針對于社區智能遠程健康監護系統的簡要分析

1 引言

當今世界一個十分突出的社會問題日益凸顯，便是人口老齡化。據聯合國統計，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%。醫療保障隨著老年期的延長，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很嚴峻的挑戰。

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的。該系統也將對視頻遠程健康監護及遠程診斷工作過程中的關鍵技術視頻編碼和數據網絡傳輸進行研究，因此推動社區遠程健康監護系統的研究進展和推廣應用，達到緩解我國越來越嚴重的人口老齡化問題的目的。

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時檢測人體生理參數，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端，其視頻監控被監護對象的身體狀況，通過數據自動采集，能夠實時分析監護對象的健康狀況，當出現異常情況時，本系統將向醫療中心報警以獲得及時的救助。系統可以實現醫生和被監護對象之間的遠程視頻會話，讓患者在自己熟悉的家庭環境中進行得以診治，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，減輕了患者因長期住院所帶來的經濟負擔。另外，系統能與現有醫院的醫療信息系統實現信息交互和共享，形成一個覆蓋城市區域的醫療、護理和疾病預控網絡。并且除了老年人，本系統還可以監護殘疾人、術后恢復病人和高發病人群等。

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端和社區遠程監護中心組成。家庭客戶端與社區遠程監護中心通過網絡連接。

圖1 基于視頻的社區智能遠程健康監護系統

家庭客戶端硬件設備由智能護理床、生理參數監護儀、一臺個人微機、一個可變焦攝像頭、一個可控萬向云臺、一個視頻采集卡以及網絡接口設備組成。社區遠程監護中心硬件設備主要由監護服務器和網絡接口設備組成。

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，在監護對象準許的情況下，對監護對象的身體狀況進行遠程觀察，實時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。診斷過程中，醫生和病人可以進行遠程交互對話，大大提高了診斷效率和準確率。為了保護個人隱私權，家庭客戶端可以控制視頻監護系統的開關。

（2）遠程健康監護系統監護功能：生理參數監護儀長期連續地檢測出監護對象的各項生理參數，并通過網絡將數據傳送至遠程監護中心服務器，遠程中心服務器對數據進行實時處理和分析，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。通過視頻，社區遠程監護中心可以實時觀察監護對象的身體狀況和精神狀態。

（3）遠程健康監護系統護理功能：家庭客戶端所使用的智能護理床是華南理工大學機器人研究室研制的集監測和護理于一體的智能護理床。可以根據鍵控或聲控指令，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鍵技術

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。首先，由客戶端攝像頭獲取到視頻信號，然后對其進行有效的視頻編碼，編碼后的視頻通過網絡傳輸至社區遠程監護中心服務器，中心服務器收到視頻數據后進行解碼，進行視頻顯示。視頻編碼和視頻網絡傳輸是該工作流程的關鍵技術。應用于社區智能遠程健康監護中的視頻技術可以實現醫生病人之間的遠程交互診斷，醫生通過視頻圖像的傳輸可以實時了解到患者的病情和精神狀態。但是同時，視頻圖像信息會給網絡帶來大數據量的數據傳輸問題，本文介紹的系統為了保證系統監護的實時性，減輕網絡傳輸的負擔，采用了最新的數字視頻編碼國際標準H.264/AVC對視頻圖像進行編碼，通過VC++編程實現了遠程監護服務器與家庭客戶端視頻數據的傳輸，接受方對壓縮的視頻圖像進行解碼，然后在給定窗口上重現視頻圖像，從而實現社區智能遠程健康監護系統中視頻信息的實時傳輸。

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、網絡適應性強等特點，不僅比H.263和MPEG-4節約了50％的碼率，而且對網絡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生的視頻數據進行編碼。H.264/AVC在視頻實時通信領域首先得到了應用，如會議電視、可視電話等。它引入了面向IP包的編碼機制，有利于網絡中的分組傳輸，支持網絡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、干擾嚴重的無線信道中的視頻傳輸，從而獲得平穩的圖像質量。而且，H.264/AVC的基本系統無需使用版權，具有開放的性質。

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，利用空間或時間預測去除冗余信息，然后對預測殘差進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，再進行量化，按其所含的能量大小分配不同數據量來描述。最后用熵編碼進行二進制編碼，最大限度消除量化后數據的符號冗余度。解碼過程是編碼的逆過程，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絡傳輸的實現

家庭客戶端與社區遠程監護中心的數據傳輸基于Windows Socket來實現。Windows Socket支持兩種類型的套接字，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，中心服務器端建立一個監聽套接字和一個連接套接字列隊，家庭客戶端建立一個通信套接字，中心服務器端先進入監聽狀態，當收到家庭客戶端發出的連接請求后，建立一個連接套接字進行通信，如有其他客戶端發來連接請求，則另建立一個連接套接字，加入到連接套接字列隊，從而實現中心服務器與多個客戶端的數據傳輸。監護數據網絡傳輸的流程如圖4所示。

圖4 監護數據網絡傳輸流程圖

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Visual C++編程實現的。該界面可以實時顯示用戶的各生理參數動態曲線和客戶端傳來的視頻信息，根據需要，視頻窗口可以放大、縮小以及關閉。

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題的本系統，通過對在護理床上的老年人、殘疾人健康相關的生理參數進行實時檢測，社區監護中心為了時掌握監控對象身體狀況的突變可以通過視頻交互來進一步了解監護對象的詳細情況，提出相應的醫護建議，與此同時也可以建立起醫療保護對象的身體狀態數據庫，為醫療診斷做參考。該系統不僅可以在病情突發惡化時發出報警信號，還可以對患者重要生理參數實施遠程監護。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，十分具有發展潛力。