yingyaipumi  stock.adobe.com
yingyaipumi / stock.adobe.com
23.06.2021

Expertenbeitrag 5G im Gesundheitswesen

Kontakt

Dr. Birgit Habenstein

von Prof. Dr. Steffen Hamm

Die Digitalisierung des Gesundheitswesens ist in vollem Gange und steht mittlerweile vor gänzlich anderen Vorzeichen als noch vor wenigen Jahren: Die Etablierung der Telematikinfrastruktur mit Anwendungen wie der elektronischen Patientenakte schreitet voran, Anpassungen der regulatorischen und rechtlichen Rahmenbedingungen eröffnen einen neuen Markt für Industrieanbieter von digitalen Gesundheitsanwendungen (DiGAs) und die Corona-Pandemie trägt zur Verbreitung und Akzeptanz digitaler Lösungen in allen Gesellschaftsbereichen bei. Mit der 5G-Technologie etabliert sich aktuell zudem ein weiterer technischer Faktor, der bisher zum Teil zum Flaschenhals wurde – es fehlte schlichtweg an einer technischen Infrastruktur mit Performance-Eigenschaften, die 5G exakt mitbringt.

 

Die 5G-Technologie ist dabei eine konsequente Evolution bestehender Mobilfunkstandards. Während mit 3G das mobile Internet Einzug hielt und bei 4G v. a. nutzerzentrierte Anwendungen und Kommunikationsdienste wie hochauflösende Videokonferenzen ermöglicht wurden, steht bei dem 5G-Standard – als Weiterentwicklung durch die 3GPP (3rd Generation Partnership Project) – das Internet der Dinge mit Milliarden vernetzten Endgeräten im Vordergrund. Die leistungsfähige Mobilfunktechnologie 5G ist dabei aber weit mehr als „nur“ ein neuer Mobilfunkstandard. Das Potenzial in der Wertschöpfungskette dieser Technologie ist immens und wird alle Bereiche der Wirtschaft und Gesellschaft erreichen. In vielen Industrien und Use Cases ist 5G Schlüsseltechnologie und Enabler neuer Geschäftsmodelle, z. B. im Kontext von Predictive Maintenance und IoT-Plattformen. Dabei ermöglicht es 5G, die kontinuierlich steigenden Anforderungen digitaler Anwendungen an Kapazität, Bandbreite, Verfügbarkeit und Latenz zu erfüllen, die je nach Anwendungsfall unterschiedlich priorisiert sind. Im Detail lassen sich drei wesentliche Anwendungsgruppen unterscheiden, in denen die konkreten Mehrwerte von 5G zum Ausdruck kommen:

  • Enhanced Mobile Broadband (eMBB): Das Enhanced Mobile Broadband hat das Ziel, hohe Bandbreiten pro Nutzer und hohe Kapazitäten in einer Zelle zu schaffen. Dies ermöglicht z. B. ultrahochaufgelöstes Videostreaming sowie Anwendungen wie Virtual oder Augmented Reality.
  • Ultra-Reliable and Low-Latency Communication (URLLC): Sicherheitskritische Anwendungen, z. B. aus der medizinischen Versorgung bedingen höchste Verbindungsqualität, Verfügbarkeit und Störfestigkeit (Quality of Service). 5G bietet die Möglichkeit, die Latenzzeit für die Datenübertragung auf 1ms zu reduzieren. Bei korrektem Netzwerkdesign und -konfiguration beträgt die Verfügbarkeit bis zu 99.999%, das bedeutet, in diesem Prozentsatz der Zeit erbringt das 5G Netz seine Dienste ohne gravierende Verschlechterung.
  • Massive Machine Type Communication (mMTC): Durch die Vernetzung von Alltagsgegenständen wird das Internet der Dinge in der Fläche erst möglich. Die dadurch mögliche Kommunikation mit Steuerungszentralen stellt hohe Anforderungen an die Netzkapazität, da pro Zelle mehrere hunderttausend Geräte angemeldet sein können. 5G unterstützt bis zu 1 Million synchrone Nutzer pro km2.

 

Andere Netzwerktechnologien decken teilweise nur einige der genannten Vorteile ab. WiFi beispielsweise bietet hochvolumige Datenübertragungsfunktionen, garantiert aber keine Datenübertragungszeiten. Zudem fehlen die Mobilität und ein nahtloser Übergang zwischen lokalen und mobilen Netzwerken. Im Gegensatz dazu sorgen Feldbus-Kommunikationstechnologien für eine verzögerungsarme und äußerst zuverlässige Kommunikation, es fehlen aber oftmals hochvolumige Übertragungskapazitäten. Insgesamt stellt 5G damit insbesondere auch abseits des öffentlichen Mobilfunknetzes in Form von Campus Netzen eine interessante Alternative zu WiFi- und verkabelten Netzen dar. Möglich ist dies, da im Frequenzvergabeprozess durch die Bundesnetzagentur neben den Frequenzbereichen für Mobilfunkanbieter zusätzlich 100 MHz Frequenzbandbreite im Bereich 3,7 bis 3,8 GHz exklusiv für lokale und Campusnetze reserviert wurden. Auf Antrag und unter bestimmten Voraussetzungen ist so die Zuteilung von Frequenzblöcken exklusiv auf ein oder mehrere Grundstücke und damit der Betrieb eines individuellen und auf die eigenen Anwendungen und Belange maßgeschneiderten Netzes möglich.

Neben den Performance Eigenschaften bringt die 5G-Technologie ein hohes Maß an Flexibilität für die Nutzer in der Anwendung mit sich, d. h. je nach Bedarf an Geschwindigkeiten, Datenraten und Kapazitäten kann eine Differenzierung und Schwerpunktsetzung erfolgen. Das sogenannte Network Slicing erlaubt es Betreibern ihre Infrastruktur auf Abruf und bezogen auf eine Anwendung bereitzustellen. 5G-Netze und Ressourcen lassen sich per Software abstufen und aufteilen. Die einzelnen Network Slices erfüllen die unterschiedlichsten Anforderungen vielfältiger Anwendungen. Die Network-Slicing-Technik kann flexibel und effizient auf die verschiedensten 5G-Anwendungen der Zukunft reagieren. Während ein Unternetz dann z. B. besonders viel Bandbreite für die Übertragung von medizinischen Bilddaten beispielsweise in Form von MRT- und CT-Bildern hat, kann das andere für roboterunterstützte Operationen eingesetzt werden (Stichwort: geringe Latenz).

Insgesamt ist vor dem Hintergrund der Charakteristika und Vorzüge der 5G-Technologie somit eine Vielzahl von Anwendungsfällen und Einsatzgebieten im Gesundheitswesen denkbar, die durch das Potenzial von 5G in hohem Maße profitieren. Hierzu können einerseits Lösungen der Automatisierung und Logistik im Gesundheitswesen wie zum Beispiel fahrerlose Transportsysteme oder Trackinglösungen zählen. Andererseits sind natürlich aber auch Anwendungen direkt am Patienten denkbar, wie etwa roboterunterstützte Operationen oder die Fernüberwachung und -analyse der Vitalfunktionen von Patienten mit Sensoren, die nicht nur stabil arbeiten, sondern durch geringen Energieverbrauch auch über sehr lange Zeiträume zum Einsatz kommen können. 5G kann somit heute und in Zukunft ein entscheidender Hebel für mehr Effektivität und Effizienz in der Gesundheitsversorgung sein.

Prof. Dr. Steffen Hamm lehrt Digital Healthcare Management an der Fakultät Wirtschaftsingenieurwesen und Gesundheit der Ostbayerischen Technischen Hochschule Amberg-Weiden.
Er leitet dort u. a. den Studiengang Digital Healthcare Management und das BMVI-geförderte Leuchtturm-Projekt 5G4Healthcare.