前言

顛覆式創(chuàng)新之父克里斯坦森說(shuō)過(guò)，商業(yè)社會(huì)的顛覆式創(chuàng)新動(dòng)力主要來(lái)自3個(gè)方面：技術(shù)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。5G作為移動(dòng)通信領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，是一項(xiàng)通用型技術(shù)，將全面構(gòu)筑商業(yè)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，從線(xiàn)上到線(xiàn)下，從平臺(tái)到生態(tài)，推動(dòng)世界數(shù)字經(jīng)濟(jì)邁入新階段。

目前，5G正處于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)形成期和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)期，全球都把5G作為國(guó)家經(jīng)濟(jì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵戰(zhàn)略舉措。中國(guó)搶先入局，積極推動(dòng)5G在各行各業(yè)的落地應(yīng)用，醫(yī)療健康成為重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。

2013年，工信部、發(fā)改委和科技部共同建立了IMT－2020（5G）推進(jìn)組，推進(jìn)5G標(biāo)準(zhǔn)的制定和商用的落地。2017年3月的《政府工作報(bào)告》提出要加快發(fā)展5G這一新興行業(yè)。隨后，工信部制定了《5G發(fā)展指導(dǎo)文件》，為5G在醫(yī)療健康、交通運(yùn)輸、智慧城市等行業(yè)的應(yīng)用指明了發(fā)展道路。

2019年，作為5G的預(yù)商用之年，醫(yī)療機(jī)構(gòu)和企業(yè)都在積極擁抱5G，5G＋醫(yī)療健康的應(yīng)用試驗(yàn)已經(jīng)在部分醫(yī)院開(kāi)展。

動(dòng)脈網(wǎng)·蛋殼研究院抓住契機(jī)，通過(guò)對(duì)5G設(shè)備供應(yīng)商、電信運(yùn)營(yíng)商、醫(yī)院以及醫(yī)療設(shè)備企業(yè)的調(diào)研訪(fǎng)談，制作了《2019 5G＋醫(yī)療健康專(zhuān)題報(bào)告》，試圖全面、客觀、真實(shí)地展現(xiàn)5G在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用情況。

通過(guò)本報(bào)告您將了解到：

5G在醫(yī)療健康領(lǐng)域的發(fā)展事記

5G＋醫(yī)療健康的應(yīng)用場(chǎng)景

5G在醫(yī)院的部署細(xì)節(jié)

5G＋醫(yī)療健康未來(lái)的發(fā)展前景

鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院等國(guó)內(nèi)三甲醫(yī)院是如何擁抱5G

進(jìn)化：5G帶來(lái)革命性變化

5G的概念

基于移動(dòng)通信的演變軌跡，每一代系統(tǒng)都可以通過(guò)其關(guān)鍵技術(shù)和提供的服務(wù)來(lái)進(jìn)行定義，1G以FDMA技術(shù)為主，提供的是語(yǔ)音服務(wù)；2G以TDMA技術(shù)為主，在語(yǔ)音服務(wù)基礎(chǔ)上，新增了短信等低速數(shù)據(jù)服務(wù)；3G則以CDMA技術(shù)為基礎(chǔ)，提供語(yǔ)音、短信、音頻等服務(wù)；到了4G時(shí)代，OFDMA成為其技術(shù)基礎(chǔ)，在3G服務(wù)基礎(chǔ)上，新增直播、游戲等各種移動(dòng)寬帶服務(wù)。

未來(lái)的5G時(shí)代，面對(duì)的是多樣化、特異性的需求場(chǎng)景，很難單純依靠某一技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足所有場(chǎng)景的應(yīng)用需求。5G融合了毫米波、微基站、網(wǎng)絡(luò)切片、波束賦形等一系列先進(jìn)的通信技術(shù)，能夠?yàn)檎Z(yǔ)音、音視頻、游戲、VR／AR、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人等在各行各業(yè)的應(yīng)用提供移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)支撐，推動(dòng)整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

根據(jù)每一代移動(dòng)通信系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，我們大致可以分為數(shù)據(jù)萌芽、數(shù)據(jù)擴(kuò)容和數(shù)據(jù)爆發(fā)三個(gè)階段。1G、2G時(shí)代主要是語(yǔ)音、短信業(yè)務(wù)，產(chǎn)生數(shù)據(jù)量小，對(duì)通信速率沒(méi)什么要求，是數(shù)據(jù)開(kāi)始萌芽的階段。到了3G時(shí)代，新增了上網(wǎng)、電郵、QQ聊天等業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)量開(kāi)始增加，對(duì)速率有一定的要求，用戶(hù)峰值速率達(dá)到2Mbps至數(shù)十Mbps。

而4G時(shí)代，更是有了電影、直播、微信等業(yè)務(wù)，這必須建立在高速率的基礎(chǔ)上，用戶(hù)峰值速率可以達(dá)到100Mbps至1Gbps，數(shù)據(jù)量將進(jìn)一步擴(kuò)容。5G能夠?yàn)楦咔逡曨l、物聯(lián)網(wǎng)、VR／AR、機(jī)器人等提供移動(dòng)通信支撐，將廣泛應(yīng)用到智慧交通、移動(dòng)醫(yī)療、云游戲、智能家居、工業(yè)自動(dòng)化等行業(yè)，其所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，用戶(hù)峰值速率可達(dá)到10Gbps，屆時(shí)將是數(shù)據(jù)爆發(fā)的大時(shí)代。

為了進(jìn)一步厘清5G到底是什么，下面我們將從顯著特征、性能指標(biāo)以及關(guān)鍵技術(shù)三大方面加以闡述。

顯著特征

eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）

eMBB針對(duì)的是大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)，諸如3D／超高清視頻、高清語(yǔ)音、云辦公、云游戲等，能夠滿(mǎn)足深度感知、極致數(shù)據(jù)速率、極致用戶(hù)移動(dòng)性等要求。

URLLC（超高可靠低時(shí)延通信）

URLLC能夠?qū)崿F(xiàn)通信的穩(wěn)定可靠，大幅降低通信主體之間的時(shí)延，能夠應(yīng)用到移動(dòng)醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)駕駛等，能夠?qū)崿F(xiàn)高安全性、超高可靠性和超低時(shí)延性。

mMTC（海量機(jī)器通信）

mMTC主要針對(duì)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，能夠滿(mǎn)足大量人與人、人與物、物與物之間的通信，比如智慧交通、智能家居、智慧城市等，能夠滿(mǎn)足深度覆蓋、超高密度、超低能耗等要求。

性能指標(biāo)

5G用戶(hù)的峰值速率可以達(dá)到10Gbps，是4G的100倍；移動(dòng)性超過(guò)500km／h，而4G的移動(dòng)性只有350km／s；在時(shí)延方面，5G可以縮減到4G的1／10，即在1ms以?xún)?nèi)；5G在每平方公里范圍內(nèi)可以連接100萬(wàn)多個(gè)通信主體，4G通常只能實(shí)現(xiàn)1萬(wàn)個(gè)主體連接；另外，5G的使用壽命也在4G的10倍以上。通過(guò)多個(gè)指標(biāo)的綜合比較，可以看出5G的性能實(shí)現(xiàn)了革命性的飛躍。

關(guān)鍵技術(shù)

5G之所以能夠?yàn)楦鞔笮袠I(yè)技術(shù)應(yīng)用提供通信保障，得益于其背后一系列關(guān)鍵技術(shù)的支撐。如高頻率的毫米波，其帶寬高，傳輸?shù)男畔⒘看�。網(wǎng)絡(luò)切片可以根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景要求設(shè)置多個(gè)獨(dú)立或共享的通信網(wǎng)絡(luò)。還有端到端的技術(shù)，可以不用再通過(guò)第三方基站而直接實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，從而降低時(shí)延。

因此，不管從5G的新特征，還是從其基于的關(guān)鍵技術(shù)，其所展現(xiàn)出來(lái)的性能指標(biāo)都是以往幾代移動(dòng)通信系統(tǒng)所無(wú)法匹及的。那么，5G又是通過(guò)怎樣的架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值的呢。

5G的架構(gòu)體系

5G的架構(gòu)體系從下到上依次分為終端層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層以及應(yīng)用層四個(gè)層級(jí)。

終端層

終端層主要是信息的發(fā)出端和接受端，它們既是信息采集的工具，也是信息應(yīng)用所依附的載體。通過(guò)傳感設(shè)備、可穿戴設(shè)備、感應(yīng)設(shè)備等智能終端實(shí)現(xiàn)信息的采集和展示。包括機(jī)器人、智能手機(jī)、醫(yī)療器械、工業(yè)硬件等設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是信息的傳輸媒介，是充分體現(xiàn)5G優(yōu)越性的環(huán)節(jié)。通過(guò)分配于不同應(yīng)用場(chǎng)景的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)或共享網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)高速、高可靠超低時(shí)延地實(shí)現(xiàn)通信主體間的信息傳輸。

平臺(tái)層

平臺(tái)層主要是實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)、運(yùn)算和分析，起著承上啟下的過(guò)渡作用，以邊緣計(jì)算、人工智能、云存儲(chǔ)等新技術(shù)，將散亂無(wú)序的信息進(jìn)行分析處理，為前端的應(yīng)用輸出有價(jià)值的信息。

應(yīng)用層

應(yīng)用層是5G價(jià)值的集中體現(xiàn)，根據(jù)三大顯著特征可以支撐不同的應(yīng)用場(chǎng)景。eMBB主要應(yīng)用于超高清視頻、高清語(yǔ)音、云游戲等場(chǎng)景，能夠?qū)崿F(xiàn)高速率通信。

mMTC主要應(yīng)用于智能交通、智慧城市、VR／AR等場(chǎng)景，能夠連接海量主體，滿(mǎn)足彼此之間的通信需求。URLLC則主要應(yīng)用于移動(dòng)醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)駕駛等場(chǎng)景，能夠保證信息傳輸?shù)陌踩�和低時(shí)延。

從整個(gè)5G的架構(gòu)體系看出，大規(guī)模天線(xiàn)、毫米波、網(wǎng)絡(luò)切片等關(guān)鍵技術(shù)支撐起整個(gè)5G通信網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)行，而且5G能夠與邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)、霧計(jì)算等其他新技術(shù)實(shí)現(xiàn)有效融合，提升信息的價(jià)值，為前端的應(yīng)用提供技術(shù)保障。

5G進(jìn)程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)

ITU（國(guó)際電信聯(lián)盟）和3GPP（第三代合作伙伴計(jì)劃）都對(duì)5G的實(shí)施制定了詳細(xì)的推進(jìn)計(jì)劃。它們將實(shí)施進(jìn)程分為3個(gè)階段：5G研究、5G標(biāo)準(zhǔn)化和5G產(chǎn)品研發(fā)。

ITU在2013年就提出了對(duì)5G進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)前期研究，3GPP在2015年提出了Rel－13標(biāo)準(zhǔn)，旨在為5G的出現(xiàn)做前期標(biāo)準(zhǔn)試探。而我國(guó)則在2015年的“十三五規(guī)劃”中明確提出，中國(guó)要積極推進(jìn)5G建設(shè)并在2020年發(fā)布5G通用產(chǎn)品。

我國(guó)的5G進(jìn)程主要分為4各方面：

技術(shù)試驗(yàn)：主要涉及3個(gè)階段，依次完成關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證、技術(shù)解決方案驗(yàn)證和相關(guān)系統(tǒng)驗(yàn)證。

標(biāo)準(zhǔn)制定：在2018年底完成R15標(biāo)準(zhǔn)制定，在2019年完成R16標(biāo)準(zhǔn)建立。

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)：在2018年下半年完成部分5G試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，2019年及以后開(kāi)始逐漸推廣5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

推廣應(yīng)用：計(jì)劃在2019年下半年下發(fā)5G牌照，并從2020年開(kāi)始在全國(guó)大中城市進(jìn)行5G商用發(fā)布。

通過(guò)與ITU、3GPP在5G建設(shè)進(jìn)程方面的對(duì)比，我國(guó)在5G的建設(shè)推進(jìn)方面走在世界前列，未來(lái)將能夠?yàn)楦餍袠I(yè)展開(kāi)5G應(yīng)用帶來(lái)規(guī)劃保障。那么，5G在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用如何，能夠在疾病預(yù)防、診斷、治療、康復(fù)等方面帶來(lái)哪些創(chuàng)新性變化，我們需要進(jìn)一步分析探討。

賦能：5G為醫(yī)療健康帶來(lái)福音

5G為醫(yī)療健康帶來(lái)了什么

5G的優(yōu)越性能可以使其在智慧交通、醫(yī)療健康、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、城市管理、智慧環(huán)保等各大行業(yè)的應(yīng)用。正如前面所述，在傳輸速率方面，5G的用戶(hù)峰值速率可以達(dá)到10Gpbs，在平常情況下也能實(shí)現(xiàn)1Gbps，能夠滿(mǎn)足大量信息的傳輸。

在降低時(shí)延方面，5G物理層支持不同的子載波間隔，大的頻域子載波間隔配置，以縮短時(shí)域調(diào)度時(shí)延，通過(guò)Minislot的調(diào)度方式，降低調(diào)度時(shí)延。

在提升可靠性方面，PDCP 層引入了復(fù)制功能，將同一個(gè)承載映射到不同的邏輯信道，物理層采用不同載波發(fā)送，保證傳輸可靠性。

根據(jù)2018年中國(guó)信息通信研究院和IMT－2020 （5G）推進(jìn)組主辦的“綻放杯”5G應(yīng)用征集大賽，通過(guò)對(duì)300余個(gè)參賽項(xiàng)目的梳理和分析，發(fā)現(xiàn)不管是在發(fā)展階段，還是在市場(chǎng)前景方面，5G在醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用都位于前列。

5G在醫(yī)療健康不同的應(yīng)用場(chǎng)景，其性能特性發(fā)揮作用有所不同，主要應(yīng)用在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)類(lèi)、遠(yuǎn)程會(huì)診和指導(dǎo)類(lèi)、遠(yuǎn)程操控類(lèi)。在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)類(lèi)、遠(yuǎn)程會(huì)診和指導(dǎo)類(lèi)，可以充分利用5G的高帶寬，來(lái)實(shí)現(xiàn)生命體征數(shù)據(jù)、影像診斷結(jié)果、生化血液分析結(jié)果、電子病歷等資料的高速傳輸。

在遠(yuǎn)程會(huì)診、遠(yuǎn)程診斷等過(guò)程中，可以滿(mǎn)足專(zhuān)家與基層醫(yī)生、專(zhuān)家與患者之間的高清視頻對(duì)話(huà)，有利于會(huì)診和診斷的高效進(jìn)行，同時(shí)由于5G的高可靠性，可以保證電子病歷、影像診斷等資料傳輸?shù)陌踩�性，防止�?shù)據(jù)泄露，充分保證換證的個(gè)人隱私。

在遠(yuǎn)程操控類(lèi)，為了最大程度發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)高帶寬和低時(shí)延的性能，在面對(duì)上行數(shù)據(jù)發(fā)送中，UE采用可配置調(diào)度方式，直接在預(yù)先分配資源上發(fā)送數(shù)據(jù)，縮小時(shí)延，而且物理層專(zhuān)用控制信道也采用冗余方式，保證傳輸可靠性。在移動(dòng)急救、遠(yuǎn)程手術(shù)過(guò)程中，可以保證醫(yī)生對(duì)前端情況的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌控，可以為急救醫(yī)生或前端機(jī)器人提供準(zhǔn)確指導(dǎo)和操控。

同時(shí)需要連接生命體征監(jiān)護(hù)儀、心電圖機(jī)、除顫監(jiān)護(hù)儀、血液分析儀等諸多設(shè)備，保證各類(lèi)連接主體進(jìn)行正常通信，在提高效率的同時(shí)盡可能的減少醫(yī)療安全事故的發(fā)生。

因此，對(duì)于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)類(lèi)、遠(yuǎn)程會(huì)診和指導(dǎo)類(lèi)醫(yī)療場(chǎng)景，5G網(wǎng)絡(luò)為其帶來(lái)高帶寬和高可靠性體驗(yàn)，而對(duì)于移動(dòng)急救和遠(yuǎn)程操控類(lèi)醫(yī)療場(chǎng)景，5G除了能夠帶來(lái)高帶寬、高可靠性體驗(yàn)外，還能帶來(lái)超低時(shí)延和超大連接數(shù)量通信效果。