韓先芹　淄博職業(yè)學(xué)院教授韓　涵　中國信息通信研究院高級工程師

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基于GPRS的遠(yuǎn)程醫(yī)療圖像傳輸方法研究

韓先芹淄博職業(yè)學(xué)院教授
韓涵中國信息通信研究院高級工程師

摘要：在對遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的體系架構(gòu)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，提出一種可以快速實現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像傳輸并完成三維圖像建模的方法。本文的研究成果已經(jīng)在魯中山區(qū)得到試驗驗證，該領(lǐng)域的研究具有較高的理論和實踐價值。

關(guān)鍵詞：GPRS；遠(yuǎn)程醫(yī)療；圖像傳輸

1　引言

隨著我國人民生活水平的日益提高，我國公共醫(yī)療系統(tǒng)不完善、醫(yī)療渠道少、覆蓋面低等問題日趨嚴(yán)重。尤其以“效率較低的醫(yī)療體系、質(zhì)量欠佳的醫(yī)療服務(wù)、看病難且貴的就醫(yī)現(xiàn)狀”為代表的醫(yī)療問題成為了社會關(guān)注的重要焦點(diǎn)。在此情況下，通過ICT技術(shù)與傳統(tǒng)醫(yī)療相結(jié)合解決醫(yī)療資源兩極化，提升偏遠(yuǎn)地區(qū)醫(yī)療水平，將成為社會和諧發(fā)展的重要保障。

中國幅員遼闊，人口眾多，邊遠(yuǎn)地區(qū)的病人，由于當(dāng)?shù)氐尼t(yī)療條件比較落后，危重、疑難病人往往要被送到上級醫(yī)院進(jìn)行專家會診。因此，到外地就診的交通費(fèi)、家屬陪同、住院醫(yī)療等費(fèi)用也給患者帶來了巨大的負(fù)擔(dān)，而許多沒有條件到大醫(yī)院就診的病人則耽誤了診療，給病人和家屬造成了身心上的痛苦。

與此同時，我國的無線接入網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本實現(xiàn)了對偏遠(yuǎn)地區(qū)的全面覆蓋。在此情況下，利用無線接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療可以有效提高偏遠(yuǎn)地區(qū)的醫(yī)療質(zhì)量，阻止醫(yī)療費(fèi)用的攀升。通過在不同醫(yī)療機(jī)構(gòu)間，建起醫(yī)療信息整合平臺，可以幫助偏遠(yuǎn)地區(qū)快速提升基本醫(yī)療水平。

遠(yuǎn)程醫(yī)療中傳送的醫(yī)學(xué)信息主要有數(shù)據(jù)、文字、視頻、音頻和圖像等形式。其中，數(shù)據(jù)和文字信息的數(shù)據(jù)量小，對通信要求不高；圖像信息數(shù)據(jù)量較大，如何能夠?qū)崿F(xiàn)圖像信息的精準(zhǔn)傳輸是本文研究的重點(diǎn)。本文首先對遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的體系架構(gòu)進(jìn)行研究，并在此基礎(chǔ)上，提出一種可以快速實現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像傳輸并完成三維圖像建模的方法。本文的研究成果已經(jīng)在魯中山區(qū)得到試驗驗證，該領(lǐng)域的研究具有較高的理論和實踐價值。

2　遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的體系架構(gòu)

本文基于現(xiàn)有的接入網(wǎng)絡(luò)建立遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的體系架構(gòu)。具體而言，可以將體系架構(gòu)劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，定義每個層面的內(nèi)部功能模塊，功能模塊之間的相互作用，以及各層次之間的功能接口。公共服務(wù)層用于向所有層面提供公共服務(wù)和基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施。圖1為面向遠(yuǎn)程醫(yī)療和社區(qū)醫(yī)療的無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)示意圖。

（1）感知層

感知層涉及的技術(shù)包括醫(yī)療信息采集和推送以及短距離無線傳感兩個方面，感知層從功能上又分為采集和傳輸兩個部分。醫(yī)療信息采集和推送技術(shù)與醫(yī)療服務(wù)需求緊密結(jié)合，根據(jù)需求分析的場景以及現(xiàn)階段人體生理信息采集技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出傳感層的采集功能要求以及涉及的相關(guān)技術(shù)；傳輸功能包括各種短距離無線傳輸協(xié)議和自組織網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)?，F(xiàn)有的短距離無線傳輸技術(shù)包括Bluetooth、ANT、Zigbee、RFID、Wi-Fi等。

（2）網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是承接感知層和應(yīng)用層的橋梁，網(wǎng)絡(luò)層可劃分為接入網(wǎng)、承載網(wǎng)。接入網(wǎng)與感知層相連接，接入網(wǎng)關(guān)功能是這個層中的關(guān)鍵功能，也是IP網(wǎng)到感知層的終結(jié)點(diǎn)，接入網(wǎng)關(guān)功能主要完成協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，將各類短距離無線傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換為IP協(xié)議，并通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。承載網(wǎng)是整個網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)使用IPv4或IPv6的協(xié)議，本課題將研究對IP包頭進(jìn)行標(biāo)記來實現(xiàn)數(shù)據(jù)分類，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)化。本課題的主要側(cè)重點(diǎn)是無線通信，無線通信技術(shù)的演進(jìn)過程經(jīng)歷了2G/3G/LTE，同時還有WiMAX、Wi-Fi等技術(shù)可作為無線通信技術(shù)的補(bǔ)充。

（3）應(yīng)用層

應(yīng)用面向遠(yuǎn)程醫(yī)療信息化，按照實現(xiàn)架構(gòu)分為應(yīng)用適配層和面向遠(yuǎn)程醫(yī)療的服務(wù)。應(yīng)用適配層實現(xiàn)基于云計算的醫(yī)療健康信息分類存儲、處理及發(fā)布系統(tǒng)，涵蓋了數(shù)字醫(yī)療、遠(yuǎn)程診療、電子健康檔案等功能，并通過軟件實現(xiàn)基于中間件開放接口的數(shù)據(jù)應(yīng)用層。

（4）公共服務(wù)層

公用服務(wù)層貫穿了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系架構(gòu)的3個層面，為各個模塊提供基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施，公共功能包括標(biāo)識管理和解析技術(shù)、位置信息管理、安全管理、服務(wù)質(zhì)量管理等。

圖1　面向遠(yuǎn)程醫(yī)療和社區(qū)醫(yī)療的無線物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)

3　基于數(shù)據(jù)壓縮重構(gòu)的醫(yī)療圖像傳輸

我國偏遠(yuǎn)地區(qū)的無線接入覆蓋主要還是基于2G網(wǎng)絡(luò)，因此GPRS成為了主要的數(shù)據(jù)傳輸方式。然而，GPRS本身的傳輸速率較低，對于醫(yī)學(xué)圖片這樣的大數(shù)據(jù)信息，很難直接進(jìn)行傳輸。因此，找到合理的圖像壓縮和展示方式是遠(yuǎn)程醫(yī)療質(zhì)量的重要保障。本文以MRI（核磁共振）圖像為例，提出了一種適合遠(yuǎn)程醫(yī)療特點(diǎn)的圖像傳輸方案（見圖2）。

MRI成像是斷層成像的一種，它利用磁共振現(xiàn)象從人體中獲得電磁信號，并重建出人體信息，其在醫(yī)學(xué)診斷中具有十分重要的作用。然而，由于通常的MRI影像分辨率較高，且一次診斷需要多張MRI影像，因此找到一種完善的MRI數(shù)據(jù)傳輸方式對于遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)十分重要。

?圖2原始的MRI圖像

本文采用亮度壓縮的方式，針對MRI圖像的特點(diǎn)根據(jù)其圖像亮度變化找到圖像邊緣（見圖3）。采用這種方法可以將原始的MRI數(shù)據(jù)映射成為圖像邊界信息，大大降低了所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，使得遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的傳輸負(fù)載得到大大降低。

圖3　MRI圖像的邊緣化處理

圖4　MRI圖像的重構(gòu)

與此同時，當(dāng)遠(yuǎn)程收到該MRI邊緣圖像后，可以根據(jù)預(yù)先設(shè)計的合并方案，將MRI圖像進(jìn)行合并，并進(jìn)行三維重構(gòu)（見圖4），該方案可以方便地幫助遠(yuǎn)程醫(yī)療專家確定患者的病情；同時，降低對于MRI設(shè)備的性能要求，從而提升偏遠(yuǎn)地區(qū)的醫(yī)療服務(wù)水平。

圖5是三維重構(gòu)后的圖像展示結(jié)果，對于腦部MRI圖像，醫(yī)療工作者可以方便地利用三維圖像定位MRI圖像的位置，從而對患者的病灶情況獲得更加精確的理解，使得醫(yī)療工作者可以遠(yuǎn)程為偏遠(yuǎn)地區(qū)的患者進(jìn)行診斷。

圖5　MRI圖像的三維展示

4　結(jié)束語

我國人口的80%分布在縣以下醫(yī)療衛(wèi)生資源欠發(fā)達(dá)地區(qū)，而我國醫(yī)療衛(wèi)生資源80%分布在大、中城市，醫(yī)療水平發(fā)展不平衡。遠(yuǎn)程醫(yī)療在我國具有巨大的潛力，通過醫(yī)療與通信技術(shù)相結(jié)合將可以在很大程度上緩解我國醫(yī)療專家資源，以及中國人口分布極不平衡的現(xiàn)狀。

本文提出了遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)通用架構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于圖像壓縮的圖像傳輸方案。相關(guān)研究的不斷深入將為我國醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推力。