基于5G网络的救护车系统方案设计

洪成洋，薛俊伟

（1.中通服咨询设计研究院有限责任公司，江苏 南京 210006；
2.广州医科大学，广东 广州 510182）

作为城市保障体系中重要的一环，急救医疗体系功不可没，担负着拯救人民群众生命的责任。我国的急救医疗体系组织形式为120指挥调度中心+院前急救+医院急诊科+重症监护病房或专科病房。现场急救、病患转运和途中监护救治等工作由院前急救负责，重点是保障病人的生命特征值稳定，为后面院内急诊救治争取时间，医院急诊科承担诊断救治功能，二者既有分工，又紧密合作。但现实中，院前、院内急救多是独立运行的，分工配合脱节，主要原因是：（1）城乡发展不平衡，大部分急救中心集中在城市，能够覆盖农村的急救中心很少，设备水平普遍低于城市；
（2）专业急救医师数量不足，院前急救的供需矛盾十分突出，全国很多地方都出现了“有车无人”，医师现场急救不专业等现象；
（3）网络通信能力不足，导致实时监测生命体征和关键报警信息数据回传能力不及时，急救医师与医院医生仅能通过话务机沟通，医生无法在电话中对病人情况有准确了解，不敢下达指导意见，尤其是对于中风、心脏病等紧急发病，可能就错过紧急抢救的“黄金时间”造成病人死亡。

随着5G、大数据、云计算等新一代信息技术的高速发展，如何实现对救护车的联网化、信息化、智能化的5G赋能改造，实现医卫人员、医疗信息、医疗设备、医疗资源互联互通，打破救护车与医院之间的信息壁垒，实现“上车即入院”已成了迫切需要解决的课题。

救护车是院前施救的重要载体，在病人急救过程中发挥巨大的作用[1]。按照急救病人的病症以及程度的不同，我国将救护车分成3大类，分别是普通转运型救护车、重症型急救车、专科医疗救护车。

普通转运型救护车的主要功能是提供现场一般性急救、转运病人、途中监护等，车内医疗舱通常配置管道供氧装置、心电图机，另外会根据病情需要随车携带除颤器、监护仪、电动吸引器等急救设备。其通信需求是实现车内医疗设备采集的数据及时传输，与急救中心的医院信息系统（Hospital Information System，HIS）对接建立双向通信，使院内的急诊医生能及时了解情况做好相应准备。

重症型急救车、专科医疗救护车类似1间流动的监护室或重症加强护理病房（Intensive Care Unit，ICU），医疗仓内除常规呼吸机外，还会根据需要配置高价值医学仪器，如便携式血糖检测仪、移动车载CT、便携式血凝仪、气管插管器等，主要针对的是重伤或者特殊专科急救场景，包括但不限于中毒、重伤、急性脑中风、重症婴儿孕妇抢救等。此类急救的特征是病人生命已十分危险，必须将CT诊断与抢救手段从院内前移到院救护车内。在转运病人途中需要将车内采集的高清监护视频、CT照、体征检查、电子病历等数据通过医院专网实时传输到急诊专家电脑或者增强现实（Augmented Reality，AR）设备上，专家可以利用远程会诊实时指导现场医生对病人进行处置，以赢得“黄金时间”。

为清楚地了解救护车的通信需求，本文采用文献分析法、实证研究法量化统计普通转运型救护车，重症型急救车、专科医疗救护车在转运途中提供医疗护理，同时与急诊中心或者远程指导医院间交换数据对通信指标的要求，如表1所示。

上述场景涵盖了所有类别的救护车，对了解救护车实际通信业务需求有“窥一斑而知全豹”的效果。从表1可看出，体态检测数据传输速率要求不高，但对可靠性要求较高；
而远程专家会审、CT图像传送、后端的人工智能（Artificial Intelligence，AI）影像决策系统则对网络的带宽、时延、可靠性都特别的敏感，如果网络时延或者掉话造成诊断失误或者漏诊，会威胁患者生命，由此可知急救医疗场景对无线通信质量的要求极为严苛，但2G～4G网络无法承载此类需求。

表1 救护车医疗仪器或者终端通信业务需求指标

当前阶段移动通信已发展到第5代，5G具有连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接、低时延高可靠的特点，满足3大应用场景，即增强移动宽带（enhance Mobile Broadband，eMBB）、海量机器类通信（massive Machine Type Communication，mMTC）、超高可靠低时延通信（ultra-Reliable Low-Latency Communication，uRLLC）[2]。救护车内通信需求可分为如下几类。

（1）大带宽业务主要是指救护车内对上下行带宽需求高的业务，包括远程会诊服务系统、高分辨率信息采集传输系统，如生命体征监测器、超声波设备和摄像机等。远程会诊服务系统要求上行速率不得低于50 Mb/s，下行速率不得低于80 Mb/s，能够传输4K视频、图像，通过5G高速数据传输实现全高清影像共享，院内急诊专家借助增强现实/混合现实（Augmented Reality/Mixed Reality，AR/MR） 与跟车医生分享视野，实现远端指导；
高分辨率信息采集传输系统在速率方面要求不一，最低上行速率不得小于20 Mb/s、下行速率不得小于5 Mb/s。在速率方面，5G峰值速率为10～20 Gb/s，用户体验速率将达到0.1～1 Gb/s，相对于4G，有百倍左右的提升，能够充分满足救护车内各类通信业务需求。

（2）低时延业务主要是指救护车内对时延、可靠性和隔离性要求均很高的业务，包括AI智能影像决策系统、CT系统、远程会诊系统等，对应表1中序号4至序号7场景，可以看出CT系统、与远程会诊系统最高不能超过50 ms，可靠性方面不得小于99.999%，AI智能影像决策系统对时延要求不得超过100 ms，5G端到端通信时延可控制在10 ms以下，最高时延能达到1ms内，能够满足重伤，急性脑中风、重症婴儿孕妇抢救或者远程手术指导的超低时延要求[3]。

（3）其他对时延与带宽要求不高的通信终端，如生物传感器、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）数据、车载传感器等需要可靠接入；
5G的海量连接能力能够接入所有设备而不会形成拥塞。

可以看出，救护车内主要是大带宽、低时延、高可靠性通信需求，2G/3G/4G网络无法满足不同业务需求，5G的切片技术能够根据应用场景和业务指标需求的不同灵活裁剪，将从无线接入网到承载网，再到核心网的物理网络，切成多张相互独立的端到端逻辑上隔离的虚拟网络，来适配各种指标要求的业务应用[4]。运营商可为救护车定制2个专属5G医疗专网切片，即 eMBB切片、uRLLC切片，以满足大带宽、低时延、高可靠性需求。

5G和救护车融合创新已是我国急救医疗体系的迫切需求，本文提出一种基于5G的救护车系统设计方案，系统的总体架构如图1所示。

图1中，救护车智能系统由嵌入式控制与存储单元、无线通信单元、信息采集传输单元、信息输出单元、车载管理单元等构成，下面将详细阐述各单元的功能[5]。

图1 5G智慧救护车系统总体架构

（1）信息采集传输单元。包括身份采集模块、生命体征检测数据采集组件、音视频采集组件。身份采集模块包括指纹识别器、医保卡读卡器、身份证读取器等，可为病患创建电子病历或者通过蜂窝网络访问医院内网数据库获取与病人ID对应的历次诊疗看病记录。生命体征检测数据采集组件是指为病人提供治疗、检查、维持生命稳定的医学仪器，如移动CT机、血液分析仪、心电图机、监测仪等，这些仪器可通过有线或者Wi-Fi通信与嵌入式控制单元连接。音视频交互组件包括多个摄像头、麦克风、扬声器等，通过音视频交互组件可实现救护车内监控、远程专家诊断等功能。

（2）嵌入式控制与存储单元。是救护车智能系统核心，负责执行智能5G急救车急救程序。原生支持 Gbit Ethernet、m.2、 PCIe、USB3.0、RS485 等通信功能的接口，并具有接口扩展性，能够接入所有医学仪器设备。

（3）无线通信单元。1组是与室外蜂窝网络保持通信输出单元，包括5G无线通信模块、运营商SIM卡、阵列天线。为了更好地接收蜂窝网络信号，阵列天线需选择4×4或者更高阵子数的天线阵，天线安装在救护车外边并做好美化。无线通信模块通过同轴电缆与天线相连，通信模块一般可以选择华为MH5000-31模块或者移远 RM500Q-GL模块，支持移动、联通、电信5G上网功能。另1组是用于室内通信Wi-Fi组件，支持 STA、无线接入点（Access Point，AP）功能。由此，救护车内任何通过以太网、Wi-Fi热点或者其他接口接入控制单元的终端都能获取1个IP地址，并通过5G/4G 实现上网。

（4）车载管理单元。包括GPS模块、车内供电组件、车内传感器、车辆管理等多个模块。其中，GPS模块可以实时推送位置信息，及时做好路线调整，车供电组件的功能是提供救护车工作电源，车内传感器的功能是探测并反馈出救护车内温湿度以及运行状态。

（5）信息输出单元。包括扬声器、带触屏功能的显示器。显示器既是各种信息的展示屏幕，也是指令输入装置，通过触摸显示器上实现对主机的操作。

图2为5G智慧救护车的车内效果，医院可以根据需求选择对医疗设备采用固定安装方式或者便携式接入方式，救护车应预留接口与安装位置。

图2 5G智慧救护车车内效果图

本文提出的方案可为急救车提供稳定的5G网络接入能力，使病患的生命特征数据可以及时地传给院内医生，并且兼容性强，预留多个通信接口能够满足各类通信方式的仪器仪表，使救护车能适应各种类型的院前救治。

基于5G的紧急救护车系统为院前急救提供了全新的服务，从信息采集、数据分析到信息传输，实时共享院前和院内急救的病人信息，实现了“上车即入院”“移动ICU”等创新救治模式，提升了医疗机关院前急救能力，同时也为5G在医疗的其他领域创新融合树立典范。未来的医联网络将充分发挥5G的智能路由、能力开放、网络质量保障、网络切片等技术，构建省市级医疗虚拟专网[6]。

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