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信息技术论文:基于5G+VR的NICU远程探视系统设计

来源:未知 2021-02-04 13:50

摘要:

  中国信息通信研究院、互联网医疗健康产业联盟等单位联合发布了《5G时代智慧医疗健康白皮书(2019年)》,正式拉开了5G智慧医疗应用序幕。随着5G的商用以及与大数据、互联网+、人工

  信息技术论文基于5G+VR的NICU远程探视系统设计

  引言:中国信息通信研究院、互联网医疗健康产业联盟等单位联合发布了《5G时代智慧医疗健康白皮书(2019年)》,正式拉开了5G智慧医疗应用序幕。随着5G的商用以及与大数据、互联网+、人工智能、区块链等前沿技术的充分整合和运用,5G医疗健康越来越呈现出强大的影响力和生命力。基于5G高带宽、低延时的高清/超高清视频传输应用场景也越来越为普遍,特别在医疗系统中对无菌环境等特殊要求,远程观看、检查、诊断等新的交互技术可以满足医疗系统的需求。

  1需求分析

  远程探视在众多大医院中有着迫切的需求,这种需求来自两方面:一是有些病人患有传染性很强的疾病;二是重症患者容易受到感染,所以都不能与外界接触。而这类特殊的患者最需要得到安慰和陪同,其家人、亲戚、朋友等也因不能探望而倍感担心、焦急。很多新生儿出生后由于多种原因需要住院治疗、观察和护理。

  对于住院新生儿来说,由于其特殊性,医院不主张家长陪护,家长只能在规定时间内探视,并且过程复杂、准备时间长、探视时间短,增加了医院的负担。新生儿远程探视预约系统可以为家属提前预约指定时间进行远程探视,医护人员根据家属的预约申请时间将新生儿实时画面提供给家属探视,可以帮助解决目前存在的NICU病房探视难、过程复杂、耗时长等问题。缓解家属的担心、着急等心理情绪,提高医院的服务,同时也减轻医护人员的工作压力。

  2关键技术

  2.1 5G关键技术

  5G网络系统主要由5G无线接入网、核心网、传输网络三部分组成。5G无线接入网包含的关键技术包括:C-RAN、SDR(软件定义无线电)、CR(认知无线电)、Small Cells、自组织网络、D2D通信、Massive MIMO、毫米波、高级调制和接入技术、带内全双工、载波聚合、低时延和低功耗技术等。5G核心网关键技术主要包括:网络功能虚拟化(NFV)、软件定义网络(SDN)、网络切片和多接入边缘计算(MEC)论文发表

  云无线接入网(C-RAN)将无线接入的网络功能软件化为虚拟化功能,并部署于标准的云环境中。C-RAN的概念是由集中式RAN发展而来,目标是为了提升设计的灵活性和计算的可扩展性,提高能效和降低集成成本。在C-RAN构架下,BBU的功能是虚拟化的,且集中化、池化部署,RRU与天线分布式部署,RRU通过前传网络连接BBU池,BBU池可共享资源、灵活分配处理来自各个RRU的信号。

  网络切片:在5G万物互联时代,大量的设备接入网络中,它们对于网络的移动性、安全性、时延性、可靠性的需求都是不同,因此需要将一个物理网络分解为多个虚拟的逻辑网络,每个虚拟网络之间是逻辑独立互不影响的,分别对应着不同的应用场景,这便是网络切片。网络切片设计的关键目标是定制化,即为eMBB、mMTC、URLLC等不同领域设计的切片模板是根据所支撑的业务高度定制的。通过网络切片模板的设计,支撑各种商业模式。

  5G边缘计算是一种新兴网络技术,它使用构建在网络边缘的分布式云服务环境,通过将一定的网络服务和应用下沉部署,给终端用户提供低成本、高带宽、低时延的极致体验。边缘计算作为5G网络的关键技术之一,利用5G控制面和用户面分离的网络架构,将用户面下沉到无线网络边缘,同时结合边缘侧提供的云计算能力、服务集成和开放能力实现业务就近分流、本地优化和内容访问,减小传输时延,提高业务分发效率,可以极大提高终端用户的业务体验。

  2.2虚拟现实技术

  虚拟现实(VR--VirtualReality),也称灵境,是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术,它汇集了人工智能、人机接口技术、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术、高度并行的实时计算技术和人的行为学研究等多项关键技术。它可以利用计算机模拟成一个逼真的,具有视、听、触等多种感知的虚拟环境,用户通过使用多种交互设备,同虚拟环境中的实体相互作用,使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信心交流。

  虚拟现实的主要特征是:多感知性(Multi-Sensory)、浸没感(Immersion)、交互性(Interactivity)和构想性(Imagination)。虚拟现实技术的应用有着非常重要的现实意义,已经应用于包括医学、娱乐、军事、生产、艺术、教育等诸多领域。

  3基于5G+VRNICU远程探视系统设计

  3.1系统方案设计

  新生儿远程探视系统采用了软硬相结合的方式,软件系统采用预约管理并实时直播新生儿的视频画面,满足家属远程观看和了解新生儿的实时状况;硬件设备操作简单,采用可移动式功能一体机,方便医护人员使用。由5G移动探视车、探视系统、观看端三部分组成。

  5G移动探视车配置了全景摄像头、特写摄像头及通话模组、5GCPE、双屏、控制主机、UPS、医用静音轮等。5G移动探视车可以让多个病房共享一个全景摄像头,同时不受物理位置限制。

  探视系统包含三个端,分别是:视频采集端(包括全景摄像机、拼接服务、5GCPE整合成移动直播车)、显示端、直播控制平台。通过全景摄像头进行视频采集、拼接服务器转码上传直播控制平台,通过管理后台配置VR端内容、栏目、设备授权注册等,通过控制端对VR进行播控,VR端负责显示等。

  观看端可以是VR一体机、手机APP或PC端网页等。

  新生儿远程探视系统采用云传输、云存储模式,结合5G大带宽、低延时的网络特性,医护人员可以利用5G移动探视车,实现将高清/超高清视频影像画面移动化采集,并高速率的传输至云平台,云平台具备直播分发视频码流给家属实时观看,并将视频画面保留存储在云空间,保证了视频数据的安全性。

  3.2系统工作流程分析

  家属端通过系统软件提前申请预约,后台管理系统审核信息并通知家属是否预约成功,预约通过后系统自动登记预约信息,预约时间前5分钟系统自动提醒家属,同时通知医护人员将5G探视车定位至相应病床,医护人员完成确认后系统会自动登记相关信息并分配直播通道,最后直播通道开启,家属可实时观看并可以语音交互。系统工作流程图如下:

  图1系统工作流程图

  新生儿远程探视系统提供给家属一个通过微信小程序可以直接进行预约观看新生儿实时画面的方式,减少家属极度不知情产生的焦虑等情绪;医护人员可以通过系统查看预约情况,并在预约时间内将移动探视车定位到新生儿的床位,实时将直播画面推送至家属手机上,移动探视车操作简单、方便,无需实时陪护,可以节约医护人员的工作时间。

  3.3系统功能模块定义

  家属预约系统(小程序/H5),包括①用户验证:用户录入验证资料信息;②预约时间:预约探视时间;③探视播放:探视时间内提供播放实时远程画面。

  医护客户端(APP),包括①审核信息:提醒及查看用户录入验证信息;②通知家属:通知用户是否预约成功;③设备管理:远程探视设备安排;④探视排班:管理探视时间排班负责人;⑤探视提醒:探视时间及设备信息提醒设置。

  系统端(WEB),包括①探视排班:探视时间排班管理;②时间设置:提醒时间设置;③播出管理:远程探视播出管理;④日志管理:操作日志管理;⑤用户管理:家属信息管理。

  3.4与医院HIS/CIS系统的融合

  NICU病房远程探视系统与医院信息化系统通过数据接口对接可实现数据互通,通过医院的HIS(Hospital Information System)系统可以获取新生儿的基本资料信息,通过CIS(Clinical Information System)系统可以获取新生儿的临床电子诊疗记录,并选择性的提供给新生儿家长。通过医院网页或专属APP,医生或家长通过专有账号登录远程探视系统,实时查看新生儿现状,了解新生儿当前的治疗情况。

  无论新生儿处于哪里,只要在可以向家长开放观看的区域内,新生儿的一举一动都可以呈现给家长实时观看。同时,医护人员的精心护理场景也会展现给家长。而与医院HIS/CIS系统的数据融合,使得NICU病房远程探视系统可支持远程会诊,方便远程专家进行实时指导。

  结语

  新生儿远程探视系统方便了家属提前预约观看时间,同时也方便医护人员进行管理,减少了医护人员与家属、家属与新生儿的接触,减少了相互感染的可能,提高和保障了医院监护治疗质量。该系统可同时应用于医院ICU病房,以及新冠肺炎疫情期间的隔离病房等;采用VR技术,还可以进行远程诊疗和示教,在手术时,也能通过VR技术将手术过程的全部细节清晰全景示教,达到难以比拟的逼真教学效果。

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