4G時(shí)代遠(yuǎn)程醫(yī)療的關(guān)鍵技術(shù)講解學(xué)習(xí)

1、3G 時(shí)代遠(yuǎn)程醫(yī)療的關(guān)鍵技術(shù)摘 要：以 TD-SCDMA 為通信基礎(chǔ)，分析遠(yuǎn)程醫(yī)療的核心業(yè)務(wù)，與現(xiàn)有醫(yī)療信息系統(tǒng)之間的內(nèi)在聯(lián)系，采用移動(dòng)無(wú)線設(shè)備建立基于3G 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)平臺(tái)。 重點(diǎn)解決利用初始會(huì)話協(xié)議SIP 實(shí)現(xiàn)基于 3G 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程診斷及會(huì)診服務(wù)的工作流程，通過 3G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行醫(yī)療影像數(shù)據(jù)傳輸并在掌上電腦（ PDA ）上顯示關(guān)鍵技術(shù)。目前我國(guó)遠(yuǎn)程醫(yī)療方案主要有三種。一是基于衛(wèi)星通訊、 ATM 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用大量專業(yè)設(shè)備，提供一套完整的、高質(zhì)量的遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診方案；二是基于ISDN 、 Frame Relay 等專用網(wǎng)絡(luò)載體，使用多媒體視訊產(chǎn)品，構(gòu)成遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診方案；三是基于電話線（PST

2、N） 的多媒體遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診方案。但是上述三種遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診方案在我國(guó)發(fā)展均較為緩慢， 遠(yuǎn)未普及。 限制其發(fā)展的原因主要有： （ 1 ）遠(yuǎn)程通信傳輸質(zhì)量不高，帶寬是最大瓶頸； （ 2）各地方醫(yī)院的遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)管理困難，通信制式仍不兼容，各行其政，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，開放性差；（ 3 ）難以進(jìn)行大幅醫(yī)學(xué)圖像的處理； （ 4 ）遠(yuǎn)程傳輸存在安全問題，容易受到黑客、病毒攻擊，造成信息失密；（ 5 ）遠(yuǎn)程醫(yī)療普及率仍很低；（ 6 ）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用制約遠(yuǎn)程會(huì)診中心的普及。真正的遠(yuǎn)程醫(yī)療，就是要做到能夠使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，高質(zhì)、兼容、開放、安全地實(shí)現(xiàn)任意時(shí)間、 任意地點(diǎn)、 任何人員之間的醫(yī)學(xué)交流。 現(xiàn)代移動(dòng)無(wú)線通信手段實(shí)現(xiàn)

3、了醫(yī)護(hù)人員及患者隨意移動(dòng)的空間、時(shí)間的延伸。隨著全球無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，第三代移動(dòng)通信技術(shù)3G 網(wǎng)絡(luò)在通信速度，傳輸質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)頻譜，使用成本等方面具備不可比擬的優(yōu)勢(shì)。 3G 在業(yè)務(wù)上？功 能上？頻寬上會(huì)將所有無(wú)線服務(wù)聯(lián)合在一起， 能在任何地方接入互聯(lián)網(wǎng)， 包括衛(wèi)星通訊？定位定時(shí)、 數(shù)據(jù)收集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能？3G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如果與遠(yuǎn)程醫(yī)療結(jié)合起來，將會(huì)突破遠(yuǎn)程醫(yī)療的帶寬等瓶頸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療數(shù)據(jù)傳輸管理與控制，提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，完成大幅醫(yī)學(xué)圖像的處理。我國(guó)的醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)作為與國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活密切相關(guān)的基礎(chǔ)性行業(yè)， 醫(yī)療信息化建設(shè)的步伐日益加快， 信息系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。 我們所要做的是抓

4、住這個(gè)契機(jī)， 運(yùn)用新的3G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)。開展基于 3G 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療信息系統(tǒng)的研究， 這對(duì)于提高針對(duì)各種特點(diǎn)地區(qū)的遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)水平， 實(shí)施突發(fā)事件醫(yī)療保障和特殊環(huán)境醫(yī)療救治 (例如甲型H1N1 流感的防控， 地震后各種疾病的遠(yuǎn)程診治) ，對(duì)實(shí)現(xiàn)醫(yī)療服務(wù)的可及性、公平性與及時(shí)性，對(duì)共享現(xiàn)有醫(yī)療資源，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療的建設(shè)目標(biāo)，將具有重要意義。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析國(guó)外情況國(guó)外遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展已有近40 年的歷史，隨著移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來國(guó)外科研機(jī)構(gòu)對(duì)采用移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療活動(dòng)進(jìn)行了大量的研究， 獲得了一些具有代表性 的成果。 如 2005 年芬蘭 IST Vivago 公

5、司研制的 WristCare 系統(tǒng)； 2007 年韓國(guó)研究的普適型醫(yī)療健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)(U-Healthcare System) 3-4 等一些典型的遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。采用智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷及會(huì)診等的研究在國(guó)外也有了初步進(jìn)展。其中MIT 的 NextLab 的移動(dòng)遠(yuǎn)程診斷項(xiàng)目 MOCA 采用手機(jī)作為遠(yuǎn)程醫(yī) 療診斷終端， 醫(yī)生通過手機(jī)采集患者的病情信息及影像數(shù)據(jù)(包括音頻，視頻，電子病歷，醫(yī)療影像數(shù)據(jù)等)，并上傳至醫(yī)療數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)( OpenMrs ) 中， 同時(shí)通知遠(yuǎn)程?？漆t(yī)生， 遠(yuǎn)程專科醫(yī)生通過OpenMrs系統(tǒng)下載患者數(shù)據(jù)，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，并將診斷結(jié)果發(fā)送給遠(yuǎn)端手機(jī)。 MOCA 項(xiàng)目

6、采用GPRS/SMS作為通信手段，屬于2.5G移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)，理論最高數(shù)據(jù)速率為171.2kb/s,不能滿足遠(yuǎn)程醫(yī)療的實(shí)時(shí)性要求，其平臺(tái)存在著很多限制。國(guó)內(nèi)情況遠(yuǎn)程醫(yī)療在我國(guó)起步較晚，但是起點(diǎn)高， 發(fā)展非常迅速。 目前，國(guó)內(nèi)遠(yuǎn)程醫(yī)療方面的研究基本停留在通過INTERNET 、 PSIN 、 ISDN 等有線傳輸?shù)?數(shù)據(jù)水平上，雖然在很大程度上限制了遠(yuǎn)程醫(yī)療的使用范圍， 但也有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。 例如， 借助計(jì)算機(jī)通過有線網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)醫(yī)療影像傳輸及顯示已被廣泛應(yīng)用，此 外，還有借助于小型存儲(chǔ)卡在不同的信息設(shè)備之 間傳輸影像。 我國(guó)第三代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)TD-SCDMA 的部署， 提供了遠(yuǎn)比第二代移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)

7、先進(jìn)的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)， 包括分組數(shù)據(jù)和寬帶多媒體業(yè)務(wù)， 提供高速的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸， 適合多種業(yè) 務(wù)環(huán)境。并且與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)兼容。近年來，隨著我國(guó)醫(yī)療事業(yè)的發(fā)展， 醫(yī)療影像的遠(yuǎn)程診斷需求不斷增長(zhǎng)。但是，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)許多醫(yī)院還沒有建立起完整的無(wú)線移動(dòng)傳輸醫(yī)療體系。構(gòu)建一個(gè)滿足中 國(guó)醫(yī)院特色的遠(yuǎn)程醫(yī)療傳輸信息系統(tǒng)，在當(dāng)前有著十分迫切的需求。因此，開發(fā)具有高速率、可重用、安全保密和良好成本優(yōu)勢(shì)的遠(yuǎn)程醫(yī)療無(wú)線移動(dòng)信息系統(tǒng)具有較高的理論與實(shí)踐價(jià)值。而基于 3G 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療信息系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓芾砼c控制，完成醫(yī)療影像的各種處理，不僅能為醫(yī)護(hù)雙方提供許多新的選擇，而且會(huì)帶來更多使用上的方便?；?3

8、G 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)的總體方案3G 環(huán)境下的遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)基于 3G 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)平臺(tái)通過企業(yè)局域網(wǎng)與移動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)器， 醫(yī)院信息系統(tǒng)進(jìn)行連接。遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)終端通過3G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療活動(dòng)。遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)平臺(tái)包括： 醫(yī)院系統(tǒng)主數(shù)據(jù)庫(kù)， 醫(yī)院客戶端前置機(jī)， 醫(yī)院客戶端網(wǎng)絡(luò)隔離器，通訊網(wǎng)管防火墻，遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用服務(wù)器集群， 3G 網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，中國(guó)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商，移動(dòng)設(shè)備遠(yuǎn)程醫(yī)療終端，遠(yuǎn)程教學(xué)通信終端，遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)終端組成，見圖 1 。圖 1 基于 3G 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)平臺(tái)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖其中遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用服務(wù)器， FTP 服務(wù)器， 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器， 實(shí)時(shí)通信服務(wù)器組成遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)平臺(tái)的核心。 以加

9、密并且安全的方式根據(jù)需求從各個(gè)醫(yī)院的客戶端采集數(shù)據(jù)， 同時(shí)又控制所有遠(yuǎn)程醫(yī)療活動(dòng)的調(diào)度和執(zhí)行。醫(yī)院主數(shù)據(jù)庫(kù)， 客戶端前置機(jī)， 網(wǎng)絡(luò)安全隔離器在局域網(wǎng)內(nèi)構(gòu)成醫(yī)院客戶端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)隔離器控制著該系統(tǒng)對(duì)外網(wǎng)的連接方式，包括加密密鑰，訪問權(quán) 限， IP 控制，網(wǎng)絡(luò)隔離，端口屏蔽， 病毒防范， 信息安全性等功能的實(shí)現(xiàn)，完全把醫(yī)院局域網(wǎng)內(nèi)的系統(tǒng)保護(hù)起來，防止受到外部網(wǎng)絡(luò)的攻擊。移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商提供 3G 網(wǎng)絡(luò)通信的支撐環(huán)境， 包括基站和 3G 網(wǎng)管服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施，利用 3G 移動(dòng)通信中的廣播多播技術(shù)通過共享傳輸鏈路，具有較高的移動(dòng)通信性能，能夠滿足移動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療活動(dòng)的需求。移動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療終端采用智能手機(jī)

10、或者具有移動(dòng)通信功能的筆記本之間通過3G 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程會(huì)診、遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療教學(xué)等活動(dòng)。應(yīng)用初始會(huì)話協(xié)議(Session Initiation Protocol , SIP)實(shí)現(xiàn)基于3G的遠(yuǎn)程診斷及會(huì)診基于 3G 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)平臺(tái)中的遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷及會(huì)診將包括兩個(gè)方面： 一種是預(yù)約專家遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診，一種是在線專家遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷。終端用戶在遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)平臺(tái)的會(huì)診中心主頁(yè)中， 進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診網(wǎng)員申請(qǐng)， 會(huì)診專家資訊查詢，遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診申請(qǐng)，遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診取消，遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診申請(qǐng)的答復(fù)， 遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診資料的傳輸?shù)裙δ?。同時(shí)下載移動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診客戶端， 用戶通過移動(dòng)設(shè)備 (帶有攝像頭及麥克功

11、能的智能手機(jī)，筆記本等)登錄后，與在線專家之間進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷，多人會(huì)診等活動(dòng)。以預(yù)約式遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診為例，其流程見圖 2 所示：圖 2 基于 3G 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)平臺(tái)預(yù)約會(huì)診流程上述流程可以通過預(yù)約實(shí)現(xiàn)專家和患者一對(duì)一交互式會(huì)診、 本地會(huì)診中心專家組和患者遠(yuǎn)程會(huì)診， 本地會(huì)診中心專家組和異地專家與患者遠(yuǎn)程會(huì)診， 遠(yuǎn)程醫(yī)療培訓(xùn)， 遠(yuǎn)程觀摩等多種方式實(shí)現(xiàn)功能。實(shí)現(xiàn)上述遠(yuǎn)程會(huì)診及診斷的工作流程必須要實(shí)現(xiàn)對(duì)即時(shí)視頻語(yǔ)音通信的有效控制，因此，申請(qǐng)項(xiàng)目擬采用 SIP 協(xié)議實(shí)現(xiàn)。SIP協(xié)議是IP電話信令協(xié)議。它可以用于邀請(qǐng)新的成員加入一個(gè)已經(jīng)存在的會(huì)話，也可以用于創(chuàng)建一個(gè)全新的會(huì)話。 作為 SIP

12、的核心思想之一。 它還可以用于明確的邀請(qǐng)某一個(gè)成員加入或者創(chuàng)建會(huì)話，這一點(diǎn)相對(duì)多播、會(huì)議通告協(xié)議( Session Announcement Protocol ，SAP )是一個(gè)很大的進(jìn)步。通信雙方可以共同協(xié)商使用的媒體參數(shù) (比如是否支持視頻)。獨(dú)立于它所處理的多媒體會(huì)話類型和描述會(huì)話所使用的機(jī)制， 能夠用一個(gè)可擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用于視頻會(huì)議、 語(yǔ)音通話、共享白板、游戲會(huì)話、應(yīng)用共享、桌面共享、文件傳輸?shù)雀鞣N情況。一般情況下，SIP協(xié)議使用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議( Real-time Transport protocol , RTP)傳送音頻和視頻流，使用會(huì)話描述協(xié)議( Session Descript

13、ion Protocol , SDP)進(jìn)行媒體描述。SIP 通過以下機(jī)制來實(shí)現(xiàn)其擴(kuò)展性。 通信雙方或多方使用 SDP 進(jìn)行音、 視頻的會(huì)議描述，使用 SIP 協(xié)議可以進(jìn)行會(huì)話的管理，包括發(fā)起和終止會(huì)話，修改會(huì)話參數(shù)，調(diào)用服務(wù)，引入其他用戶，設(shè)置轉(zhuǎn)移呼叫，呼叫保持等。 SIP 的可擴(kuò)展性還表現(xiàn)在它可以通過定義新的消息頭和方法來增加新的功能，這一點(diǎn)體現(xiàn)在大部分增加新功能的擴(kuò)展定義文件( Request For Comments ， RFC )中?；赟IP的Presence服務(wù)是即時(shí)消息的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上還可以實(shí)現(xiàn)類似Push to talk的應(yīng)用，這些應(yīng)用都可能成為 3G 業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)點(diǎn)。其實(shí) S

14、IP 的特點(diǎn)決定了它將為多媒體、語(yǔ)音提供優(yōu)于其它協(xié)議的支持。任何與語(yǔ)音、多媒體有關(guān)的業(yè)務(wù)， SIP 都可以提供支持。它可以支持多方會(huì)話，無(wú)論是語(yǔ)音、視頻還是兩者兼有的。3G 智能通信終端中的 SIP 協(xié)議應(yīng)用是3G 環(huán)境下遠(yuǎn)程醫(yī)療需要解決的關(guān)鍵問題之一。掌上電腦（ PDA ）進(jìn)行醫(yī)療影像數(shù)據(jù)傳輸及顯示申請(qǐng)項(xiàng)目擬開發(fā)基于 3G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)療影像傳輸及顯示模塊， 使得進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診活動(dòng)時(shí)，能夠通過PDA 查看 PACS 圖像。系統(tǒng)架構(gòu)如圖 3 所示。圖 3 醫(yī)療影像傳輸系統(tǒng)體系架構(gòu)該系統(tǒng)包括三層結(jié)構(gòu)：（ 1）表現(xiàn)層：由于PDA 的顯示限制，必須研究適合 PDA 顯示醫(yī)療影像的方法，擬采用 We

15、b 瀏覽方式，通過 Applets 或者 Java Scripts 實(shí)現(xiàn)用戶界面，作為顯示醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的 接口。（ 2） 中間件層： 由于 PDA 本身對(duì)連接數(shù)據(jù)庫(kù)等存在一些功能上的限制， 所以采用中間件層進(jìn)行 PACS 數(shù)據(jù)庫(kù)訪問， 獲取 DICOM 格式的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)， 并對(duì)格式進(jìn)行調(diào)整， 從而適合 PDA 顯示。 （ 3）存儲(chǔ)層：由醫(yī)院的PACS 系統(tǒng)組成，由于醫(yī)院數(shù)據(jù)庫(kù)一般存在于內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，所以通過安全數(shù)據(jù)交換技術(shù)，將內(nèi) 部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換到外網(wǎng)中。擬實(shí)現(xiàn)用 PDA 進(jìn)行醫(yī)療影像傳輸和顯示。 目前初步模擬的顯示系統(tǒng)要能支持圖像縮放、平移、 變換以及標(biāo)注等。 同時(shí)該系統(tǒng)將支持基于Web 的

16、訪問， 能夠通過計(jì)算機(jī)查看影像圖。希望能在基金支持下實(shí)現(xiàn)在3G 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中 PDA 上的醫(yī)療影像傳輸和顯示。利用智能手機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷及會(huì)診時(shí)， 該功能可以在很大程度上方便對(duì)醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的查看，能夠提高會(huì)診的準(zhǔn)確性，同時(shí)擬使用 PDA 查看患者的病程數(shù)據(jù)，提高移動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療 服務(wù)的水平。為了提高圖像傳輸和存儲(chǔ)的效率， 降低對(duì)信道容量和存儲(chǔ)容量的要求， 需要對(duì)數(shù)字化后的圖像信源信號(hào)先進(jìn)行壓縮，然后以壓縮的形式傳輸或存儲(chǔ)圖像。圖像編 碼就是尋求一種有效的信號(hào)編碼方式， 對(duì)圖像信源進(jìn)行信源編碼， 是在保證到達(dá)所要求的圖像質(zhì)量的前提下，設(shè)法降低所必需的數(shù)碼率而采取的壓縮編碼技術(shù)。圖 像 的 壓 縮 標(biāo) 準(zhǔn) 有很 多 ， 根 據(jù) 實(shí) 際 工 作 的 情 況 ， 將主 要采 取 JPEG( Joint Photographic Experts Group )標(biāo)準(zhǔn)?；?3G 網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程醫(yī)療信息系統(tǒng)采納嶄新的 3G 網(wǎng)絡(luò)高速、 移動(dòng)、 靈活和快捷的技術(shù)，為操控復(fù)雜、成本高、治療便捷的遠(yuǎn)程醫(yī)療提供一種易于普