近年來，隨著科技的發展，第五代移動通信技術（5th generation mobile communication technology，5G）日漸發展。我國移動醫療照護行業市場空間巨大，5G 通信技術作為我國戰略性新興產業，其聚焦醫療照護行業，將進一步提升醫療照護行業服務質量，創新應用與服務，使醫療照護行業變得更加數字化、網絡化、智能化，對改進健康監測質量、提高自護能力及推動醫療照護發展具有劃時代的意義。因此，該文介紹了 5G 的定義、優勢、意義及其在醫療照護中的應用現狀，旨在為推動 5G 與醫療照護的深度融合奠定基礎。
引用本文： 李佩芳, 陳佳麗, 鄧悟, 王立群, 寧寧. 5G 在醫療照護中的應用進展. 華西醫學, 2019, 34(9): 964-967. doi: 10.7507/1002-0179.201908168 復制
隨著經濟和科技的不斷發展，人工智能（artificial intelligence，AI）技術、物聯網、云傳輸應運而生，將我們推進大數據時代，數據海量涌現，沖擊著現有的移動通訊技術。因此，第五代移動通信技術（5th generation mobile communication technology，5G）成為當下熱點。其高速率、高容量、低延遲、廣連接等優勢成為巨大亮點呈現在世界面前。智慧醫療的推進，使得醫療行業產生大量數據，其存儲和傳輸困難，因此，通過聚焦醫療行業，加速 5G 與醫療衛生的深度融合，將進一步提升醫療照護行業服務質量，創新應用與服務，使醫療照護行業變得更加數字化、網絡化、智能化，對推動醫療照護發展具有劃時代的意義。
1 5G 概述
1.1 5G 的概念
5G 是最新一代蜂窩移動通信技術，是 2G、3G、4G 技術的延伸。2G 時代實現了語音和文字信息的傳輸，3G 時代在此基礎上發展了互聯網，4G 通過長波傳輸實現了視頻通訊，5G 時代旨在通過毫米波實現高速率、低延遲、節能、低成本、大容量、大規模設備連接的通訊。
1.2 5G 的特點
1.2.1 增強移動寬帶
帶寬就是頻帶的寬度，任何電信號都有一個頻率范圍，它的上、下兩個邊界頻率之差就叫信號的帶寬。信息理論證明，數字網絡的帶寬越寬，網絡上數據傳輸的速率就越快。目前 5G 網絡在 28 GHz 波段下可實現將傳輸速度達到 1 Gbps，而通常情況下 4G 網絡的傳輸速率只有 75 Mbps，上、下行鏈路速度分別為 30 Mbps 和 100 Mbps，且它只具有非對稱的超過 2 Mbps 的數據傳輸能力[1]。在理論數據上，5G 網絡峰值傳輸速度是 4G 網絡的數百倍。
1.2.2 低時延、高可靠通信
5G 通信技術的延時可以控制在 5～10 ms，最低可以控制在 1 ms[2]。使用 5G 網絡將會讓延遲從 4G 網絡的 50 ms 縮短到 1 ms，即改善了智能設備的無線網絡與搜索信息的服務器之間保持連接的狀況，也就是觀看視頻頁面時，出現視頻播放不流暢甚至停滯的情況將會得到改善；當下載電影時，1 GB 的高清電影只需 1 s 就可以下載成功。
1.2.3 海量物聯網通信（massive machine type of communication，mMTC）
5G 網絡支持同時接入更多設備，讓流量需求密集區域的用戶也能享受到較高的網絡速率。現有的 4G 基站遠距離設置較少的天線（約 10 根），但 5G 基站采用近距離設置上百根天線的方式，使更多的用戶可以更高效地收發數據。5G 技術可支持多模式、多制式的靈活協調，避免多種網絡模式相互影響，其擁有一個清晰的網絡管理架構，可提供更為智能化的服務[1]。
1.3 5G 的意義
1.3.1 滿足人們對高速傳輸的需求
近 10 年來，手機用戶和網民數量迅猛攀升，全球互聯網和手機用戶數量分別突破 20 億和 50 億，這意味著全球范圍內，每 3 人中幾乎就有 1 人是網民，人們對無線網絡的需求不斷增加，同時，對網絡傳輸速率也提出了更高的要求。為了滿足日益增長的移動流量需求，亟需發展新一代 5G 移動通信網絡。
1.3.2 開啟萬物互聯新時代
5G 作為一種全新的移動網絡生活方式的媒介載體出現，將有力地推動大數據、AI、云計算、物聯網等技術的蓬勃發展，促進互聯網與物聯網的深度融合，連接服務的內涵從人與人通信逐漸發展到物與人、物與物的連接。未來的 5G 技術將兼容 2G、3G、4G 中所有的通信協議，無縫融合的網絡將形成。萬物互聯的 5G 浪潮席卷而至，將開啟一個全新的信息化時代。
2 5G 在醫療照護中的應用
2.1 5G 深化遠程醫療
基于 5G 的特點，其在醫療中應用，最先想到的就是遠程醫療，同時，5G 移動通訊技術的高速率、低延遲、大容量等，很大程度上滿足了遠程醫療實時性、高效性、穩定性的需求，大大擴展了傳統遠程醫療的范圍，提高了質量。5G 遠程醫療包括遠程會診、遠程手術、遠程醫療健康監護[3-4]。
2.1.1 5G 遠程會診
遠程會診是一項傳統的遠程醫療技術，但是 5G 基于實時圖像、語音、視頻等技術，使得傳輸的患者數據更多、更快，醫患交流無延時，此外，還可實現高質量的多點互通，為多學科聯合會診奠定了基礎。2019 年 7 月 4 日下午，四川大學華西醫院通過 5G 技術實時遠程指導了四川省樂山市馬邊彝族自治縣人民醫院 2 例 AI 消化內鏡診斷的操作（圖1），這是我國首例 5G+AI 遠程消化內鏡診斷。內鏡檢查開始后，馬邊彝族自治縣人民醫院的內鏡視頻通過 5G 網絡傳輸到四川大學華西醫院的消化內鏡圖像 AI 輔助診斷設備上，設備實時提示可能的病變類型，并清晰呈現在會診現場的屏幕上。與此同時，華西專家們遠程指導內鏡檢查，提示操作要點，并綜合點評 AI 內鏡判定的結果。之后，華西專家與患者主治醫生對患者病情進行了討論，并給出下一步治療方案。本次 5G+AI 遠程智慧醫療應用充分體現了現代醫療科技和醫療服務模式的發展，有利于緩解我國優質醫療資源緊缺的現狀，通過 5G 和 AI 技術的結合，將優質醫療資源進行有效輻射，從而覆蓋更多患者。
圖1
5G 技術消化內鏡遠程診斷
2.1.2 5G 遠程手術
5G 技術的應用，使得遠程手術成為可能。因此，國內學者對其在動物手術以及患者中都進行了一些探索。2018 年 12 月 18 日，在解放軍總醫院第一醫學中心，5G 遠程手術動物試驗在豬體上順利完成[5]。主刀醫師遠程控制 2 個機械臂和鏡頭臂，楔形切除約 2 cm × 2 cm × 3 cm 大小的豬肝臟。術中高清 3D 影像及聲音傳輸即時、穩定，床旁機械臂操作平順靈活，主、從跟蹤性，以及主、從一致性好，從手電機能夠在較小的延時時間之后很好地跟蹤主手電機。這也是世界首例5G遠程外科手術。2019 年 3 月 16 日，解放軍總醫院第一醫學中心成功完成了帕金森病“腦起搏器”植入手術。這是我國首例 5G 遠程人體手術。此次手術通過 5G 技術，跨越距離約 3 000 km，實現 5G 遠程手術操控，整個手術用時近 3 h[6]。隨著 5G 技術的發展和成熟，遠程手術、遠程醫療的應用前景越來越明朗，使得在基層醫院也可實施難度較大的手術，如頸腰椎手術等，優質醫療資源將會被更多的民眾共享，并在一定程度上緩解醫療資源供需不平衡的問題。
2.1.3 5G 遠程醫療健康監護
隨著科技發展，小型化、精準化的可穿戴監測設備不斷涌現，如智能手表、智能手環、血壓監護儀、智能血壓計等，加之 5G 通信技術的升級，為慢性非傳染性疾病（簡稱慢病）管理提供了新的思路。遠程健康數據監管可進行生命體征、膽固醇、血糖、甘油三脂、血氧等人體指標監測，捕獲人體的各種生理參數，將信息利用 5G 系統計算進行處理，并利用 5G 技術傳輸到監控中心，及時調整治療方案，監測其治療效果及患者的健康狀況，可以為慢病患者、老年人群提供及時的健康監護和干預，提高健康水平和生活質量，有助于提高醫療資源利用率和慢病管理效果。
2.2 5G 助力智慧醫療
5G 將擴展智慧醫療的廣度和深度，“5G 技術+物聯網+大數據”將智慧醫療變為現實。5G 的出現對于患者信息高效獲取和傳輸至關重要。屆時，院內患者的監護將通過無線、移動的可穿戴監測設備來實現，5G 所帶來的更高效的連接以及全新的增強型移動寬帶數據傳輸速率，可以實時傳輸患者的人口學資料、疾病資料、影像學資料等。5G 的到來將帶來全新的就醫體驗，并在醫療領域掀起一場革命。此外，專家預測 5G 有可能催生新的醫療模式—主動醫學模式。5G 技術具有大容量、速率快的特點，將儲存更大的數據，基于大數據，結合智能化監測設備，通過精密的復雜系統運算，形成推薦的診療方案。在未來主動醫學模式中，通過移動設備端收集患者相應的信息，通過復雜的系統運算，生成診療方案，在此基礎上，患者就醫，結合醫生的意見，得出最終診療方案，確保醫療的精準化和個性化。在此過程中，患者不僅了解到自身的健康狀況，還充分了解到可能的診療方案，真正實現患者主動參與醫療過程，推進主動醫療模式的進程。
2.3 5G 賦能康復鍛煉
5G 的第三大優勢—mMTC 可以使傳感器更加精準，這就使 AI 在醫療服務上的應用擴展到機械手臂、AI 仿生假肢等[7]。機械手臂或 AI 仿生假肢布局更多的微型感受器，加之大量數據的支撐，5G 提供高速穩定的數據傳輸，可以使其實現更精細的動作。當 AI 和 5G 相結合，憑借兩者的強大功能，醫療產品所提供的服務也將更加智能和高效。高靈敏度的機械手臂可輔助骨科術后患者肌力恢復和帕金森病患者精細化動作的康復鍛煉，有效改善患者生活自理能力。此外，在智能假肢領域，隨著材料及結構處理技術的不斷改進，假肢的靈活度和協調性大大增加。但是，在假肢的控制方面，現有的智能假肢處理器仍實行系統控制，對周圍環境進行簡單識別和處理。新的理論指出，將腦電波以電信號方式傳導至假肢處理器，可實現使用者對假肢的自主調控，從而使殘障人士更加自如地應對周圍復雜環境[8]。5G 傳感器在仿生假肢上的高密度布局，為實現腦電波自如地調控假肢提供了可能。5G+AI 仿生假肢也可以實現更精細的動作，將大大改善殘障人士的生活質量，為社會添加無限的可能。
2.4 5G 加速院前急救
眾所周知，院前急救爭分奪秒，呼吸心臟驟停、心源性心臟病搶救的黃金時間極短，一般在出現癥狀后 4～6 min。5G 時代的到來，使救護車配備高清晰度視頻通信成為現實，為急危重癥患者搭建起一條“5G 院前急救”通道，大大提高了急救速度[6]：一方面，更加實時互聯全球定位系統導航，為救護車選擇更優的路線；另一方面，通過 5G 技術可以實現救援的醫護人員一接觸到患者，就可將患者的生理數據、病情實時發送到遠程急診中心，醫生讀取數據后，通過 5G 遠程視頻“直面”患者判斷病情，并以此為基礎制定最優急救診療方案，配備相關搶救的醫療設備，這可在一定程度上緩解急救壓力，提高急救的效率。
3 結語
5G 在醫療照護中的應用無疑將帶來一場顛覆性的革命，實現真正意義上的智慧醫療和精準醫療。此外，5G 仍沿用傳統帶寬技術，未來，隨著 5G 基站部署的完成，海量數據不斷累積，仍存在飽和的風險。因此，我們要揚長避短，綜合整體布控，科學合理地發展和使用 5G。
隨著經濟和科技的不斷發展，人工智能（artificial intelligence，AI）技術、物聯網、云傳輸應運而生，將我們推進大數據時代，數據海量涌現，沖擊著現有的移動通訊技術。因此，第五代移動通信技術（5th generation mobile communication technology，5G）成為當下熱點。其高速率、高容量、低延遲、廣連接等優勢成為巨大亮點呈現在世界面前。智慧醫療的推進，使得醫療行業產生大量數據，其存儲和傳輸困難，因此，通過聚焦醫療行業，加速 5G 與醫療衛生的深度融合，將進一步提升醫療照護行業服務質量，創新應用與服務，使醫療照護行業變得更加數字化、網絡化、智能化，對推動醫療照護發展具有劃時代的意義。
1 5G 概述
1.1 5G 的概念
5G 是最新一代蜂窩移動通信技術，是 2G、3G、4G 技術的延伸。2G 時代實現了語音和文字信息的傳輸，3G 時代在此基礎上發展了互聯網，4G 通過長波傳輸實現了視頻通訊，5G 時代旨在通過毫米波實現高速率、低延遲、節能、低成本、大容量、大規模設備連接的通訊。
1.2 5G 的特點
1.2.1 增強移動寬帶
帶寬就是頻帶的寬度，任何電信號都有一個頻率范圍，它的上、下兩個邊界頻率之差就叫信號的帶寬。信息理論證明，數字網絡的帶寬越寬，網絡上數據傳輸的速率就越快。目前 5G 網絡在 28 GHz 波段下可實現將傳輸速度達到 1 Gbps，而通常情況下 4G 網絡的傳輸速率只有 75 Mbps，上、下行鏈路速度分別為 30 Mbps 和 100 Mbps，且它只具有非對稱的超過 2 Mbps 的數據傳輸能力[1]。在理論數據上，5G 網絡峰值傳輸速度是 4G 網絡的數百倍。
1.2.2 低時延、高可靠通信
5G 通信技術的延時可以控制在 5～10 ms，最低可以控制在 1 ms[2]。使用 5G 網絡將會讓延遲從 4G 網絡的 50 ms 縮短到 1 ms，即改善了智能設備的無線網絡與搜索信息的服務器之間保持連接的狀況，也就是觀看視頻頁面時，出現視頻播放不流暢甚至停滯的情況將會得到改善；當下載電影時，1 GB 的高清電影只需 1 s 就可以下載成功。
1.2.3 海量物聯網通信（massive machine type of communication，mMTC）
5G 網絡支持同時接入更多設備，讓流量需求密集區域的用戶也能享受到較高的網絡速率。現有的 4G 基站遠距離設置較少的天線（約 10 根），但 5G 基站采用近距離設置上百根天線的方式，使更多的用戶可以更高效地收發數據。5G 技術可支持多模式、多制式的靈活協調，避免多種網絡模式相互影響，其擁有一個清晰的網絡管理架構，可提供更為智能化的服務[1]。
1.3 5G 的意義
1.3.1 滿足人們對高速傳輸的需求
近 10 年來，手機用戶和網民數量迅猛攀升，全球互聯網和手機用戶數量分別突破 20 億和 50 億，這意味著全球范圍內，每 3 人中幾乎就有 1 人是網民，人們對無線網絡的需求不斷增加，同時，對網絡傳輸速率也提出了更高的要求。為了滿足日益增長的移動流量需求，亟需發展新一代 5G 移動通信網絡。
1.3.2 開啟萬物互聯新時代
5G 作為一種全新的移動網絡生活方式的媒介載體出現，將有力地推動大數據、AI、云計算、物聯網等技術的蓬勃發展，促進互聯網與物聯網的深度融合，連接服務的內涵從人與人通信逐漸發展到物與人、物與物的連接。未來的 5G 技術將兼容 2G、3G、4G 中所有的通信協議，無縫融合的網絡將形成。萬物互聯的 5G 浪潮席卷而至，將開啟一個全新的信息化時代。
2 5G 在醫療照護中的應用
2.1 5G 深化遠程醫療
基于 5G 的特點，其在醫療中應用，最先想到的就是遠程醫療，同時，5G 移動通訊技術的高速率、低延遲、大容量等，很大程度上滿足了遠程醫療實時性、高效性、穩定性的需求，大大擴展了傳統遠程醫療的范圍，提高了質量。5G 遠程醫療包括遠程會診、遠程手術、遠程醫療健康監護[3-4]。
2.1.1 5G 遠程會診
遠程會診是一項傳統的遠程醫療技術，但是 5G 基于實時圖像、語音、視頻等技術，使得傳輸的患者數據更多、更快，醫患交流無延時，此外，還可實現高質量的多點互通，為多學科聯合會診奠定了基礎。2019 年 7 月 4 日下午，四川大學華西醫院通過 5G 技術實時遠程指導了四川省樂山市馬邊彝族自治縣人民醫院 2 例 AI 消化內鏡診斷的操作（圖1），這是我國首例 5G+AI 遠程消化內鏡診斷。內鏡檢查開始后，馬邊彝族自治縣人民醫院的內鏡視頻通過 5G 網絡傳輸到四川大學華西醫院的消化內鏡圖像 AI 輔助診斷設備上，設備實時提示可能的病變類型，并清晰呈現在會診現場的屏幕上。與此同時，華西專家們遠程指導內鏡檢查，提示操作要點，并綜合點評 AI 內鏡判定的結果。之后，華西專家與患者主治醫生對患者病情進行了討論，并給出下一步治療方案。本次 5G+AI 遠程智慧醫療應用充分體現了現代醫療科技和醫療服務模式的發展，有利于緩解我國優質醫療資源緊缺的現狀，通過 5G 和 AI 技術的結合，將優質醫療資源進行有效輻射，從而覆蓋更多患者。
圖1
5G 技術消化內鏡遠程診斷
2.1.2 5G 遠程手術
5G 技術的應用，使得遠程手術成為可能。因此，國內學者對其在動物手術以及患者中都進行了一些探索。2018 年 12 月 18 日，在解放軍總醫院第一醫學中心，5G 遠程手術動物試驗在豬體上順利完成[5]。主刀醫師遠程控制 2 個機械臂和鏡頭臂，楔形切除約 2 cm × 2 cm × 3 cm 大小的豬肝臟。術中高清 3D 影像及聲音傳輸即時、穩定，床旁機械臂操作平順靈活，主、從跟蹤性，以及主、從一致性好，從手電機能夠在較小的延時時間之后很好地跟蹤主手電機。這也是世界首例5G遠程外科手術。2019 年 3 月 16 日，解放軍總醫院第一醫學中心成功完成了帕金森病“腦起搏器”植入手術。這是我國首例 5G 遠程人體手術。此次手術通過 5G 技術，跨越距離約 3 000 km，實現 5G 遠程手術操控，整個手術用時近 3 h[6]。隨著 5G 技術的發展和成熟，遠程手術、遠程醫療的應用前景越來越明朗，使得在基層醫院也可實施難度較大的手術，如頸腰椎手術等，優質醫療資源將會被更多的民眾共享，并在一定程度上緩解醫療資源供需不平衡的問題。
2.1.3 5G 遠程醫療健康監護
隨著科技發展，小型化、精準化的可穿戴監測設備不斷涌現，如智能手表、智能手環、血壓監護儀、智能血壓計等，加之 5G 通信技術的升級，為慢性非傳染性疾病（簡稱慢病）管理提供了新的思路。遠程健康數據監管可進行生命體征、膽固醇、血糖、甘油三脂、血氧等人體指標監測，捕獲人體的各種生理參數，將信息利用 5G 系統計算進行處理，并利用 5G 技術傳輸到監控中心，及時調整治療方案，監測其治療效果及患者的健康狀況，可以為慢病患者、老年人群提供及時的健康監護和干預，提高健康水平和生活質量，有助于提高醫療資源利用率和慢病管理效果。
2.2 5G 助力智慧醫療
5G 將擴展智慧醫療的廣度和深度，“5G 技術+物聯網+大數據”將智慧醫療變為現實。5G 的出現對于患者信息高效獲取和傳輸至關重要。屆時，院內患者的監護將通過無線、移動的可穿戴監測設備來實現，5G 所帶來的更高效的連接以及全新的增強型移動寬帶數據傳輸速率，可以實時傳輸患者的人口學資料、疾病資料、影像學資料等。5G 的到來將帶來全新的就醫體驗，并在醫療領域掀起一場革命。此外，專家預測 5G 有可能催生新的醫療模式—主動醫學模式。5G 技術具有大容量、速率快的特點，將儲存更大的數據，基于大數據，結合智能化監測設備，通過精密的復雜系統運算，形成推薦的診療方案。在未來主動醫學模式中，通過移動設備端收集患者相應的信息，通過復雜的系統運算，生成診療方案，在此基礎上，患者就醫，結合醫生的意見，得出最終診療方案，確保醫療的精準化和個性化。在此過程中，患者不僅了解到自身的健康狀況，還充分了解到可能的診療方案，真正實現患者主動參與醫療過程，推進主動醫療模式的進程。
2.3 5G 賦能康復鍛煉
5G 的第三大優勢—mMTC 可以使傳感器更加精準，這就使 AI 在醫療服務上的應用擴展到機械手臂、AI 仿生假肢等[7]。機械手臂或 AI 仿生假肢布局更多的微型感受器，加之大量數據的支撐，5G 提供高速穩定的數據傳輸，可以使其實現更精細的動作。當 AI 和 5G 相結合，憑借兩者的強大功能，醫療產品所提供的服務也將更加智能和高效。高靈敏度的機械手臂可輔助骨科術后患者肌力恢復和帕金森病患者精細化動作的康復鍛煉，有效改善患者生活自理能力。此外，在智能假肢領域，隨著材料及結構處理技術的不斷改進，假肢的靈活度和協調性大大增加。但是，在假肢的控制方面，現有的智能假肢處理器仍實行系統控制，對周圍環境進行簡單識別和處理。新的理論指出，將腦電波以電信號方式傳導至假肢處理器，可實現使用者對假肢的自主調控，從而使殘障人士更加自如地應對周圍復雜環境[8]。5G 傳感器在仿生假肢上的高密度布局，為實現腦電波自如地調控假肢提供了可能。5G+AI 仿生假肢也可以實現更精細的動作，將大大改善殘障人士的生活質量，為社會添加無限的可能。
2.4 5G 加速院前急救
眾所周知，院前急救爭分奪秒，呼吸心臟驟停、心源性心臟病搶救的黃金時間極短，一般在出現癥狀后 4～6 min。5G 時代的到來，使救護車配備高清晰度視頻通信成為現實，為急危重癥患者搭建起一條“5G 院前急救”通道，大大提高了急救速度[6]：一方面，更加實時互聯全球定位系統導航，為救護車選擇更優的路線；另一方面，通過 5G 技術可以實現救援的醫護人員一接觸到患者，就可將患者的生理數據、病情實時發送到遠程急診中心，醫生讀取數據后，通過 5G 遠程視頻“直面”患者判斷病情，并以此為基礎制定最優急救診療方案，配備相關搶救的醫療設備，這可在一定程度上緩解急救壓力，提高急救的效率。
3 結語
5G 在醫療照護中的應用無疑將帶來一場顛覆性的革命，實現真正意義上的智慧醫療和精準醫療。此外，5G 仍沿用傳統帶寬技術，未來，隨著 5G 基站部署的完成，海量數據不斷累積，仍存在飽和的風險。因此，我們要揚長避短，綜合整體布控，科學合理地發展和使用 5G。
