基于紅外技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的實現(xiàn)

    在醫(yī)院中，為使患者得到更好的照料或為醫(yī)學(xué)觀察研究之用，監(jiān)護系統(tǒng)是必可少的。現(xiàn)在大部分醫(yī)院所用監(jiān)護系統(tǒng)為電視系統(tǒng)和微光監(jiān)護系統(tǒng)，它們對光線的要求較高，而基于紅外成像技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)就不存在這一問題。

硬件實現(xiàn)

    如圖1和圖2所示，整個紅外監(jiān)護系統(tǒng)分成兩部分：一部分置于患者病房內(nèi)，以獲取患者信息，稱之為前端；另一部分置于監(jiān)控室內(nèi)，負責將患者信息提供給監(jiān)護人員，稱之為后端；二者之間可根據(jù)情況進行有線、無線或紅外視頻傳輸。

圖1  紅外監(jiān)護系統(tǒng)前端

圖2  紅外監(jiān)護系統(tǒng)后端

    前端的調(diào)焦模塊控制鏡頭的光學(xué)調(diào)焦，以保證成像質(zhì)量的清晰。紅外探測器是整個系統(tǒng)的核心，負責將采集到的紅外信號轉(zhuǎn)換成視頻電信號。支持模塊為保證紅外探測器正常工作而提供適當?shù)钠珘?。校正模塊的作用是給紅外探測器提供一個面均勻的紅外強度參考點，是保證正確成像必不可少的模塊。電子變焦是光學(xué)變焦的補充，能在比較小的范圍內(nèi)進行更細致的調(diào)焦控制。由于紅外探測器的各個探測元特征不一致，支持模塊所提供的偏壓不能滿足全部探測元的正常工作所需，使小部分探測元不能正常工作，這將會影響到圖像的質(zhì)量，而這個問題就由壞元處理模塊來解決。

    人體產(chǎn)生的紅外信號經(jīng)紅外鏡頭聚焦后，匯聚于紅外探測器的探測平面。在支持模塊、校正模塊及電子變焦模塊協(xié)同作用下，處于正常工作狀態(tài)的紅外探測器將接收到的紅外信號轉(zhuǎn)化成初始視頻電信號，并將此信號以特定的制式輸出到后繼處理模塊，經(jīng)過壞元處理和非線性校正，形成目標視頻信號。目標視頻信號再經(jīng)過編碼處理后發(fā)送到系統(tǒng)后端。

    后端接收到前端送來的視頻編碼，首先進行解碼處理，然后發(fā)送給后繼模塊進行進一步的處理。解碼后的視頻信號根據(jù)需要進行電子放大（或不放大），然后直接送顯控模塊，以實現(xiàn)實時監(jiān)控；同時，送存儲模塊，進行編碼存儲，以備日后之需。分析模塊對送來的視頻信號進行分析，若發(fā)現(xiàn)患者有不適反應(yīng)，則觸發(fā)報警模塊，以提醒醫(yī)護人員采取措施。

軟件實現(xiàn)

    紅外監(jiān)護系統(tǒng)的軟件流程如圖3所示。系統(tǒng)上電啟動后，首先進行自檢。如果自檢發(fā)現(xiàn)錯誤，則在后端的監(jiān)視器上報錯，并提供故障代碼，以協(xié)助分析判斷。如果自檢正常則啟動紅外探測器，進行電子校正和電子調(diào)焦，就緒后給紅外探測器發(fā)出工作指令，紅外探測器開始接收紅外信號并處理。根據(jù)監(jiān)護人員的設(shè)置，處理后所得的圖像可以一方面存儲，一方面顯示以實現(xiàn)實時監(jiān)控，或者只進行實時監(jiān)控。如果需要，處理后的圖像同時還被送往計算機進行自動分析，若發(fā)現(xiàn)患者有不適癥狀，則發(fā)出警報。

圖3  紅外監(jiān)護系統(tǒng)軟件流程圖

與傳統(tǒng)監(jiān)護系統(tǒng)的比較

    傳統(tǒng)的醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)一般是電視系統(tǒng)，少數(shù)情況下是微光系統(tǒng)，或同時配備二者。在光線充足的白天，電視醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)可以很好地實現(xiàn)監(jiān)護功能。但在陰雨天氣等情況下，電視系統(tǒng)的成像質(zhì)量就會受到一定的影響。到了晚上，除非開燈，否則電視系統(tǒng)將徹底不能工作，而開燈又勢必會影響患者的休息，因此電視監(jiān)護系統(tǒng)有很大的局限性。

    對于微光醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)，其只能在一定亮度范圍工作。白天，由于信號輸入過于強大，可視度很差，根本無法正常觀測患者的情況，甚至可能出現(xiàn)由于光線太強而造成系統(tǒng)被燒毀的現(xiàn)象。而在光線太暗，甚至根本沒有光源的情況下，微光系統(tǒng)也同樣無法實現(xiàn)對患者的監(jiān)護。即使加上自動增益控制系統(tǒng)，也只能在一定程度上緩解上述問題，而且這種做法需要在成本、體積和重量上付出相應(yīng)的代價。

    紅外醫(yī)療監(jiān)護解決了上述存在的種種問題。由于紅外監(jiān)護系統(tǒng)接收的是患者身體發(fā)出的紅外信號，所以無論可見光的強、弱、有、無，系統(tǒng)都不受任何影響，能夠全天候地正常工作。特別是在夜間實施監(jiān)護時，不需要進行額外的處理，不會對患者的休息造成不良影響。而且，由于患者體溫的變化而引起的紅外信號強度的變化不很劇烈，對于紅外系統(tǒng)只是很窄的一個范圍，完全不會影響紅外系統(tǒng)的正常工作。相反，這種變化還可以很明顯地在監(jiān)視器上體現(xiàn)出來，從而提醒醫(yī)護人員需要對患者進行護理。而無論是電視系統(tǒng)還是微光系統(tǒng)，都不能反映出這種變化。因此，紅外系統(tǒng)不但彌補了電視系統(tǒng)和微光系統(tǒng)所存在的不足，而且實現(xiàn)了更強大的監(jiān)護功能。

結(jié)語

    紅外監(jiān)護系統(tǒng)成像質(zhì)量穩(wěn)定清晰，可以觀察到眉毛的動作等細節(jié)，能充分滿足觀察的需要。通過對圖像用軟件進行分析，當患者出現(xiàn)不適的狀況時，可以發(fā)出警報，加以適當?shù)呐涮状胧踔量蓪崿F(xiàn)無人值守式監(jiān)護。由于紅外監(jiān)護系統(tǒng)采用被動工作方式，其工作所需要的紅外是由人體自然發(fā)出的，因而是一種無污染的、環(huán)保的監(jiān)護系統(tǒng)，特別適用于醫(yī)療。