倪 健，曹保根，駱星九，邵壯超，胡家慶

（海軍特色醫(yī)學(xué)中心，上海 200433）

0 引言

隨著我國海上軍事力量的快速發(fā)展，醫(yī)院船、航母、綜合補(bǔ)給艦等大型水面艦艇陸續(xù)研制成功并投入使用，對海上衛(wèi)勤保障提出了新的要求。除“一船五艇四機(jī)”作為制式海上醫(yī)療救護(hù)裝備之外，其他大型艦船依據(jù)勤務(wù)定位，也專門設(shè)立了醫(yī)療區(qū)域用以自身或編隊(duì)的海上醫(yī)療救護(hù)任務(wù)。由于自身配備的醫(yī)療力量有限，大型海上救治平臺對海上遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)存在客觀需求。根據(jù)海上救治環(huán)境及現(xiàn)有海上醫(yī)療衛(wèi)生裝備水平，在主體架構(gòu)不變的情況下，綜合集成多種技術(shù)手段，靈活配置功能模塊，設(shè)計(jì)操作簡便、兼容性強(qiáng)的模塊化遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)，可為海上艦船提供更加全面有效的遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)支持。

1 遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)研究現(xiàn)狀

隨著通信和信息技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)已在遠(yuǎn)程會診、數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程教育和軍事醫(yī)學(xué)等方面取得了飛速發(fā)展。1993年3月，在索馬里維和行動中，美軍對全球遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)活動進(jìn)行了嘗試，初步確定了前線部隊(duì)遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)系統(tǒng)的基本組成[1]。美國國防部下屬的國防高級研究計(jì)劃局和美國國家航空航天局長期資助機(jī)器人手術(shù)和遠(yuǎn)程外科計(jì)劃[2]。2003年，美海軍“舒適號”醫(yī)院船經(jīng)過遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)軟硬件設(shè)備升級改造，可通過衛(wèi)星傳遞各種醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，并利用美軍遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)視頻會議系統(tǒng)進(jìn)行全球范圍的遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)咨詢[3]。

我國遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)起步較晚，但發(fā)展迅速。21世紀(jì)初，原總后衛(wèi)生部著手建立全軍遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息網(wǎng)，即“軍衛(wèi)二號”工程，依托鑫諾衛(wèi)星通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)功能，站點(diǎn)建設(shè)主要針對醫(yī)院、部隊(duì)、島礁等陸上單位，建成后連接方便，信號穩(wěn)定，帶寬較大[4]。但鑫諾衛(wèi)星組網(wǎng)只適合固定平臺使用，不適宜移動使用，因此，衛(wèi)星通路的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)特性不適宜海上艦船環(huán)境和中遠(yuǎn)海海域遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)的使用需求[5]。2008年，我軍第一艘制式醫(yī)院船866艦交付部隊(duì)，船上配備了較為完善的遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)，可通過船載衛(wèi)星通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三方音視頻及醫(yī)療數(shù)據(jù)傳真等功能，但在醫(yī)療數(shù)據(jù)抓取、設(shè)備一體化和靈活性方面還存在一定不足[6-7]。

2 海上遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)需求分析

在海上醫(yī)療救治過程中，由于海上救治力量有限，傷病員無法快速后送至后方陸地醫(yī)院救治。在遇到疑難病癥或其他難以解決的問題時，需通過遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)將傷病員檢查、診斷、治療過程中的文字、數(shù)據(jù)、圖像信息傳送至遠(yuǎn)程站點(diǎn)，由遠(yuǎn)程站點(diǎn)的專家組分析、診斷后回復(fù)。此外，在對傷病員進(jìn)行難度較大、較為復(fù)雜的手術(shù)時，需要對手術(shù)過程進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與支援，將手術(shù)部位、手術(shù)開展過程影像傳送至遠(yuǎn)程站點(diǎn)供遠(yuǎn)程專家組分析、診斷，遠(yuǎn)程專家組與手術(shù)醫(yī)生進(jìn)行即時交流，以便在手術(shù)過程中對手術(shù)醫(yī)生做出正確指導(dǎo)[8-9]。海上大型救治平臺擔(dān)負(fù)著戰(zhàn)時對傷病員進(jìn)行早期治療和部分?？浦委?、平時遂行海上災(zāi)害和突發(fā)事件救援等醫(yī)療保障任務(wù)，具備較為先進(jìn)的醫(yī)療儀器設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)療區(qū)域較大，擁有專門的手術(shù)室，具備開展遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)的客觀條件。

目前，我軍海上艦船主要使用戰(zhàn)略衛(wèi)星通信資源進(jìn)行通信，采用音視頻會議終端的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)活動。該衛(wèi)星系統(tǒng)通信帶寬較寬，可安全、流暢地開展遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)通信業(yè)務(wù)。其缺點(diǎn)是信號覆蓋范圍有限制，暫時無法實(shí)現(xiàn)所有海域的全覆蓋，且衛(wèi)星通信資源有限，需與船上其他系統(tǒng)綜合調(diào)配資源使用。作為補(bǔ)充通信手段，海事衛(wèi)星通信方式也可應(yīng)用于開展遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)活動。海事衛(wèi)星通信覆蓋范圍廣，缺點(diǎn)是通信帶寬窄、非國產(chǎn)衛(wèi)星與通信系統(tǒng)。2種方式互相補(bǔ)充可在無限航區(qū)開展遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)通信[10]。

海上遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)系統(tǒng)涉及監(jiān)控系統(tǒng)、醫(yī)療信息系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、信號切換控制系統(tǒng)等多套系統(tǒng)，如何利用現(xiàn)有艦船通信衛(wèi)星資源和公用通信資源，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)備配置與軟件開發(fā)，研制一種可使用多種通信方式、具有多種通信接口、適應(yīng)艦船環(huán)境的模塊化遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)，是海上大型救治平臺的迫切需求。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)

根據(jù)海上艦船勤務(wù)定位及醫(yī)療設(shè)備、通信設(shè)備的布局與選型，構(gòu)建遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)。遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)鏈路結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)鏈路結(jié)構(gòu)示意圖

系統(tǒng)采用雙衛(wèi)星通路互為補(bǔ)充的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程衛(wèi)星通信：在有限航區(qū)內(nèi)，通過國產(chǎn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)備建立與遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)中心的通信連接，通信速率≥2 Mbit/s；在國產(chǎn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)無法覆蓋的區(qū)域或遇到其他情況無法使用時，采用海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為通信媒介與遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)中心連接，通信速率可達(dá)256 kbit/s[11]。

艦船內(nèi)部綜合集成音視頻采集設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、顯示設(shè)備、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備等，經(jīng)切換控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)雙向音視頻與文件信息的即時傳輸。為適應(yīng)海上艦船復(fù)雜電磁環(huán)境，信號接收及輸出端需增加信號增強(qiáng)及抗干擾裝置。由于海上衛(wèi)星通信的不穩(wěn)定性，系統(tǒng)可根據(jù)不同帶寬進(jìn)行自適應(yīng)或手動調(diào)整傳輸圖像質(zhì)量。此外，海上救治平臺醫(yī)護(hù)及后勤保障人員數(shù)量有限，遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)應(yīng)盡量簡單、便捷，安裝觸摸式控制面板可使醫(yī)護(hù)人員及信息技師快速掌握使用方法。

遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)視頻數(shù)據(jù)通過監(jiān)控系統(tǒng)攝像機(jī)、高清術(shù)野攝像機(jī)及移動攝像機(jī)進(jìn)行采集，音頻信號通過便攜式或吸頂式拾音裝置采集。傷病員基本信息、檢查檢驗(yàn)報(bào)告、影像資料等醫(yī)療數(shù)據(jù)信息通過開發(fā)與船載醫(yī)療信息系統(tǒng)接口實(shí)現(xiàn)自動抓取與生成。在遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)中心及手術(shù)室安裝大屏幕實(shí)現(xiàn)音視頻信號輸出，文件傳輸通過專用計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)端連通實(shí)現(xiàn)。音視頻信號的控制與切換采用觸摸式控制面板完成。同時，根據(jù)海上救治平臺配套通信設(shè)備的不同，采用不同解決方案來解決音視頻信號數(shù)模轉(zhuǎn)換及信號傳輸標(biāo)準(zhǔn)性問題。

3.2 技術(shù)要求

3.2.1 數(shù)模兼容

目前，模擬信號已逐漸被數(shù)字信號取代。由于早期設(shè)備大多采用模擬信號方式傳輸，艦船內(nèi)衛(wèi)星通信音視頻信號傳輸大多依然采用音視頻矩陣切換方式，因此，在平臺系統(tǒng)升級改造及全新研發(fā)過程中，需配備數(shù)模信號切換設(shè)備。

信號采集、傳輸及切換設(shè)備選型時需要重點(diǎn)考慮與衛(wèi)星通信部門設(shè)備的協(xié)議對接及兼容性問題。使用數(shù)字信號方式傳輸時，傳輸介質(zhì)為網(wǎng)線或光纖。而使用模擬信號方式傳輸時，視頻圖像使用MPEG格式、采用PAL制式，分辨力一般不超過130萬像素，傳輸協(xié)議使用H.264或H.265，傳輸介質(zhì)為同軸電纜、HDMI、SDI等；音頻信號則使用G.711等方式進(jìn)行壓縮，傳輸介質(zhì)為多芯帶屏蔽的專業(yè)音頻線纜。

3.2.2 信號傳輸與控制

海上環(huán)境下衛(wèi)星通信帶寬有限且信號并不穩(wěn)定，為保障海上遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)通信清晰度，遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)可根據(jù)帶寬自適應(yīng)傳輸碼率，也可手動選擇傳輸碼率，如256、512kbit/s等。艦船內(nèi)部信號傳輸質(zhì)量影響因素主要在于線纜鋪設(shè)長度及接口連接質(zhì)量，網(wǎng)線鋪設(shè)不宜超過75 m，同軸線纜鋪設(shè)不宜超過150 m。對信號衰減較大的信號源，需加裝信號增強(qiáng)設(shè)備，以保證通信質(zhì)量。

由于海上艦船空間有限，音視頻信號的切換與拼接主要通過遠(yuǎn)程控制機(jī)房設(shè)備進(jìn)行控制，而手術(shù)室及會議中心沒有直接操作的渠道，遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)過程中信號切換存在不便。通過加裝觸摸式控制面板，可在各加裝房間進(jìn)行快速切換與控制，提高工作效率并減少誤操作。

3.2.3 遠(yuǎn)程操作軟件

監(jiān)控中心操作系統(tǒng)使用Windows 2003 Advanced Server以上操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫采用Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。音視頻切換及控制軟件根據(jù)不同平臺的不同需求，采用定制方式進(jìn)行模塊化安裝，主要包含分布式管理服務(wù)器軟件、分布式客戶端軟件、IPC（IP Camera）接入管理服務(wù)軟件等。

3.3 軟硬件配置

3.3.1 硬件配置

前端設(shè)備包含場景攝像機(jī)、手術(shù)專用攝像機(jī)、移動視頻會議終端、麥克風(fēng)、信號切換控制面板、加固大屏幕、音視頻輸出節(jié)點(diǎn)設(shè)備、數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)等設(shè)備，若無條件配備大屏幕則需另外配置揚(yáng)聲器；服務(wù)器端主要設(shè)備包含網(wǎng)絡(luò)錄播服務(wù)器、音視頻編解碼服務(wù)器等設(shè)備；終端設(shè)備主要包含戰(zhàn)略衛(wèi)星通信和海事衛(wèi)星信號處理設(shè)備。

3.3.2 軟件配置

遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)軟件包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、可視化管理，拼接處理，集中控制管理、KVM管理，客戶端觸控軟件、IPC接入管理服務(wù)、外部信息接口等功能模塊。不同平臺、不同硬件配置對軟件模塊需求各不相同，可根據(jù)實(shí)際配置與應(yīng)用需求進(jìn)行裁剪、組合。

4 功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)的總體要求、需求分析和軟硬件設(shè)備配置，采用集成與開發(fā)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)具有遠(yuǎn)程會診、遠(yuǎn)程手術(shù)監(jiān)控與指導(dǎo)、遠(yuǎn)程醫(yī)療咨詢等功能的遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

4.1 遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)咨詢與手術(shù)指導(dǎo)

在衛(wèi)星通路成功建立連接之后，使用人員通過操作控制軟件或觸摸控制面板將指定艙室的音視頻信號切換上傳至遠(yuǎn)程專家組，遠(yuǎn)程專家組的音視頻信號同步回傳至信息中心并可同步傳輸至手術(shù)室。手術(shù)醫(yī)生和遠(yuǎn)程專家組可就手術(shù)中遇到的問題進(jìn)行即時音視頻交流，同時遠(yuǎn)程專家組可根據(jù)傳送過來的視頻圖像對手術(shù)醫(yī)生進(jìn)行遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)。患者相關(guān)檢查檢驗(yàn)報(bào)告及影像資料通過系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)接口抓取至遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息終端，通過數(shù)據(jù)接口傳送至遠(yuǎn)程專家組。在遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)會診過程中可對具有保存價(jià)值的畫面通過手動、定時等方式進(jìn)行數(shù)字錄像，供相關(guān)人員或部門進(jìn)行分析、研究與教學(xué)使用，并實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和多模式錄像與回放等功能。

音視頻上、下行控制，攝像機(jī)控制，大屏幕顯示控制均可通過遠(yuǎn)程控制軟件或觸摸控制面板實(shí)現(xiàn)。觸摸控制面板界面如圖3所示。

圖3 觸摸控制面板界面

4.2 系統(tǒng)接口

通過救治平臺醫(yī)療信息系統(tǒng)的遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)接口，可隨時抓取并調(diào)閱傷病員的基本信息、檢診信息、救治信息和影像資料，并可對這些信息進(jìn)行提取、傳輸與打印。

通過加裝的海事衛(wèi)星設(shè)備，采用網(wǎng)絡(luò)連接方式與遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)中心進(jìn)行通信連接。遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)可在無限航區(qū)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)雙向音視頻實(shí)時動態(tài)交互及文本、數(shù)據(jù)信息的雙向傳輸。根據(jù)工作要求，海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)與救治平臺局域網(wǎng)絡(luò)實(shí)施物理隔離，二者之間的數(shù)據(jù)信息采用認(rèn)證的方式和中間介質(zhì)進(jìn)行文檔泊接，實(shí)現(xiàn)信息交互。

5 系統(tǒng)測試

遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)經(jīng)過多次測試，性能穩(wěn)定，使用時通話清晰，音視頻切換正常。受衛(wèi)星通信帶寬和信號切換影響，視頻畫面清晰度存在一定衰減，并略有延遲現(xiàn)象。醫(yī)療數(shù)據(jù)生成、傳輸及文本傳真良好。操作人員通過觸摸控制面板，可快速掌握基本操作流程。系統(tǒng)通過戰(zhàn)略衛(wèi)星通信及海事衛(wèi)星2種方式實(shí)現(xiàn)了與陸上遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)中心的音視頻信息實(shí)時、動態(tài)交互以及文本、數(shù)據(jù)信息的雙向傳輸。

6 發(fā)展方向

現(xiàn)階段遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)依然過于龐大與繁雜，設(shè)備較多，接口復(fù)雜，加改裝難度較大，需要在艦船建造初期就進(jìn)行集中規(guī)劃和設(shè)計(jì)，且對操作人員有較高的專業(yè)要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)的小型化、一體化及操作簡單化指日可待。在預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)接口的基礎(chǔ)上，即插即用型移動式遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)將會是未來的發(fā)展趨勢。

7 結(jié)語

在海上遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)的論證、設(shè)計(jì)與實(shí)施過程中，結(jié)合了大型海上救治平臺的特點(diǎn)和野戰(zhàn)條件。戰(zhàn)略衛(wèi)星通信和海事衛(wèi)星相結(jié)合的方式，滿足了海上救治平臺在無限航區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)交互的需求。遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程醫(yī)療業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)、遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)技術(shù)咨詢等功能可較好地提高海上傷病員救治效率，彌補(bǔ)海上救治力量的不足。對于海上中小型救治平臺或其他非救治平臺，可適當(dāng)減少部分模塊和功能進(jìn)行最小化升級改造，以適應(yīng)簡單會診或應(yīng)急需要。