分析了在突发卫生事件增加、人口老龄化问题加重、医疗资源紧张和慢性病群体不断增多的背景下，远程医疗的发展能够在一定程度上缓解医疗资源的不均衡，提升医疗效率。使用5G网络的移动医疗监护系统，相比LTE网络下部署的系统具有更低时延、更高速率和超高连接密度的优势，能以更低成本组建远程医疗服务平台。

此外，设计了运行在5G网络下的移动医疗监护系统，创新地利用5G NR模组、NB-IoT模组和Wi-Fi模组进行不同场景下数据的传输，验证系统的精确性、稳定性和可扩展性符合预期。系统实时监测生理参数，并传输到云端形成特异性的个人健康数据库，方便医生根据长期生理参数信息作出更加科学准确的诊断，提供个性化的医疗服务。

医工结合是医疗发展趋势。面对新发突发传染病疫情、老龄化人群卒中病情、中高密度人群公共健康监测等重大卫生事件时，依靠科技手段提高相关部门的反应速度，可以将损失降到最低。特别是在当前新型冠状病毒感染的肺炎疫情防控形势下，传感器技术、通信技术和大数据处理助推远程会诊，实行医患之间无接触诊疗服务，让诊疗更加安全、高效和便捷。此外，人口老龄化已成为经济社会生活中必须关注的问题。我国近几年在逐步调整因人口年龄结构带来的影响，预计未来30年内国内的老龄化形势将达到峰值并逐渐回归到一个合理区间。老龄化所带来的一系列弊端中，对人们影响最直接的是健康问题。根据世界卫生组织的统计，非传染性慢性疾病如高血压、高血糖以及由此引发心血管疾病等是在老年群体中致死率最高的病种。人口老龄化和慢性疾病的蔓延，促使人们更加关注疾病的提前预防。

科技的发展给移动医疗技术的普及提供了支撑。随着经济水平的进步和人们生活水平的提高，越来越多的人开始关注自己的健康管理，通过更加积极的预防措施将疾病的发展限制在初期。

同时，由于当前生活节奏的加快，智能设备和移动网络下的健康监控具有实时性、保密性和便捷性，有利于缓解我国医疗卫生资源的不平衡状态，更符合社会的需求。基于此，移动医疗监护系统及其所依附的移动医疗体系具有很大的发展空间。

第五代移动通信新空口技术（5G New Radio，5G NR）针对更加广泛的通信场景和广域互联的通信需求，设计实现了超多设备、超高密度、极低时延、极大速率和更广范围的蜂窝网络覆盖能力。通信性能的发展，为越来越多的应用场景提供了更好的支撑。5G NR在医疗健康领域的应用前景更加明确，其高带宽和低时延的性能特别适合远程实时监测类医疗产品的实现。一方面，诸如影像诊断结果、实时会诊视频等可以充分利用5G的高带宽实现高清影像的在线传输，为优质医疗资源的共享提供可能；另一方面，生命体征数据、远程手术指导、生化分析结果、电子病历等资料，能够借助5G网络的低时延特性实现传送，以保证医生对前端情况的实时动态掌控，为急救医生或前端机器人提供准确指导和操控。基于5G网络的移动医疗监护系统可以缓解医疗资源紧张的压力，符合智能医疗领域的发展趋势。

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系统设计

1.1 系统框架设计基于5G NR网络的移动医疗监护系统，包含有生理参数监护仪、医疗救护工具、数据传输模块和医疗中心服务器等主要构件。系统设计用于监测用户的血氧饱和度、血压、血糖、心率和体温等各项生理参数，并有医疗急救求助功能。监测数据通过5G蜂窝网关模块或无线局域网模块传输到互联网，经过清洗后的数据传送给医生、远程专家等用作病症的判断，最终将监测数据和诊疗信息全部存储到中心服务器。医生可以随时跟踪管理患者的生理参数信息。经过授权的用户可通过智能终端查看相关的生理参数信息，随时了解自身健康的变化情况。如果系统监测到生理参数异常超过了阈值，或者用户在紧急状态下激活了救助程序，则能迅速响应。同时，系统后台会通过发送短信、微信等方式通知医生及其监护人。基于5G NR网络的移动医疗监护系统整体框图如图1所示。

图1　系统整体框架

1.2 多参数监护仪现阶段，联网生理参数监护仪在紧急救护、家庭使用、基层防疫、智慧养老、企业健康管理等场景都有广泛应用。设备可提供实时、快捷、低成本的基础健康数据检测收集，帮助用户建立个人健康管理档案，并利用长期监护数据生成健康报告。一般地，移动医疗监护系统中使用的生理参数监护仪至少应可准确测量血氧饱和度、心电、体温、血糖、脉率和血压等参数，提供标准的医疗数据格式输出，并且具备可扩展蜂窝/无线通信模块的接口。本系统设计需要满足在室内和移动状态下的生命体征数据采集，宜采用包括通用多参数监护仪或具备低功耗特性的无线可穿戴式监护仪等。生理参数监护仪通过外部接口与RG500Q 5G模块、BC28窄带物联网（Narrow Band Internet of Things，NB-IoT）模块和ESP8266-12F无线局域网（Wireless-Fidelity，Wi-Fi）模块连接，传输控制命令和生理参数数据，实现对各参数的监控和预警。设计使用的多生理参数监护仪，产品形态和技术规格满足医疗使用即可，通过数据接口实现参数读取和远程上报，具体地可与医疗机器人、智能检测闸机、无人医疗检测舱等配合安装，组成智能监护系统。例如，在本次新冠病毒肺炎疫情爆发后，多地使用5G红外测温机器人实现一次性多人体温快筛和上报，使用医护助理机器人实现消毒、送药、生理参数检查等工作，使用图像识别监控进入公共场所人员戴口罩情况，使用无人机高空监测和播报提醒等，充分利用信息技术手段实现不接触排查防控，减少人员交叉感染，提升病区隔离管控水平。1.3 数据通信模块相较于第四代长期演进网络（Long Term Evolution，LTE）模组，5G NR模组在性能、频谱效率和通信时延上都有很大改进。使用高通X55 5G调制解调器的RG500Q模组为栅格阵列封装，支持5G NR sub-6GHz频段，LTE Cat.12及更高等级的LTE网络连接，能够支持5G NR独立和非独立组网两种运行模式，并内置全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）定位功能和嵌入式SIM卡（Embedded-SIM，eSIM），适用区域和范围都极广。BC28 NB-IoT无线通信模块是一款通过运营商入库认证的封装尺寸小、通信性能高、运行功耗低的物联网模组，在频段上可以支持B1/B3/B8/B5/B20/B28，且内嵌网络服务协议栈，方便普通设备快速、灵活地升级物联网功能。在无人抄表、智慧医疗、共享单车、无线城市、环境监测等领域已经有广泛应用，可以方便地提供大范围、多设备、低时延的连接和数据传输服务。ESP8266-12F Wi-Fi模块是一款成熟的低成本、低功耗、高稳定性嵌入式串口转无线网模块，内置传输控制协议/网际协议，可以方便地实现设备的物联网改造。模块支持802.11 b/g/n/ac协议，可以通过代码设置为Station工作模式、Access Point接入点模式或者混合模式。

图2 数据通信模块工作模式

通过改造的生理参数监护仪可以将数据以特定的格式借助蜂窝或者无线局域网的通道传送至医疗中心的服务器，形成的检测结果可实时分发给医生、病人以及家属。5G网络的高速率、低延迟和大连接特点，能满足监护系统中生理参数的即时通信，并且在快速移动的场景下也能提供稳健的数据连接。1.4　监护平台部署监护平台是整个移动医疗监护系统的神经中枢，负责从海量监护仪器毛细网络中采集到大数据，统一分析管理、执行算法、实时监管和并发处理。智能物联网改造后的多生理参数监护仪等设备内嵌了包含5G NR、NB-IoT和Wi-Fi等多个通信模组，可以满足不同场景下的稳定使用，监测到的数据实时上传到医疗中心服务平台。监测数据和控制信息借助运营商网络进行传输，其中分组传送网（Packet Transport Network，PTN）经路由接入虚拟核心网数据中心（Internet Data Center，IDC）机房。监护仪器、医疗中心和其他联网设备分布于远程医疗应用目标区域，医疗中心服务平台的蜂窝网络拓扑如图3所示。

图3 医疗中心服务平台网络拓扑

移动医疗监护系统对时延和网络的稳健性有很强的要求，通过对当前系统应用区域的分析，在阿里云华南1区创建了两个云服务器（Elastic Compute Service，ECS）实例，并配置同一区域分布式数据库（Distributed Relational Database Service，DRDS）。通过百度地图应用编程接口（Application Programming Interface，API），为接入平台内的监护仪和医院提供位置服务。在此次新冠病毒肺炎疫情中，可拓展功能的移动方舱医疗车内部即部署了各类医疗设施，其中的移动医疗监护系统能够配合医护人员机动化展开诊疗活动。方舱内的监护数据通过运营商5G网络及时传到监控平台服务器，为早期和疑似病例的发现节约时间。同时，监控平台通过地图API调取周边关联小区病例进行大数据研判，为区域疫情分析诊断提供信息保障。

图4 监护系统服务器通信框

02

结果分析

本方案心电、血氧和脉率的测试使用生理参数模拟仪，对移动医疗监护系统采集数据的准确性进行分析。实验同时选择多组位于不同5G信号覆盖区域的测试源，对数据传输的实时性和稳定性进行验证，发现运行状况符合预期。

具体地，主要使用美国FLUKE公司的血氧模拟仪NDEX2XLF和心电模拟仪MPS450对设备监测血氧饱和度和心电的精度进行测试。对照组选用校准后的医疗仪器。多次实验后，去除脏数据后的统计结果如表1所示。

表1 心电检测模块数据回传测试

实验结果表明，系统得到的回传心电数据平均误差率为3.17%，精度符合医疗设备要求。50 Hz时由于工频干扰，误差稍大，但是在正常范围内。

如表2所示，实验结果表明，系统得到的回传血氧饱和度和脉率数据精度高达99.2%，受到的网络波动影响小，符合预期。表2 血氧饱和度和脉率数据回传测试

此外，对监护系统中集成的红外额温检测单元进行测试，将6名体温未知的测试者分为H组，增加使用MS400多参模拟仪预设4组不同温度作为P组参与测试，如表3所示。其中，H1～H3、P1、P2位于蜂窝网络A小区，H4～H36、P3、P4位于蜂窝网络B小区。在室温为24.2～26.4 ℃的实验环境下，测试对象分别每隔半小时连续3次测量额温，求取均值。对照组选用德国Braun BNT400型红外额温计。

表3 体温检测数据回传测试

实验测试结果表明，在人体额温测试中，通过5G网络回传的测试结果与市售额温计测量结果平均差值为0.03 ℃，模拟测试组能100%表达多参模拟仪预设的不同温度。一般地，额头温度的测量因为非接触、速度快而适合部署在有快检需求的场景下，但是医学上普遍认为额温不能真实反映人体是否处于发热状态，因此系统预设37.3 ℃作为触发重新检测体温的阈值。实验测试了系统的异常报警功能，在监测额温数据异常时均能及时激活重测提示，并即时上报数据到系统后台。重测仍然不通过后，将联系医院并发送信息给指定的监护人员。对于无人值守的全自动检测情景，异常报警功能涉及到紧急救助模型，机器学习算法依赖于数据量和训练时间，会随着数据的增加而更加准确。

03

结 语

5G网络的建设和电子技术的发展，使远程医疗的应用更加具有可操作性。移动医疗监护系统在个人健康管理、基层医疗防疫、应对抗震救灾等公共卫生应急保障中作用巨大，功能包括生理参数监护数据的电子存储、生命体征异常及时报警、在线医疗诊断和远程专家指导平台等，方便医生追踪患者的长期健康数据，全方位了解患者的身体状态。

云端监护平台以PaaS/SaaS方式向用户和单位提供服务，实现远程诊疗和数据互联共享，平衡和缓解了优质医疗资源的合理调配使用。通过接入蜂窝网络，经过授权后的手持智能终端能在应用软件上绑定个人信息，接入系统查看相关报告等数据，节省时间。

使用5G NR网络的移动医疗监护系统，在当前国内公共卫生应急保障能力不充足、老龄化问题严重、医疗资源紧张和慢性病群体不断增加的形势下，能帮助居民建立个人健康档案，培养社会大众治未病、防大病的意识，减少传染病疫情防控中医患之间的接触和交叉感染风险，方便医生根据患者的长期生理参数信息作出更加科学准确的诊断，提供更加个性化的医疗服务。

5G网络的特性，为移动医疗监护系统及其所依附的移动医疗体系提供了巨大的发展空间，依靠医工结合产生的合力以及全体医护人员的努力，新冠肺炎疫情将很快过去，并为国内构建更加有效、迅速、安全的公共卫生防疫系统提供经验。

作者简介 >>>

薛俊伟（1990—），男，硕士，高级工程师，主要研究方向为智能仪器仪表、通信网络规划；

刘雨濛（1991—），女，硕士，主要研究方向为信息化应用。

选自《通信技术》2020年第三期 （为便于排版，已省去原文参考文献）