5G通信在医疗领域的发展现状

【摘要】第五代（5G）移动通信技术具有传输速度快、时延低、带宽大、可靠性高、覆盖范围广等特点，它正引领整个医疗领域进行着一场深刻的变革【1】。虽然“5G+ 医疗”目前尚处于起步阶段，但随着 5G 技术的发展，传统的康复诊疗模式发生了变化，触觉互联网等先进技术在康复领域已崭露头角，这使得远程康复成为了可能。本文旨在对 5G 技术在医疗领域中的应用及发展进行综述。

【关键词】5G通信；远程医疗；应急医疗；健康管理

The Development Status of 5G Communication in the Medical Field

Abstract  The fifth generation (5G) mobile communication technology has the characteristics of high transmission speed,low delay, large bandwidth, high reliability and wide coverage, which is leading a profound change in the whole medical field.Although 5G + Medical is still in its infancy, with the development of 5G technology and advanced technologies such as tactile internet, it has lead to the great change of traditional rehabilitation mode. Remote rehabilitation is on the way. This paper aims to summarize the application and development of 5G technology in medical medicine.

Keywords  5G communication; Telemedicine ; Emergency medical treatment; Health management

1 5G技术的发展历程、特点和应用场景

1．1 5G技术的发展历程

从20世纪80年代，通讯起初使用的模拟信号，被称为第一代移动通讯技术，也就是1G，它只能用于电话【2】。到20世纪90年代欧洲电信标准组织ETSI根据时分多址技术提出了全球移动通信系统(Global system for Mobile communications，GSM)通讯技术，也就是2G，之后美国发明码分多址，也称2．5G，但手机通讯只能用来打电话和发送简单文字【3】。再到21世纪初，第三代移动通讯技术(3G)随之而生，主要有cDMA2000，WCDMA，TD．SCDMA三大标准，手机进入多媒体时代，可传输图片和简单视频。并且从2010年开始，第四代移动通信技术(4G)逐步发展开来，主要有TD—LTE和FDD—LTE两种制式，能够快速传输数据、高质量音频视频图像等。在4G时代，无线通信系统需要端到端的系统技术规范【4】，3GPP(3rdGeneration Partnership Project)主导了LTE等标准，而目前5G的主要标准化工作也由3GPP完成。随着5G发展的不断推进，目前5G被细分为两个阶段Release 15和Release 16，被称作NewRadio(NR)【5】”。2015年，全球超过85％的人口使用GSM，2019年底，97％使用3GPP技术【6】，通讯技术发展十分迅速，通讯技术的进步促进了社会现代化高速发展。

1．2 5G技术的特点和应用场景

5G技术最直观的特点就是通讯速率高，那么5G如何提高通讯速率呢?根据香农信道容量公式:C=W

，其中C为信道容量，W为无线电信道宽度，s／N为信噪比。通过公式可见，信道容量与信道带宽成正比，同时取决于系统信噪比以及编码技术种类，而5G技术通过改变频带宽度和信噪比从而大大提高了通讯速率，速率较以往提高了至少数十倍【7】。此外5G的主要体系架构区别于传统模式，采用了毫米波传输、微基站中转覆盖、多天线发射接收的全新架构模

式，在各个阶段都有了质的飞跃。基于5G技术的特陛，国际无线标准化机构3GPP定义了5G技术的三大主要应用场景：①增强型移动宽带(EnhancedMobile Broadband，e MBB)，主要是提升基础速率，它的峰值速率由4G的300Mb／s提升至20Gb／s；②大规模机器通信(Massive Machine Type communications，m MTC)，目前广泛应用于大规模的物联网开发；③超可靠和低延迟通信(Ultra-Reliable and Low Latency communications，URLLC)，主要是降低延迟，延迟时间由4G的10～50ms降低到1ms。综合对比4G网络，5G将对应用的体验速度、数据的传输速度和密度、端际延时、便携性和移动性、频谱效率、能效、成本等各个方面提升1~2个数量级【8-9】。

2 5G在医疗领域的应用

2．1远程医疗

中国国土面积辽阔，人口众多、分布不均衡，存在医疗资源部分地区相对稀缺和分配不均衡的现实问题。解决这一问题的有效方法之一就是远程医疗。当前按远程医疗的具体应用可以细分为远程诊断和远程治疗两大阶段。

2．1．1远程诊断

远程诊断发展至今已经取得了巨大的进步与突破，但是仍存在许多不足与需要改进的地方。在当前低传输速率、高延时网络环境下，远程图片、视频、语音等信号的质量不佳，而低质量的远程信号将影响整个诊疗过程，从而影响医生的诊断效率和诊断准确度【10】。例如郑州大学第一附属医院与华为和中国移动进行的三方合作中，成功的完成了B超等多项5G远程诊断实验。借助5G技术，可实现将本地端无线B超探头作为操作柄，灵活操控异地端机械臂的功能，实现跨地域的远程诊断操作，使得医疗资源得到了充分的利用。这一检查方案在4G时代几十毫秒延迟传输和100 Mb低速率下是难以开展的。例如浙江大学第二附属医院联合浙江移动、华大基因和华为，也成功通过5G网络进行远程B超触感回传，将图像快速传递至后方医院进行快速诊断【ll】，极大地提高了诊断效率。相信在不久的将来，在5G技术的辅助下可以让更多的优质医疗资源服务于更多的地区和更多的患者，从而使远程诊断真正打破地域的限制。

2．1．2远程治疗

我国偏远地区由于偏僻的地理因素和经济发展落后限制了当地的医疗卫生事业发展【12】。相关数据显示，2017年基层医疗卫生机构约933024个，其中乡镇卫生院36551个，村卫生室632057，二者共占比71．7％【13】，医疗资源匮乏，医疗水平普遍较低。许多患者由于缺少专家、缺少经验、缺少先进的治疗设备而导致治疗不及时。结合5G技术的远程治疗正是解决这些问题的有效方案之一，借助5G的毫秒级延迟更可以实现远程治疗，同时远程手术也将变成现实。此外，华中科技大学和奥本大学、南加州大学共同提出了基于5G技术的5G—Csys系统，不仅提出了用于远程手术，还提出了借助5G技术进行远程情感安抚、远程诊断患者情绪诊断心理疾病的系统【14】。

2．2应急医疗

在急救领域，很多学者将受伤后的4~6 min称为“救命的黄金时问”，8 min以上的伤者救治成功率不足5％，可见应急抢救分秒必争【15】。搭载5G网络平台的急救通讯系统可以承担联络、协调、指挥、调度等重任，并将院内院外急救无缝衔接。现阶段，急救伤员乘救护车到医院后才能进行大规模生理参数采集，进行相关化验、检查和抢救治疗等，而在5G平台下，救护车车内就能完成这些工作，大大缩短抢救准备时间【16】。例如2019年4月召开的中国北京世园会，中国联通首次利用5G技术开展远程医疗急救保障。此次5G应急医疗保障应用商业化探索，大大降低急救响应时间，保障参会人员的生命安全。在5G技术的支持下，医疗机构以及急救车可统一接人院前急救联动系统，让急救医疗流程得到高效规划，甚至借助5G技术的大宽带低延时特性，现场就可以视频远程紧急救助从而缩短急救响应时间，为患者争取更多时间，创造更大生机。

2．3健康管理

传统健康管理需要前往医院或者体检机构进行健康检测，借助可穿戴设备可以实现随时随地健康管理。随着互联网+医疗的发展，可穿戴设备采集数据可通过互联网传输至云端后台，利用云端强大分析功能为人们提供个性化健康监测管理【17】。目前广泛应用的可穿戴设备主要通过蓝牙技术连接手机、PAD等终端APP实现健康数据的采集，再通过终端APP将采集的数据上传至网络云平台或服务器，很难脱离手机、PAD等而独立使用。利用5G毫米波、体积小、可设置多根天线的特点，借助5G独有的MIM0技术，增加网络覆盖范围，数据传输的速度和质量将得到显著提高，可实现对数据的实时传输、分析和反馈，是未来独立联网可穿戴设备稳定通讯的最优解【18】。理想情况下，所有动态心电图都因使用12导联配置，但是由于技术、经济原因，多数使用EASI简化5导联模拟12导联【19】，所以无法与标准12导联相互替代。

未来在5G技术的加持下，融合人工智能、区块链、云计算、大数据、边缘计算技术等多种技术，智能可穿戴医疗设备将拥有自组织能力，架构泛中心化，传感器之间可互联互通，实现并行计算甚至是云计算【20】。从而使智能可穿戴设备向大规模互联智能可穿戴发展，进一步提升增强可穿戴医疗设备与患者的联系，使健康管理更加普及化、自主化、个性化和智能化。

3结语

通过探讨5G目前在医疗领域应用案例，进一步挖掘了5G在医疗垂直领域应用方向，结合临床的需求可以看到5G医疗在远程医疗、应急医疗、可穿戴医疗、移动护理等领域广阔的市场。目前在国家政策的推动下、5G技术发展支持下以及广阔的市场需求将为5G医疗带来无限的发展机遇。当然，机遇与挑战是并存的，如今5G医疗的发展面临着高成本问题，例如5G网络的运营维护成本，5G网络采用微基站构建，单个基站覆盖面积小，提高覆盖面积需要大量增加基站的数量，基站的建设势必增加大量的成本。此外，技术积累问题等在一定程度上限制了5G医疗的进一步发展，例如电池技术的停滞不前限制了5G移动设备的应用范围。当然这些自身技术问题随着5G技术的发展必然能够完美的解决。现阶段5G的安全问题也是不可忽视的存在，一方面是高频电磁辐射对人体健康产生影响：意大利学者研究表明5G毫米波可提高皮肤温度，改变基因表达，促进细胞增殖和蛋白质合成得氧化应激、炎症和代谢过程，可能对人体造成损伤【21】。对5G辐射安全控制，波兰专家研究建议依照ALARA原则严格控制5G辐射剂量【22】。5G辐射安全有待进一步研究。另一方面当5G网络接入医院内网时将会降低医院网络安全性，导致患者敏感信息泄漏，从而造成医患矛盾。另外在进行5G远程手术时，网络质量的优劣将可能会影响到患者的生命安全等。除此之外，5G医疗在临床应用的法律法规、行业规范与标准存在不完善、不健全等问题【23】，而现阶段的5G医疗目前未获得国家医疗器械注册证，应用均停留在实验阶段，成熟的应用落地仍然需要很长的一段时间。

随着各行业、运营商、互联网企业对5G技术的推动，必然能够加速5G基础技术的成熟，基础技术成熟推动产业全面规范发展，5G医疗行业规范也将得到进一步完善。安全高效是医疗行业最重要的原则，在这一原则指导下，5G辐射安全必将是下一个重点研究领域。2019年6月，工信部向三大运营商和中国广电颁发5G商用牌照，中国正式进入了5G时代【24】。未来5G医疗必将发挥更大的作用，进一步深化我国医疗卫生事业改革，推动人类健康事业的发展。

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