基于紅外技術(shù)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

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

硬件實(shí)現(xiàn)

如圖1和圖2所示，整個(gè)紅外監(jiān)護(hù)系統(tǒng)分成兩部分：一部分置于患者病房?jī)?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(fù)責(zé)將患者信息提供給監(jiān)護(hù)人員，稱之為后端;二者之間可根據(jù)情況進(jìn)行有線、無(wú)線或紅外視頻傳輸。

圖1 紅外監(jiān)護(hù)系統(tǒng)前端

圖2 紅外監(jiān)護(hù)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(cè)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)將采集到的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)換成視頻電信號(hào)。支持模塊為保證紅外探測(cè)器正常工作而提供適當(dāng)?shù)钠珘?。校正模塊的作用是給紅外探測(cè)器提供一個(gè)面均勻的紅外強(qiáng)度參考點(diǎn)，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(bǔ)充，能在比較小的范圍內(nèi)進(jìn)行更細(xì)致的調(diào)焦控制。由于紅外探測(cè)器的各個(gè)探測(cè)元特征不一致，支持模塊所提供的偏壓不能滿足全部探測(cè)元的正常工作所需，使小部分探測(cè)元不能正常工作，這將會(huì)影響到圖像的質(zhì)量，而這個(gè)問題就由壞元處理模塊來(lái)解決。

人體產(chǎn)生的紅外信號(hào)經(jīng)紅外鏡頭聚焦后，匯聚于紅外探測(cè)器的探測(cè)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(cè)器將接收到的紅外信號(hào)轉(zhuǎn)化成初始視頻電信號(hào)，并將此信號(hào)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(biāo)視頻信號(hào)。目標(biāo)視頻信號(hào)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(lái)的視頻編碼，首先進(jìn)行解碼處理，然后發(fā)送給后繼模塊進(jìn)行進(jìn)一步的處理。解碼后的視頻信號(hào)根據(jù)需要進(jìn)行電子放大(或不放大)，然后直接送顯控模塊，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控;同時(shí)，送存儲(chǔ)模塊，進(jìn)行編碼存儲(chǔ)，以備日后之需。分析模塊對(duì)送來(lái)的視頻信號(hào)進(jìn)行分析，若發(fā)現(xiàn)患者有不適反應(yīng)，則觸發(fā)報(bào)警模塊，以提醒醫(yī)護(hù)人員采取措施。

軟件實(shí)現(xiàn)

紅外監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的軟件流程如圖3所示。系統(tǒng)上電啟動(dòng)后，首先進(jìn)行自檢。如果自檢發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則在后端的監(jiān)視器上報(bào)錯(cuò)，并提供故障代碼，以協(xié)助分析判斷。如果自檢正常則啟動(dòng)紅外探測(cè)器，進(jìn)行電子校正和電子調(diào)焦，就緒后給紅外探測(cè)器發(fā)出工作指令，紅外探測(cè)器開始接收紅外信號(hào)并處理。根據(jù)監(jiān)護(hù)人員的設(shè)置，處理后所得的圖像可以一方面存儲(chǔ)，一方面顯示以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，或者只進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。如果需要，處理后的圖像同時(shí)還被送往計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)分析，若發(fā)現(xiàn)患者有不適癥狀，則發(fā)出警報(bào)。

圖3 紅外監(jiān)護(hù)系統(tǒng)軟件流程圖

與傳統(tǒng)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的比較

傳統(tǒng)的醫(yī)療監(jiān)護(hù)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(shí)配備二者。在光線充足的白天，電視醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)可以很好地實(shí)現(xiàn)監(jiān)護(hù)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(huì)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(shì)必會(huì)影響患者的休息，因此電視監(jiān)護(hù)系統(tǒng)有很大的局限性。

對(duì)于微光醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，其只能在一定亮度范圍工作。白天，由于信號(hào)輸入過于強(qiáng)大，可視度很差，根本無(wú)法正常觀測(cè)患者的情況，甚至可能出現(xiàn)由于光線太強(qiáng)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(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)患者的監(jiān)護(hù)。即使加上自動(dòng)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(jià)。

紅外醫(yī)療監(jiān)護(hù)解決了上述存在的種種問題。由于紅外監(jiān)護(hù)系統(tǒng)接收的是患者身體發(fā)出的紅外信號(hào)，所以無(wú)論可見光的強(qiáng)、弱、有、無(wú)，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(shí)施監(jiān)護(hù)時(shí)，不需要進(jìn)行額外的處理，不會(huì)對(duì)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(hào)強(qiáng)度的變化不很劇烈，對(duì)于紅外系統(tǒng)只是很窄的一個(gè)范圍，完全不會(huì)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(lái)，從而提醒醫(yī)護(hù)人員需要對(duì)患者進(jìn)行護(hù)理。而無(wú)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(bǔ)了電視系統(tǒng)和微光系統(tǒng)所存在的不足，而且實(shí)現(xiàn)了更強(qiáng)大的監(jiān)護(hù)功能。

結(jié)語(yǔ)

紅外監(jiān)護(hù)系統(tǒng)成像質(zhì)量穩(wěn)定清晰，可以觀察到眉毛的動(dòng)作等細(xì)節(jié)，能充分滿足觀察的需要。通過對(duì)圖像用軟件進(jìn)行分析，當(dāng)患者出現(xiàn)不適的狀況時(shí)，可以發(fā)出警報(bào)，加以適當(dāng)?shù)呐涮状胧?，甚至可?shí)現(xiàn)無(wú)人值守式監(jiān)護(hù)。由于紅外監(jiān)護(hù)系統(tǒng)采用被動(dòng)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(wú)污染的、環(huán)保的監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，特別適用于醫(yī)療。