УДК 004

Интеллектуальные приложения для здравоохранения в сетях 5G. Систематический обзор

Аль Насрави Фарис Хазим – аспирант Саратовского государственного технического университета им. Ю.А. Гагарина

Аннотация: Предоставление медицинских услуг, таких как уход, мониторинг и дистанционная хирургия, улучшается благодаря технологии сотовой связи пятого поколения (5G). По мере глобального распространения 5G было разработано больше интеллектуальных медицинских приложений благодаря его обширным функциям eMBB (расширенный мобильный широкополосный доступ) и URLLC (сверхнадежная связь с низкой задержкой), которые могут быть использованы для создания систем здравоохранения, позволяющих свести к минимуму личную помощь пациентам в больничных центрах. Эта мощная сеть обеспечивает высокую скорость передачи данных, сверхнизкую задержку и пропускную способность сети, превышающую пропускную способность 4G. Ожидается, что сотовая технология пятого поколения станет средством обеспечения превосходного качества медицинской помощи благодаря технологическому обеспечению использования устройств IoMT (Internet of Medical Things). из-за ограниченное глобальное развертывание 5G. Тем не менее, панорама выглядит многообещающей, основываясь на предложениях и будущей работе, которую позволяют проводить эти технологические системы, и все это основано на улучшении здравоохранения для людей.

Ключевые слова: мобильная сеть 5G, интеллектуальное здравоохранение, телемедицина, электронное здравоохранение, IoMT.

Предоставление медицинских услуг, таких как уход, мониторинг и удаленная хирургия, улучшается благодаря технологии сотовой связи пятого поколения (5G). По мере глобального распространения 5G разрабатывается все больше интеллектуальных приложений для здравоохранения благодаря ее широким возможностям eMBB (Enhanced Mobile Broadband) и URLLC ( Ultra-Reliable Low Latency Communications ), которые могут быть использованы для создания систем здравоохранения, позволяющих минимизировать очную помощь пациентам в больничных центрах. Эта мощная сеть обеспечивает высокую скорость передачи данных, сверхнизкую задержку и емкость сети, превышающую емкость сети 4G. Ожидается, что технология сотовой связи пятого поколения станет средством обеспечения превосходного качества медицинского обслуживания благодаря технологическому обеспечению использования устройств IoMT (Internet of Medical Things).

 1

Технологическая эволюция позволила создать интеллектуальные системы не только в производстве, транспорте и автоматизации, но и в медицинской отрасли, что привело к улучшению качества жизни людей. В этой конкретной теме использование умных устройств привело к возникновению концепции умного здравоохранения - здравоохранения, основанного на технологической поддержке. Основными приложениями умного здравоохранения являются удаленный мониторинг, телемедицина, телехирургия и мобильная медицинская помощь. Развертывание интеллектуальных приложений для здравоохранения в последние годы было основано на использовании технологии 4G, при этом также использовались ресурсы предыдущих поколений. Однако они не смогли удовлетворить реальные потребности, которые требует сфера "умного" здравоохранения, из-за технологических ограничений, таких как: ограниченная пропускная способность, низкая скорость передачи и высокая задержка.

Хотя 4G уже используется в приложениях Интернета медицинских вещей (IoMT) для подключения различных физических устройств, таких как сотовые телефоны, физиологические мониторы, тела. Однако датчиков и носимые устройства, сталкиваются с многочисленными проблемами при увеличении числа подключений устройств. Поэтому для удовлетворения требований IoMT требуется более развитая сеть, чем 4G, с точки зрения скорости, задержки, поддержки одновременно подключенных устройств и емкости хранения данных.

Для решения этой проблемы сеть 5G представляется отличной альтернативой благодаря более высокой производительности по сравнению с сетью 4G. С использованием 5G существующие ограничения будут полностью устранены. Высокая скорость передачи данных, сверхнизкая задержка, улучшенная широкополосная мобильная связь и пропускная способность сети, превосходящая 4G, позволят внедрить инновации в здравоохранение. Например, благодаря сверхнизкой задержке связи машина скорой помощи может поддерживать дистанционные и диагностические операции. Кроме того, ожидается значительный рост "умного" здравоохранения на 12,5% к 2025 году.

Технология пятого поколения в интеллектуальном здравоохранении может использоваться не только для оказания медицинской помощи больным людям, но и облегчает профилактический уход. В то же время она обладает возможностью массовой передачи и управления медицинскими данными, интерактивным видео и дистанционным управлением устройствами в режиме реального времени. Эти данные можно архивировать или передавать между пациентами и медицинскими работниками, поэтому технология может удовлетворить потребности многочисленных консультаций.

Аналогичным образом, через цифровые сети можно будет получить немедленный доступ из любого места и в любой момент к персонализированным медицинским данным пациентов. Например, большие файлы рентгеновских (Рентгеновские) снимков, таких как магнитно-резонансные, пациенты смогут отправлять специалистам для просмотра.

По мере внедрения 5G появляются новые исследования в области медицины, показывающие увеличение числа клинических случаев, охваченных этой технологией. Благодаря применению телехирургии, телеконсультаций, санитарной помощи, диагностики и профилактики были созданы платформы, системы и приложения для облегчения медицинского обслуживания. Наличие роста в развитии технологических решений также увеличивает существующую научную литературу по этому вопросу. По этой причине необходим систематический обзорный анализ, который позволит заинтересованным разработчикам и исследователям иметь полезный и понятный ресурс, где они смогут узнать о прогрессе созданных решений и новых вызовах, с которыми приходится сталкиваться.

В этом контексте несколько авторов сделали обзоры современного состояния дел, которые предоставляют множество перспектив развития интеллектуальных приложений для здравоохранения, разработанных в сети 5G. Ниже приведены наиболее значимые работы и основные различия между ними и работой, представленной в данной статье.

Латиф и другие в 2017 году представили проблемы и трудности, которые могут помешать развитию 5G в секторе здравоохранения. Авторы отметили тот факт, что 5G в сочетании с устройствами IoT, большими данными, искусственным интеллектом (AI) и машинным обучением (ML) имеет потенциал для трансформации систем здравоохранения во всем мире. Они также провели сравнение задержек и производительности между технологиями 2G, 3G, 4G и 5G. Они подчеркнули, что покрытие и надежность являются ключевыми для создания электронных приложений здравоохранения, таких как мониторинг здоровья на дому.

В 2019 году Селем и другие сообщили о состоянии дел в области приложений электронного здравоохранения, использующих 5G, в которых представлены различные медицинские сценарии, такие как роботизированная хирургия и удаленный мониторинг, подчеркивающие преимущества внедрения 5G. Кроме того, они указывают на использование беспроводной сети датчиков тела (WBSN) в приложениях для мониторинга в реальном времени, передачи данных, чрезвычайных ситуаций и определения местоположения пациента. Подчеркивается, что WBSN станет основой для развития приложений для здравоохранения с помощью 5G.

В 2020 году Контрерас и др. внесли свой вклад, проведя исследование по использованию телемедицины в контексте пандемии, вызванной COVID-19. Проведя анализ, они указали, что телемедицина может быть усилена позже, после того,  как система здравоохранения была нарушена в результате пандемии. Этот обзор демонстрирует описательный подход, а не систематический анализ, поскольку отбор ранее опубликованных статей не проводился. В том же году Чжан Чуньмин и др. также обратили внимание на использование 5G в "умном" здравоохранении для контроля и управления пандемией, вызванной COVID-19. Реализация одного из методов заключается в использовании системы телеконсультаций для посещения двух пациентов.

Критические случаи. Разработчиком этой реализации была "Западно-китайская больница" Сычуаньского университета. Ким и др. обсудили использование технологии 5G в экстренных ситуациях на догоспитальном этапе. Они отметили, что она может помочь парамедикам при оказании помощи пациентам в чрезвычайных ситуациях. В основном, они подчеркнули использование удаленного соединения для предоставления информации в режиме реального времени внешним врачам и больницам. Кроме того, они подчеркнули ряд проблем, с которыми сталкивается система, таких как безопасность, конфиденциальность, обмен информацией о пациентах и отсутствие доступа в сельской местности. Сиривардхана и др. представили возможности и проблемы использования 5G в сфере здравоохранения. Подробно описаны решения, которые он может предоставить для борьбы с пандемией COVID-19. Авторы делают акцент на использовании 5G в системах телемедицины, телехирургии, удаленного мониторинга и доставки лекарств. Кроме того, они описывают технические требования, ожидаемые для различных приложений телемедицины, таких как телемедицина, телемедицинский уход, телехирургия и телефармацевтика. Наконец, Ахад и другие, проведя обзор литературы, выделили решения, которые 5G может предложить в области медицины. Авторы представили категоризацию интеллектуального здравоохранения на основе коммуникационных технологий, услуг, приложений и требований, которые являются ключевыми для развития этих систем.

В 2021 году Пенн и другие представили описательный обзор возможностей 5G в нейрохирургии, в котором они ссылаются на расширенные возможности 5G, такие как сверхнадежная связь с низкой задержкой (URLLC), массовая связь машинного типа (mMTC) и расширенная мобильная широкополосная связь (eMBB). Они отметили, что эти функции могут способствовать развитию нейрохирургии за счет устранения географических барьеров. Они считают, что 5G облегчает нейрохирургам дистанционное подключение в режиме реального времени в экстренных ситуациях на догоспитальном этапе. Кроме того, они сообщили, что в 2019 году газета China Daily объявила о первом нейрохирургическом случае, разработанном с помощью 5G.

Список литературы

  1. Варахачалам С.П., Лахути Б., Чаманех М., Багчи С.,            Чхиббер Т., Моррис К., Боланос Ж.Ф., Ким        Н.Я., Каушик А. Наномедицина против SARS-CoV-2: состояние и перспективы. Int. J. 2021, 16, 539-560.
  2. Герреро-Васкес Л.Ф., Лопес-Норес М., Пазос-Ариас Х.Х., Роблес-Быкбаев В.Е., Бустаманте-Какао К.К., Джара-Куито Х.Х., Браво-Торрес Х.Ф.,    Камповерде-Хара П.Х. Систематический     обзор технологических средств социального             взаимодействия при расстройствах          аутистического             спектра с       точки зрения сквозных перспектив: Психология, технология и терапия. В обзорном журнале аутизма и расстройств           развития; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2022; pp. 1-30.
  3. Госвами М., Себастьян Н.Дж. Анализ производительности логистической регрессии, KNN, SVM,     классификатора Наива Байеса для     применения в здравоохранении во время             COVID-19. In Innovative Data Communication Technologies and Application; Raj, J.S., Kamel, K., Lafata, P., Eds.; Springer Nature: Сингапур,     2022; Том 96, стр. 645-658, ISBN 9789811671661.
  4. Килич А. Искусственный интеллект и машинное обучение в сердечно-сосудистом здравоохранении. Ann. Thorac. Surg. 2020, 109, 1323-1329.
  5. Кришнан С., Атхавале Й.         Тенденции     в извлечении             признаков биомедицинских сигналов.      Signal Process. Управление 2018, 43, 41-63.
  6. Кумар А., Альбрим М., Гупта М., Альшариф М., Ким С. Будущие умные больницы на базе            сети 5g: Гибридная техника обнаружения          для улучшения задержки. IEEE Access 2020, 8, 153240-153249. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3017625.

Интересная статья? Поделись ей с другими: