来源:IT168 更新时间:2012-04-14
远程医疗对提高我国的人民生活水平有着重要的意义。本文首先描述实时远程医疗中多媒体业务的特征，然后从实际应用的角度，构建了两种远程医疗系统模式——家用型和会诊型，其中涉及两个关键问题：端到端的拥塞控制和多媒体信息标准化。
现代远程医疗涵盖三方面的技术，分别是医疗信息数字化、多媒体处理以及网络传输，近年来这些技术得到长足的发展：部分医院开发了医疗信息系统HIS、医疗服务系统HSS和图像管理与通信系统PACS；各种国际组织和团体开发研制出一系列高性能的多媒体算法和标准；网络技术呈几何级数发展，带宽增加数十倍，互联网迅速普及。远程医疗获得了一定的技术发展空间，精确的远程诊断变得更加可行。高质量的远程医疗有助于提高全民健康水平，尤其在老年人和慢性病人护理方面具有优势；同时还可以进行跨区域的疑难病例会诊，有效地改善一些地区地的医疗质量。
我国远程医疗的现状
目前，我国的远程医疗主要部署在医院和医院之间，会诊过程如下：①下级医院向医疗中心提交会诊申请；②医疗中心确定会诊时间；③进行远程会诊；④签署会诊意见；⑤建立电子病历。远程会诊可以采用异步方式，例如email，也可以采用实时方式，例如视频会议。异步诊断适合于处理诸如皮肤理疗之类的不需要实时交互的病例，对信息的即时性要求不严，可以应用在窄带网络中；而实时远程会诊是一个双向的交互过程，通讯涉及诸如视频、音频、图像之类的信息，要求信息的即时性，此时，多媒体数据业务量会出现爆炸式的增长，并且不可预测。
实时远程医疗和普通的视频会议十分相似，二者都支持人文交流，不同点在于远程医疗更注重联系医疗信息，例如各种医学影像、病人档案、医疗资讯等，所以需要密切地同HIS和PACS结合起来。DICOM标准是医学数字成像和通讯的国际事实标准，所以在整合PACS、HIS和视频会议软件的过程中需要开发相应的中间件，以彻底实现医疗信息化。
远程医疗的多媒体业务特点
多媒体通信业务与单纯的语音数据业务相比，具有占用带宽大、业务种类广、质量等级多的特点。实时远程医疗除了传输一般质量的多媒体信息外，还需要传输高清晰度的医学图像，例如骨科X片（2048 x 2048象素点，灰度级为2048~4096级，约6MB），无损压缩（JPEG，压缩比2:1）后需传输带宽约3MB，以33Kpbs的速率传送需12分钟，以10Mpbs的速率传送需2.4秒。在某些应用情况下，为了保证高精度的诊断需要可靠的传输，可能要多次重传同一影像，这样会有大量的多媒体业务聚集在发送端。表1列出了远程医疗可能涉及到的各种质量的多媒体信息以及压缩标准。
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服务质量 |
部分压缩标准 |
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视频信号 |
家用级：15帧/秒，352 x 288，2bits /像素 |
MPEG-4 |
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专业级：25~30帧/秒，720 x 480 | ||
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广播级：25~30帧/秒，1920 x 1080 | ||
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音频信号 |
电话质量：300~3400 Hz，8位/采样，8K采样/秒 |
G.711,G.721,G.723,G.728 |
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调幅广播：50~7000 Hz，14位/采样，16K采样/秒 |
G.722 | |
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高保真：50~20000 Hz，16位/采样，44.1K采样/秒 |
MPGE | |
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影像数据 |
高清晰度：1024 x 1024像素点，灰度级2048 ~ 4096 |
JPEG2000 |
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普通清晰度：1024 x 1024像素点，灰度级256以下 | ||
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生理参数 |
1采样/秒 |
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表1
系统结构 目前，我国的网络接入技术主要有56K Modem、ISDN、ADSL和Cable Modem等，这些技术提供的有效带宽分别为33 Kbps，64 Kbps / 128 Kbps， 640Kbps（上行速率），1.5 Mbps~3 Mbps。虽然远程医疗系统可以构架在不同类型的网络上，提供不同质量的服务，但是无论从服务质量还是消费群体来看，把宽带用户作为远程医疗系统的服务群体是最可行的。从应用的角度我们可以把远程医疗划分为家用型和会诊型两种模式。 ·家用型的远程医疗 家用型的远程医疗系统用于提供家庭保健和老人看护服务，只需要传送电话级的语音、家用级的视频以及一定数量的生理信号（eg. 体重、血压、心律、ECGs等），系统要求的带宽不高，可以构建在拨号网络、ISDN、ADSL和专线网络上。这里提供一种简单的系统组成：可视电话 + 生理信号采集/传输器（如图1），视频通讯和生理信号的传输分时共享同一根电话线，医疗中心只需要存储和处理简单的生理信号。
图1 ·会诊型的远程医疗 会诊型远程医疗系统除了传送普通质量的视频和音频外，还要传送一定清晰度的视频（eg. CT、X光机、B超等）以及高清晰度的影像（eg. 胸片、X光片），所以要求较高的网络带宽。系统设计时还需要考虑与HIS、PACS的整合（如图2），PACS采集到的病人影像可以直接传送给远程的医疗中心，也可以在本地的远程医疗系统的各个层次进行处理传送。其中由于流量的突发性，TCP/IP层需要考虑端到端的传输控制；中间层实现信息转换，使得各种信息可以在双方的对等层上实现无缝通讯。
图2远程医疗的多媒体标准 1．DICOM DICOM标准是医学影像信息学领域的国际通用标准，涵盖了医学数字图像的采集、归档、通信、显示及查询等几乎所有信息交换的协议。由于DICOM的开放性与互联性，使得PACS与其它医学应用系统（HIS、RIS等）的集成成为可能，所以远程医疗在通讯过程中也需要适当地考虑DICOM标准。 2．多媒体数据压缩标准 ISO和ITU制定出一系列的多媒体编码标准。视频压缩标准有两类，一类MPEG：MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等；一类H系列：H.261、H.263，以及运动JPEG压缩标准。H.261/H.263覆盖了低带宽（2Mbit/s以下）的应用，而MPEG-2覆盖了高带宽（1.5M以上）的应用。后来二者联合制定了一个统一的图像编码标准H.264／MPEG-4 AVC，用于改善图像质量，覆盖所有的带宽。Internet上的实时传输一般使用具有较低码率的H.261/H.263编码标准、运动JPEG以及MPEG4。 目前的音频标准有：电话质量的G.711，G.721，G.723，G.728；调幅广播质量的G.722；高保真立体质量的MPEG音频。其中G.723可以将语音信息压缩到6.3Kbps，MOS值为3.98，即一般人无法听出压缩后的语音失真。 静止图像标准包括，ISO的JPEG、JBIG，和ITU-T的G3、G4。JPEG适用于黑白及彩色照片、彩色传真和印刷图片，不太复杂或一般取自真实景象的图像的压缩，可以支持高的图像分辨率和量化精度，对于一般的图像的压缩比为20:1~25:1，无损模式的压缩比为2:1。在DICOM标准中采用的图像压缩形式是JPEG2000，这种标准具有高压缩率（比JPEG高20%~40%）、无损压缩、渐进传输、感兴趣区域压缩、彩色模式多、图像处理简单的优势。 远程医疗有可能使用电信网络和计算机网络。电信网的连接带宽固定，在信息传送时需要充分利用网络带宽和平滑通讯业务，可以适当采用H.320/H.324视频会议标准。计算机网络的连接带宽限制性可变，信息传送时需要平衡通讯质量和业务量的关系，可以参考H.323视频会议标准。 端到端的业务控制 为了协调网络速度和平衡网络承载量，在传送突发多媒体时，并不是把全部数据一次性传送到网络上，形成网络的瞬间超载，而是采用端到端的拥塞控制来进行最大限度的传输。 可以采用基于窗口和基于速率两种方法来实现拥塞控制；其中基于窗口的拥塞控制会出现重传延时、传输抖动等问题，所以不适于实时传输；而基于速率的拥塞控制机制在实时传输中得到广泛的应用。基于速率的拥塞控制既可以在源发端实施，也可以在接收端实施。前者由数据发送端负责调整多媒体流的发送速率，使得发送速率与网络的可用带宽相匹配，具体的实施可以使用反馈机制获得网络状况，通过接受端提交的QoS报告来调整发送速率；后者由数据接收方向数据源主动请求，接收适合自己需要的多媒体质量。 QoS-技术就是针对在网络上传输语音、视频和数据的需求进行平衡的技术。QoS将网络带宽专门预留出一部分用于传输语音/视频，余下的部分则进行数据传输，这样能够减少或消除音频的停顿、视频的停滞和其它性能方面的问题。 如图3 所示，在进行端到端的控制时可以采用如下机制：语音视频信号定时采样，处理后直接传送给传输区；只要判优器发现入口处出现实时信息，就将传输区分配给实时信号，这样可以满足实时信号的最大限度传输。某些应用也许需要快速传送非实时数据，此时只需关闭判优器的实时信息通道或者改变判优策略即可。预处理器根据系统反馈的Qos报告动态地改变各种压缩策略，以充分利用网络带宽。
远程医疗需要充分利用业已成熟的多媒体和网络通信技术，合理地对视频、音频和数据信息进行压缩和恢复处理，从而保证医生之间以及医生和病人之间交互所需的实时性，还要与医疗信息系统结合起来，共同完成高质量的远程医疗服务。
图3
