基于5G网络的医疗手术在线远程控制系统设计和实现

刘昆 陈绪超

摘要：为了解决部分地区医疗资源不均衡发展问题，提高医疗资源的利用率，现利用5G网络通信技术，设计一款功能完善、实用性强的医疗手术在线远程控制系统。首先，根据系统应用需求分析情况，从系统框架设计和系统数据库设计两个方面入手，完成系统总体设计；其次，从用户登录模块、数字病历远程调用模块、音视频远程传输模块等模块入手，完成系统功能模块设计；最后，对系统的运行性能进行全面测试。结果表明：在5G网络通信技术的应用背景下，文章所设计的医疗手术在线远程控制系统运行正常、可靠、稳定，各个功能模块实现满足设计相关要求。希望通过这次研究，为相关人员提供有效的借鉴和参考。

关键词：5G网络；医疗手术；在线远程控制；系统；设计；实现

中图分类号：TP393      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）27-0070-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

最近几年，我国科技水平不断提高，5G网络通信技术应运而生，该技术凭借着自身宽带低、传输速度高、传输性能稳定、网络延迟时间短等特点，被广泛地应用于医疗手术在线远程控制系统设计中，它不仅可以保证网络信号监测的连续性和告警的及时性，还能确保系统网络通道的专用性，为提高医疗资源的利用率，解决部分地区医疗资源不均衡发展问题提供重要的技术支持。因此，为了充分发挥和利用 5G网络通信技术的应用优势，提高医疗智能化管控水平，技术人员 重视对医疗手术在线远程控制系统的科学化设计和实现。

1 系统应用需求分析

为了确保该系统功能的强大性和适用性，本文所设计的医疗手术在线远程控制系统必须满足以下应用需求： 1）该系统必须要表现出强大的自动化控制功能和远程诊断功能，确保数据备份的存储的安全性和可靠性。2）该系统必须表现界面简洁友好、数据调用快捷方便等特点。3）该系统必须表现出较高的保密性、易维护易升级性、拓展性和跨平台性，确保各个操作系统均能够正常、稳定地运行该系统。

2 系统总体设计

2.1 系统框架设计

系统框架设计示意图如图1所示，从图1中可以看出，该系统主要包含以下几个层次。1）表示层。表示层除了包含用户界面外，还包含外部接口等窗体元素，其运行原理为：通过利用业务逻辑层，获取和显示相应的数据[1]，然后，与用户建立良好的交互关系，并向业务逻辑层传输相关数据。2）业务逻辑层。该逻辑层所涉及的逻辑主要与核心业务相关，主要用于对业务规则和业务逻辑的制定，然后，执行程序所需要的指令，此外，还要利用业务逻辑层，可以全面化处理所存储好的各项数据。3）数据层。数据层主要包含数据访问组件、数据存储组件、数据管理组件，这些组件在功能上具有一定的独立性。总之，该系统框架在实际设计中，主要采用B/S架构设计模式，并在5G网络通信技术的应用背景下，利用以上三个层次，保证医疗手术设备远程控制连接的稳定性、可靠性和安全性，以起到远程医疗手术的作用，为实现医疗资源的最大化利用创造了良好的条件[2]。

2.2 系统数据库设计

任何系统在管理数据期间，均离不开数据库的支持，医疗手术在线远程控制系统也不例外，为了保证数据传输和存储的可靠性和安全性，实现对数据的增删改查，技术人员 要重视对系统数据库的科学设计。现以如表1、表2、表3、表4所示的“门诊病历表、住院病历表、会诊记录表、护理记录表”为例，对数据库具体设计进行介绍。

3 系统功能设计

为了充分发挥和利用5G网络技术的应用优势，提高该系统的稳定性和实用性，技术人员 必须要严格按照如图2所示的系统功能模块设计示意图，完成对系统用户登录模块、数字病历远程调用模块、音视频远程传输模块等模块的科学化设计。

3.1 用户登录模块设计

在设计用户登录模块期间，首先，要构建相应的系统用户表，然后，根据不同的职能角色，设置相应的用户名和用户权限，该系统所设定的用户类型主要以系统管理员为主[3]，当后台工作开展完毕后，就可以进入到系统登录界面的设计中，其次，根据系统实际运行需求，將医疗手术在线远程设备服务器地址准确、无误地输入到IE浏览器中，由于该服务器的端口号为8596，所以，IE浏览器所属于的服务器地址为：https：//202.196.152.2：8596。此时，该系统会自动弹出“安全警告”对话框。然后，通过对“是”按钮进行点击，自动进入到用户登录系统中，然后，向系统登录界面中输入用户名和密码，并点击“确定”，当用户身份验证通过后，即可顺利进入到系统功能界面中。

3.2 远程医疗模块设计

远程医疗模块主要借助远程医疗设备，对系统所采集和传输好的患者数字病历信息进行远程化控制，并利用视频通话的方式，对患者的手术进行远程讨论和指导。数字病历信息为会诊专家诊断工作开展提供了重要的依据和参考。

1）数字病历远程调用模块设计

通过利用服务器，对外部系统采集好的数字病历信息进行调用，并将这些信息安全、可靠地传输到指定的服务器上，然后，采用数据库交互的方式，保证该功能模块的实现效果。数字病历远程调用模块除了负责集成处理数字病历文件外，还负责向会诊数字病历文件导入相应数字病历信息。数字病历信息在实际采集期间，主要用到了DICOM服务器和HIL服务器，此外，通过利用5G网络通信技术，完成对数字病历信息的安全、可靠化传输[4]，并利用B/S架构模式，对数字病历远程调用功能进行科学设计和实现，然后，将经常使用的服务单独放在指定的服务器中，数字病历远程调用结构图如图3所示。

从图3中可以看出，远程数字医疗记录主要包含以下几个部分：①表示层。浏览器具有一定的跨平台性，可以为远程会诊数字病历调用提供简洁、友好的通用界面，通过利用表示层，可以实现对任务服务器设备的有效访问。②Web服务器。该服务器主要用于对数字病历信息的管理以及服务器端组件的放置，通过从客户端收到相应的请求[5]，然后，与应用服务器之间建立起良好的交互关系，并将向Web浏览器反馈最终结果。③应用服务器。应用服务器主要采用远程化调用方式，对电子病历进行调用。④数据层。数据层除了包含关系数据库、异构数据库外，还包含HTML文档等其他数字病历信息，通过利用数据库服务器，可以增删改查数据库中所存储的数据，确保数据交互的可靠性和安全性。

2）音视频远程传输模块设计

用于远程医疗的视频和音频在实际传输期间主要借助了软件传动部分，该部分主要包含音视频输入、音视频输出、音视频压缩、接口等，同时，还创建了多个线程，该模块的工作原理为：当软件运行一段时间后，对视频设备和音频设备进行初始化处理[6]，对相关状态进行监听，在进行主叫期间，被叫方要向浏览器中输入正确的IP地址，当被叫方和主叫方之间建立起良好的连接关系后，开始进行远程化音频通信和视频通信[7]，通信内容除了包含文字传输外，还包含其他相关的音频文件和视频文件。发送端传送数据流程图如图4所示。

3.3 远程控制模块设计

该模块在实际设计中，先设置系统服务器IP地址，再采用远程管理的方式，对系统管理员密码等服务器相关信息进行远程化设置和管理，并将设置好的“远程桌面”安全、可靠地连接到服务器桌面上，然后，进行以下操作[8]：首先，对服务器的“远程桌面”功能进行启动，并选用“维护”选项，然后，在“维护”界面中右击弹出远程登录界面，此时，输入正确的用户名和密码，即可成功登录和使用远程服务桌面[9]。

4 系统测试

4.1 测试方法

系统测试工作在实际开展中，主要由以下两名测试人员进行。1）软件设计开发人员。该测试人员在实际测试期间，要复杂对政策测试方案的制定以及测试进度的把控。2）未参加软件制作的人员。该测试人员主要负责对软件运行环境测试等黑盒测试工作的开展。

4.2 测试结果

为了更好地验证监控界面的有效性和可靠性，现对患者体温监测界面进行测试，体温监测界面如图5所示。数字圆圈表示不同患者所佩戴的节点号码，一旦被测患者出现温度异常现象时，界面上会出现红色感叹号图标警告，此时，红色警告灯变亮，完全符合远程操控的目的。总之，经过测试，发现系统监控界面友好、操作简单，同时，远程屏幕监控实效性高、画面延时时间短、同时，还能对服务端屏幕信息进行动态化发布和更新。另外，可以正常实现医疗数据文件采 集、传输，以及远程诊断相关的语音功能、视频功能等。

5 结束语

综上所述，在5G网络通信技术的应用背景下，本文所设计的医疗手术在线远程控制系统可以帮助医生为身在异地的患者提供远程手术治疗，保证远程诊疗实施效果，此外，还能保证医疗资源的最大化利用率，缩短网络延迟时间，保证医疗手术的安全性，为来自各个地区的人们提供更加优质、平等的医疗服务，确保医疗远程诊断变为现实。

参考文献：

[1] 吴云龙，程武山.基于STM32的远程遥控机器人控制系统设计[J].无线电通信技术，2021，47（4）：466-473.

[2] 唐彪.基于WSN的嵌入式遠程医疗监护系统[J].计算机产品与流通，2021（8）：93-95.

[3] 吴绍聪，高常青，余超，等.远程输液监测系统设计与实现[J].中国医疗器械杂志，2021，45（5）：497-502.

[4] 王坚强，卢诚.基于无线通信的远程医疗设备在线监测系统的设计与实现[J].临床医药文献电子杂志，2020，7（20）：175，178.

[5] 杨友良，张建舒.基于物联网技术的医疗设备远程监控系统设计[J].福建质量管理，2020（20）：261-262.

[6] 王方，于康，李卓.远程医疗在妊娠期糖尿病健康管理中应用的系统分析[J].中华健康管理学杂志，2020，6（6）：571-578.

[7] 严红岭，张超，徐秋芳，等.基于HL7标准协议的区域医疗设备远程管理系统设计[J].中国医学装备，2020，17（9）：124-128.

[8] 于新玮，马金刚，李逢天，等.智慧医疗背景下基于DMZ的远程医疗数据实时监控系统研究[J].医疗卫生装备，2019，40（4）：32-35.

[9] 张静.基于Struts2的医疗病案数据异地传输控制系统设计[J].机械设计与制造工程，2019，48（7）：52-55.

【通联编辑：谢媛媛】