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超声医学远程教学中5G技术的应用

2021-11-12 223 上传者：管理员

摘要：5G技术已经从实验研究阶段进入了商业应用阶段，在医学教育领域也逐渐渗透。基于超声医学教学中图像分析及操作手法等特殊性，笔者将5G技术应用于超声医学的远程教学中，探索其在远程教学中的应用效果。超声医学具有独特的专业特点，教学需要兼顾实时性、互动性。本文介绍了5G技术在超声医学教学中的应用，期望将优质的教学资源下沉至基层超声医师及医疗机构中非超声专业从业人员，提高基层及特殊环境下的整体超声检查和诊断水平，同时期待进一步联合机器人、人工智能(AI)以及增强现实/虚拟现实(AR/VR)等虚拟教学技术，进一步激发学员的学习动力，增强学习体验，整合优质超声医学教学资源，提高远程教学质量。

关键词：
5G网络
医学教学
教学资源
超声医学
远程医疗
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早在1994年，超声医学的远程教学即已出现雏形[1],随后大量的实践证明远程超声医疗不但可以传输有诊断价值的超声图像，并且能够跨空间进行远程指导，在超声教学、会诊中起到重要的作用。然而，超声医学具有实时动态成像的特点，对操作手法的依赖性强，因此，超声医学的教学中实践技能的培养必不可少。传统的超声远程教学在时效性和互动性方面受限于网络技术，在时间和空间上存在较多难以克服的问题。目前，5G技术在医学教育领域的渗透越来越广泛，笔者将5G技术应用于超声医学的远程教学中，探索其在远程教学中的应用效果及前景。

1、超声医学远程教学的难点

1.1 重理论、轻操作

与X线、MRI、CT相比，超声检查的结果对超声医生的依赖性强，超声图像质量对超声诊断和鉴别诊断有重要意义，因此教学过程中对操作技能的培养尤其重要，教学的互动性、实践性要求非常高。远程授课中，普遍形式是理论教学，教员与学员处于不同的空间位置，录播课程更是不在同一时间，时间与空间的差异导致远程教学中实践操作存在很多技术壁垒，实践课程严重不足，缺乏现场操作指导，这种重理论、轻操作的远程教学模式存在很大的弊端。

1.2 远程教学资源良莠不齐

基层医疗机构超声医师主要的学习方式有传统纸质媒体自学理论，外派进修学习，专家下基层巡讲，大型医院师资下基层帮带等。上述资源均为现场习得，能获取的教学资源相对匮乏，专家帮带覆盖面小，时间成本高，效率低。随着网络信息化的普及，多媒体平台学习逐渐成为大众容易接受的学习形式，包括直播和非直播类型的远程教学在一定程度上弥补了上述缺陷。然而，虽然近年来线上教学资源数量井喷，但质量上良莠不齐，非直播类型大多是提前录制或制作的网课及PPT课程，一些课程内容长期未更新，与超声专业前沿知识脱节；直播类型的课程受制于网络信号、带宽等，高质量的静态及动态超声图像缺失，直播效果有时难以得到保障。此外，为方便传输下载，需要牺牲图像视频资料的质量。

1.3 远程学习缺少互动监管，考核机制存漏洞

目前的线上课程，效果很大程度取决于学员自身，师生互动缺失，学习过程缺少监管。大部分课程在授课后安排答疑，但因时间限制，大多数学员的疑惑得不到解答，工作中遇到问题，也缺少实时解惑的渠道，或答疑存在时间差，时效性不佳。而且当前的课程考核机制形同虚设，大多数都是由强制性的学习时长、随堂测试以及结课考核组成，学习时长可以通过挂机完成，学习流于形式，结课考核缺少监管，考试答案可以通过网络搜索、查阅资料、多人讨论等方式完成，作弊现象难以杜绝。此外，超声教学更应重视扫查技巧的培养，而针对技能操作的考核严重缺失。

1.4 大容量数据传输困难，建设与使用难度大

超声诊断需要完整连续且高清的动态数据，GB级别的大容量数据，才能保证图像的分辨力。随着大容量数据存储设备的普及，数据的保存已经不再成为阻碍，可以用于非实时教学会诊，但通信技术带宽限制了数据的传输，不能做到大容量数据在产生的同时高质量传送，出现压缩帧频、降低分辨力，传输延迟，不稳定等问题，影响教学的正常进行以及学员的学习体验。传统的远程超声教学，需要建设多媒体教室，或学员自己配备电脑及网线等设备，对于偏远地区或基层的学员来说，成本较高且使用不方便。

2、5G技术为超声医学远程教学带来机遇

5G技术即第五代无线移动通信技术，是通过对核心网和无线网相关技术的变革和完善来大幅提高网络性能的最新通信技术[2]。5G网络具有大宽带高传输、低延时、稳定、安全等优点[3],峰值传输速率可达10GB/s,延时低至1ms[4]。5G技术支持下的远程医疗应用在国内蓬勃发展，超声医学的远程教学瓶颈也在一定程度上得以突破。一方面，大容量原始超声影像数据可以得到快速传输，高质量视频教学和高清稳定直播可以实时完成，远程会诊、理论学习能够更好的完成。另一方面，机器人操控的远程超声检查在5G网络下可以顺利实现[5,6],5G技术提供机器臂的高敏感性、信号传输的实时性和稳定性，以及传输的超声图像的高清晰度，保证会诊端医生扫查的切面实时、动态，为5G超声机器人的推广和临床运用提供了技术基础[7]。

超声医学远程教学的一个难点是操作技能的培训，需要在教学实践过程中重视互动性。实时的超声切面扫查演示是教学的基础，包括体位的细微调整，探头摆放位置、角度，扫查的手法，远程机器人的超声的出现为超声医学的操作演示、技能教学带来曙光。大容量高清动态图像数据的无损传输，以及实时无延时的传输，保障了远程教学的实时性、互动性、准确性。

3、5G技术在远程超声医学教学实时下沉中的应用

国内优质的超声医学教学资源分布不均匀，主要集中在发达省市及大型医院，偏远地区以及基层医疗机构的教学资源较为欠缺。一些大型公共卫生事件也会阻碍教学的正常开展，如2003年非典、2019年新型冠状病毒(CoronavirusDisease2019,COVID-19)疫情。笔者探索了5G技术在超声医学远程教学中的应用，期望破解教学资源下沉的难题。

COVID-19疫情期间，基于传染病防控需要，日常的超声教学活动尤其是聚集性现场教学处于停滞状态。笔者与时俱进，根据病毒传染性和受累脏器的特点，制作了高清超声网络课程，与国家卫健委等机构联合，面向抗疫一线超声医师，普及急重症肺超声、远程超声的基础知识和临床应用，以及5G时代的超声应用价值。

以5G远程会议、网络研讨会议等多种线上形式，提高传统的线下学术会议，扩大学习受众范围，并且会后录播回放供更多人群更深入的理论学习，疫情期间组织线上交流渠道，与国内外专家进行深入探讨，向国内外同行传递最新超声抗疫信息及技术。

建立5G远程超声会诊中心，凝聚医疗联合体，充分发挥会诊中心在教学上的辐射带动作用。一方面将优质超声教学资源向医疗联合体下沉，基层医疗单位的超声从业人员可获得典型病例、疑难病例的学习机会，系统专业的理论教学。遇到疑难病例，借助5G技术可以实现多地、多专家实时讨论，即所谓的“多中心协同教学”[8]。对于超声造影、介入超声等难度大的技术也可以得到深入的学习了解。另一方面实时为医疗联合体远程会诊、进行图像分析和操作指导，实现技术水平的双向无缝交流。

基于5G网络的远程机器人超声，在异地进行远程超声检查[9,10],通过远程机器人操控、实时音视频交流，对采集的图像进行分析，指导操作者调节仪器参数，纠正超声扫查手法和诊断思维[11]。远程机器人超声在偏远地区、基层医疗机构中的教学作用效果显著，当地医生足不出户即可现场观摩专家级别的操作手法演示，做到实时互动，操作技能教学的辐射范围大大提高，抹除地域限制。在COVID-19疫情期间也为进驻隔离病房的临床医师、一线超声医师起到重要的带教演示作用。

4、5G技术在超声医学远程教学中的展望

近年来，人工智能(AI)技术、虚拟现实(VR)技术、增强现实(AR)技术以及高清视频编码技术发展迅猛，在医学教学中日益受到重用。超声医学作为一门影像学技术，对于解剖、图形图像的分析处理、技能操作尤其重要。在5G技术支持下，高清视频编码技术及高清摄像技术可以制作优质的教学资源，建立远程超声教学平台，实现实时动态高清视频传输以及视频资源课程共享。利用AI和大数据分析，可以及时、准确地反馈学员的远程学习进展、带教老师的教学行为，以及教与学的效果，提高了教学效率和针对性。联合VR/AR技术可以搭建检查与诊断的虚拟空间，实现实时交互，有效加强操作技能的训练，为远程教学增加趣味性，激发学生远程学习的主动性与积极性，使远程教学更加高效、生动、智能化。

5、结论

超声医学发展日新月异，临床应用领域不断拓展，但国内的超声教学资源分布仍不均匀。目前的医疗现状对基层超声医师要求越来越高，为基层培养更多合格的超声医师是超声医学界的共识。5G技术的发展为超声医学的远程教学提供了新的媒介，加强远程超声在教学中的应用，并联合AI/VR/AR等技术，将有助于促进优质教学资源的整合，提高超声医学的教学培训效果[12]。

参考文献:

[2]贾斐,王雪梅,汪卫国.5G通信技术在远程医疗中的应用[J].信息通信技术与政策,2019,6:92-95.

[4]刘明阳.5G无线通信技术概念及相关应用的思考[J].数字通信世界,2019,15(7);:206-207.

[5]欧燕燕.首例5G超声机器人远程操作完成[N].人民邮电,2019-03-27(1).

[6]王文.南海驻岛官兵有了全天候“贴身"医生[N].解放军报,2019-05-14(2).

[7]刘义额,吕发勤,黎檀实.5G超声时代来临:远程超声应用的现状及进展[J].中华医学超声杂志:电子版,2019,16(4):241-243.

[8]高兴亚,喻荣彬,李茜.医学教育信息化的现状与未来[J].高校医学教学研究:电子版,2017,7(1):3-6.

[9]吴盛正,李柯研,彭成忠,等.5G远程机器人超声评估方舱医院隔离病房新冠肺炎心肺功能1例[J].临床超声医学杂志,2020,22(3).228,232.

[12]岳梅,张叶江.5G+远程教学在医学课程教学中的应用探索与思考[J].中国继续医学教育,2019,11(34):51-54.

文章来源：李柯研,吴盛正,任秀昀.5G技术在超声医学远程教学中的应用探索[J].医学理论与实践,2021,34(21):3851-3853.