正文

      人機協同的智能微創醫療裝備系統
      ——合肥工業大學信息化建設與發展中心IPv6規模部署和應用案例

      2022年06月09日 14:00 來源: 中國網信網

      一、案例結構

      1.1 背景

      IPv6協議經過20多年的發展,已經成為成熟的網絡技術。IPv6不僅能解決網絡地址不足的問題,而且也掃除了多種接入設備連入互聯網的障礙,更重要的是提高了安全性能。

      微創手術是普外、心胸外、泌尿外、神經外等十多個科室的重要診療手段。人機協同的智能微創醫療裝備系統對計算及傳輸負載有著嚴苛要求,而現有的智能終端和移動網絡因計算、傳輸能力受限,無法保證良好的體驗效果。IPv6的優勢在于網絡地址資源豐富,近乎無限,終端設備不需要擔心網絡地址不夠。在IPv4地址時代,一般一個公司只能分配幾個IPv4外網地址,如果內網的一臺主機要和外網視頻、語音,則需要經過轉換成外網地址的一個端口來連接,這個并不是真正意義上的點對點連接,速度、質量、安全性無法得到保障。而IPv6網絡可以給任何一個終端單獨的IP地址,完全可以實現真正的點對點連接。

      人機協同的智能微創醫療裝備系統項目,實現了基于IPv6環境下的端云協同計算,在提高視頻傳輸效率、即時交互的同時,滿足了無線傳輸下對低延遲的要求。

      1.2 目標

      本應用案例依照“腔鏡集成、機器持鏡、人機協同、智能互聯、遠程交互”的總體思路,首創人機協同的智能微創醫療裝備系統,推動國產高端微創裝備的跨越式發展。特別是,系統網絡架構和合肥工業大學高速、穩定的IPv6通信網絡環境相結合,運用多通道交互任務的云端聯合調度技術,建設基于高速通信網絡的全流程微創醫療信息服務平臺“德醫云”,突破多科會診、術中指導、術中示教的遠程移動服務技術瓶頸,多模態術中交互時延低于100ms。

      二、做法與經驗

      從IPv4過渡到IPv6有三種模式,雙協議棧、隧道技術和NAT-PT?;趯K端設備接入IPv6的支持度,又考慮到網絡延時、網絡帶寬等對視頻、交互的高要求,本應用案例采用雙協議棧模式。合肥工業大學從2006年起就開展IPv6建設,所有網絡設備都支持IPv6,IPv6接入到Cenet2的網絡帶寬速率為10G。案例項目涉及到學校網絡、服務器等,全部實現雙協議棧覆蓋。從核心機房的私有云服務器到資源解析服務器,智能微創服務調度平臺、智能服務平臺和應用調度查詢平臺都實現了雙協議棧覆蓋。

      系統架構圖

      2.1 系統設計及架構

      本應用案例中服務器部署在IPv6網內,通過萬兆光纖連接到終端室內。服務器網絡和終端室內設備配置IPv6地址。高速、安全的IPv6網絡能為應用提供可靠的環境。

      本系統基于IPv6通信基礎設施和5G移動數據網絡,實現了多終端跨平臺的數據同步請求和智能化數據服務。其中,智能化的數據服務包含了實時的手術智能分析服務和非實時需求的指導教學業務。為了實現數據資源的最大化利用,降低平臺資源需求負載,本平臺使用了混合云作為后端支撐。

      醫生工作站等與手術環節直接相關的終端設備將基于IPv6基礎設施和高帶寬通道進行傳輸,避免數據延遲。對于手機、平板等移動設備,將采用5G高速移動通信網絡等方式實現對移動設備的低延遲下發,在這個過程中云端任務調度平臺將對相關數據包進行識別分析,有針對性地分離兩類業務,并返回處理結果,從而分散對私有數據服務器的處理壓力,降低服務器部署和維護成本。

      2.2 創新點

      2.2.1 在IPv6網絡構建全流程微創醫療服務系統

      提出智能微創醫療服務系統的開放彈性架構,創新微創手術智能分析、醫療數據交換、多渠道訪問控制和服務性能優化等專用加速引擎,搭建具有開放式緩存、靜態存儲、分布式文件系統和任務調度等能力的微創醫療信息服務平臺,保障微創手術全流程移動遠程交互服務。

      2.2.2 多通道交互任務的云端聯合調度技術

      私有云服務器和資源解析服務器都使用IPv6技術,提出基于調度目標空間的術中交互信息服務資源調度方法,降低術中多通道交互服務時延。

      三、成效與亮點

      本成果廣泛應用于北京協和醫院、北京大學人民醫院、中日友好醫院等國內100余家三甲醫院,遠程培訓醫生150萬人次。

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