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基于5G边缘计算的智慧医疗系统及应用研究
  • 企业:     行业:制药/医疗     领域:边缘计算    
  • 点击数:100     发布时间:2025-08-10 22:30:35
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近年来,健康医疗大数据产业被列入国家大数据战略布局,带来了健康医疗模式的深刻变化,但医疗行业整体数据安全和个人信息保护也面临着更大的威胁。本研究通过对传统远程医疗行业痛点的分析,提出了一种基于5G移动边缘计算的远程云诊疗平台设计。该设计采用5G端到端网络切片结合多重服务质量(Quality of Service,QoS)技术,实现了业务差异化服务水平协议(ServiceLevelAgreement,SLA)保障,构筑了端到端安全、可靠,以及带宽和时延满足业务要求的虚拟专网,持续提高了智慧医疗行业的便捷化、自动化和智能化,从多方面保障了人们健康,显著提升了医疗服务水平。

★四川省通信产业服务有限公司成都市分公司康德

★中国电信集团有限公司西藏分公司李明刚,尼玛旺杰

★四川公众项目咨询管理有限公司黄春华,郑小波,宋仕斌

关键词:5G;MEC;网络切片;UPF独享;CPE

随着信息通信技术的高速发展与医疗行业智慧应用的深度融合,国家有关部委相继发文,要求深入推进面向重大公共卫生突发事件的5G智慧医疗系统建设。云计算、远程视频会议等技术的快速发展,为各种医疗场景升级提供了更多发展的方向。5G远程云诊疗针对数据共享和诊疗协同提出了实用的解决方案。5G切片网络作为业务承载网络,其综合运用网络切片、移动边缘运算(Mobile Edge Computing,MEC)等关键技术,与远程医疗业务深度融合,更好地满足了以上医疗行业横向、纵向的业务需求。城市中心区域医院专家通过5G+应用,以远程诊疗模式能够实时获取乡村基层医疗单位诊断获取的就诊人员数据库,不仅提升了数据准确性和时效性,也持续提升了基层医疗服务能力。

1 传统远程医疗行业痛点分析

早期远程医疗解决方案受限于经济和技术多方面因素导致远程会诊系统架构复杂,专用设备需要专人操作维护,医务人员使用不便。系统部署相对固定,上级医院专家和基层医生必须在院内远程诊疗中心固定的时间进行远程会诊,面对基层医院大量的远程诊疗需求,无法给予响应和满足。目前远程会诊系统网络主要依赖光纤网络专线或者医用专网支持,由于网络带宽和时延限制,远程会诊系统不能应用到门诊、手术等实际医疗应用场景。健康医疗大数据的广泛性、复杂性、敏感性和伦理性,意味着行业整体数据安全和个人信息保护面临着更大的威胁。医疗行业因涉及大量复杂、敏感的个人数据,其已然成为合规难度最高的领域,对合规提出了重大挑战。

2 基于5G边缘计算的远程云诊疗平台设计

医疗行业逐渐向数字化转型[1]。本研究提出的5G智慧医疗远程云诊疗平台采用云、网、端、边架构,天翼云平台部署远程云诊疗后台服务软件,实现了云诊疗管理和软件运营服务(Software as a Service,SaaS),平台设计如图1所示。媒体和数据资源下沉至医院节点,以MEC方式实现就近管理应用。网络方面利用5G切片专线网络连接天翼云和终端,院外专家通过互联网接入,实现视频和数据的高速传输。终端部署至医院诊室,通过独有的远程操控技术连接内部医疗系统,实现音视频和诊疗数据的高效协同。5G远程云诊疗云平台可以实现对整个会诊、转诊业务的管理,包括会诊求诊、会诊接诊、会诊分诊、会诊建议输出、会诊评价等会诊管理功能,能够满足直播、点播等教学示教应用,能够实现医疗业务监管等功能。其配合高清音视频交互系统、数据非介入操作技术还能够实现各级医疗机构医务人员间信息对称和无障碍的会诊沟通。

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图1 基于5G边缘计算的远程云诊疗平台

3 应用案例

3.1 平台建设方案

某5G智慧医疗远程协同平台建设充分考虑项目整体建设成本、工作效率以及平台业务快速扩展能力等多方面系统建设要求,选择混合云部署模式,以保证项目快速建设。下级医疗机构通过5G切片专网加入远程医疗协同平台,可以快速获得远程医疗服务,如图2所示。

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图2 5G远程云诊疗平台网络建设方案

基于5G的远程会诊平台支持4K/8K超高清视频传输,实现跨区域专家协作,成为“云诊室”[2]。远程协同中心是多学科综合治疗协作组(MultiDisciplinary Team,MDT)会诊业务开展的主要场所,对内组织本院会诊,同时也是连接外院会诊的窗口。将医院现有会诊室通过场景化改造,增加医疗视频协同终端接入远程医疗协同云平台,医院内部工作站接入会诊,供参与会诊专家调阅。医疗终端通过5G客户前置终端设备(Customer Premise Equipment,CPE)接入网络实现移动式应用,后期还可以接入手术室、检查室等场景,实现急救车实时接入,解决了病人转诊途中的监控和指导问题。混合云部署方式确保所有业务数据存储于院内数据中心,通过边缘下沉节点与院外互联网接入的其他医疗机构进行互联互通。

3.2 5G网络建设方案

5G技术的显著大带宽特性使得高清医学影像数据能以近乎实时的方式传输[3]。本项目依托通信运营商5G定制网,在某医院院区部署5G无线覆盖,采用资源预留、隔离等技术满足医疗业务的移动性和接入带宽需求,实现医疗数据资源共享。医疗机构通过通信运营商5G切片专线产品,利用本地共享型面向企业客户(To Business,2B)的用户面功能(User Plane Function,UPF)作为用户面转发设备,通过智能传送网络(Smart Transport Network,STN)专线连接医疗云平台,根据接入终端业务要求设置专属数据网络名称(Data Network Name,DNN),建立虚拟的专属逻辑通道,确保安全隔离。医疗机构智慧云平台利用端到端5G网络切片类型、Qos等参数,确保医疗终端带宽、时延等业务体验。医疗机构在本地共享型2BUPF上设置分流策略,通过专线将业务数据分流至部署在本地天翼云上的医疗云平台。本系统实现了最广泛的医疗设备接入,支持屏采医院信息系统(Hospital Information System,HIS)、电子病历、CT、超声等设备,对危重病患的诊断救治有重要作用,而且图像高清,无失真无丢包。本系统实现了院内信息化系统网络隔离,保证了系统及网络的安全,解决了医疗设备互联互通和资源共享的难题。数据要素可信流通建设方案,在保障医疗核心数据隐私安全的前提下,打通了医疗机构和药物研发机构的数据共享融合通道,充分发挥了多方数据的药物研发价值,大幅提升了药物研究质量和效率,降低了研发成本和风险。本项目采用5G端到端网络切片结合多重QoS技术,实现了业务差异化SLA保障,构筑了端到端安全、可靠,以及带宽和时延满足业务要求的虚拟专网,并灵活选择网络资源共享/独享型配置,实现了网络软/硬隔离,进一步提升了网络可靠性和业务安全性保障。

3.3 案例应用效果

5G技术与人工智能、大数据等技术的结合给智慧医疗发展提供了重要的技术保障[4]。本研究采用云计算技术架构,混合云部署方式,充分利用边缘节点计算能力和5G网络接入,摒弃了传统需要使用专网的架构,避免了无法满足抖动网络或互联网的医疗场景使用的问题。本研究关注会诊场景、用户和跨学科的学术交流,经过定义、需求分析、设计、实现与测试各环节,实现智慧医疗云平台的持续改进与优化。本研究利用高速率、低时延、大带宽的数据传输,视频传输延时可达到70ms,能够实现远程手术级别的通讯质量。远程医疗平台在国内有100多个服务节点,支持动态路径学习、智能路由选择功能。丢包补偿机制克服了30%丢包,确保了医院信息系统的安全性和稳定性[5]。远程医疗终端设备采用非介入式远程控制技术,支持对医疗工作站及手术设备等专业医疗设备的远程操控。这种能力赋予了远程专家更大的操作权限,使其不用到现场就可以达到与现场诊疗相同的效果,解决了原远程会诊系统无法深入科室和临床应用的问题。

4   结束语

在国家政策的推动下,医疗健康行业正在积极进行数字化、智能化改革与高质量发展。本研究能够实现远程操作指导和教学培训、双向转诊等功能,通过5G网络和切片技术达到实时互动交流,以5G网络实现对患者生命的保障,并以5G切片网络的高可靠和安全性提供了有力的医疗业务保障,具备复制推广意义。5G网络在远程医疗行业应用越来越广泛,同时对远程医疗业务安全提出了新的挑战。本研究提出的数据要素可信流通建设方案,在有效保障数据安全下,支持隐私查询、多中心医疗临床科研、疫情防控、新药研发、隐私求交、全基因组分析、影响分析等一系列医疗场景下的应用。随着5G智慧医疗应用场景不断丰富,我国互联网智慧医疗健康市场规模快速扩大,面对巨大市场机会,电信运营商将充分发挥5G技术与资源优势,与医疗行业共同打造5G+智慧医疗的健康生态。

作者简介:

康 德(1984-),男,四川成都人,高级工程师,本科,现就职于四川省通信产业服务有限公司成都市分公司,研究方向为5G智慧行业应用。

李明刚(1984-),男,四川名山人,工程师,本科,现就职于中国电信集团有限公司西藏分公司,研究方向为5G智慧行业应用及信息网络安全。

尼玛旺杰(1980-),男,西藏拉萨人,工程师,本科,现就职于中国电信集团有限公司西藏分公司,研究方向为5G智慧行业应用及安全生产。

黄春华(1984-),男,江西宜春人,工程师,本科,现就职于四川公众项目咨询管理有限公司,研究方向为5G智慧行业应用及网络安全。(本文通讯作者)

郑小波(1985-),男,四川成都人,工程师,本科,现就职于四川公众项目咨询管理有限公司,研究方向为5G智慧行业应用及网络安全。

宋仕斌(1976-),男,四川成都人,高级工程师,本科,现就职于四川公众项目咨询管理有限公司,研究方向为5G智慧行业应用及网络安全。

参考文献:

[1] 中国联合网络通信有限公司. 5G网络+MEC边缘计算助力智慧医疗[J]. 自动化博览, 2023 (2) : 82 - 84.

[2] 房验茹, 孙振邦, 于靖雯, 等. 5G虚拟专网下黑龙江智慧云医院模式与品牌创新研究[J]. 中国宽带, 2025 (6) : 143 - 144.

[3] 郑富煌. 5G智慧医院组网方案研究[J]. 信息与电脑, 2024 (11) : 162 - 164.

[4] 成静静, 魏鸿斌, 陈浩源. 基于5G边缘云技术赋能智慧医疗应用创新[J]. 数据通信, 2023 (1) : 14 - 16.

[5] 孙平. 基于5G与数字孪生技术的智慧医疗生态圈研究[J]. 中国宽带, 2024 (9) : 106 - 108.

摘自《自动化博览》2025年7月刊

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