針對于社區(qū)智能遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)的簡要分析

1 引言

當今世界一個十分突出的社會問題日益凸顯，便是人口老齡化。據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計，在2002年，全世界老齡人口（60歲及60歲以上）總數(shù)達6.29億，約占世界人口總數(shù)的10%，預測到2050年，該人數(shù)將占人口總數(shù)的21%。而中國是世界上老齡人口總數(shù)最多的國家，中國60歲及以上老年人口在2004年底已經(jīng)達到了1.43億，預計到2050年，該人口總數(shù)將達到30%以上，其中80歲及以上老年人口將占老年人口的21.78%。醫(yī)療保障隨著老年期的延長，不斷增加因疾病、傷殘和衰老而失去生活能力的老年人而面臨著很嚴峻的挑戰(zhàn)。

本文介紹的基于視頻的集護理、遠程健康監(jiān)護及遠程診斷于一體的社區(qū)智能遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)，是為了緩解人口老齡化帶來的醫(yī)療壓力，使缺乏自理能力的老年人、殘疾人更好地融入家庭生活，減輕醫(yī)護人員及其家人的護理負擔而研發(fā)的。該系統(tǒng)也將對視頻遠程健康監(jiān)護及遠程診斷工作過程中的關(guān)鍵技術(shù)視頻編碼和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸進行研究，因此推動社區(qū)遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)的研究進展和推廣應用，達到緩解我國越來越嚴重的人口老齡化問題的目的。

2 基于視頻的社區(qū)智能遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)

基于視頻的社區(qū)智能遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)能夠?qū)崟r檢測人體生理參數(shù)，該系統(tǒng)以智能護理床及配套的生理參數(shù)監(jiān)護儀為家庭客戶端，其視頻監(jiān)控被監(jiān)護對象的身體狀況，通過數(shù)據(jù)自動采集，能夠?qū)崟r分析監(jiān)護對象的健康狀況，當出現(xiàn)異常情況時，本系統(tǒng)將向醫(yī)療中心報警以獲得及時的救助。系統(tǒng)可以實現(xiàn)醫(yī)生和被監(jiān)護對象之間的遠程視頻會話，讓患者在自己熟悉的家庭環(huán)境中進行得以診治，這不但減少了患者的心理壓力，提高了診斷的準確性，還有利于病情的恢復，同時，減輕了患者因長期住院所帶來的經(jīng)濟負擔。另外，系統(tǒng)能與現(xiàn)有醫(yī)院的醫(yī)療信息系統(tǒng)實現(xiàn)信息交互和共享，形成一個覆蓋城市區(qū)域的醫(yī)療、護理和疾病預控網(wǎng)絡(luò)。并且除了老年人，本系統(tǒng)還可以監(jiān)護殘疾人、術(shù)后恢復病人和高發(fā)病人群等。

2.1 遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)硬件構(gòu)成

如圖1所示，社區(qū)智能遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)主要由家庭客戶端和社區(qū)遠程監(jiān)護中心組成。家庭客戶端與社區(qū)遠程監(jiān)護中心通過網(wǎng)絡(luò)連接。

圖1 基于視頻的社區(qū)智能遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)

家庭客戶端硬件設(shè)備由智能護理床、生理參數(shù)監(jiān)護儀、一臺個人微機、一個可變焦攝像頭、一個可控萬向云臺、一個視頻采集卡以及網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備組成。社區(qū)遠程監(jiān)護中心硬件設(shè)備主要由監(jiān)護服務器和網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備組成。

2.2 遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)的功能

該遠程智能健康監(jiān)護系統(tǒng)主要包括對監(jiān)護對象的監(jiān)護、護理及遠程診斷三方面的功能。

（1）遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)遠程診斷：系統(tǒng)采用了視頻監(jiān)護技術(shù)，在監(jiān)護對象準許的情況下，對監(jiān)護對象的身體狀況進行遠程觀察，實時了解監(jiān)護對象的身體狀況，并結(jié)合其他生理參數(shù)數(shù)據(jù)，做出遠程診斷。診斷過程中，醫(yī)生和病人可以進行遠程交互對話，大大提高了診斷效率和準確率。為了保護個人隱私權(quán)，家庭客戶端可以控制視頻監(jiān)護系統(tǒng)的開關(guān)。

（2）遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)監(jiān)護功能：生理參數(shù)監(jiān)護儀長期連續(xù)地檢測出監(jiān)護對象的各項生理參數(shù)，并通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至遠程監(jiān)護中心服務器，遠程中心服務器對數(shù)據(jù)進行實時處理和分析，識別出疾病的早期信號、異常情況和監(jiān)護對象健康狀況的變化。本系統(tǒng)可實現(xiàn)對心電、血壓、血氧、脈搏、呼吸、體溫六項生理參數(shù)的監(jiān)測。通過視頻，社區(qū)遠程監(jiān)護中心可以實時觀察監(jiān)護對象的身體狀況和精神狀態(tài)。

（3）遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)護理功能：家庭客戶端所使用的智能護理床是華南理工大學機器人研究室研制的集監(jiān)測和護理于一體的智能護理床?？梢愿鶕?jù)鍵控或聲控指令，完成幫助監(jiān)護對象完成平躺、抬背、升降腿部、坐、翻身、排便等不同的體位變換，協(xié)助完成對監(jiān)護對象的部分護理工作。

3 遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

如圖2所示，遠程視頻監(jiān)護的工作流程能夠清晰的展示出來。首先，由客戶端攝像頭獲取到視頻信號，然后對其進行有效的視頻編碼，編碼后的視頻通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至社區(qū)遠程監(jiān)護中心服務器，中心服務器收到視頻數(shù)據(jù)后進行解碼，進行視頻顯示。視頻編碼和視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸是該工作流程的關(guān)鍵技術(shù)。應用于社區(qū)智能遠程健康監(jiān)護中的視頻技術(shù)可以實現(xiàn)醫(yī)生病人之間的遠程交互診斷，醫(yī)生通過視頻圖像的傳輸可以實時了解到患者的病情和精神狀態(tài)。但是同時，視頻圖像信息會給網(wǎng)絡(luò)帶來大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸問題，本文介紹的系統(tǒng)為了保證系統(tǒng)監(jiān)護的實時性，減輕網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢摀?，采用了最新的?shù)字視頻編碼國際標準H.264/AVC對視頻圖像進行編碼，通過VC++編程實現(xiàn)了遠程監(jiān)護服務器與家庭客戶端視頻數(shù)據(jù)的傳輸，接受方對壓縮的視頻圖像進行解碼，然后在給定窗口上重現(xiàn)視頻圖像，從而實現(xiàn)社區(qū)智能遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)中視頻信息的實時傳輸。

圖2  遠程視頻監(jiān)護工作流程

3.1 基于H.264/AVC的視頻編碼

作為新一代國際視頻編碼標準。H.264/AVC具有編碼效率高、網(wǎng)絡(luò)適應性強等特點，不僅比H.263和MPEG-4節(jié)約了50％的碼率，而且對網(wǎng)絡(luò)傳輸具有更好的支持功能[3][4]。因此本文采用H.264/AVC對社區(qū)智能遠程健康監(jiān)護中產(chǎn)生的視頻數(shù)據(jù)進行編碼。H.264/AVC在視頻實時通信領(lǐng)域首先得到了應用，如會議電視、可視電話等。它引入了面向IP包的編碼機制，有利于網(wǎng)絡(luò)中的分組傳輸，支持網(wǎng)絡(luò)中視頻的流媒體傳輸。H.264/AVC具有較強的抗誤碼特性，可適應丟包率高、干擾嚴重的無線信道中的視頻傳輸，從而獲得平穩(wěn)的圖像質(zhì)量。而且，H.264/AVC的基本系統(tǒng)無需使用版權(quán)，具有開放的性質(zhì)。

圖3 H.264/AVC編碼框架

H.264/AVC的編碼框架如圖3所示。與以前的標準一樣，H.264/AVC仍然遵循基于塊的混合編碼框架。首先將輸入圖像分割成宏塊，利用空間或時間預測去除冗余信息，然后對預測殘差進行正交變換得到一系列變換系數(shù)。變換使殘差系數(shù)能量相對集中，再進行量化，按其所含的能量大小分配不同數(shù)據(jù)量來描述。最后用熵編碼進行二進制編碼，最大限度消除量化后數(shù)據(jù)的符號冗余度。解碼過程是編碼的逆過程，H.264/AVC的詳細內(nèi)容可參考文獻[5]。

3.2 遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)

家庭客戶端與社區(qū)遠程監(jiān)護中心的數(shù)據(jù)傳輸基于Windows Socket來實現(xiàn)。Windows Socket支持兩種類型的套接字，流式套節(jié)字和數(shù)據(jù)套接字。流式套接字因可靠性高而得到廣泛應用。本系統(tǒng)采用流式套接字，中心服務器端建立一個監(jiān)聽套接字和一個連接套接字列隊，家庭客戶端建立一個通信套接字，中心服務器端先進入監(jiān)聽狀態(tài)，當收到家庭客戶端發(fā)出的連接請求后，建立一個連接套接字進行通信，如有其他客戶端發(fā)來連接請求，則另建立一個連接套接字，加入到連接套接字列隊，從而實現(xiàn)中心服務器與多個客戶端的數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)護數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牧鞒倘鐖D4所示。

圖4 監(jiān)護數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸流程圖

圖5 社區(qū)智能遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)的軟件運行界面

圖5所示為基于視頻的社區(qū)智能遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)的軟件運行界面。該軟件是通過Visual C++編程實現(xiàn)的。該界面可以實時顯示用戶的各生理參數(shù)動態(tài)曲線和客戶端傳來的視頻信息，根據(jù)需要，視頻窗口可以放大、縮小以及關(guān)閉。

4 結(jié)論

能夠大大緩解由于人口老齡化所引起的醫(yī)療資源短缺問題的本系統(tǒng)，通過對在護理床上的老年人、殘疾人健康相關(guān)的生理參數(shù)進行實時檢測，社區(qū)監(jiān)護中心為了時掌握監(jiān)控對象身體狀況的突變可以通過視頻交互來進一步了解監(jiān)護對象的詳細情況，提出相應的醫(yī)護建議，與此同時也可以建立起醫(yī)療保護對象的身體狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，為醫(yī)療診斷做參考。該系統(tǒng)不僅可以在病情突發(fā)惡化時發(fā)出報警信號，還可以對患者重要生理參數(shù)實施遠程監(jiān)護。對這人民對醫(yī)療護理水平要求的不斷提高、人口老齡化問題的加劇，該款社區(qū)智能遠程健康監(jiān)護系統(tǒng)將勢必得到更廣泛的應用，十分具有發(fā)展?jié)摿Α?/p>