王旭东，曾安宇，张凯，徐野

(西门子数字医疗科技(上海)有限公司，上海市 200126)

1 引言

我国地域广阔，人口众多，城乡和区域发展不均衡，医疗资源呈现总体不足和局部资源配置不合理问题。绝大多数的卫生资源集中在大城市的大医院里，而在欠发达地区，医疗资源相对紧缺，基层医生对疑难杂症患者的处理能力有限。时间及空间距离的原因，让医院间、医院与医学院校间临床教学和研讨开展困难，基层医疗人才的水平提升受到限制，导致基层医疗人才断层。大医院挂专家号难、就诊排长队、缴费排长队、看病时间短；大医院距离远、城市消费高，老百姓需承担额外的交通费、住宿费等，看一次病时间长、花费大[1]。信息孤岛及数据不同步，让跨科室跨机构协同业务难以开展，医院之间的学术研讨、医疗专科交流困难，不利于整体医疗水平的提升。因此，远程医疗[2]是医院信息化建设的重要组成本部分,同时已经成为更好发挥医院和专家的服务水平、提高诊疗能力、改变诊断能力分布不均的现状的重要手段之一，充分有效地协调各个医院的资源，提供综合的、统一的管理调度沟通，是医疗行业的发展趋势和迫切需求。远程会诊系统可使在地理上分散的分支机构组织用户共聚一处，通过图像、声音等多种方式交流信息，支持人们远距离进行实时信息交流与共享、开展协同学习与工作，极大地方便了面对对象、协作成员之间真实、直观的交流[3]。但是，目前国内外的远程医疗系统和云远程医疗系统普遍是将视频会议改型而已，其存在以下几个问题：网络延迟相对较高；视频及音频的压缩比较高；缺少患者多维度医疗信息的展现；通过网络连接与院内各个业务系统进行数据交互，而会诊中心平台多是构建于公网服务器，无法保证院内各个业务系统的数据安全及其隐私保护；远程专家只能片面地通过视频及音频被动接收从而进行远程会诊指导。因此，目前的系统大多不符合远程临床医疗的要求。

5G网络以大规模天线阵、超密集组网、新型多址、网络切片、云化网络等多种关键性技术做支撑，保证其高速率、低延时、广覆盖、大连接、高安全及灵活部署等能力，以及万物数据化、万物智联化的人工智能物联网技术的落地及推广[4-6]。使其能够支持远程高清会诊和医学影像数据的高速传输与共享，并让专家能够随时随地开展远程会诊，提升诊断准确率和指导效率，促进优质医疗资源下沉[7]。

2 系统架构与功能模块

本系统平台的总体目标：将医院内部的不允许联接公网的医疗检查设备、医学影像存档与通讯系统(PACS)、医院信息系统(HIS)、临床信息系统(CIS)等医疗信息系统，釆用人工智能物联网[8]及边缘计算等技术，进行视频编码成HTTP通用网络协议视频流，并同时将设备的全景视音频经5G网络的传输管理，在专家端进行实时播放。所有对接设备及信息系统，从物理上与外网断开，确保院内的医疗信息绝对安全。同时专家端能够通过设备端的USB端口对相应的对接系统进行反向控制，能够满足远程会诊的医疗需求。其逻辑架构如图1所示。

针对上述目标需求，平台主要包括基层设备端、远程专家端、手机应用端及云平台管理端四大部分，主要由以下几个模块组成：

2.1 高清视频语音通信系统

可以实现视频语音通信，让远程专家实时动态观察患者的体征和动作，与客户端技师进行视频通信了解患者病史、指导正确摆位，在得到患者基本信息的同时避免由于摆位不规范而造成的重复扫描，更大程度地减少人为误差、节省时间。

2.2 先进的控制和数据传输系统

借助5G无线网络高速率、低时延的技术[6]，开发了先进的设备端控制器，让远程专家或App在扫描前就可以根据视频通信获取到的患者信息正确地设置扫描参数，并可以在扫描过程中实时观测扫描进程，而在扫描结束后，不仅可以无缝阅片，还能操作客户端工作站进行图像后处理，以获取更详细的病灶情况。针对远程会诊时，两位远程专家可以同时远程控制同一套远端系统，界面上同时显示两位专家的鼠标控制位置而且两位专家能够分别进行数据的输入操作，便于进行协同共享及案例讨论。

2.3 便捷的操作模式与数据安全

已集成进微信小程序，由客户端向专家端发起会诊邀请自动登陆，无论专家身在何处，只要有高速网络和电脑，专家就可以即刻连接到设备进行指导，使用便捷、信息安全，不需要双方医院信息科维护系统，真正意义上实现零维护。客户端可同时向四方专家发起会诊邀请共同诊断，专家端可同时接受三方客户端邀请提供技术指导。而在数据安全方面，该系统所在的网络环境与影像设备及医院信息系统物理隔离，无数据及系统安全隐患。所有的云数据由第三方传输，服务器部署在中国境内，符合中国网络信息安全法，数据通信使用TLS标准加密。

该系统平台业内流行的采用图2所示的分层云平台架构模式进行架构设计及编码实现。通过5G网络独有的低时延特点和切片技术，特别适合这种远程精准操作的应用，可以满足控制的精确度要求和实时性要求。同时切片技术可以保证网络传输更加安全，在传输中将这类重要的信息与普通数据隔离开并优先传输，保证了控制操作的安全性和稳定性。能够将基层的扫描设备的屏幕视频流和病人画面实时传送到部署在云端上的远程影像检查系统上，远程的专家通过电脑既能同屏看到所有影像和数据资料，还能实时远程操控位于基层医院的影像设备，可从影像数据产生的源头保证了数据更加精准，具有一键接入、检查上云、扫描质控、高效互动等功能。

图1 系统逻辑图

图2 系统架构图

3 实现

目前，整个系统平台已经实现了如图3所示，网络架构灵活、稳定、可扩展、安全、低延时，通过高可用的网络拓扑结构，实现平台上音视频数据及控制数据的交换和传输的无差错、无丢失，降低其日常的维护成本，从而支撑平台的日常临床业务开展，实现平台创建的初衷。其中核心的系统模块描述如下：

(1)通过一个及多个智能视频编码器，对院内各种医疗检查设备(CT、MRI、PET/CT、US、DR)的控制系统及医疗信息系统(PACS、电子病历、心电图系统)的原始显示视频，进行边缘的实时采集并高速编码，从而在各个医疗系统不接外网的前提下，实时将其通过5G条件下满足高速度、低延迟和高清的实时传输。(2)通过智能视频编码器上USB远程控制接口，能够连接院内各种医疗检查设备的控制系统及医疗信息系统，数据接口从物理上与外网断开，从而无需连接数据接口的前提下，进行远程操作控制其各个医疗系统，满足远程专家会诊中所需的各种相关操作。(3)在以上院内各个医疗系统的基础上，通过对讲摄像机、术野摄像机及场景摄像机等的接入支持，实现了病人信息多维度的会诊需求，能够制定更优的治疗方案。(4)通过对各种医疗检查设备的支持，可以实现病人在检查时，就能对其进行远程会诊。即节省医生、病人时间，又能时快速做出诊断计划。(5)通过对不同类型的音视频数据的统一编码及传输，降低了专家端对计算机资源的需求，使其在平板电脑、笔记本电脑和迷你电脑上进行远程接入，无需专用的解码终端，满足其随时、随地进行会诊的需求。(6)同时在其上构建的会诊平台系统，可以便捷的发起、分享、控制及中止远程会诊，同时能够进行离线消息提醒，能够满足各种医疗会诊临床路径的需求。

该平台正式上线后，通过多次网络优化及系统调优，实现以下主要技术指标，达到了系统设计目标：(1)超低延时，实现低于200ms的延时。(2)实现高保真、高实时的医疗影像采集与传输。(3)医疗系统的界面与现场音视频的画面、语音的严格同步显示。(4)同时兼容各种分辨率的系统的接入，高效的边缘计算实现视音频的编码处理。

图3 网络架构图

4 结论

通过5G、物联网、边缘计算等新技术的应用，使本系统能够达到超低延时，从而满足医疗业务需求；采用专业的智能视频编解码器，实现了多维度的音视频的高保真、高实时的采集与传输；多路音视频的同步采集与全新编码方式，实现同步传输，从而在专家端能够同步显示；通过专用的视频编码芯片实现对不同分辨率系统的采集及编码，从而多医疗设备的支持；USB控制接口的应用，实现了系统数据物理隔离，从而满足高安全性的要求。

因此，该平台能够让目标客户从患者摆位、设置扫描参数、实时扫描、图像后处理等各方面都能得到远程专家的指导服务，而不是仅仅局限于标记和阅片，可以让医务人员更好地了解病患，给病人及时提供其所需服务，让更多患者在家门口就能享受到高水平的、贴切的医疗服务，并且让医务人员之间也可以预留时间来检查和审视治疗效果、讨论诊治内容，提高医疗效率[9-10]。除全国专家的远程支持以外，区域性的当地专家也可以通过此系统搭建互联互通远程医疗云平台，由于当地专家更能了解当地卫生习惯，远程会诊中的当地专家支持必不可少。区域内医联体之间的医院可以通过此系统搭建新一代的会诊云平台，各个医院通过互联网连接起来，其具有高通量、低延时、使用便捷、永不离线的特点，可以紧密的把区域内医院连接起来，更好地展开业务协作，有利于实现远程医疗、转诊会诊、培训教育等服务常态化、规模化，拓展为民服务渠道，提高医院知名度，扩大医院影响力，提升医联体内各医院的服务保障能力[11]。通过该平台能够面向区域内医院提供的远程会诊、远程指导、远程继续医学教育、疑难病例讨论等服务，可以提高区域内医院整体医疗服务水平及管理水平。