應用、疫情防控大數據分析應用等實例。通過全面整合醫療資源，創新醫療場景，共抗新冠肺炎疫情。
1.1 5G+遠程醫療
5G技術具有高帶寬、低時延特性，醫生與患者之間可以通過實時高清音視頻等相關醫療數據回傳實現遠程診療，推動從“面對面”會診到視頻遠程會診的轉變，進一步提升就診效率和精度。在目前疫情防控形勢下，5G遠程醫療可以讓診療更加高效、便捷、安全[12-13]。5G遠程醫療網絡結構如圖1所示。
圖 1 5G遠程醫療網絡結構圖
Fig 1 5G telemedicine network structure
在新冠肺炎疫情防控工作中，充分利用5G通信技術，聯動全國各地的醫生、專家，積極發揮線上診療優勢，開展線上咨詢、線上問診、健康科普、心理援助輔導、居家隔離指導、慢性病送藥上門等服務，使得廣大用戶實現足不出戶、在家就醫，減少出門就醫風險，助力對抗新冠肺炎的戰“疫”[14]。在新冠肺炎疫情防控工作中，各地陸續報道5G遠程醫療應用案例，如表1所示。
表1 2020年1月-2月5G遠程醫療應用案例表
Table 1 5G telemedicine application cases from January to February 2020
1.2 5G+負壓救護車
5G負壓救護車，為院前急救危重病人提供現場診斷、檢查、防護、救治及途中監護的醫療技術服務。負壓救護車與普通救護車的最大區別就是能實現“負壓隔離”，能夠對新發、突發性傳染病實施緊急處理，使外界環境免受污染，防止疫情擴散，完成重大傳染病員的安全隔離與轉運。當急救病人上了5G負壓救護車后，隨車醫生可以利用5G醫療設備第一時間完成患者生理參數、驗血、心電圖、超聲等一系列數據傳遞工作，實現院前院內無縫聯動，快速制定搶救方案，大大縮短搶救響應時間，為病人爭取更大生機[15]。5G負壓救護車網絡結構如圖2所示。
圖 2 5G負壓救護車網絡結構圖
Fig 2 5G negative pressure ambulance network structure
1.3 5G+遠程監護
基于5G的遠程監護是利用5G技術輔助醫療監護，實現對患者生命體征實時、連續和長時間的監測，將獲取的生命體征數據和危急報警信息以5G網絡傳送給醫護人員的一種遠程監護形式。
5G遠程監護可以實現隔離區域患者實時數據的獲取與分析。新冠肺炎患者在隔離區通過智能手環、心電儀、呼吸機、血壓計等監護設備采集患者心率、呼吸等體征數據，并通過5G網絡實時回傳，后臺可對采集的患者體征數據進行智能分析處理，發現異常數據則實時預警，后臺醫生則可以根據預警信息及時研判病情[16-17]。5G遠程監護技術架構如圖3所示。
圖 3 5G遠程監護技術架構
Fig 3 5G remote monitoring technical framework
1.4 5G+人工智能
5G+人工智能的相關應用能夠有效分擔醫護人員的工作，緩解醫護人手不足的問題，減少醫患交叉感染，還可以提振抗擊新冠肺炎疫情的信心和勇氣。據統計，在新冠肺炎疫情防控工作中，投入的5G智能機器人包括：5G云端醫護助理機器人、5G云端消毒清潔機器人、5G巡邏溫測機器人、5G送藥服務機器人等多種5G智能機器人，可以協助隔離區醫護人員完成查房，消毒清潔，測溫巡查，送藥服務等基本工作；此外，ICU病房遠程機器人超聲和手術、健康智能提醒等應用在疫情期間也發揮了重要作用[18]。5G智能機器人工作原理如圖4所示。
圖 4 5G智能機器人工作原理圖
Fig 4 5G intelligent robot schematic
1.5 5G+紅外熱成像
隨著單位復工，返程人數劇增，疫情防控形勢依然嚴峻復雜，人員密集區域體溫檢測成為面臨的難題之一。在火車站、機場、地鐵等公共交通、人群密集區域，采用5G+熱成像技術，可以快速完成大量人員的測溫及體溫監控，識別出溫度異常的個體，同時將視頻及響應數據準確快速實時傳送至大屏或云平臺，并發出異常預警，幫助政府和企業筑起疫情防控第一道防線，也可以避免測溫人員的頻繁、長時間工作，有效提升新冠肺炎疫情防控水平，遏制新型冠狀病毒的傳播[19-21]。5G紅外熱成像技術應用案例如圖5所示。
圖 5 5G紅外熱成像技術應用案例
Fig 5 Application case of 5G infrared thermal imaging technology
1.6 5G+大數據分析
面對新冠肺炎疫情威脅，面對緊急突發的公共衛生事件及多方來源的海量數據，運用大數據分析技術，可以為公眾提供更完整、連續、準確、及時的防疫信息，為專家提供追溯疾病源頭的方法，為決策者提供疫情發展趨勢的數據。
通過大數據分析技術，結合地理位置和時間戳信息，可以分析“涉疫”人員流動軌跡，綜合分析確診病患、疑似病患和相關接觸者的行動軌跡，可以準確刻畫跨地域漫入、漫出的不同類別人員的流動情況，這既為精準施治提供了有力指導，也為新冠肺炎疫情防控提供了有力的數據支持[22]。新冠肺炎防疫工作以來，各地陸續報道的大數據技術應用案例，如表2所示。
表2 2020年1月-2月期間疫情防控大數據技術應用案例表
Table 2 Application cases of big data technology for epidemic prevention and control from January to February 2020
2 5G智慧醫療服務體系初探
5G 通信網絡具備速度更快、時延更短、容量更密的特點，在醫療領域的應用中，5G通信技術不僅能實現三維圖像音頻視頻的高質量傳輸，還可以為終端用戶提供數據采集、實時定位、遠程診療、遠程監護、智能預警等融合功能。當前，新冠肺炎疫情防控已經到了最吃緊的關鍵階段，怎樣科學精準打贏疫情防控阻擊戰，建立以5G、人工智能、大數據等戰略新興技術為支撐的智慧醫療服務體系迫在眉睫。
目前，新冠肺炎疫情防控仍處于關鍵時期，構建5G智慧醫療服務體系，通過5G醫療應用，可以進一步減少人群聚集，對阻斷疫情傳播也發揮了至關重要的作用。5G智慧醫療服務體系，以5G通信技術為基礎，融入了人工智能技術、云計算技術、大數據技術、物聯網技術、傳感器技術等戰略新興技術，形成醫療應用實踐新模式，是傳統醫療衛生信息化的創新升級。傳統信息化醫療到5G智慧醫療創新升級過程如圖6所示。
圖 6 傳統信息化醫療創新升級過程圖
Fig 6 Innovation and upgrading process of traditional information-based medicine
3 討論
隨著5G網絡逐步完善，5G應用創新實踐日漸深入，未來5G將在人們的生活、生產和社會治理方面帶來更加廣泛的應用。5G通信技術的應用也將加速醫療服務的發展，特別是5G遠程醫療、5G遠程監護、5G智能機器人、5G物聯網、5G大數據分析等臨床應用的落地，必將進一步提升醫療機構的智能化水平，實現優質醫療資源共享。5G智慧醫療需要優化升級傳統醫療信息化管理模式，打破行業壁壘，以患者為中心，實現醫院內部、各級醫院及院內院外的融合共生。5G智慧醫療服務體系結構如圖7所示。
圖 7 5G智慧醫療服務體系結構圖
Fig 7 5G intelligent medical service architecture
(1)優化升級醫院內部服務模式
注重以患者為中心，在預約、就診、治療、康復以及院外回訪等環節，全程使用5G、人工智能等戰略新興技術支持，提升服務效率。例如5G+人工智能的應用可以分擔醫護人員工作，有效緩解醫護人手不足的問題，減少醫患交叉感染。
(2)打破院內院外壁壘，落實5G遠程醫療等5G創新應用
新冠肺炎患者遍布全國，為充分利用大城市、大醫院專家資源，5G遠程醫療快速在全國各地很多醫院落地。通過5G遠程醫療，專家可以對偏遠地區醫院的重癥、危重癥的患者進行問診，可以提供在線健康監測與診斷、在線醫學影像診斷、快速院前急救、AI遠程手術等救治的精準指導，為醫務人員更安全、更高效地救治病患保駕護航。
(3)加強5G智慧醫療安全體系保障
建立安全保障體系，加強基礎設施安全、醫療數據安全、應用安全、安全管理制度建設，嚴防用戶信息泄露，為患者營造更安全、便捷的就醫環境，為5G智慧醫療服務體系提供強有力的安全保障。
通過5G智慧醫療服務能進一步提升醫生診斷效率，改善患者就醫體驗，實現優質醫療資源遠程共享和實時信息交互，能有效緩解醫療資源匱乏、醫護人員短缺、醫療水平分布不均等問題。構建疫情防控5G智慧醫療服務體系，還可以為后續5G智慧醫療服務平臺的設計與研發提供積極參考。
利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突
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