基于紅外技術(shù)的醫療監護系統的實(shí)現

在醫院中，為使患者得到更好的照料或為醫學(xué)觀(guān)察研究之用，監護系統是必可少的?，F在大部分醫院所用監護系統為電視系統和微光監護系統，它們對光線(xiàn)的要求較高，而基于紅外成像技術(shù)的醫療監護系統就不存在這一問(wèn)題。

硬件實(shí)現

如圖1和圖2所示，整個(gè)紅外監護系統分成兩部分：一部分置于患者病房?jì)?，以獲取患者信息，稱(chēng)之為前端；另一部分置于監控室內，負責將患者信息提供給監護人員，稱(chēng)之為后端；二者之間可根據情況進(jìn)行有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)或紅外視頻傳輸。

圖1  紅外監護系統前端

圖2  紅外監護系統后端

前端的調焦模塊控制鏡頭的光學(xué)調焦，以保證成像質(zhì)量的清晰。紅外探測器是整個(gè)系統的核心，負責將采集到的紅外信號轉換成視頻電信號。支持模塊為保證紅外探測器正常工作而提供適當的偏壓。校正模塊的作用是給紅外探測器提供一個(gè)面均勻的紅外強度參考點(diǎn)，是保證正確成像必不可少的模塊。電子變焦是光學(xué)變焦的補充，能在比較小的范圍內進(jìn)行更細致的調焦控制。由于紅外探測器的各個(gè)探測元特征不一致，支持模塊所提供的偏壓不能滿(mǎn)足全部探測元的正常工作所需，使小部分探測元不能正常工作，這將會(huì )影響到圖像的質(zhì)量，而這個(gè)問(wèn)題就由壞元處理模塊來(lái)解決。

人體產(chǎn)生的紅外信號經(jīng)紅外鏡頭聚焦后，匯聚于紅外探測器的探測平面。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)的紅外探測器將接收到的紅外信號轉化成初始視頻電信號，并將此信號以特定的制式輸出到后繼處理模塊，經(jīng)過(guò)壞元處理和非線(xiàn)性校正，形成目標視頻信號。目標視頻信號再經(jīng)過(guò)編碼處理后發(fā)送到系統后端。

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。解碼后的視頻信號根據需要進(jìn)行電子放大（或不放大），然后直接送顯控模塊，以實(shí)現實(shí)時(shí)監控；同時(shí)，送存儲模塊，進(jìn)行編碼存儲，以備日后之需。分析模塊對送來(lái)的視頻信號進(jìn)行分析，若發(fā)現患者有不適反應，則觸發(fā)報警模塊，以提醒醫護人員采取措施。

軟件實(shí)現

紅外監護系統的軟件流程如圖3所示。系統上電啟動(dòng)后，首先進(jìn)行自檢。如果自檢發(fā)現錯誤，則在后端的監視器上報錯，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)紅外探測器，進(jìn)行電子校正和電子調焦，就緒后給紅外探測器發(fā)出工作指令，紅外探測器開(kāi)始接收紅外信號并處理。根據監護人員的設置，處理后所得的圖像可以一方面存儲，一方面顯示以實(shí)現實(shí)時(shí)監控，或者只進(jìn)行實(shí)時(shí)監控。如果需要，處理后的圖像同時(shí)還被送往計算機進(jìn)行自動(dòng)分析，若發(fā)現患者有不適癥狀，則發(fā)出警報。

圖3  紅外監護系統軟件流程圖

與傳統監護系統的比較

傳統的醫療監護系統一般是電視系統，少數情況下是微光系統，或同時(shí)配備二者。在光線(xiàn)充足的白天，電視醫療監護系統可以很好地實(shí)現監護功能。但在陰雨天氣等情況下，電視系統的成像質(zhì)量就會(huì )受到一定的影響。到了晚上，除非開(kāi)燈，否則電視系統將徹底不能工作，而開(kāi)燈又勢必會(huì )影響患者的休息，因此電視監護系統有很大的局限性。

對于微光醫療監護系統，其只能在一定亮度范圍工作。白天，由于信號輸入過(guò)于強大，可視度很差，根本無(wú)法正常觀(guān)測患者的情況，甚至可能出現由于光線(xiàn)太強而造成系統被燒毀的現象。而在光線(xiàn)太暗，甚至根本沒(méi)有光源的情況下，微光系統也同樣無(wú)法實(shí)現對患者的監護。即使加上自動(dòng)增益控制系統，也只能在一定程度上緩解上述問(wèn)題，而且這種做法需要在成本、體積和重量上付出相應的代價(jià)。

紅外醫療監護解決了上述存在的種種問(wèn)題。由于紅外監護系統接收的是患者身體發(fā)出的紅外信號，所以無(wú)論可見(jiàn)光的強、弱、有、無(wú)，系統都不受任何影響，能夠全天候地正常工作。特別是在夜間實(shí)施監護時(shí)，不需要進(jìn)行額外的處理，不會(huì )對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強度的變化不很劇烈，對于紅外系統只是很窄的一個(gè)范圍，完全不會(huì )影響紅外系統的正常工作。相反，這種變化還可以很明顯地在監視器上體現出來(lái)，從而提醒醫護人員需要對患者進(jìn)行護理。而無(wú)論是電視系統還是微光系統，都不能反映出這種變化。因此，紅外系統不但彌補了電視系統和微光系統所存在的不足，而且實(shí)現了更強大的監護功能。

結語(yǔ)

紅外監護系統成像質(zhì)量穩定清晰，可以觀(guān)察到眉毛的動(dòng)作等細節，能充分滿(mǎn)足觀(guān)察的需要。通過(guò)對圖像用軟件進(jìn)行分析，當患者出現不適的狀況時(shí)，可以發(fā)出警報，加以適當的配套措施，甚至可實(shí)現無(wú)人值守式監護。由于紅外監護系統采用被動(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)保的監護系統，特別適用于醫療。