KliNet5G - Klinische Netzwerke via 5G

Abstract

Derzeitiger Stand von Wissenschaft und Technik: Zu Projektbeginn existierten in Kliniken heterogene Kommunikationslösungen (LAN, WLAN, DECT, proprietäre Funkprotokolle). Mit 5G und OpenRAN ergab sich erstmals die Möglichkeit, ein einheitliches, sicheres und flexibles Campusnetz zu etablieren. Parallel entwickelten sich Interoperabilitätsstandards wie IEEE 11073 SDC und HL7 FHIR, die neue Anwendungen in der Medizintechnik ermöglichen. Die 5G-Standardisierung befand sich zu Beginn noch im Übergang zu Release 17; verfügbare Hardware implementierte nur Teile der spezifizierten Funktionen.

Begründung/Zielsetzung der Untersuchung: KliNet5G sollte untersuchen, wie 5G-Campusnetze klinische Kommunikationsinfrastrukturen ablösen und die hohen Anforderungen an Dienstqualität, Latenz, Sicherheit und Interoperabilität erfüllen können. Ziel war die prototypische Umsetzung ausgewählter Anwendungsfälle (Indoor-Lokalisierung, Patientenmonitoring, Steuerung kritischer Funktionen, Videoübertragung) und deren Integration in einen kliniknahen Demonstrator. Ergänzend sollten Leitfäden für Kliniken und Hersteller entstehen, um Betreibermodelle und technische Integrationsstrategien aufzuzeigen.

Methode: Die Projektarbeit gliederte sich in: - systematische Anforderungsanalyse mit Klinik-IT, Medizintechnik und Endanwendern, - Architekturentwurf und Aufbau eines OpenRAN-basierten Campusnetzes, - Entwicklung und Integration von Demonstratoren für die Anwendungsfälle, - Evaluation in einem kliniknahen LivingLab am ICCAS Leipzig, getrennt vom Patientenbetrieb.

Begleitend wurden rechtliche, regulatorische und ökonomische Fragestellungen adressiert, um eine nachhaltige Integration vorzubereiten.

Ergebnis: Die Anwendungsfälle wurden prototypisch umgesetzt und im LivingLab demonstriert. Dabei wurden u. a. Lokalisierungsverfahren mit 5G-Signalen, Bluetooth und IMU-Daten kombiniert, tragbare Sensorik für mobiles Patientenmonitoring integriert und ein Fußschalter über 5G angebunden. Parallel entstand ein praxisnaher Leitfaden für Kliniken und Hersteller. Die technische Machbarkeit, aber auch die Grenzen der derzeitigen 5G-Hardware, konnten klar aufgezeigt werden.

Schlussfolgerung/Anwendungsmöglichkeiten: KliNet5G hat gezeigt, dass 5G-Campusnetze ein tragfähiger Ansatz zur Vereinheitlichung klinischer Kommunikationsinfrastrukturen sind. Mit den entwickelten Demonstratoren und Leitfäden liegt nun eine fundierte Basis vor, um Krankenhäuser bei der Einführung von 5G zu unterstützen. Die Projektergebnisse sind anschlussfähig für Forschung, Industrie und Klinikpraxis und bilden die Grundlage für zukünftige Weiterentwicklungen hin zu 6G und darüber hinaus.

Current State of Science and Technology: At the beginning of the project, hospitals relied on heterogeneous communication solutions (LAN, WLAN, DECT, proprietary radio protocols). With 5G and OpenRAN, it became possible for the first time to establish a unified, secure, and flexible campus network. At the same time, interoperability standards such as IEEE 11073 SDC and HL7 FHIR emerged, enabling new applications in medical technology. During the project start, 5G standardization was still transitioning to Release 17, and available hardware only implemented parts of the specified functions.

Rationale/Objectives of the Study: KliNet5G aimed to investigate how 5G campus networks can replace existing hospital infrastructures while meeting the strict requirements for service quality, latency, security, and interoperability. The project set out to implement prototype demonstrators for selected use cases (indoor localization, patient monitoring, control of critical functions, video transmission) and integrate them into a clinical demonstrator. In addition, guidelines for hospitals and manufacturers were to be developed, outlining business models and technical integration strategies.

Methodology: The project approach comprised: - systematic requirements analysis involving hospital IT, medical technology, and end users, - design and deployment of an OpenRAN-based campus network, - development and integration of demonstrators for the use cases, - evaluation within a clinical LivingLab at ICCAS Leipzig, strictly separated from patient operations.

In parallel, legal, regulatory, and economic aspects were addressed to ensure sustainable integration.

Results: All four use cases were prototypically implemented and demonstrated in the LivingLab. This included combining 5G signals with Bluetooth and IMU data for localization, integrating wearable sensors for mobile patient monitoring, connecting a medical foot switch via 5G, and conducting initial wireless endoscopy video transmissions. In parallel, practical guidelines for hospitals and manufacturers were created. The project provided clear insights into both the technical feasibility and the limitations of currently available 5G hardware.

Conclusion/Application Potential: KliNet5G demonstrated that 5G campus networks are a viable approach to unifying hospital communication infrastructures. With the developed demonstrators and guidelines, a solid basis is now available to support hospitals in adopting 5G. The project outcomes are relevant for research, industry, and clinical practice and provide a foundation for future developments toward 6G and beyond.