Die Gesundheitsbranche kann erheblich von 5G und den damit verbundenen Technologien profitieren. (Picture: Pixabay)

Eine steigende Weltbevölkerung und eine relativ geringe Dichte an High-Tech-Medizin sind Herausforderungen, vor denen die Gesundheitssektoren vieler Länder stehen. Die Einführung von 5G-Mobilfunknetzen könnte dazu beitragen, die Defizite im Gesundheitssektor zu bekämpfen. 5G könnte als Bindeglied zwischen E-Health-Systemen fungieren und die Automatisierung und Digitalisierung in der Gesundheitsbranche einleiten – hier erfahren Sie, wie das geht.

Shristi Mangal Pal (Redaktion FUENF-G und freie Journalistin)

Die durch die aktuelle Covid-19-Pandemie erforderlichen Vorschriften zur sozialen Distanzierung haben nicht nur unsere physischen Interaktionen beeinflusst, sondern auch unsere virtuellen. Während Home-Office-Umgebungen allmählich zur Norm werden und modernste Kommunikationslösungen erfordern, ist der Gesundheitssektor mehr denn je auf diese Maßnahme angewiesen. Die Möglichkeit der medizinischen Versorgung aus der Ferne würde sich nicht nur als nachhaltiger erweisen, da weniger Arbeitsstunden, Transport- und Treibstoffkosten anfallen, sondern auch eine weitaus zuverlässigere und effizientere Gesundheitsversorgung ermöglichen. Im Folgenden erfahren Sie, wie die moderne 5G-Technologie unser Gesundheitssystem zu revitalisieren verspricht.

Aktuelles zu 5G und Healthcare

Der kürzlich veröffentlichte „5G in Healthcare Market Research Report 2022“ nennt wichtige Marktteilnehmer: Unternehmen wie Capsule Technologies, Ericsson, Huawei Technologies, Intel, Samsung Electronics, AT&T oder Verizon haben sich vorgenommen, den Gesundheitssektor durch Investitionen in 5G-Technologie zu fördern. Die Marktanalyse liefert entscheidende Daten zu Marktfortschritten und Strategien.

So haben sich die oben genannten Akteure auf bestimmte Bereiche des Gesundheitsmarktes konzentriert, wie z.B. Datenübertragung, tragbare Geräte, Telediagnose, Teleüberwachung und Telerobotik-Chirurgie. Diese Unternehmen planen die Nutzung von 5G-Systemen und 5G-fähigen E-Health-Lösungen zur Optimierung von Gesundheitszentren wie Krankenhäusern und ambulanten chirurgischen Zentren bis 2029.

5G and ICT Technologies

Die Pandemie ist eine große Herausforderung für das weltweite Gesundheitssystem. Aktuelle Forschungen zum Pandemiemanagement haben gezeigt, wie wichtig der technologische Fortschritt in der heutigen Zeit ist, um die schwierigen Umstände des COVID-19-Ausbruchs zu bewältigen. Die rechtzeitige Anwendung einschlägiger Technologien hat sich als unabdingbar für den Schutz und das Management der Welt nach COVID-19 erwiesen.

Die neuen Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) wie das Internet of Things (IoT), künstliche Intelligenz (KI), Big Data, 5G-Kommunikation, Cloud Computing und Blockchain können eine entscheidende Rolle beim Schutz und der Verbesserung von Menschen und Volkswirtschaften spielen. Einer von internationalen Forschern durchgeführten Studie aus dem Jahr 2020, die sich mit der Rolle von 5G in der digitalen Gesundheitsversorgung bei der Bekämpfung der COVID-19-Pandemie befasst, zeigt, dass die Möglichkeiten der IKT-Technologien neuartige Gesundheitsdienste ermöglichen.

Die 5G-Kommunikation stellt insofern einen Paradigmenwechsel gegenüber den bisherigen Mobilfunknetzen dar, indem sie universelle Konnektivität mit hoher Rate und ein nahtloses Nutzererlebnis bietet. 5G-Netze sollen ein 1000-fach höheres mobiles Datenvolumen pro Gebiet, eine 100-fach höhere Anzahl verbundener Geräte, eine 100-fach höhere Nutzerdatenrate, eine 10-fach längere Akkulaufzeit für die stromsparende Kommunikation mit intensiver Maschinenkommunikation  und eine 5-fach geringere End-to-End-Latenz (E2E) ermöglichen.

Technologische Spitzenmerkmale von 5G

Bislang tat sich die moderne Medizin schwer damit, mit der ständig wachsenden Nachfrage nach Fernbetreuung von Patienten, effizienterer Laborarbeit und weitgehend automatisierten medizintechnischen Instrumenten Schritt zu halten. Schlüsseltechnologien wie mmWaves, Kleinzellennetze, massive Multiple Input Multiple Output (MIMO) und Beamforming können die Antwort auf diese Herausforderungen sein. Durch den Einsatz dieser Technologien wird 5G hauptsächlich drei Dienstklassen unterstützen, nämlich Enhanced Mobile BroadBand (eMBB), Ultra-Reliable and Low Latency Communication (URLLC) und Massive Machine Type Communication (mMTC).

5G-Netze können außerdem die Parallelität mit den bereits vorhandenen und künftigen medizinischen Technologien aufrechterhalten. Sie werden zusammen mit grundlegenden Technologien wie Software Defined Networking (SDN), Network Function Virtualization (NFV), Multi-access Edge Computing (MEC) und Network Slicing (NS) aufgebaut werden. SDN und NFV ermöglichen programmierbare 5G-Netzwerke zur Unterstützung der schnellen Bereitstellung und flexiblen Verwaltung von 5G-Diensten. MEC dehnt die Intelligenz auf den Rand des Funknetzes aus und bietet höhere Verarbeitungs- und Speicherkapazitäten.

Netzwerkdienste als Softwarefunktionen

Mit NS werden logische Netzwerke auf einer gemeinsamen Infrastruktur geschaffen, um verschiedene Dienste mit 5G-Netzwerken zu ermöglichen. Im Vergleich zu den derzeitigen 4G-Netzwerken unterstützt 5G neue Netzwerkdienste als Software-Netzwerkfunktionen (NFs) durch die Nutzung von SDN- und NFV-Technologien. Diese NFs können je nach den Anforderungen der Anwendung auf Cloud-Servern, in den Räumlichkeiten des Betreibers oder am Rand des Netzes gehostet werden.

Die mit Speicher- und Rechenleistung ausgestatteten MEC-Server, die sich am Rande des Funknetzes befinden, stellen eine geeignete Plattform für diese Anwendungen dar. Ihr Einsatz wird in 5G-Netzen flexibler sein und die Zuverlässigkeit der medizinischen Software erhöhen. Die Erhöhung der Kapazität des 5G-Netzes erweist sich als einfacher als bei früheren Netzen, da das Netz selbst skalierbar ist. 5G-Netze können Netzwerkscheiben einrichten, die logische Netzwerke für Dienste mit ähnlichen Anforderungen bilden, wie z.B. das IoT-Segment und das Segment für niedrige Latenzzeiten, und so Anwendungen mit garantierten Dienstniveaus bedienen.

Was 5G im Gesundheitssektor leisten kann

Die neue 5G-Technologie gilt aufgrund ihrer hohen Energieeffizienz, hohen Zuverlässigkeit, hohen Bandbreite, geringen Latenz und hohen Dichte als besonders geeignet für die Anforderungen von Gesundheitsanwendungen. In einer 2020 auf der International Conference on Information Science and Communications Technologies (ICISCT) veröffentlichten Studie, in der es um die Architektur von 5G im Gesundheitswesen geht, werden die wichtigsten Merkmale von 5G hervorgehoben. Demnach soll 5G alle Aspekte des menschlichen Lebens miteinander verbinden und die mit dem zunehmenden Datenverkehr verbundenen Probleme lösen. Darüber hinaus unterstützen neu entstehende Dienste wie Ultra-Reliable Low Latency Kommunikationsdienste, Enhanced Mobile Broadband und Massive Machine Type Communication.

Chancen und Risiken von 5G

Diese bahnbrechende Technologie trägt jedoch auch einige Hindernisse in sich. Eine der größten Herausforderungen von 5G ist das Sicherheitsmanagement. Viele Sicherheitsmethoden wurden bei Technologien der vorherigen Generation wie 2G, 3G und 4G eingesetzt. Trotz der Einführung moderner Technologien wie Software Defined Network (SDN) und Network Function Virtualization (NFV) macht die Device to Device (D2D)-Kommunikation die Sicherheitsherausforderungen für 5G kompliziert. Daher erfordert das 5G-Gesundheitsnetzwerk Dezentralisierung, Unveränderlichkeit und Transparenz.

Die Einbindung von 5G in das Gesundheitswesen trägt dazu bei, die Sicherheit, den Datenschutz und die Unveränderlichkeit heterogener Gesundheitsdaten zu verbessern. Außerdem könnten dadurch die Betriebskosten gesenkt und die Effizienz der Dienste erhöht werden. Die SMART-Kopplung verschiedener IoT-Geräte mit der schnellen 5G-Bandbreite kann die Übertragung von hochauflösenden Informationen in Überwachungsgeräten im Gesundheitswesen verbessern. Da die Gewährleistung einer hohen Rausch- und Störungstoleranz von Gerätedaten in der Regel eine Herausforderung darstellt, sind eine extrem hohe Zuverlässigkeit und eine extrem niedrige Latenzzeit für das Gesundheitssystem von entscheidender Bedeutung.

Problematik der Gewährleistung von Identität und Privatsphäre

Mangels klar geregelter Vorschriften und Genehmigungen ist es für Organisationen des Gesundheitswesens oft schwierig, rechtzeitig Informationen über ihre Patienten zu erhalten. Die zunehmende Zahl von Patienten und Dienstleistern wirft derzeit die Frage auf, wie die Identität und der Datenschutz der Systemteilnehmer gewährleistet werden soll. Hinzu kommt, dass die begrenzten Möglichkeiten herkömmlicher Verbindungstechnologien in den meisten Patientenüberwachungs- und Diagnosegeräten wie MRT oder Elektrokardiographen die Arbeit mit umfangreichen Dateien erfordern.

Im Rahmen des Gesundheitssystems wird eine große Anzahl biomedizinischer Sensoren auf dem Gebiet einer Basisstation eingesetzt. Folglich werden eine große Menge an Daten und viele Verbindungen durch das Netz verarbeitet. Diese Probleme sind dank der extrem hohen Zuverlässigkeit von 5G lösbar. 5G ermöglicht die Nutzung von IoT-Geräten, biomedizinischen Sensoren und Anwendungen, ohne die Netzkapazität zu überlasten. Darüber hinaus verfügt das 5G-Netz über eine gute Skalierbarkeit, die es ermöglicht, die Bandbreite der Knotenpunkte ohne Leistungseinbußen zu manipulieren. Mit 5G lässt sich auch eine niedrige Fehlerquote bei den übertragenen Informationen erreichen.

5G hat einen geringen Stromverbrauch. Durch Energieeinsparungen wird Strom bei tragbaren Sensoren gespart und die langfristige Nutzung einer einzigen Batterie ermöglicht. 5G nutzt viele moderne Technologien. Dazu gehören D2D-Kommunikation, AR/VR-Technologie, Telemedizin und andere. Die Anwendung solcher Technologien und die Leistungsfähigkeit von 5G in einem Gesundheitssystem stellt eine „Heilung“ für mehrere dieser Leiden des Gesundheitssystems dar.