摘要：随着科学技术的飞速发展，通信技术以十年左右的速度更新迭代。5G时代的到来必将改变各行各业的业务形态，催生出多种新的应用、产品和商业模式。本文对5G网络主要特点和远程医疗进行介绍，阐述了5G通信技术在各种远程医疗场景中的应用。说明了5G通信技术将赋能远程医疗技术，带动远程医疗跨越式发展。
关键词：5G；远程医疗；低时延；高清视频回传
0引言
远程医疗融合了通信、医学、信息等领域，对推进深化医药卫生体制改革、加快“健康中国”建设和推动医疗健康产业发展，起到重要的支撑作用。远程医疗在4G网络中已有应用，主要是通过有线宽带或无线网络连接起来的远程会诊，存在通讯效果不佳、移动性差等问题，使得其在实际应用上更多的停留在远程指导和规划层面。5G网络具有低时延、高速率、广连接、高可靠的特性，能实现三维图像的高质量传输，解决传统网络时延和传输质量问题，真正实现远程急救、远程操作诊疗、远程示教等场景。目前我国社会老龄化趋势的加速，健康服务需求不断增长，而医疗资源分布非常不均衡，城乡医疗服务水平悬殊等问题都在推动着众多医疗机构走向智能化、信息化。5G网络技术将促进远程医疗快速普及，扩大优质医疗资源的覆盖面，诊断和治疗将突破地域的限制，医生与患者实现更高效的分配和对接。本文主要介绍5G网络主要特点和及其在远程医疗领域的应用。
15G的概述
1.15G概念
5G即第五代移动通信技术，通过对核心网和无线网相关技术的变革和完善大幅提高通信网络性能[1]。5G是2G、3G、4G通信技术的延伸，是信息技术发展的必然结果。1G时代出现移动电话，提供模拟的语音通信。2G和2.5G由模拟向数字转变，网络实现了语音、短信息和低速数据的通信。3G核心网引入分组域，网络速度提升发展了互联网和智能手机。4G时代网络速度显著提高，发展出移动互联网。而5G的到来，空口速率峰值达到4G的20倍，而且大大提高了上行速率，海量信息在空中和通信网络中传递。除了拥有更高速度的连接体验和更大容量的连接能力，还将开启万物互联时代，并渗透到各行各业，重构人类生活方式。从1G到5G通信技术为人类和社会带来了无尽的便利和福祉。
1.25G网络主要技术特点及应用场景
1.2.1eMBB增强移动宽带
就是以人为中心的应用场景，集中表现为超高的传输数据速率，广覆盖下的移动性保证等。对于无线传输来说，增加带宽是增加容量和传输速度的最直接方法。5G拥有更宽的频谱和更高的频段，频谱范围越大，传输速率越快，而5G的频谱宽度达100MHz，比4G宽5倍，因此传输速率大大提高。5G的频段分成了两个范围：FR1（450MHz～6000MHz）和FR2（24250MHz～52600MHz），5G将更多建设在高频谱区间。全球来看，3.5GHz将成为主流频段，产业链也最成熟。FR2为毫米波频段。毫米波可以提供最大400M的工作带宽，满足5G对大容量大带宽的要求。相比于现在被普遍应用的4G网络通信技术来讲，5G网络通信技术在传输速度上有着非常明显的优势，这个是5G最大的一个特点，5G的基站峰值要求不低于20Gb/s，用户体验速率峰值为1Gbps。频谱效率3倍提升，某些场景可以达到5倍。移动性方面支持移动速度达到500Km/h。在5G网络环境比较好的情况下，1GB的文件1～3秒就能下完，基本上不会超过10秒。照片、视频等大体积文件上传下载都会极速完成。
1.2.2uRLLC超可靠低时延通信
在此场景下，连接时延要达到1ms级别，而且要支持高速移动情况下的高可靠性连接。如果说提升网速相对还容易解决，低时延和高可靠性可得花费大量工作。未来5G网络的端到端时延在5～10ms内，可以达到1ms，是4G网络时延的一百分之一，这1ms将彻底颠覆人类未来生活[2]。而数据传输的可靠性可以达到百分之百，5GSA网络模式是一次颠覆式的变革，它采用的MEC+网络切片技术应用，能够真正实现网络带宽动态感知、不同业务相互隔离、网络性能动态调配等功能，从而实现专网与公网之间的隔离，保证数据的私密性传输，从而满足不同垂直行业对5G专网的定制化需求。
1.2.3mMTC海量机器类通信
海量机器类通信也叫“海量物联”。万物互联下，人们的生活方式也将发生颠覆性的变化。这一场景下，数据速率较低且时延不敏感，连接覆盖生活的方方面面，终端成本更低，电池寿命更长且可靠性更高。相比4G网络，5G最大的突破就是可以海量连接。无线侧基站侧可支持的协作天线数量将达到128根，支持多用户波束智能赋型，减少用户间干扰。这种大规模多天线技术结合重点区域超密集组网方案，将支持更多用户高效收发数据，支持接入更多设备，连接密度数可达每平方公里100万设备数，可以为密集区域又有流量需求的用户提供同时的高速度接入服务，打造一个全新的万物互联景象。5G这几大特点也承载着新的应用场景，其中医疗应用场景对网络要求极高，对于高速、低时延、加密传输、可信赖认证也提出了更高的要求，这些要求未来在5G网络都可以实现。
2远程医疗
2.1远程医疗概念
远程医疗简单理解就是使用利用各种通信技术提供远距离医学信息和服务。在智慧医疗应用中，基于5G的特点，最先实现的就是远程医疗。5G移动通讯技术的高速率、大容量、低延迟等特点最大程度满足了远程医疗实时性、高效性、稳定性的需求。基于5GSA核心网络，采用了端到端弹性切片技术方式，针对“院内-院间-院外”医疗全场景提出了网络自适应、网络可感知、网络智能化运维的5G医疗专网解决方案，保障了网络数据的传输可靠性，能够很好地契合医疗行业用户对5G医疗专网性能和安全诉求。
2.2远程医疗典型应用场景
5G远程医疗包括远程医疗健康监护、远程会诊诊断、远程急救、远程示教培训、远程机器人超声手术等典型场景[3]。
2.2.1远程医疗健康监护
5G网络特性支持介入更大量的医疗监测设备，更快传输心率，呼吸等人体所有数据，及时警报异常情况。常规监测、ICU重症监测和心脑血管相关指标监测都需要大量信息，并且需要实现监测数据实时传输，特别是心脏心脑血管传输告警基于毫秒级的，这在目前的4G网络不能支持。这些场景对5G网络有着比较迫切的需求，通过5G网络实现病患体征监测数据的无线化传输和可视化表现，并结合AI对采集数据进行分析，将患者的环境视频和监测仪换面视频高清实时传输，还可以实现无线查房，移动查房或者机器人查房（例如医护人员比较难以到达高辐射区）等。
2.2.2医疗急救
医疗急救包括三种场景：（1）现场急救场景，指挥中心第一时间赶到事发第一现场，携带急救背包，多参数监护仪，便携式超声设备，口袋式头显音视频采集设备，采集患者生命体征数据，迅速将现场情况通过5G网络回传到云平台上，接受在线指导现场医生施救，同时通知医院做好接诊的一切准备。今年在世界园艺博览会上的心脏病突发急救案例，从急救车赶到现场，到患者进医院抢救，整个过程仅用了10分钟，患者很快转危为安。挽救生命分秒必争，而5G带来的毫秒级速度，无疑是医疗急救领域的强心剂。（2）急救车内场景，车内所有的采集监测设备包括实时监控影像监控等，将准确第一手数据通过5G网络回传，对相应急救场景实施远程急救指导，进行车内急救会诊。包括120急救车，孕产妇急救车，脑卒中急救车等。（3）医院和急救中心内场景，对手术室进行智慧改造，用5G的无线技术替代原有的光纤传输，实现更高质量的远程指导远程协助。
2.2.3远程示教培训
合格的医生培养周期长、成本高、资源投入大，利用VR相关技术，可以将抽象的手术设计具象化，降低学习成本。远程教学指导中，利用5G网络的高带宽低时延特性，实现无卡顿、超流畅、超清晰多路高清4K回传，专家教师可以对课件、模型等进行标签，图形注释等互动性操作。而远程实时手术的要求更高，需要满足8K高清晰、高速率和低时延等传输条件。基于MR技术的远程示教于指导，通过AR/VR装置，可以对特定手术部位进行实时标记、测量、绘制，进而为远程MR手术指导、远程手术示教提供便利，最大程度地节省患者和医生的时间。”南昌大学二附推出“5G+VR医学指导及受教平台”，观看者在手术全景中可自由选择视角，观看主刀、一助、二助、麻醉师乃至护士的操作，并可直观感受3D成像下的组织及器官。虚拟现实手术训练系统，其中的触觉机械手有真实的触觉，让人感觉如临其境。
2.2.4远程会诊、诊断
基于音视频会议系统的远程会诊，通过高清音视频设备通过会议来做远程会诊，对网络要求不同，1080T现有的4G网络可以支持，但电子病历、CT影像、B超影像病理资料等用现有网络传输时间会非常长，影响远程会诊的效率。而4K高清视频回传对网络需求比较高，传输速率只有5G网络可以支持。
2.2.5远程机器人超声和远程机器人手术
超声对技术要求比较高，对视频传输和实验要求都比较严格。基层技术有限，医疗专家可以根据患者端视频和力度反馈信息，利用远程机器人开展超声医疗服务。远程手术最大的问题就是信号实时的互联互通，稍有延迟就可能会给患者带来不可逆转的伤害，需要端到端，大带宽低时延的网络支持，从镜头到图像采集系统、采集病人端PC编码处理、通信网络、医生端解码处理显示器，整个总的时延不超过100ms，最好达到端到端在50ms内。而5G网络大带宽、低时延、高可靠性能够提供清晰的操作画面，也能满足医生控制手术臂，实施远程手术。远程医疗场景很多，随着通信技术的发展分阶段实现，第一阶段：无线检测，移动查房，示教培训。第二阶段：导航定位、移动急救，远程会诊远程诊断。第三阶段：高风险的机器人超声、机器人手术等。
3远程医疗实践
3.1一带一路跨国手术直播
第四节巴基斯坦国际心脏病学会年会，北京阜外医院专家受邀在青岛阜外医院成功进行了心脏介入手术5G直播。技术上针对医院进行无线信号覆盖的特征，针对手术室进行5G数字化室分系统部署，单用户速率达到1Gbps以上，实现中国首次向“一带一路”国家现场跨国直播心脏介入手术。
3.2远程手术指导
今年中国人民解放军总医院利用5G技术成功完成了全国首例远程人体手术：帕金森病“脑起搏器”植入手术。脑起搏器手术用于治疗帕金森等神经系统疾病，该手术对医生的专业知识和临床经验要求很高，基层医院往往难以开展。北京到海南相距3000km，5G网络高速率、大带宽和低时延的特性，有效保障了远程手术操控的稳定性、可靠性和安全性，双侧4K高清音视频交互帮助专家实时准确掌控手术进程和病人情况。此次手术的网络架构如图1所示，采用非独立组网方式，开通2.6G频段，在中国人民解放军总医院北京和海南两地分别部署了5G室分站点，相关控制、视频采集设备分别接入本地的5G基站，经5G核心网、传送网和骨干网等，实现5G远程手术控制信号和业务数的传输。整个手术过程视频信号传输流畅无卡顿，时延在90ms之内，手术的成功充分验证了远程手术可能性。
4总结
随着深化医药卫生体制改革的推进，远程医疗作为促进优质医疗资源下沉，缓解医疗资源分布不均匀，促动分级诊疗的有效手段，在新的医改中承担了重要的任务。5G技术的快速发展普及，网络传输速度更高、图像更加清晰、价格更低、使用更加便捷，以及中国4G技术应用使中国移动互联网产业已经成熟，民众接受网络治疗方式等诸多因素，将使我国远程医疗将得到快速的发展，在全国各地得到广泛应用。未来，5G技术将赋能医疗行业，各种5G医疗系统的建立和案例的实现，正是远程医疗美好前景的一个开端，我们将不断探索5G环境下医疗新模式和新业态。
作者:徐雅芳 单位:中国联合网络通信有限公司廊坊市分公司