針對于社區智能遠程健康監護系統的簡(jiǎn)要分析

1 引言

當今世界一個(gè)十分突出的社會(huì )問(wèn)題日益凸顯，便是人口老齡化。據聯(lián)合國統計，在2002年，全世界老齡人口（60歲及60歲以上）總數達6.29億，約占世界人口總數的10%，預測到2050年，該人數將占人口總數的21%。而中國是世界上老齡人口總數最多的國家，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%。醫療保障隨著(zhù)老年期的延長(cháng)，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(zhù)很?chē)谰奶魬稹?/p>

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

2 基于視頻的社區智能遠程健康監護系統

基于視頻的社區智能遠程健康監護系統能夠實(shí)時(shí)檢測人體生理參數，該系統以智能護理床及配套的生理參數監護儀為家庭客戶(hù)端，其視頻監控被監護對象的身體狀況，通過(guò)數據自動(dòng)采集，能夠實(shí)時(shí)分析監護對象的健康狀況，當出現異常情況時(shí)，本系統將向醫療中心報警以獲得及時(shí)的救助。系統可以實(shí)現醫生和被監護對象之間的遠程視頻會(huì )話(huà)，讓患者在自己熟悉的家庭環(huán)境中進(jìn)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(shí)，減輕了患者因長(cháng)期住院所帶來(lái)的經(jīng)濟負擔。另外，系統能與現有醫院的醫療信息系統實(shí)現信息交互和共享，形成一個(gè)覆蓋城市區域的醫療、護理和疾病預控網(wǎng)絡(luò )。并且除了老年人，本系統還可以監護殘疾人、術(shù)后恢復病人和高發(fā)病人群等。

2.1 遠程健康監護系統硬件構成

如圖1所示，社區智能遠程健康監護系統主要由家庭客戶(hù)端和社區遠程監護中心組成。家庭客戶(hù)端與社區遠程監護中心通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接。

圖1 基于視頻的社區智能遠程健康監護系統

家庭客戶(hù)端硬件設備由智能護理床、生理參數監護儀、一臺個(gè)人微機、一個(gè)可變焦攝像頭、一個(gè)可控萬(wàn)向云臺、一個(gè)視頻采集卡以及網(wǎng)絡(luò )接口設備組成。社區遠程監護中心硬件設備主要由監護服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò )接口設備組成。

2.2 遠程健康監護系統的功能

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

（1）遠程健康監護系統遠程診斷：系統采用了視頻監護技術(shù)，在監護對象準許的情況下，對監護對象的身體狀況進(jìn)行遠程觀(guān)察，實(shí)時(shí)了解監護對象的身體狀況，并結合其他生理參數數據，做出遠程診斷。診斷過(guò)程中，醫生和病人可以進(jìn)行遠程交互對話(huà)，大大提高了診斷效率和準確率。為了保護個(gè)人隱私權，家庭客戶(hù)端可以控制視頻監護系統的開(kāi)關(guān)。

（2）遠程健康監護系統監護功能：生理參數監護儀長(cháng)期連續地檢測出監護對象的各項生理參數，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將數據傳送至遠程監護中心服務(wù)器，遠程中心服務(wù)器對數據進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，識別出疾病的早期信號、異常情況和監護對象健康狀況的變化。本系統可實(shí)現對心電、血壓、血氧、脈搏、呼吸、體溫六項生理參數的監測。通過(guò)視頻，社區遠程監護中心可以實(shí)時(shí)觀(guān)察監護對象的身體狀況和精神狀態(tài)。

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

3 遠程健康監護系統的關(guān)鍵技術(shù)

如圖2所示，遠程視頻監護的工作流程能夠清晰的展示出來(lái)。首先，由客戶(hù)端攝像頭獲取到視頻信號，然后對其進(jìn)行有效的視頻編碼，編碼后的視頻通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳輸至社區遠程監護中心服務(wù)器，中心服務(wù)器收到視頻數據后進(jìn)行解碼，進(jìn)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)。應用于社區智能遠程健康監護中的視頻技術(shù)可以實(shí)現醫生病人之間的遠程交互診斷，醫生通過(guò)視頻圖像的傳輸可以實(shí)時(shí)了解到患者的病情和精神狀態(tài)。但是同時(shí)，視頻圖像信息會(huì )給網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)大數據量的數據傳輸問(wèn)題，本文介紹的系統為了保證系統監護的實(shí)時(shí)性，減輕網(wǎng)絡(luò )傳輸的負擔，采用了最新的數字視頻編碼國際標準H.264/AVC對視頻圖像進(jìn)行編碼，通過(guò)VC++編程實(shí)現了遠程監護服務(wù)器與家庭客戶(hù)端視頻數據的傳輸，接受方對壓縮的視頻圖像進(jìn)行解碼，然后在給定窗口上重現視頻圖像，從而實(shí)現社區智能遠程健康監護系統中視頻信息的實(shí)時(shí)傳輸。

圖2 遠程視頻監護工作流程

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(diǎn)，不僅比H.263和MPEG-4節約了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對社區智能遠程健康監護中產(chǎn)生的視頻數據進(jìn)行編碼。H.264/AVC在視頻實(shí)時(shí)通信領(lǐng)域首先得到了應用，如會(huì )議電視、可視電話(huà)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(wú)線(xiàn)信道中的視頻傳輸，從而獲得平穩的圖像質(zhì)量。而且，H.264/AVC的基本系統無(wú)需使用版權，具有開(kāi)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(shí)間預測去除冗余信息，然后對預測殘差進(jìn)行正交變換得到一系列變換系數。變換使殘差系數能量相對集中，再進(jìn)行量化，按其所含的能量大小分配不同數據量來(lái)描述。最后用熵編碼進(jìn)行二進(jìn)制編碼，最大限度消除量化后數據的符號冗余度。解碼過(guò)程是編碼的逆過(guò)程，H.264/AVC的詳細內容可參考文獻[5]。

3.2 遠程健康監護系統數據網(wǎng)絡(luò )傳輸的實(shí)現

家庭客戶(hù)端與社區遠程監護中心的數據傳輸基于Windows Socket來(lái)實(shí)現。Windows Socket支持兩種類(lèi)型的套接字，流式套節字和數據套接字。流式套接字因可靠性高而得到廣泛應用。本系統采用流式套接字，中心服務(wù)器端建立一個(gè)監聽(tīng)套接字和一個(gè)連接套接字列隊，家庭客戶(hù)端建立一個(gè)通信套接字，中心服務(wù)器端先進(jìn)入監聽(tīng)狀態(tài)，當收到家庭客戶(hù)端發(fā)出的連接請求后，建立一個(gè)連接套接字進(jìn)行通信，如有其他客戶(hù)端發(fā)來(lái)連接請求，則另建立一個(gè)連接套接字，加入到連接套接字列隊，從而實(shí)現中心服務(wù)器與多個(gè)客戶(hù)端的數據傳輸。監護數據網(wǎng)絡(luò )傳輸的流程如圖4所示。

圖4 監護數據網(wǎng)絡(luò )傳輸流程圖

圖5 社區智能遠程健康監護系統的軟件運行界面

圖5所示為基于視頻的社區智能遠程健康監護系統的軟件運行界面。該軟件是通過(guò)Visual C++編程實(shí)現的。該界面可以實(shí)時(shí)顯示用戶(hù)的各生理參數動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)和客戶(hù)端傳來(lái)的視頻信息，根據需要，視頻窗口可以放大、縮小以及關(guān)閉。

4 結論

能夠大大緩解由于人口老齡化所引起的醫療資源短缺問(wèn)題的本系統，通過(guò)對在護理床上的老年人、殘疾人健康相關(guān)的生理參數進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，社區監護中心為了時(shí)掌握監控對象身體狀況的突變可以通過(guò)視頻交互來(lái)進(jìn)一步了解監護對象的詳細情況，提出相應的醫護建議，與此同時(shí)也可以建立起醫療保護對象的身體狀態(tài)數據庫，為醫療診斷做參考。該系統不僅可以在病情突發(fā)惡化時(shí)發(fā)出報警信號，還可以對患者重要生理參數實(shí)施遠程監護。對這人民對醫療護理水平要求的不斷提高、人口老齡化問(wèn)題的加劇，該款社區智能遠程健康監護系統將勢必得到更廣泛的應用，十分具有發(fā)展潛力。