基于圖像采集技術(shù)遠程監(jiān)測系統(tǒng)

遠程訪問設(shè)備能在多大程度上被用于醫(yī)療領(lǐng)域？人們對此產(chǎn)生濃厚興趣是意料之中的事。利用通過以太網(wǎng)傳輸視頻的遠程醫(yī)療監(jiān)控設(shè)備可以實現(xiàn)諸多應(yīng)用，遠程指導、遠程診斷以及遠程手術(shù)僅僅是其中一部分。這類設(shè)備使得醫(yī)生不論身在何處都可以夠查看和分析患者的信息。

遠程技術(shù)通常是醫(yī)療診斷和治療不可或缺的組成部分，它幫助醫(yī)生讓高品質(zhì)的持續(xù)醫(yī)療護理更貼近病人。應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的遠程設(shè)備成功地集成了多種設(shè)置和情景，滿足了易用性和便利性的需求。遠程診斷是廣泛使用遠程監(jiān)控設(shè)備的主要領(lǐng)域之一。圖像采集技術(shù)是推動遠程醫(yī)療的核心組成部分，本文將對圖像采集技術(shù)進行綜述。

深入了解遠程診斷

圖1。連接圖顯示了如何將圖像采集卡連接到一臺帶VGA或DVI輸出端口的醫(yī)療設(shè)備。

人們現(xiàn)在可以通過遠程診斷特定的病癥、疑難癥狀。

過去，病人與經(jīng)營診所的醫(yī)生直接接觸。然而，在有了遠程監(jiān)測醫(yī)療設(shè)備后，患者和醫(yī)生可以居住在相距很遠的地方。雖然有些系統(tǒng)采用的是有線連接，但大多系統(tǒng)工作在無線方式。當然，需要對病人進行適當?shù)呐嘤?，以便讓病人能夠自己?zhí)行必要的操作。因而，咨詢醫(yī)師能夠得到實時準確和清晰的反饋。在理想情況下，為了遠程互動，同時需要圖片和視頻流。

從源輸出獲取視頻和圖像的設(shè)備－圖像采集卡提供視頻?？梢詫⒉杉降囊曨l內(nèi)容錄制到一臺計算機，然后再通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸。依據(jù)圖像采集卡型號的不同，獲取來自源輸出，任何一臺醫(yī)療診斷設(shè)備的數(shù)據(jù)。采集高分辨率的圖像或視頻，確保遠程診斷專家能得到可以用來做診斷分析的高品質(zhì)圖像。

例如，VGA2Ethernet以高達每秒120幀的速率捕獲單鏈路DVI或VGA信號。其最大分辨率為1900 × 1200，并通過以太網(wǎng)無損地傳輸視頻內(nèi)容。它有一個用于與目標計算機相連的普通RJ45以太網(wǎng)端口，支持高達1Gb的傳輸速率。

通過這種方法具體能達到多少幀每秒，取決于屏幕的分辨率、屏幕刷新頻率和屏幕內(nèi)容像素的變化、計算機所運行的操作系統(tǒng)，以及計算機采集圖像的速度。通常，傳送一幀未經(jīng)壓縮的畫面相比傳送被壓縮的一幀畫面，其速度要慢。最新的技術(shù)能以RGB格式采集和傳輸原始VGA幀。它所提供的畫面質(zhì)量要好于VGA-視頻轉(zhuǎn)換器，后者配有合成或S-視頻采集卡。

可以連接兩個或多個圖像采集卡，同時采集多路信號。然而，若采用多個圖像采集卡，每個圖像采集卡的幀頻（指每秒鐘放映或顯示的幀或圖像的數(shù)量）會有所不同。能達以多少幀頻取決于計算機的性能。幀壓縮并不會降低輸出圖像的質(zhì)量。有些圖像采集卡可以通過以太網(wǎng)交換機使用。這樣就可以通過單一以太網(wǎng)接口將局域網(wǎng)和圖像采集卡連接起來。

通過使用交換機，以太網(wǎng)電纜的使用長度被延長，圖像采集卡和診斷設(shè)備之間的距離也就能離得更遠。這些特性允許用戶沒有任何損失地將來自診斷設(shè)備的數(shù)據(jù)送出。VGA內(nèi)容被數(shù)字化。將采集到的VGA或DVI信號通過以太網(wǎng)傳輸。一個用來采集聲音的立體聲音頻輸入端是必不可少的，例如，用于（遠程）聽診。

遠程醫(yī)療：實際用例
VGA2Ethernet可以每秒120幀的速率采集單鏈路DVI或VGA信號。

在緊急情況或在復雜的地理環(huán)境下，圖像采集卡非常有用。例如，在2008年，亨利福特醫(yī)院就曾使用圖像采集卡來獲取加拿大珠穆朗瑪峰救援探險隊的圖片。通過使用GE公司的LOGIQ書本式便攜超聲設(shè)備采集拍攝圖片，然后通過衛(wèi)星實時傳輸給探險基地的醫(yī)生。遠程監(jiān)控設(shè)備不僅可以實現(xiàn)執(zhí)行遠程診斷，還可以遠程指導一個經(jīng)過培訓的操作人員。

遠程指導

可以接受遠程指來完成檢查或手術(shù)。在某些情況下，得到人在遠方的專家的及時專業(yè)咨詢至關(guān)重要。各種傷病，如膝蓋或肩膀外傷、骨裂或骨折、出血、肌肉萎縮等都可以由專家遠程進行病情評估。

遠程指導讓一個受過最低程度培訓的操作人員和高度熟練的醫(yī)學專家進行合作。這類遠程指導的應(yīng)用有益于緊急救援人員和戰(zhàn)場醫(yī)務(wù)人員。使用圖像采集卡來捕獲圖像，然后將它們發(fā)到互聯(lián)網(wǎng)，能讓專家快速地評估患者的受傷程度，并決定是否運送病人去醫(yī)院或是在現(xiàn)場進行救助。

美國宇航局研究人員對該方法進行了優(yōu)化，使非醫(yī)護操作人員能獲取超聲圖像，包括肌肉骨骼損傷的圖像。傳播設(shè)備從源輸出（任何有信號輸出的診斷設(shè)備或普通數(shù)碼相機）采集視頻，將其經(jīng)動態(tài)壓縮后通過互聯(lián)網(wǎng)傳播。

圖2。圖中顯示了如何將一臺VGA打印機連接到醫(yī)療設(shè)備，以及如何使用。

在都靈冬奧會期間，亨利福特衛(wèi)生系統(tǒng)醫(yī)院外科部曾使用圖像采集卡，讓奧林匹亞團隊能聯(lián)機中心的醫(yī)生。將現(xiàn)場發(fā)生的治療過程的實時、高清晰度圖像通過視頻流傳送給遠程的醫(yī)生。

遠程患者監(jiān)測。遠程醫(yī)療系統(tǒng)變得更加可靠和集成化，他們能以一種越來越有效的方式滿足老年人的需求。這些系統(tǒng)大多是針對患有慢性?。ㄌ悄虿。哐獕?，充血性心力衰竭等等）的老年患者，這類老年患者無法前往傳統(tǒng)的醫(yī)療點接受治療。用于提高老年人自理能力和協(xié)助慢性病醫(yī)療護理所涉及的技術(shù)范圍廣泛，包含遠程監(jiān)護、遠程醫(yī)療以及采用其它技術(shù)實現(xiàn)的醫(yī)療服務(wù)。

遠程病人監(jiān)護用到了各種各樣的技術(shù)。這些技術(shù)設(shè)計用于管理和監(jiān)督一系列的健康狀況。即時檢驗監(jiān)測設(shè)備可能將成為用于在衛(wèi)生系統(tǒng)的多個節(jié)點之間通信的全面集成式健康數(shù)據(jù)收集、分析及報告系統(tǒng)的一部分。這些設(shè)備將在病人的健康狀況發(fā)生惡化時發(fā)出警報。

遠程病人監(jiān)測技術(shù)為醫(yī)生能綜合考慮護理配合、行為變化以及做出基于證據(jù)的診斷決策，提供了有效支持。有供病人、看護、醫(yī)院使用的遠程病人監(jiān)護功能。一款理想的遠程病人監(jiān)護系統(tǒng)將全面考慮這三者的需求。被收集的資料包括生命體征（血糖、血壓、體重、脈搏血氧等），以及對患者的情緒和身體狀況的評估。

遠程監(jiān)控設(shè)備收集這些數(shù)據(jù)并通過低帶寬電話線、互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)絡(luò)進行傳送。這些被采集到的患者信息被用于患者的治療。從而加強了患者、看護和醫(yī)院之間的溝通，提高了護理配合和看護支持以及提高了患者的服藥依從性(按醫(yī)囑服藥)。該方案減少了病人住院和前往醫(yī)院就診的需要。相比由護士進行電話調(diào)查，該方案提供了另一種成本更低的選擇。

遠程設(shè)備監(jiān)控的成功取決于人與人之間的溝通。這項新技術(shù)結(jié)合了現(xiàn)有的自我管理原則。遠程病人監(jiān)護迅速發(fā)展，因為它給人們帶來了便利，對醫(yī)護人員和病人的要求變簡單。在未來，預(yù)期遠程病人監(jiān)護設(shè)備將擴展應(yīng)用范圍和功能。普通寬帶技術(shù)的廣泛使用和家庭、醫(yī)院有線網(wǎng)絡(luò)和其它護理設(shè)施推動了病人遠程監(jiān)控應(yīng)用的發(fā)展。

隨著寬帶技術(shù)日漸流行，醫(yī)療服務(wù)供貨商(醫(yī)院)的技能不僅受到來自醫(yī)-患互動質(zhì)量的考驗，還受到技術(shù)接入和熟練程度的考驗。在準備充足的人員方面，醫(yī)療機構(gòu)面臨著新挑戰(zhàn)。鑒于其巨大的潛力，遠程病人監(jiān)護應(yīng)用繼續(xù)快速增長，在今后的醫(yī)療護理治療的領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

心臟監(jiān)測設(shè)備。心臟監(jiān)測系統(tǒng)被用于醫(yī)療專業(yè)領(lǐng)域，遠程監(jiān)控設(shè)備在這些領(lǐng)域顯得尤其重要。遠程心臟監(jiān)測系統(tǒng)可以提高患者的生活質(zhì)量，并避免其入院。這類遠程系統(tǒng)提供無創(chuàng)式心臟功能評估，并且在救護車上進行搶救的情況下，它也不會受到任何振動或突然沖擊的影響。

圖像采集卡在遠程醫(yī)療中的作用

這些遠程診斷系統(tǒng)的底層技術(shù)包括圖像采集卡。圖像采集卡捕捉來自診斷設(shè)備的圖像和視頻內(nèi)容，然后將其通過以太網(wǎng)送出。

例如，一款圖像采集卡能夠獲取來自任何VGA來源，包括個人電腦、醫(yī)療設(shè)備、嵌入式系統(tǒng)或科研設(shè)備的信號。它支持多種VGA模式，分辨率可高達2048 × 1536，而最大采樣率可以達到230萬像素?/秒。

一款雙模式圖像采集卡用于采集和傳送來自VGA或某個DVI源輸出的可供診斷用的高質(zhì)量圖像。若圖像分辨率為1920 × 1200，則雙模式圖像采集卡所能支持的最大幀速率為32 fps，可用于實現(xiàn)遠程診斷。所有這些圖像采集卡均能采集和傳輸可供醫(yī)生診斷使用的高質(zhì)量圖像。

不斷發(fā)展的技術(shù)使得人們能夠從多種醫(yī)療設(shè)備獲取圖像。例如，來自GE醫(yī)療的MAC 1600心電圖儀，就是一款包括靜息心電圖、心臟節(jié)律和心律失常等配置模式的現(xiàn)代系統(tǒng)。其7-英寸WVGA彩色顯示屏可實現(xiàn)VGA輸出。

為了獲取心電圖記錄或壓力測試結(jié)果并將其通過以太網(wǎng)上發(fā)送，圖像采集卡的VGA IN 端口通過一根VGA電線被連接至心電圖儀的VGA端口。然后，將圖像采集卡連接到網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)可以錄制圖像到視頻采集工作站。當圖像被正常地捕捉和錄下，則可在遠程對其接收和用于病情診斷 。

遠程診斷成像。診斷圖像捕獲對所有醫(yī)療水平的醫(yī)療體系而言都至關(guān)重要。如果能夠直接從診斷設(shè)備的VGA輸出端口獲得核磁共振、X光、熱、聲圖像，并將其發(fā)送打印，這將能提高診斷調(diào)查的效率。在治療和預(yù)防醫(yī)學領(lǐng)域，要做出有效的決策取決于正確的診斷。在遠程診斷的情況下，要正確評估和確診病情，成像效果最為重要。一般來說，數(shù)字打印系統(tǒng)的效果不是最好的，因為他們會根據(jù)自己的內(nèi)部算法對視頻信號重新采樣。而重新采樣會導致對比度和分辨率有損失，圖像可能會因為產(chǎn)生圖形失真而損壞。關(guān)鍵是要確保該系統(tǒng)能夠?qū)o損圖像傳送至一臺標準打印機。

VGA打印機主要針對兼容PostScript 打印機而設(shè)計。VGA打印機可以連接至任意型號的配備有VGA輸出端口的醫(yī)療設(shè)備（B超機、X光機，PET掃描儀等）。VGA打印機能夠打印VGA內(nèi)容，無論是視頻或是系統(tǒng)提供的一系列快照。這類系統(tǒng)獲取VGA圖像，并能通過標準或網(wǎng)絡(luò)打印機來打印。

DRE FS - 32P是DRE公司推出的一款數(shù)字式超聲診斷成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了先進的波束成形技術(shù)（了解有關(guān)波束形成技術(shù)的更多詳情，請參閱第34頁的文章）。它有一個10.2英寸的顯示屏，能夠為產(chǎn)科、婦科、泌尿科等應(yīng)用提供最佳的超聲圖像。VGA打印機的VGA IN 端口被連接到DRE FS - 32P的VGA輸出端。在將打印機連接到VGA以太網(wǎng)之后，被采集到的圖像可以在所連接的任何地方打印出來?？梢酝ㄟ^被接(通常是通過VGA接口連接)至VGA打印機的寬屏顯示器來查看被采集到的圖像。

圖像采集卡：在醫(yī)學上的應(yīng)用

醫(yī)療中心廣泛利用了圖像采集卡能夠獲取VGA和DVI信號和將其傳送給目標計算機的能力。

例如，外科手術(shù)及創(chuàng)新研究所（美國俄亥俄州，克利夫蘭市），使用圖像采集卡給學生和醫(yī)生提供教育性演示和網(wǎng)絡(luò)研討會。講師和專家采集了現(xiàn)場的講解、視頻、和計算機輸出，并將視頻傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)給有興趣的學生和醫(yī)生收看。這使得該研究所無需使用第三方商業(yè)供應(yīng)商即可在常規(guī)基礎(chǔ)之上提供網(wǎng)絡(luò)研討會，這也意味著節(jié)省成本。

Maquet Gmbh Co.公司也使用了圖像采集卡。該公司開發(fā)了用于手術(shù)室的醫(yī)療產(chǎn)品，利用圖像采集卡將呼吸機產(chǎn)品的輸出顯示在視頻屏幕上。然后輸出結(jié)果被用于內(nèi)部培訓演示。有了這些演示就省去了出差，因為采用這項技術(shù)不需要員工和客戶處在同一個地方房間。

全美外科中心是在手術(shù)室使用視頻流的先峰。圖像采集卡設(shè)備被用于將外科手術(shù)室的視頻傳至遠程的個人筆記本電腦或手持設(shè)備。例如，從腹腔鏡鏡頭的DVI信號源獲取視頻。為了保證畫面質(zhì)量，會將這些數(shù)據(jù)先保存。

美敦力公司的產(chǎn)品也在其中，并且必須定期檢查或調(diào)整。這些檢查都是使用筆記本電腦這類設(shè)備來與植入裝置進行通信。培訓需要大量的設(shè)備和后勤支持，并且必須在導師的領(lǐng)導下。這些難題使得培訓費用很高，尤其是因為培訓必須是實際的，還因為設(shè)備可能在出差、安裝和拆卸期間會被損壞。用于與植入產(chǎn)品進行通信的筆記本電腦這類設(shè)備也可以同時捕捉患者的實時信息。它可以用模擬器仿真病人的信息、創(chuàng)建逼真的使用場景、運行它們、實時獲取信息，并將其納入軟件演示或分支的學習應(yīng)用。

婦產(chǎn)科醫(yī)師經(jīng)常需要詳細檢查胎兒的圖像。他們所用的圖像采集卡可以將來自超聲波機的最高質(zhì)量的胎兒圖像傳輸?shù)接嬎銠C供專家檢查。圖像采集卡允許婦科醫(yī)生獲取高清晰視頻圖像，并將擷取到的圖像儲存在電腦中，以便在最高分辨下查看這些圖片。

一家面向放射腫瘤科服務(wù)（也稱放療）市場開發(fā)產(chǎn)品和服務(wù)的公司，使用圖像采集卡為放射治療機提供只讀支持?？墒褂靡蟀惭b第三方軟件的遠程支持技術(shù)。他們沒有獨立圖像采集卡那么有吸引力，但不需要對治療機器對進行任何安裝或下載。

結(jié)論

遠程指導、遠程診斷以及遠程手術(shù)，僅是遠程醫(yī)療設(shè)備監(jiān)控（其通過太網(wǎng)來傳送視頻）的一部分應(yīng)用。從源輸出獲取視頻和圖像的設(shè)備可能正在采用圖像采集卡。視頻內(nèi)容可以被錄制在一臺計算機上，并通過互聯(lián)網(wǎng)傳送。依據(jù)圖像采集卡類型的不同，被采集到的數(shù)據(jù)可用于提高和改善醫(yī)療診斷等等。