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标题: 基于图像采集技术远程监测系统 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-12 21:10
标题: 基于图像采集技术远程监测系统
远程访问设备能在多大程度上被用于医疗领域？人们对此产生浓厚兴趣是意料之中的事。利用通过以太网传输视频的远程医疗监控设备可以实现诸多应用，远程指导、远程诊断以及远程手术仅仅是其中一部分。这类设备使得医生不论身在何处都可以够查看和分析患者的信息。
远程技术通常是医疗诊断和治疗不可或缺的组成部分，它帮助医生让高品质的持续医疗护理更贴近病人。应用于医疗领域的远程设备成功地集成了多种设置和情景，满足了易用性和便利性的需求。远程诊断是广泛使用远程监控设备的主要领域之一。图像采集技术是推动远程医疗的核心组成部分，本文将对图像采集技术进行综述。

深入了解远程诊断

图1。连接图显示了如何将图像采集卡连接到一台带VGA或DVI输出端口的医疗设备。
人们现在可以通过远程诊断特定的病症、疑难症状。
过去，病人与经营诊所的医生直接接触。然而，在有了远程监测医疗设备后，患者和医生可以居住在相距很远的地方。虽然有些系统采用的是有线连接，但大多系统工作在无线方式。当然，需要对病人进行适当的培训，以便让病人能够自己执行必要的操作。因而，咨询医师能够得到实时准确和清晰的反馈。在理想情况下，为了远程互动，同时需要图片和视频流。
从源输出获取视频和图像的设备－图像采集卡提供视频。可以将采集到的视频内容录制到一台计算机，然后再通过互联网传输。依据图像采集卡型号的不同，获取来自源输出，任何一台医疗诊断设备的数据。采集高分辨率的图像或视频，确保远程诊断专家能得到可以用来做诊断分析的高品质图像。
例如，VGA2Ethernet以高达每秒120帧的速率捕获单链路DVI或VGA信号。其最大分辨率为1900 × 1200，并通过以太网无损地传输视频内容。它有一个用于与目标计算机相连的普通RJ45以太网端口，支持高达1Gb的传输速率。
通过这种方法具体能达到多少帧每秒，取决于屏幕的分辨率、屏幕刷新频率和屏幕内容像素的变化、计算机所运行的操作系统，以及计算机采集图像的速度。通常，传送一帧未经压缩的画面相比传送被压缩的一帧画面，其速度要慢。最新的技术能以RGB格式采集和传输原始VGA帧。它所提供的画面质量要好于VGA-视频转换器，后者配有合成或S-视频采集卡。
可以连接两个或多个图像采集卡，同时采集多路信号。然而，若采用多个图像采集卡，每个图像采集卡的帧频（指每秒钟放映或显示的帧或图像的数量）会有所不同。能达以多少帧频取决于计算机的性能。帧压缩并不会降低输出图像的质量。有些图像采集卡可以通过以太网交换机使用。这样就可以通过单一以太网接口将局域网和图像采集卡连接起来。
通过使用交换机，以太网电缆的使用长度被延长，图像采集卡和诊断设备之间的距离也就能离得更远。这些特性允许用户没有任何损失地将来自诊断设备的数据送出。VGA内容被数字化。将采集到的VGA或DVI信号通过以太网传输。一个用来采集声音的立体声音频输入端是必不可少的，例如，用于（远程）听诊。

远程医疗：实际用例
VGA2Ethernet可以每秒120帧的速率采集单链路DVI或VGA信号。
在紧急情况或在复杂的地理环境下，图像采集卡非常有用。例如，在2008年，亨利福特医院就曾使用图像采集卡来获取加拿大珠穆朗玛峰救援探险队的图片。通过使用GE公司的LOGIQ书本式便携超声设备采集拍摄图片，然后通过卫星实时传输给探险基地的医生。远程监控设备不仅可以实现执行远程诊断，还可以远程指导一个经过培训的操作人员。

远程指导
可以接受远程指来完成检查或手术。在某些情况下，得到人在远方的专家的及时专业咨询至关重要。各种伤病，如膝盖或肩膀外伤、骨裂或骨折、出血、肌肉萎缩等都可以由专家远程进行病情评估。
远程指导让一个受过最低程度培训的操作人员和高度熟练的医学专家进行合作。这类远程指导的应用有益于紧急救援人员和战场医务人员。使用图像采集卡来捕获图像，然后将它们发到互联网，能让专家快速地评估患者的受伤程度，并决定是否运送病人去医院或是在现场进行救助。
美国宇航局研究人员对该方法进行了优化，使非医护操作人员能获取超声图像，包括肌肉骨骼损伤的图像。传播设备从源输出（任何有信号输出的诊断设备或普通数码相机）采集视频，将其经动态压缩后通过互联网传播。

图2。图中显示了如何将一台VGA打印机连接到医疗设备，以及如何使用。
在都灵冬奥会期间，亨利福特卫生系统医院外科部曾使用图像采集卡，让奥林匹亚团队能联机中心的医生。将现场发生的治疗过程的实时、高清晰度图像通过视频流传送给远程的医生。
远程患者监测。远程医疗系统变得更加可靠和集成化，他们能以一种越来越有效的方式满足老年人的需求。这些系统大多是针对患有慢性病（糖尿病，高血压，充血性心力衰竭等等）的老年患者，这类老年患者无法前往传统的医疗点接受治疗。用于提高老年人自理能力和协助慢性病医疗护理所涉及的技术范围广泛，包含远程监护、远程医疗以及采用其它技术实现的医疗服务。
远程病人监护用到了各种各样的技术。这些技术设计用于管理和监督一系列的健康状况。即时检验监测设备可能将成为用于在卫生系统的多个节点之间通信的全面集成式健康数据收集、分析及报告系统的一部分。这些设备将在病人的健康状况发生恶化时发出警报。
远程病人监测技术为医生能综合考虑护理配合、行为变化以及做出基于证据的诊断决策，提供了有效支持。有供病人、看护、医院使用的远程病人监护功能。一款理想的远程病人监护系统将全面考虑这三者的需求。被收集的资料包括生命体征（血糖、血压、体重、脉搏血氧等），以及对患者的情绪和身体状况的评估。
远程监控设备收集这些数据并通过低带宽电话线、互联网或局域网或广域网络进行传送。这些被采集到的患者信息被用于患者的治疗。从而加强了患者、看护和医院之间的沟通，提高了护理配合和看护支持以及提高了患者的服药依从性(按医嘱服药)。该方案减少了病人住院和前往医院就诊的需要。相比由护士进行电话调查，该方案提供了另一种成本更低的选择。
远程设备监控的成功取决于人与人之间的沟通。这项新技术结合了现有的自我管理原则。远程病人监护迅速发展，因为它给人们带来了便利，对医护人员和病人的要求变简单。在未来，预期远程病人监护设备将扩展应用范围和功能。普通宽带技术的广泛使用和家庭、医院有线网络和其它护理设施推动了病人远程监控应用的发展。
随着宽带技术日渐流行，医疗服务供货商(医院)的技能不仅受到来自医-患互动质量的考验，还受到技术接入和熟练程度的考验。在准备充足的人员方面，医疗机构面临着新挑战。鉴于其巨大的潜力，远程病人监护应用继续快速增长，在今后的医疗护理治疗的领域发挥着重要作用。
心脏监测设备。心脏监测系统被用于医疗专业领域，远程监控设备在这些领域显得尤其重要。远程心脏监测系统可以提高患者的生活质量，并避免其入院。这类远程系统提供无创式心脏功能评估，并且在救护车上进行抢救的情况下，它也不会受到任何振动或突然冲击的影响。

图像采集卡在远程医疗中的作用
这些远程诊断系统的底层技术包括图像采集卡。图像采集卡捕捉来自诊断设备的图像和视频内容，然后将其通过以太网送出。

例如，一款图像采集卡能够获取来自任何VGA来源，包括个人电脑、医疗设备、嵌入式系统或科研设备的信号。它支持多种VGA模式，分辨率可高达2048 × 1536，而最大采样率可以达到230万像素?/秒。
一款双模式图像采集卡用于采集和传送来自VGA或某个DVI源输出的可供诊断用的高质量图像。若图像分辨率为1920 × 1200，则双模式图像采集卡所能支持的最大帧速率为32 fps，可用于实现远程诊断。所有这些图像采集卡均能采集和传输可供医生诊断使用的高质量图像。
不断发展的技术使得人们能够从多种医疗设备获取图像。例如，来自GE医疗的MAC 1600心电图仪，就是一款包括静息心电图、心脏节律和心律失常等配置模式的现代系统。其7-英寸WVGA彩色显示屏可实现VGA输出。
为了获取心电图记录或压力测试结果并将其通过以太网上发送，图像采集卡的VGA IN 端口通过一根VGA电线被连接至心电图仪的VGA端口。然后，将图像采集卡连接到网络，通过网络可以录制图像到视频采集工作站。当图像被正常地捕捉和录下，则可在远程对其接收和用于病情诊断。
远程诊断成像。诊断图像捕获对所有医疗水平的医疗体系而言都至关重要。如果能够直接从诊断设备的VGA输出端口获得核磁共振、X光、热、声图像，并将其发送打印，这将能提高诊断调查的效率。在治疗和预防医学领域，要做出有效的决策取决于正确的诊断。在远程诊断的情况下，要正确评估和确诊病情，成像效果最为重要。一般来说，数字打印系统的效果不是最好的，因为他们会根据自己的内部算法对视频信号重新采样。而重新采样会导致对比度和分辨率有损失，图像可能会因为产生图形失真而损坏。关键是要确保该系统能够将无损图像传送至一台标准打印机。
VGA打印机主要针对兼容PostScript 打印机而设计。VGA打印机可以连接至任意型号的配备有VGA输出端口的医疗设备（B超机、X光机，PET扫描仪等）。VGA打印机能够打印VGA内容，无论是视频或是系统提供的一系列快照。这类系统获取VGA图像，并能通过标准或网络打印机来打印。
DRE FS - 32P是DRE公司推出的一款数字式超声诊断成像系统。该系统采用了先进的波束成形技术（了解有关波束形成技术的更多详情，请参阅第34页的文章）。它有一个10.2英寸的显示屏，能够为产科、妇科、泌尿科等应用提供最佳的超声图像。VGA打印机的VGA IN 端口被连接到DRE FS - 32P的VGA输出端。在将打印机连接到VGA以太网之后，被采集到的图像可以在所连接的任何地方打印出来。可以通过被接(通常是通过VGA接口连接)至VGA打印机的宽屏显示器来查看被采集到的图像。

图像采集卡：在医学上的应用

医疗中心广泛利用了图像采集卡能够获取VGA和DVI信号和将其传送给目标计算机的能力。
例如，外科手术及创新研究所（美国俄亥俄州，克利夫兰市），使用图像采集卡给学生和医生提供教育性演示和网络研讨会。讲师和专家采集了现场的讲解、视频、和计算机输出，并将视频传输到网络给有兴趣的学生和医生收看。这使得该研究所无需使用第三方商业供应商即可在常规基础之上提供网络研讨会，这也意味着节省成本。
Maquet Gmbh & Co.公司也使用了图像采集卡。该公司开发了用于手术室的医疗产品，利用图像采集卡将呼吸机产品的输出显示在视频屏幕上。然后输出结果被用于内部培训演示。有了这些演示就省去了出差，因为采用这项技术不需要员工和客户处在同一个地方房间。
全美外科中心是在手术室使用视频流的先峰。图像采集卡设备被用于将外科手术室的视频传至远程的个人笔记本电脑或手持设备。例如，从腹腔镜镜头的DVI信号源获取视频。为了保证画面质量，会将这些数据先保存。
美敦力公司的产品也在其中，并且必须定期检查或调整。这些检查都是使用笔记本电脑这类设备来与植入装置进行通信。培训需要大量的设备和后勤支持，并且必须在导师的领导下。这些难题使得培训费用很高，尤其是因为培训必须是实际的，还因为设备可能在出差、安装和拆卸期间会被损坏。用于与植入产品进行通信的笔记本电脑这类设备也可以同时捕捉患者的实时信息。它可以用模拟器仿真病人的信息、创建逼真的使用场景、运行它们、实时获取信息，并将其纳入软件演示或分支的学习应用。
妇产科医师经常需要详细检查胎儿的图像。他们所用的图像采集卡可以将来自超声波机的最高质量的胎儿图像传输到计算机供专家检查。图像采集卡允许妇科医生获取高清晰视频图像，并将撷取到的图像储存在电脑中，以便在最高分辨下查看这些图片。
一家面向放射肿瘤科服务（也称放疗）市场开发产品和服务的公司，使用图像采集卡为放射治疗机提供只读支持。可使用要求安装第三方软件的远程支持技术。他们没有独立图像采集卡那么有吸引力，但不需要对治疗机器对进行任何安装或下载。

结论
远程指导、远程诊断以及远程手术，仅是远程医疗设备监控（其通过太网来传送视频）的一部分应用。从源输出获取视频和图像的设备可能正在采用图像采集卡。视频内容可以被录制在一台计算机上，并通过互联网传送。依据图像采集卡类型的不同，被采集到的数据可用于提高和改善医疗诊断等等。

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