无线医疗白皮书

互联网医疗系统与应用国家工程实验室华为WirelessXLabs郑州大学第一附属医院中国信息通信研究院中国移动通信集团有限公司联合编著发布日期2018-01-13指导12无线医疗白皮书前言医疗服务关乎人们的生命健康，其发展水平和速度备受世界各国关注。进入21世纪，中美各国在医疗服务建设上取得了举世瞩目的成绩，但和人民日益增长的对美好健康生活的需求相比，医疗资源不足的瓶颈依旧凸显，各地区医疗水平发展不均衡的矛盾仍然存在。如何加速医疗产业健康发展，补齐各地区不平衡发展的短板，提高整体运作效率是全行业思考的课题。无线通信在过去20年经历了突飞猛进的发展，从以话音为主的2G时代，发展到以数据为主的3G和4G时代，目前正在步入万物互联的5G时代。移动网络在继续丰富人们的沟通和生活的同时，也向全行业提供通用技术能力，借助无处不在的高速互联网络，提高各行各业的运作效率和服务质量。我们需要思考如何借助高速发展的无线通信技术，为医疗健康产业的发展插上腾飞的翅膀，整合人工智能成果和大数据智慧，提高医院移动信息化程度和运营管理效率，实现优质医疗资源下沉，让高质量的医疗服务飞入寻常百姓家。本书从无线医疗定义、发展背景和价值出发，分析各种应用场景对网络的需求，提出无线医联网解决方案，阐述其架构和能力要求，给出实施建议，呼吁产业链各方共同推进无线医联网产业发展，最后展望了无线医疗未来的宏伟愿景和推进节奏。［无线医疗白皮书］01无线医疗概述/P31.1无线医疗的定义31.2无线医疗的发展背景31.3无线医联网的价值41.3.1对医院的价值41.3.2对患者的价值402无线医疗应用场景分析/P52.1无线医疗应用场景分类52.2无线监护62.3患者定位管理62.4移动查房72.5机器人查房72.6远程实时会诊82.7应急救援82.8无线手术示教92.9无线专科诊断92.10远程机器人超声102.11网络能力需求总结1003无线医联网解决方案/P113.1网络架构113.1.1网络逻辑架构113.1.2网络物理架构123.2基础网络能力要求133.2.1室内蜂窝网络能力133.2.2安全组网能力133.2.3医疗IoT物联能力133.3虚拟专网控制能力要求133.3.1智能路由133.3.2联接管理133.3.3能力开放133.3.4高QoS保障133.4网络持续演进要求1404无线医联网产业发展建议/P154.1分阶段建网建议154.2产业链伙伴关系154.3技术研究、验证和创新示范164.4产业政策引导与鼓励1605无线医疗未来展望/P1706缩略语/P1907参考文献/P2008联合编写单位/P21前言1.1无线医疗的定义无线医疗是指以计算机、可穿戴、物联网、无线通信和云计算等技术为依托，充分利用有限的医疗人力和设备资源，并发挥大医院的医疗技术优势，在疾病诊断、监护和治疗等方面提供的信息化、移动化和远程化医疗服务。1.2无线医疗的发展背景医疗服务关乎国计民生，为世界各国所重视并取得了举世瞩目的建设成绩。《中国健康事业的发展与人权进步》白皮书[1]指出，截至2016年底，中国基本医疗保险参保覆盖率达95%以上。2010年美国《患者保护与平价医疗法案》的实施，医疗保险覆盖面从2011年的84.3%上升到2015年的91.8%[2]。全球医疗面临医疗人力资源不足的问题，且短时间难以补足。医生培养的长周期、中美等国医疗保险惠及人数增长、发展中国家医疗卫生支出占GDP比重持续偏低以及全球老龄化趋势加剧等因素，导致了医疗资源短时间内难以迅速补充。根据世界卫生组织和全球卫生人力联盟联合调查，现在全世界共缺少720万名专业医疗人员，到2035年该缺口将达到1290万名[3]。具体到中国的情况，医疗需求侧和供给侧的矛盾凸显了医疗人力资源不足的问题。从需求侧看，老龄化加剧和慢病患病率增长需要消耗更多的医疗人力资源，《中国人类发展报告2016》预测2020年60岁以上人口占总人口比重预期达到16.3%，2030年达到23.0%，中国卫生和计划生育统计年鉴显示，中国慢性病患者从2003年到2013年十年间，患病率增长近2倍（从12.33%到24.52%）。从供给侧看，中国医疗资源供给持续不足且短时间难以补足，根据《“健康中国2030”规划纲要》，中国2020年实现每千人口医生数2.5人，2030年实现每千人口护士数4.7人，相比2015年每千人口医生数2.21人和每千人口护士数2.36人已有较大提升，但从规划指标数值看，仍低于当前经合组织国家的平均数[4]。医疗信息化促进医疗健康供给侧改革，缓解医护资源不足问题。医疗信息化助力医改，有效促进医疗健康服务的创新供给和信息资源的开放共享，大幅提升医疗健康服务能力和普惠水平。《中国医疗卫生服务体系规划纲要（2015-2020年）》[5]指出积极应用移动互联网、物联网、云计算和可穿戴设备等新技术，推动惠及全民的健康信息服务和智慧医疗服务，到2020年，全面建成互联互通的国家、省、市和县四级人口健康信息平台。《美国联邦政府医疗信息化战略规划（2015-2020）》计划三年内推广HIT（HealthcareInformationTechnology）应用（如高清晰影像、远程医疗和移动医疗等）[6]。基于无线医联网实现医疗信息化，进一步提高医疗效率。无线医联网使医疗信息在患者、医疗设备、医院信息系统和医护人员间流动共享，使医护人员可以随时随地获取医疗信息，实现医疗业务移动办公，极大的提高了医疗工作效率。CubeLabs研究指出，无线医疗应用程序可以每天为医疗工作者节约39分钟[7]。例如，无线监护实现了远程病情监控，减少了护士病区巡查的路途奔波；移动查房借助移动医疗终端，替代了传统纸质查房，实现了医生对患者病历和影像报告随时随地的调阅以及医嘱的实时下达。可穿戴设备、物联网和云计算领域创新技术蓬勃涌现，推动无线医疗高速发展。柔性电子和MEMS技术推动可穿戴设备领域的发展，出现了医疗手环、心率贴和医疗触觉手套等新兴医疗设备；传感器和无线技术推动了物联网领域的发展，降低了医疗设备联网的成本;云存储、大数据分析和人工智能技术推动了医疗数据存储分析领域的发展，出现了云EMR、云PACS和云LIS等医疗数据服务平台。在创新技术的推动下，全球无线医疗市场以超过20%的速度持续高速增长，整体无线医疗市场2015年和2016年分别为390.3亿美元和454.0亿美元，预计2020年将达到1101亿美元[8,9]。1.3无线医联网的价值无线医疗的快速发展需要一张无处不在的网络，随时随地连接医生、患者及医疗设备，实现无线医疗的数字化、智能化和可持续发展。1.3.1对医院的价值无线医联网推进医疗业务信息化，促进医疗资源共享，提升医疗工作效率和诊断水平。无线医疗使医护人员可以随时随地获取医疗信息，实现移动查房、移动护理、远程查房和机器人医疗服务等，减少了医务人员路途奔波，提高了医务人员工作的效率。无线医疗提升院间信息互通和业务协同水平，上级中心医院拥有医疗专家资源和完善的医疗设施，借助无线医联网可远程指导医疗联合体内下级医院的医疗业务，提升医疗诊断水平。无线医联网由运营商部署和维护，节省医院运营成本。以往医院都需要购买大量的通信设备和服务器建立物理专网保障院内医疗业务的通信安全可靠，还需要投入专门的运营团队进行日常维护。引入无线医联网后，通信设备由运营商提供和部署，并负责运维，极大的节省医院在此方面的投入成本。无线医联网助力医疗融合创新，开展智慧医疗新业务。无线医联网具备平滑演进能力，将与云计算、大数据、数字影像和人工智能等技术相结合渗透到医疗业务各个环节，助力医疗朝无线化和智能化发展。1.3.2对患者的价值无线医联网医疗效率提升，缓解患者看病难的问题。全球面临医疗人力资源不足的问题，医疗资源不足导致看病难社会问题突出，中国就医候诊等待时间长，平均候诊时间约为30分钟[10]；美国预约就医等待时间长，预约初级保健医生的等待时间平均为2.5周[11]。无线医联网通过资源高度共享，提高医疗工作效率，减少患者就医等待时间，从而普遍缓解患者看病难的问题。无线医联网促进医疗资源的流动，协助推进偏远地区的精准扶贫。全球医疗资源分布相对不均，中国占医院数量66%的一级及以下医院只承担了不足20%的门诊量和13%的住院量[12]；美国平均每370个人中有1名执业医师，但美国约有1/4的地区每3500个人才配备1名执业医师[11]。无线医联网支持远程医疗和急救互联等业务所需的通信能力，打破了医生和患者的空间限制，使偏远地区的患者得以远程获取优质医疗资源，尤其是帮助因病致贫、因病返贫的患者提高健康医疗水平，节省就医成本，从而实现医疗扶贫。390.3454图1：全球无线医疗市场规模（亿美元）110120152016202020%+34无线医疗白皮书01无线医疗概述图3：无线监护示意图护士工作站心脏除颤2.1无线医疗应用场景分类正是由于无线医疗的重要性和快速发展，“互联网医疗系统与应用国家工程实验室”（以下简称国家工程实验室）联合合作伙伴开展了无线医疗的应用场景分析、创新解决方案孵化和产业化推广等课题研究。结合医疗业务特征，将无线医疗应用场景总结为3大类：第一类：基于医疗设备数据无线采集的医疗监测与护理类应用，如无线监护、无线输液、移动护理和患者实时位置采集与监测等。第二类：基于视频与图像交互的医疗诊断与指导类应用，如实时调阅患者影像诊断信息的移动查房、采用医疗服务机器人的远程查房、远程实时会诊、应急救援指导、无线手术示教和无线专科诊断等。第三类：基于视频与力反馈的远程操控类应用，如远程机器人超声检查、远程机器人内窥镜检查和远程机器人手术。这三类无线应用场景对网络的带宽和时延要求各有不同，具体要求如下图所示：图2：无线医疗应用场景分类示意图通信时延通信带宽≤3Mbps≤15Mbps≤100ms≤20ms应急救援无线监护无线输液患者定位远程机器人超声远程机器人手术移动查房无线手术示教远程实时会诊无线专科诊断机器人查房远程机器人内窥镜医疗监测与护理类应用（连续小包数据）医疗诊断与指导类应用（音视频+医疗影像）远程操控类医疗应用（音视频+医疗影像+触觉力反馈）国家工程实验室及合作伙伴从覆盖上述三大分类的角度并结合第一期研究工作，选取了9大应用场景开展深入的研究和分析：无线监护、患者定位管理、移动查房、机器人查房、远程实时会诊、应急救援、无线手术示教、无线专科诊断和远程机器人超声。2.2无线监护无线监护是利用无线通信技术辅助医疗监护的简称[13]，它是指对患者生命体征进行实时、连续和长时间的监测，并将获取的生命体征数据和危急报警信息以无线通信方式传送给医护人员的一种患者监护形式。无线监护使医护人员实时获悉患者当前状态，做出及时的病情判断和处理。两类患者对无线监护诉求较强烈。一、术后患者：术后患者早期下床活动，可以帮助患者康复，预防多种术后并发症[14]，但术后病情变化风险大，医护人员需要持续对患者的生命体征进行监护；二、突发性疾病患者：如心脏病患者，正常活动状态下也需生命体征监护。对这两类患者，医院可采用无线可穿戴监护方式，实现无活动束缚的持续患者监护。可穿戴监护设备在使用过程中需持续进行患者位置上报和生命体征信息的采集、处理和计算，并传输到远端监控中心。患者位置信息为坐标信息（十几个字节大小），每1~2秒传输一次。生命体征信息由心电、呼吸和血氧等生理信号采样波形、参数值和报警信息组成，以心电为例需传输采样波形、心率参数值和心律失常报警信息，通信速率约为200Kbps。急救是和时间赛跑，争分夺秒。以心脏病为例，国际复苏委员会指出，对于室颤心脏骤停，除颤急救必须尽早进行，每延迟1分钟，存活率下降7%～10%[15]。因此，患者生命体征和危急报警信息传输上报需要高可靠低时延的无线网络。典型应用定位精度通信速率通信时延定位时延覆盖范围患者位置定位室内：≤10m上行100Kbps≤200ms≤2s医院住院楼全覆盖生命体征监护和危急报警/上行200Kbps表1：无线监护场景对无线网络的需求2