5G 通信时代：传输效率提升与全行业数字化变革的引领者

aizixun8

经过几十年的发展和创新，移动通信现已进入全数字、全连接的5G通信时代，全行业迎来“连接”的重新定义和产业升级。

5G，第五代移动通信的缩写，其技术进步主要体现在：传输速率提高、时延降低、移动性增强等。

需要指出的是，5G带来的不仅仅是传输效率的百倍提升，更重要的是基于“万物互联”的整体规划和思维，构建全行业、多场景的数字化转型（工业4.0、智慧园区、无人驾驶、智慧医疗等）。

这个理念与之前1G到4G时代注重个人消费、个人联系的思维完全不同。

另一方面，“互联网+”国家战略中明确提出：

未来，电信基础设施和信息服务必须融入国民经济，满足农业、医疗、金融、交通、流通、制造、教育、生活服务、公共服务、能源等垂直行业的信息需求，改变传统产业，促进跨界创新。

因此，5G网络技术正在下沉到各垂直行业多样化的业务需求中，是技术发展的必然方向。

远程超声诊断技术发展瓶颈

5G移动网络解决方案

远程超声发展背景

我国幅员辽阔，人口众多，各地区经济发展不平衡，导致城乡医疗差距日益扩大。

对此，2018年国务院办公厅《关于促进“互联网+医疗健康”发展的意见》明确提出“鼓励医疗机构利用互联网等信息技术拓展医疗卫生空间和内容”。服务”并支持“医疗卫生机构和合格的第三方机构搭建互联网信息平台，促进医院、医务人员和患者之间的有效沟通”。

在此背景下，借助互联网和现代通信技术的发展，多个学科和技术逐渐走出大医院，服务于基层群众。

远程超声发展瓶颈

在众多医疗技术中，超声医学成像具有安全、准确、无辐射、操作简便等优点。与其他成像技术相比，超声成像技术应用范围广、服务人群多、使用频率高。其服务的广度和深度均优于其他影像技术，成为远程医疗的重要应用场景和节点技术。

但由于超声成像独特的技术难点，目前尚未提出成熟的远程服务解决方案。

主要原因有：

●超声图像具有动态属性，这对数据传输的实时性、稳定性和带宽提出了极高的要求。

●超声仪器正在向便携化、移动化、多应用场景方向发展。现有网络和接入设备很难在移动环境下具备稳定的传输能力。

●超声从业人员水平参差不齐，部分机构数据采集质量较低，医疗服务水平不高。

●大数据时代背景下，超声影像数据长期被忽视和抛弃，与大数据相关的存储→开发→验证→应用链整体缺失。

●在远程、移动超声应用过程中，缺乏适合国情的法规、指南、标准等政策引导，实施起来困难（图1）。

图1 远程超声的挑战和预期目标

5G移动网络解决方案

得益于5G在无线空口技术、承载网传输技术和核心网技术方面的突破和快速发展，5G支持的网络传输+边缘云应用+核心云存储将全面介入未来远程、移动超声的网络架构。和服务模式建设。

在此基础上，有望实现超声设备与设备、设备与医生、医生与医生之间的多终端互联，同时解决动态超声图像的快速安全上传和归档问题，并实现超声图像的快速安全上传和归档。便捷部署超声AI服务，搭建超声影像平台。用于数据分析的云环境；这将重新定义超声设备，将其从简单的检测设备升级为智能诊疗平台。

与传统固定、孤立的超声诊疗环境相比，5G技术支持的远程、移动超声优化了稀缺超声医疗资源的空间和时间配置。

在信息安全的前提下，医疗信息可以在医生、技术人员、医学生、管理人员、缴费人之间高效流转，让患者这个共同的服务对象不再需要折腾，节省了社会总资源，体现了医学公益。

另一方面，可以实现医学知识的快速下沉和“下放”，提高基层医生的诊疗水平。

总体而言，5G技术重新定义了远程、移动超声，将医疗服务延伸到诊所外、户外、院外，甚至更复杂的现场场景，构建了远程、移动等新应用场景下超声的特定服务模式。这将为多方带来利益。

5G远程超声典型应用场景

超声设备制造业将进一步发展，便携、互联、智能化的理念将成为现实，并可能催生新的应用，极大提升患者的医疗体验。

然而，传统网络条件下，超声医学影像数据的传输存在瓶颈，极大地制约了新型超声设备的性能发挥。

例如，在医疗资源相对分散的地区，现代影像技术设备长期存在“无法安装”（体积大）、“无法部署”（无法在特殊地理环境下运行）等问题。 “不能使用”（没有专科医生）。问题。

5G远程机器人超声的出现，让岛礁上的军民足不出岛就可以享受后方医院的医疗资源。延伸至边疆、海防的机械臂由后方医院的超声专家操作，可实现创伤、训练伤的诊断和状况。分类并提供治疗和疏散的实时指导。

将病人从偏远地区疏散运送到后方医院通常需要很长时间。该技术的应用降低了重症患者在转运过程中病情加重的风险，避免了传统轻症患者后送造成的人力、物力等资源的巨大浪费。特别是手持远程超声可以方便地在现场和疏散过程中使用，并且可以远程实时监测伤情变化。

5G远程机器人超声技术

适用条件

●边远地区或医疗技术薄弱地区的外伤或突发事件及日常诊疗。

检查步骤

●启动远程机器人超声操作系统，指导受伤患者采取适当姿势，选择低频凸阵探头（如腹部、胸部探查）或高频线阵探头（如肌肉、骨骼、合探）根据检查现场，局部涂抹耦合剂或放置耦合垫。

●启动操作杆，利用机械臂将患者侧探头远程放置在待检查部位。医师控制操作杆对检查部位进行多断面、多角度连续超声扫描。

注意事项

●重视远程会诊，医生需要及时了解伤情及病情。

● 取得受伤患者的积极配合，指导其在检查过程中及时变换体位、配合呼吸动作。

●超声图像综合分析，及时诊断，并建议局部观察、治疗或撤离（图2、图3）。

图2 5G远程机器人超声腹部检查应用

图a为医生控制操作杆对患者腹部进行多断面、多角度连续超声扫描；

图b显示超声显示远端输尿管结石患者，彩色多普勒显示结石处闪烁伪影；

图c显示了超声显示远端患者肾结石的情况。

图3 5G远程机器人超声应用于浅表组织器官检查

图a显示了远程机器人超声检查的医师端操作；

图b为超声显示患者颈后远端皮肤及皮下脂肪层有一低回声结节，边界清晰，形状不规则；

c图彩色多普勒显示低回声结节内无血流信号，但周边可见丰富的血流；

图d为患者颈部后部皮肤局部肿胀、红肿并伴有脓液。

手持式和远程超声技术操作

手持式超声波

适用条件

●现场救治、灾难救援、病人转运、传染病隔离区等桌面仪器无法或不方便到达的环境。

如何操作

●了解手持式超声及相关按钮功能（图4）。

图4 手持超声及相关按钮功能

图a为手持式超声波指示灯和充电口。蓝灯显示剩余电量，白色箭头为充电口；

图b为手持超声按钮界面；图c为按钮功能介绍。

●打开手持超声设备，将其与下载软件的手机或平板电脑连接，确保网络和设备之间的连接正常（图5）。

图5 确认手持超声设备与网络设备正确连接

图a为手持超声设备未连接网络设备；

图b显示网络与设备连接是否正常。

●确定损伤的检查部位，选择合适的模式和参数条件，开始探查（图6）。

图6 手持超声在腹部探查中的应用

图a：为了确定损伤位置，使用手持式超声波进行扫描；

图b显示了适当模式和参数条件的选择。

●更换探头。

以奇友手持超声为例，更换探头时，需要退出软件并关闭手持超声设备，拔掉现有探头，插入并使用探头，重新启动连接后，显示页面会切换，提示探头已成功更换（图7）。

图 7 手持式超声探头更换

图a显示在更换探头之前退出软件并关闭手持式超声设备，并拔掉现有探头的插头；

图b为探头插入使用中，重新连接，显示页面切换，探头更换成功。

远程机器人超声

适用条件

●地区医疗资源相对分散，疑难病例可咨询。

如何操作

●了解远程机器人超声医生端和病人端仪器设备。

●打开仪器并确保网络连接正常。仪表交换机包括主机交换机、显示器交换机和网络基站交换机。当基站上的两个显示灯亮起时，表示5G网络已连接。

●连接医生和患者的设备并登录患者信息（图8）。

图 8 连接远程机器人超声检查仪和患者设备并记录患者信息。

图a为医生远程连接界面；

图b：选择患者姓名供医生端连接；

图c 选择患者端的患者列表；

图d为患者端创建了一个新的患者和新的检查；

图e显示了填写患者信息并保存的患者界面。

●启动和停止机械臂操作，并通过语音和视频系统询问患者病史，引导患者摆出合适的姿势并涂抹耦合剂。操作完成后，将模拟操作杆放入槽内并复位（图9）。

图9 远程机器人超声波启停机械臂操作

图a为启动机械臂的界面；

图b为端部检测界面。

●连接并更换患者侧的探头（图10）。

图10 远程机器人超声患者端连接及探头更换示意图

图a为患者侧探头连接示意图（箭头所示）；

图b为患者侧机械臂与探头连接端口示意图；

图c为患者侧探头示意图

搭载5G网络的远程超声数据管理平台

设计背景及功能框架

我国幅员辽阔，城乡超声医疗服务质量的巨大差距，以及超声的动态、实时属性，使得医疗数据的传输和管理面临巨大挑战。

为了应对上述挑战，以5G网络为动力的数据管理平台成为重要的解决方案。

以数据为事件轴，上述网络平台必须包含三大功能（图11）：

图11 基于5G网络的远程超声数据管理平台框架

基于“5G+多媒体”

满足实时交互+机械臂控制+即时质控培训的远程“轻会诊”（数据采集：多种策略保证原始数据高质量采集，填补缺乏权威数据标准的空白）。

基于“5G+核心云”

超声影像大数据存储+智能应用开发（数据研发：建立存储→开发→验证→应用全链条）。

基于“5G+边缘云”

多任务AI应用生态支撑的智能超声辅助诊断（数据应用：充分发挥大数据的价值，直接造福人类）。

具体包括以下实用功能：

●超声图像大数据存储+管理（核心云环境）；

●云端AI模型搭建+训练+测试；

●超声AI辅助诊疗应用生态系统（边缘云环境）；

●远程实时多媒体会诊+质量控制；

●远程医学教育；

●远程报告系统。

工作原理及流程

工作原理

●以5G+边缘云计算资源为接入终端，以中央云平台为业务应用和图像大数据分析的载体。超声设备生成的动态超声图像通过5G网络和边缘云计算数据网关，在符合DICOM标准的前提下实时发送到中央云平台。在存储备份的同时，完成基础归档和大数据分析预处理，以适应远程业务和科研业务的发展。

核心部件

●超声DICOM数据盒是“超声原始图像数据传输、诊疗相关音视频多媒体数据交互、其他健康数据传输、基于边缘云计算的AI应用”一体化解决方案的硬件基础。

多个设备通过超声 DICOM 数据盒相互链接，所有数据都汇聚于此（图 12）。

图12 基于核心部件的设备架构（数据中心箱体）

工作流程

●产品工作流程以数据为基础。

数据盒接受标准超声DICOM数据并将其临时存储在边缘云中。这时就可以利用AI生态系统对上述数据进行智能分析，并通过中央盒子输出分析结果。

同时医生可以通过中心盒实现远程双向交互，并通过密钥和权限设置提供远程下载接口，实现远程访问和数据共享；

另一个传输通道同时将数据上传到核心云永久存储并提供大数据训练。核心云定期调整参数并更新边缘云AI应用生态（图13、图14）。

图13 基于核心组件（数据集线盒）的工作流程

图14 远程超声会诊及质控界面

设计理念及应用场景

超声智能平台

●传统超声设备只是简单的超声图像采集设备，仅限于“超声图像”与检查医师“个人经验”的交流，诊断能力相对较弱。

从“以患者为中心”的角度出发，该平台的设计理念突破了超声仪器的传统界限。除了“超声影像”和“个人体验”之外，还包括“同行评审”、“专家指导”、“健康档案”和“AI辅助”。 ”等方面的信息，强调以患者为中心，着力拓展超声影像数据的外延。

虽然这一设计理念很早就被提出，但由于网络传输的瓶颈以及面对复杂、大量的医疗数据，早期的平台开发始终无法满足超声诊断的实时需求。

应用场景：超声医师可以通过耳机、 Glass、超声屏幕等可穿戴设备，多渠道获取患者病史、实验室检查、其他影像学检查等数据；

同时与远程专家建立连接，实时获取专家会诊和质控信息；

将在线数据导入AI系统，快速获得计算机辅助诊断支持（图15）。

图15 超声智能平台应用场景

轻型咨询+实时质量控制

●传统远程会诊多为会议模式，流程复杂、形式繁重，消耗双方大量资源，整体应用频率不高。

超声技术的高服务频率决定了海量的咨询需求。

但其实时性对快速会诊提出了严格要求。由于无法满足这些要求，大多数超声会诊需求被搁置或放弃，最终患者因无法获得可靠的诊断而不得不转院。

该平台基于5G和边缘云架构，提供快速、稳定、无延迟的网络服务。在此基础上，临床医生可以成功地在多个终端上实施快速、简单、高质量的会诊。

应用场景：基层医生遇到疑难病例时，只需要简单的“一键唤醒”即可。医疗专家可以利用移动终端“一键接入”同步快速进入“超声投影+音视频多媒体在线”场景的实时会诊，从而降低会诊发起的复杂度，提高频次和效率的咨询使用。

医生和患者都能真正从上述模式中受益（图16）。

图16 手持会诊应用场景

图a为远程移动终端（手机）实时会诊显示的超声图像；

图b为超声专家使用移动终端（手机）“一键接入”快速进入实时会诊场景。

边缘云计算+AI辅助诊断

●解决数据采集后，基于边缘云存储和中央云存储的有机结合，可按需实现本地图像原始数据的快速存储和快速计算分析处理，改变传统单纯依赖超声医疗服务模式关于体力劳动。

通过构建基于5G+边缘云计算环境的AI辅助诊断生态系统，可以利用超声影像辅助诊断，提高诊断准确率，减轻医生工作量，并提供传统诊断之外的附加信息，如临床分期、分子分类等。 、基因突变、预测生存时间等关键信息（图17）。

图17 边缘云计算+AI辅助诊断在甲状腺结节中的应用。

AI超声诊断系统显示，甲状腺结节恶性概率极低，约为13%，与病理诊断相符。

应用场景：医生给病人检查时，分布在边缘云的各种AI辅助软件可以在后台进行同步分析，根据动态图像实时提供辅助诊断信息；此外，对于复杂、典型或需要深入分析的病例，医生可以将超声图像数据一键上传到边缘云端，进行进一步的后处理。

超声图像大数据库的建立

●超声数据标准化：

搭建“云”平台，连接DICOM数据传输，制定标准化地图采集方案，提升数据质量和AI培训效果，同时培训基层医生和青年医生。

●超声大数据平台：

基于“云”的大数据平台，可远程访问、下载、分析数据；在安全的前提下，为科研和教学提供充足的支撑。

建立配备5G网络的远程超声数据管理平台，致力于构建具有操作员安全级别的云数据库，完成存储、训练、备份等多项任务，实现超声图像数据库从无到有的创建。