原作者： 李大灿 黄敏 赵彩莲 龚园园 张岩 文章来源： 《中华急诊医学杂志》 发布日期：2020-03-05
新冠肺炎疫情防控中5G智慧医疗服务体系的构建
李大灿1 黄敏2 赵彩莲3 龚园园4 张岩5
1南方医科大学卫生管理学院，广州，510515；
2上海市公共卫生临床中心，上海，201508；
3浙江大学医学院附属第一医院，杭州，310003；
4中国科学院大学工程科学学院，北京，100049；
5河北经贸大学社会治理研究所，石家庄，050061
通信作者：黄敏，Email:huangminphc@sina.com
DOI：10.3760/cma.j.issn.1671-0282.2020022.009
[摘要] 目的：分析5G通信技术在新型冠状病毒肺炎（简称“新冠肺炎”，COVID-19）疫情防控工作中的应用领域，构建新冠肺炎疫情防控5G智慧医疗服务体系。方法：收集并分析2019年12月-2020年2月期间，全国抗击新冠肺炎所采用的5G技术应用领域案例：5G+远程医疗应用案例、5G+负压救护车案例、5G+远程监护案例、5G+人工智能案例、5G+红外热成像体温检测案例、5G+疫情防控大数据分析案例。结果：通过对新冠肺炎疫情防控工作中5G应用案例分析，挖掘出新冠肺炎疫情防控中5G智慧医疗服务体系的关键要素。通过优化升级医院内部服务模式，打破院内院外壁垒，整合院内外资源，加强5G智慧医疗安全保障等方法形成新冠肺炎疫情防控5G智慧医疗服务体系，包括应用层、技术服务层、网络支撑层、安全体系层。结论：5G通信技术具备速度更快、时延更短、容量更密的特点，在新冠肺炎疫情防控工作中，能进一步提升医生诊断效率、改善患者就医体验，实现优质医疗资源远程共享和实时信息交互，能有效阻断疫情传播，缓解医疗资源匮乏、医护人员短缺等问题，让疫情防治更加高效便捷。
[关键词] 5G通信技术；人工智能；新冠肺炎；疫情防控；智慧医疗
基金项目：2019年上海市卫生健康委员会立项课题（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月以来，湖北省武汉市陆续出现由新型冠状病毒导致的肺炎病例，至今已蔓延至其他地区[1]。疫情发生后，党中央、国务院高度重视，面对新冠肺炎疫情防控，习近平总书记亲自指挥、亲自部署，多次召开防疫工作会议[2]，强调防疫工作要坚持把人民群众生命安全和身体健康放在第一位，按照坚定信心、同舟共济、科学防治、精准施策的总要求，全面开展疫情防控工作[3]。
2020年2月14日，习近平在中央全面深化改革委员会第十二次会议中指出：要完善重大疫情防控体制机制，健全国家公共卫生应急管理体系；要改革完善重大疫情防控救治体系，健全重大疫情应急响应机制；鼓励运用大数据、人工智能、云计算等数字技术，在疫情监测分析、病毒溯源、防控救治、资源调配等方面更好发挥支撑作用[4]。
当前，新冠肺炎疫情笼罩着全国，全力做好疫情防控保障工作成为当前最重要的任务。在防疫工作中，新型冠状病毒有着较长的潜伏期和较强的传染性，因此新冠肺炎疫情防治面临着巨大的困难和挑战。为了实现更好的疫情防控效果，不少单位纷纷应用诸如5G、人工智能、大数据、物联网等新兴技术来抗击疫情，新技术应用成为疫情防控中强有力的“武器”，为打赢疫情防控这场硬仗提供坚强保障[5]。
1 5G在新冠肺炎疫情防控中的应用
第五代移动通信技术（英语：5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation，简称5G或5G技术），最新一代蜂窝移动通信技术，提供至少10Gbit/s 的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力[6]。与4G相比，5G具有更大带宽、更高速率、更低时延、更大连接等特性，5G通信技术不仅能实现三维图像的高质量传输，还能提供通信信息之外的数据采集、实时定位、远程诊疗等融合功能[7-9]。在医疗行业，通信是影响医疗救援发展的重要因素之一，5G高速率通信可有效提高医疗紧急救援效率，提高公共卫生事件的应对能力[10-11]。
当前，新型冠状肺炎疫情到了最吃紧的关键阶段，全力做好疫情防控保障工作成为当前最重要的任务。5G运营商、设备商及行业应用解决方案提供商等共同联手抗击疫情，抵御疫情蔓延，截至目前已开展十余项5G应用，主要提供了包括远程医疗应用、远程监护应用、人工智能应用、红外热成像体温检测应用、疫情防控大数据分析应用等实例。通过全面整合医疗资源，创新医疗场景，共抗新冠肺炎疫情。
1.1 5G+远程医疗
5G技术具有高带宽、低时延特性，医生与患者之间可以通过实时高清音视频等相关医疗数据回传实现远程诊疗，推动从“面对面”会诊到视频远程会诊的转变，进一步提升就诊效率和精度。在目前疫情防控形势下，5G远程医疗可以让诊疗更加高效、便捷、安全[12-13]。5G远程医疗网络结构如图1所示。
图 1 5G远程医疗网络结构图
Fig 1 5G telemedicine network structure
在新冠肺炎疫情防控工作中，充分利用5G通信技术，联动全国各地的医生、专家，积极发挥线上诊疗优势，开展线上咨询、线上问诊、健康科普、心理援助辅导、居家隔离指导、慢性病送药上门等服务，使得广大用户实现足不出户、在家就医，减少出门就医风险，助力对抗新冠肺炎的战“疫”[14]。在新冠肺炎疫情防控工作中，各地陆续报道5G远程医疗应用案例，如表1所示。
表1 2020年1月-2月5G远程医疗应用案例表
Table 1 5G telemedicine application cases from January to February 2020
1.2 5G+负压救护车
5G负压救护车，为院前急救危重病人提供现场诊断、检查、防护、救治及途中监护的医疗技术服务。负压救护车与普通救护车的最大区别就是能实现“负压隔离”，能够对新发、突发性传染病实施紧急处理，使外界环境免受污染，防止疫情扩散，完成重大传染病员的安全隔离与转运。当急救病人上了5G负压救护车后，随车医生可以利用5G医疗设备第一时间完成患者生理参数、验血、心电图、超声等一系列数据传递工作，实现院前院内无缝联动，快速制定抢救方案，大大缩短抢救响应时间，为病人争取更大生机[15]。5G负压救护车网络结构如图2所示。
图 2 5G负压救护车网络结构图
Fig 2 5G negative pressure ambulance network structure
1.3 5G+远程监护
基于5G的远程监护是利用5G技术辅助医疗监护，实现对患者生命体征实时、连续和长时间的监测，将获取的生命体征数据和危急报警信息以5G网络传送给医护人员的一种远程监护形式。
5G远程监护可以实现隔离区域患者实时数据的获取与分析。新冠肺炎患者在隔离区通过智能手环、心电仪、呼吸机、血压计等监护设备采集患者心率、呼吸等体征数据，并通过5G网络实时回传，后台可对采集的患者体征数据进行智能分析处理，发现异常数据则实时预警，后台医生则可以根据预警信息及时研判病情[16-17]。5G远程监护技术架构如图3所示。
图 3 5G远程监护技术架构
Fig 3 5G remote monitoring technical framework
1.4 5G+人工智能
5G+人工智能的相关应用能够有效分担医护人员的工作，缓解医护人手不足的问题，减少医患交叉感染，还可以提振抗击新冠肺炎疫情的信心和勇气。据统计，在新冠肺炎疫情防控工作中，投入的5G智能机器人包括：5G云端医护助理机器人、5G云端消毒清洁机器人、5G巡逻温测机器人、5G送药服务机器人等多种5G智能机器人，可以协助隔离区医护人员完成查房，消毒清洁，测温巡查，送药服务等基本工作；此外，ICU病房远程机器人超声和手术、健康智能提醒等应用在疫情期间也发挥了重要作用[18]。5G智能机器人工作原理如图4所示。
图 4 5G智能机器人工作原理图
Fig 4 5G intelligent robot schematic
1.5 5G+红外热成像
随着单位复工，返程人数剧增，疫情防控形势依然严峻复杂，人员密集区域体温检测成为面临的难题之一。在火车站、机场、地铁等公共交通、人群密集区域，采用5G+热成像技术，可以快速完成大量人员的测温及体温监控，识别出温度异常的个体，同时将视频及响应数据准确快速实时传送至大屏或云平台，并发出异常预警，帮助政府和企业筑起疫情防控第一道防线，也可以避免测温人员的频繁、长时间工作，有效提升新冠肺炎疫情防控水平，遏制新型冠状病毒的传播[19-21]。5G红外热成像技术应用案例如图5所示。
图 5 5G红外热成像技术应用案例
Fig 5 Application case of 5G infrared thermal imaging technology
1.6 5G+大数据分析
面对新冠肺炎疫情威胁，面对紧急突发的公共卫生事件及多方来源的海量数据，运用大数据分析技术，可以为公众提供更完整、连续、准确、及时的防疫信息，为专家提供追溯疾病源头的方法，为决策者提供疫情发展趋势的数据。
通过大数据分析技术，结合地理位置和时间戳信息，可以分析“涉疫”人员流动轨迹，综合分析确诊病患、疑似病患和相关接触者的行动轨迹，可以准确刻画跨地域漫入、漫出的不同类别人员的流动情况，这既为精准施治提供了有力指导，也为新冠肺炎疫情防控提供了有力的数据支持[22]。新冠肺炎防疫工作以来，各地陆续报道的大数据技术应用案例，如表2所示。
表2 2020年1月-2月期间疫情防控大数据技术应用案例表
Table 2 Application cases of big data technology for epidemic prevention and control from January to February 2020
2 5G智慧医疗服务体系初探
5G 通信网络具备速度更快、时延更短、容量更密的特点，在医疗领域的应用中，5G通信技术不仅能实现三维图像音频视频的高质量传输，还可以为终端用户提供数据采集、实时定位、远程诊疗、远程监护、智能预警等融合功能。当前，新冠肺炎疫情防控已经到了最吃紧的关键阶段，怎样科学精准打赢疫情防控阻击战，建立以5G、人工智能、大数据等战略新兴技术为支撑的智慧医疗服务体系迫在眉睫。
目前，新冠肺炎疫情防控仍处于关键时期，构建5G智慧医疗服务体系，通过5G医疗应用，可以进一步减少人群聚集，对阻断疫情传播也发挥了至关重要的作用。5G智慧医疗服务体系，以5G通信技术为基础，融入了人工智能技术、云计算技术、大数据技术、物联网技术、传感器技术等战略新兴技术，形成医疗应用实践新模式，是传统医疗卫生信息化的创新升级。传统信息化医疗到5G智慧医疗创新升级过程如图6所示。
图 6 传统信息化医疗创新升级过程图
Fig 6 Innovation and upgrading process of traditional information-based medicine
3 讨论
随着5G网络逐步完善，5G应用创新实践日渐深入，未来5G将在人们的生活、生产和社会治理方面带来更加广泛的应用。5G通信技术的应用也将加速医疗服务的发展，特别是5G远程医疗、5G远程监护、5G智能机器人、5G物联网、5G大数据分析等临床应用的落地，必将进一步提升医疗机构的智能化水平，实现优质医疗资源共享。5G智慧医疗需要优化升级传统医疗信息化管理模式，打破行业壁垒，以患者为中心，实现医院内部、各级医院及院内院外的融合共生。5G智慧医疗服务体系结构如图7所示。
图 7 5G智慧医疗服务体系结构图
Fig 7 5G intelligent medical service architecture
(1)优化升级医院内部服务模式
注重以患者为中心，在预约、就诊、治疗、康复以及院外回访等环节，全程使用5G、人工智能等战略新兴技术支持，提升服务效率。例如5G+人工智能的应用可以分担医护人员工作，有效缓解医护人手不足的问题，减少医患交叉感染。
(2)打破院内院外壁垒，落实5G远程医疗等5G创新应用
新冠肺炎患者遍布全国，为充分利用大城市、大医院专家资源，5G远程医疗快速在全国各地很多医院落地。通过5G远程医疗，专家可以对偏远地区医院的重症、危重症的患者进行问诊，可以提供在线健康监测与诊断、在线医学影像诊断、快速院前急救、AI远程手术等救治的精准指导，为医务人员更安全、更高效地救治病患保驾护航。
(3)加强5G智慧医疗安全体系保障
建立安全保障体系，加强基础设施安全、医疗数据安全、应用安全、安全管理制度建设，严防用户信息泄露，为患者营造更安全、便捷的就医环境，为5G智慧医疗服务体系提供强有力的安全保障。
通过5G智慧医疗服务能进一步提升医生诊断效率，改善患者就医体验，实现优质医疗资源远程共享和实时信息交互，能有效缓解医疗资源匮乏、医护人员短缺、医疗水平分布不均等问题。构建疫情防控5G智慧医疗服务体系，还可以为后续5G智慧医疗服务平台的设计与研发提供积极参考。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突
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