基于WiFi IEEE 802.11協(xié)議實(shí)現(xiàn)醫(yī)療視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

作者：吳列平，郭斌，唐亞鋒

1、引言

采用先進(jìn)技術(shù)，提供最先進(jìn)最及時(shí)最周到的醫(yī)療服務(wù)，樹立更好的行業(yè)形象，高效的為病人服務(wù)是醫(yī)療行業(yè)的宗旨。當(dāng)前，無線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)及圖像壓縮處理技術(shù)的快速發(fā)展，安全防范體制和監(jiān)控技術(shù)的完善和進(jìn)步，為建設(shè)新型的醫(yī)療診斷護(hù)理體系創(chuàng)造了條件。特別在遠(yuǎn)程醫(yī)療和醫(yī)療監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域，可以采用最新的技術(shù)構(gòu)建更加適應(yīng)需求的遠(yuǎn)程會(huì)診、遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)、局部區(qū)域重癥監(jiān)護(hù)、術(shù)后護(hù)理、急診護(hù)理、非現(xiàn)場(chǎng)護(hù)理監(jiān)控等系統(tǒng)，補(bǔ)充和完善現(xiàn)有的醫(yī)療監(jiān)控手段。WLAN（無線局域網(wǎng)）各項(xiàng)技術(shù)的不斷成熟和完善，為在一定的距離范圍內(nèi)建設(shè)以無線技術(shù)為基礎(chǔ)的醫(yī)療診斷護(hù)理體系成為可能。基于無線連接技術(shù)之一的WiFi IEEE 802.11協(xié)議家族可以在一定的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)醫(yī)療圖象、數(shù)據(jù)的無線傳輸，特別是802.11n的無線技術(shù)更為無線傳遞高清圖象提供了保障，結(jié)合應(yīng)用互連協(xié)議DLNA、IGRS、UPnP可以實(shí)現(xiàn)各種醫(yī)療數(shù)字終端設(shè)備特別是可移動(dòng)設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無線識(shí)別、連接、組網(wǎng)和互連互通。

本文以WLAN無線技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)未來醫(yī)療護(hù)理診斷監(jiān)控體系，提出了應(yīng)用模型和解決方案，分析了替代傳統(tǒng)的模擬CCTV系統(tǒng)和數(shù)字DVR系統(tǒng)的可能性，對(duì)未來全新的醫(yī)療診斷護(hù)理體系作了描述。

2、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著人們生活水平日益增高，對(duì)健康的關(guān)注和看病治療的要求也越來越高。從應(yīng)用需求看，醫(yī)院門診、住院大樓的安防監(jiān)控，病房、監(jiān)護(hù)室的對(duì)病人24小時(shí)監(jiān)護(hù)，手術(shù)室的手術(shù)觀摩學(xué)習(xí)，醫(yī)生的共同會(huì)診等，都離不開醫(yī)療監(jiān)控電子設(shè)備。尤其是最直接的應(yīng)用要數(shù)危重急救病房和手術(shù)室等場(chǎng)所。醫(yī)院迫切需要以病房、手術(shù)室等為首要監(jiān)控場(chǎng)所，對(duì)各臺(tái)手術(shù)和各病房患者盡可能的實(shí)施實(shí)時(shí)全程監(jiān)控。這樣，不僅提高了診治效率，也有利于醫(yī)院的規(guī)范化管理，改進(jìn)對(duì)病人的診治和護(hù)理水平，同時(shí)，將監(jiān)控過程錄像保存，也有助于解決醫(yī)療糾紛，分清責(zé)任。

目前大多數(shù)醫(yī)院已經(jīng)安放的醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)主要是病房?jī)?nèi)的呼叫電話、視頻設(shè)備以及報(bào)警用的電子按鈕。它們構(gòu)成了目前醫(yī)院的醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)的主要框架，具有定點(diǎn)和固定監(jiān)控的特點(diǎn)。這種電子監(jiān)控設(shè)備固定安放模式的醫(yī)療診斷護(hù)理監(jiān)控系統(tǒng)，同可移動(dòng)的、隨機(jī)安放的模式相比，對(duì)醫(yī)療過程可能出現(xiàn)的各種情況而言，具有許多不足之處。1、病房不夠時(shí)，不能選擇臨時(shí)病房隨機(jī)設(shè)置安放；2、新增監(jiān)控點(diǎn)時(shí)，不能對(duì)現(xiàn)有設(shè)備調(diào)劑使用；3、醫(yī)院信息化建設(shè)時(shí)需對(duì)現(xiàn)有樓房鑿眼開槽布線，施工過程影響正常工作；4、布線增加線材消耗和維護(hù)成本。采用無線技術(shù)構(gòu)建醫(yī)療診斷護(hù)理監(jiān)控系統(tǒng)，就可以避免上述問題，也使得醫(yī)院的管理、環(huán)境得到提升。

2.1、下一代醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)

醫(yī)療視頻監(jiān)控系統(tǒng)是醫(yī)院信息系統(tǒng)的重要組成部分。采集到的數(shù)據(jù)對(duì)于醫(yī)療決策和醫(yī)療服務(wù)具有重要意義。視頻影像的記錄，保留了病人最大信息量的數(shù)據(jù)。從簡(jiǎn)單的呼叫到實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)的傳遞，手術(shù)監(jiān)控，遠(yuǎn)程會(huì)診，手鐲監(jiān)護(hù)，短信監(jiān)護(hù)，構(gòu)成了一個(gè)立體醫(yī)療監(jiān)控信息網(wǎng)。如圖所示。

下一代醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)

2.2、無線醫(yī)療視頻監(jiān)控系統(tǒng)詳述

下圖提出了一種基于WiFi 802.11的無線醫(yī)療視頻監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)。

基于WiFi 802.11的無線醫(yī)療視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

通過構(gòu)架寬帶無線局域網(wǎng)（WIFi），以802.11作為無線連接協(xié)議，支持互連協(xié)議DLNA、IGRS，甚至UPnP，支持采用支持無線寬帶路由的視頻監(jiān)控設(shè)備，在病房指定監(jiān)護(hù)點(diǎn)內(nèi)設(shè)置無線攝像頭，通過無線路由器將圖象傳輸?shù)阶o(hù)士站的監(jiān)控屏，從而方便醫(yī)生、護(hù)士在與病人對(duì)講時(shí)，還能觀察到病房?jī)?nèi)病人的實(shí)際情況，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；同時(shí)，配置的無線安全存儲(chǔ)系統(tǒng)（WSS）可以自動(dòng)接收通過無線傳輸?shù)膱D象，以便值班醫(yī)生和主治醫(yī)生可以非現(xiàn)場(chǎng)了解病人的病情和狀態(tài)，甚至可以通過互聯(lián)網(wǎng)取得需要的實(shí)時(shí)圖象，檢索和查詢歷史圖象。系統(tǒng)還可以根據(jù)醫(yī)生要求，通過無線方式，對(duì)病人增加多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，進(jìn)行靈活按需監(jiān)控。圖中的設(shè)備均留有與局域網(wǎng)的接口，可以通過有線的方式接入網(wǎng)絡(luò)，形成多種解決方案，并可與醫(yī)院現(xiàn)行的醫(yī)院信息管理系統(tǒng)、移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)有機(jī)融合。

802.11n傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)200米，滿足一般醫(yī)院和住院大樓的使用需要。802.11n實(shí)際的傳輸速度可以達(dá)到108M bps以上，即每秒可以傳輸13.5M 左右的數(shù)據(jù)，是目前無線網(wǎng)絡(luò)的最高速度規(guī)范。這個(gè)速度已經(jīng)能夠達(dá)到高清的要求。普通的百兆有線環(huán)境，理論速度是100M bps，即每秒 10M左右的數(shù)據(jù)流，也可以達(dá)到高清要求。由此，構(gòu)建無線的醫(yī)療視頻監(jiān)控系統(tǒng)在技術(shù)性能上比基于有線局域網(wǎng)絡(luò)更有優(yōu)勢(shì)。

系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是采用無線攝像頭（構(gòu)成監(jiān)控站點(diǎn)）、無線監(jiān)控屏（WLCD）和無線安全數(shù)據(jù)存儲(chǔ)陣列硬盤組WSS（監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心）、無線集線器（WSwitch）等構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)的主體。其優(yōu)點(diǎn)在于部署方便，且可以動(dòng)態(tài)配置，在任何需要采集視頻的地方都可以架設(shè)，甚至在醫(yī)院的任何一個(gè)住院科室、急診室進(jìn)行單獨(dú)部署。通過在百米范圍內(nèi)部署的無線路由器，無線攝像頭可以把視頻圖像實(shí)時(shí)的傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上。

（1）監(jiān)控中心

可配置支持無線的LCD大屏幕或若干PC作為監(jiān)控主機(jī)，通過瀏覽器或監(jiān)控管理軟件，進(jìn)行全面的醫(yī)療視頻監(jiān)控管理。 院、科室醫(yī)生在監(jiān)控中心，或在各自的辦公室，通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)，用顯示屏、計(jì)算機(jī)或手持無線移動(dòng)電視終端監(jiān)控各場(chǎng)景。配置無線安全數(shù)據(jù)存儲(chǔ)陣列硬盤（WSS），完成監(jiān)控圖像接收、錄制和存儲(chǔ)。單臺(tái)WSS可以對(duì)80路音視頻進(jìn)行同步存儲(chǔ)?？梢栽诖鎯?chǔ)主機(jī)上按設(shè)定的時(shí)間計(jì)劃收錄。單臺(tái)無線集線器ME3400 可以接入256個(gè)設(shè)備，單臺(tái)WSS可以接入32個(gè)設(shè)備。在實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境下，單臺(tái)ME3400可以接入50個(gè)設(shè)備，可以接入3臺(tái)WSS。

WSS的特點(diǎn)：

1. 支持開放的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議

支持無線的802.11b/g/nWiFi協(xié)議，支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，同時(shí)支持的NFS、CIFS、SMB協(xié)議，實(shí)現(xiàn)Windows和Unix的文件共享服務(wù)。

2、容量大，擴(kuò)展靈活

WSS支持2到5硬盤，最大支持5T容量，用戶可以根據(jù)需要靈活擴(kuò)展。具有即插即用的功能，部署快捷靈活。系統(tǒng)可以采用雙機(jī)容錯(cuò)結(jié)構(gòu)，當(dāng)系統(tǒng)容量達(dá)到最大時(shí)，用戶只需要把另一臺(tái)WSS接入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)即可立刻擴(kuò)充容量，系統(tǒng)前端服務(wù)器無需關(guān)機(jī)，系統(tǒng)容量的增加不影響系統(tǒng)服務(wù)的正常運(yùn)行。同樣，當(dāng)前端主機(jī)處理能力不夠時(shí)，系統(tǒng)可以隨時(shí)增加前端主機(jī)。

3、穩(wěn)定可靠，安全性高

基于ARM和LINUX平臺(tái)開發(fā)、嵌入式系統(tǒng)內(nèi)置于FLASH、硬件數(shù)據(jù)加密、RAID技術(shù)、自動(dòng)備份及病毒防護(hù)等措施保證了用戶的系統(tǒng)穩(wěn)定和數(shù)據(jù)安全。

4、高性價(jià)比，低TCO（Total Cost of Ownership）

（2）監(jiān)控站點(diǎn)

攝像部分是系統(tǒng)的原始信號(hào)源，攝像部分的好壞以及產(chǎn)生圖像的質(zhì)量影響著整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的質(zhì)量。配置GW S200無線攝像機(jī)，能夠完成圖像的采集、壓縮和發(fā)送功能。病房、手術(shù)室和處置室內(nèi)GW S200攝像機(jī)的數(shù)量與位置可根據(jù)實(shí)際情況而定。無線攝像頭目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了H.264以及802.11n這兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。H.264確保圖像高清晰，而802.11n確保高清晰大容量的圖像能夠更快地在網(wǎng)絡(luò)上傳播。

3、結(jié)論

本文針對(duì)未來醫(yī)療行業(yè)對(duì)高品質(zhì)視頻、高度靈活配置的需求，通過把目前先進(jìn)的無線視頻采集技術(shù)、無線安全數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、流媒體傳輸技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等充分運(yùn)用起來，提出了下一代無線醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)整體架構(gòu)，設(shè)計(jì)了下一代醫(yī)療視頻監(jiān)控系統(tǒng)，為構(gòu)建下一代醫(yī)療視頻監(jiān)控系統(tǒng)給出了解決方案，為在醫(yī)療視頻監(jiān)控領(lǐng)域運(yùn)用無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖象的傳輸和存儲(chǔ)提供了靈活多樣的應(yīng)用模式，為下一代無線醫(yī)療監(jiān)控系統(tǒng)的臨床應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。

責(zé)任編輯：gt