4G时代远程医疗的关键技术

3G时代远程医疗的关键技术摘要：基于时分同步码分多址，分析了远程医疗的核心业务及其与现有医疗信息系统的内在联系，利用移动无线设备建立了基于3G网络的远程医疗服务平台。重点是解决基于3G网络的远程诊断咨询服务的工作流程，采用初始会话协议SIP，通过3G网络传输医学图像数据，并在PDA展示关键技术。目前，中国有三种远程医疗方案。一是利用大量专业设备，基于卫星通信和自动柜员机网络技术，提供完整、高质量的远程医疗咨询方案。其次，基于综合业务数字网、帧中继等特殊网络载体，利用多媒体视频产品形成远程医疗咨询方案。第三种是基于电话线的多媒体远程医疗咨询方案。然而，上述三种远程医疗咨询方案在中国的发展相对缓慢，且远未普及。制约其发展的主要原因是：(1)电信传输质量不高，带宽是最大的瓶颈；(2)地方医院远程医疗系统难以管理，通信系统仍不兼容，各有政策，没有统一标准，开放性差；(3)大型医学图像处理困难；(4)远程传输存在安全问题，容易受到黑客和病毒攻击，导致信息泄露；(5)远程医疗的普及率仍然很低；(6)网络建设成本制约了远程咨询中心的普及。真正的远程医疗是能够使用统一的标准，在任何时间、任何地点和任何人员之间实现高质量、兼容、开放和安全的医疗通信。现代移动无线通信手段实现了医护人员和患者自由行动的空间和时间的扩展。随着全球无线通信网络的快速发展，第三代移动通信技术3G网络在通信速度、传输质量、网络频谱、使用成本等方面具有无可比拟的优势。商业中的3G？功能上？带宽将结合所有的无线服务，并支持任何地方的互联网接入，包括卫星通信？定位定时、数据采集和远程控制等集成功能？3G网络技术与远程医疗相结合，将突破远程医疗的带宽等瓶颈，实现远程医疗数据传输的管理和控制，提高数据传输质量，完成大型医学图像的处理。作为与国民经济和人民生活密切相关的基础产业，我国医疗卫生行业正在加快医疗信息化建设的步伐，信息系统的应用越来越广泛。我们要做的就是抓住这个机遇，利用新的3G网络技术实现远程医疗服务。基于3G网络的远程医疗信息系统的研究，对于提高各特征区域的远程医疗服务水平，实施紧急医疗保障和特殊环境医疗(如甲型H1N1流感防控和震后各种疾病的远程诊治)，实现医疗服务的可及性、公平性和及时性，共享现有医疗资源，实现远程医疗的建设目标具有重要意义。1国内外研究现状及分析1.1国外形势国外远程医疗技术的发展已有近40年的历史。随着移动通信技术的不断发展，近年来，国外科研机构对利用移动设备进行远程医疗活动进行了大量研究，并取得了一些有代表性的成果。例如，芬兰ISTVivago公司在2005年开发的WristCare系统；一些典型的远程医疗监控系统，例如2007年在韩国研究的远程医疗系统。利用智能手机等移动设备进行远程诊断和咨询的研究在国外也取得了初步进展。麻省理工学院下一个实验室的移动远程诊断项目MOCA使用移动电话作为远程医疗诊断终端。医生收集病人的病情信息和图像数据(包括音频、视频、电子病历、医学图像数据等。)并将其上传到医疗数据信息系统(OpenMrs)。同时，通知远程专家。远程专家通过OpenMrs系统下载患者数据进行远程诊断，并将诊断结果发送到远程手机。MOCA项目使用GPRS/SMS作为通信手段，属于2.5G移动通信标准。理论最大数据速率为171.2kb/s，不能满足远程医疗的实时性要求。它的平台有很多限制。1.2国内形势远程医疗在我国起步较晚，但起点较高，发展非常迅速。目前，我国对远程医疗的研究基本停留在互联网、PSIN、综合业务数字网等有线传输数据的层面。虽然远程医疗的应用范围在很大程度上受到限制，但也有一些经验可以借鉴。例如，它已被广泛用于通过计算机的有线网络传输和显示医学图像。此外，图像通过小存储卡在不同的信息设备之间传输。中国第三代移动通信标准TD-SCDMA的部署提供了比第二代移动通信标准更先进的语音和数据服务，包括分组数据和宽带多媒体服务。它提供高速无线数据传输，适用于各种服务环境。并且与第二代移动通信系统兼容。近年来，随着我国医疗行业的发展，对医学图像远程诊断的需求越来越大。然而，我国许多医院尚未建立完整的无线移动传输医疗系统。建设一个符合中国医院特点的远程医疗传输信息系统是目前非常迫切的需要。因此，开发具有高速、可重用、安全和良好成本优势的远程医疗无线移动信息系统具有很高的理论和实用价值。然而，基于3G网络的远程医疗信息系统可以实现对数据传输的管理和控制，完成医学图像的各种处理。它不仅可以为医生和护士提供许多新的选择，而且使用起来也更加方便。2基于3G网络的远程医疗服务总体规划2.13G环境下的远程医疗服务基于3G网络的远程医疗服务平台通过企业局域网与移动远程医疗服务器和医院信息系统相连。远程医疗服务终端通过3G网络开展远程医疗活动。远程医疗服务平台包括医院系统主数据库、医院客户端前端处理器、医院客户端网络隔离器、通信网络管理防火墙、远程医疗应用服务器集群、3G网关服务器、中国移动通信运营商、移动设备远程医疗终端、远程教学通信终端和远程医疗监控终端，如图1所示。图1基于3G网络的远程医疗服务平台拓扑图远程医疗应用服务器、FTP服务器、数据库服务器和实时通信服务器构成了远程医疗服务平台的核心。根据需要以加密和安全的方式从各医院的客户收集数据，同时控制所有远程医疗活动的计划和执行。医院主数据库、客户端前端处理器和网络安全隔离器构成局域网中的医院客户端数据采集系统。网络隔离器控制系统与外部网络的连接方式，包括加密密钥、访问权限、IP控制、网络隔离、端口屏蔽、防病毒、信息安全等功能。它完全保护医院局域网中的系统免受外部网络的攻击。移动通信运营商为3G网络通信提供支持环境，包括基站和3G网络管理服务器等基础设施。在3G移动通信中采用广播和组播技术，通过共享传输链路，具有较高的移动通信性能，能够满足移动远程医疗活动的需求。移动远程医疗术语2.2利用会话初始化协议实现基于3G的远程诊断和咨询基于3G网络的远程医疗服务平台中的远程医疗诊断与咨询将包括两个方面：一是预约专家远程医疗咨询，二是在线专家远程医疗诊断。在远程医疗服务平台的咨询中心主页中，终端用户可以执行远程医疗咨询网络成员申请、咨询专家信息查询、远程医疗咨询申请、远程医疗咨询取消、远程医疗咨询申请回复、远程医疗咨询数据传输等功能。同时，下载移动远程医疗咨询客户端。用户通过移动设备(具有摄像头和麦克风功能的智能手机、笔记本电脑等)登录后。)，他们可以与在线专家一起开展实时远程医疗诊断、多人咨询和其他活动。以预约式远程医疗会诊为例，流程如图2所示。图2基于3G网络的远程医疗服务平台预约咨询流程上述过程可以通过多种方式实现专家与患者一对一互动会诊、本地会诊中心专家组与患者远程会诊、本地会诊中心专家组与远程专家与患者远程会诊、远程医学培训、远程观察等功能。为了实现上述远程会诊和诊断工作流程，有必要实现对实时视频和语音通信的有效控制。因此，应用项目将通过SIP协议来实现。SIP协议是一种IP电话信令协议。它可用于邀请新成员加入现有会话或创建新会话。作为园区的核心理念之一。它也可以被用来明确地邀请一个成员加入或创建一个会话，这比多播和会话通告协议(SAP)有很大的改进。通信方可以共同协商要使用的媒体参数(例如，是否支持视频)。独立于它处理的多媒体会话的类型和用于描述会话的机制，它可以应用于各种情况，例如视频会议、语音呼叫、共享白板、游戏会话、应用共享、桌面共享、文件传输等。具有可扩展的架构。通常，SIP协议使用实时传输协议(RTP)来传输音频和视频流，并使用会话描述协议(SDP)来执行媒体描述。SIP通过以下机制实现其可扩展性。两个或多个通信方使用SDP进行音频和视频会议描述。SIP协议可用于会话管理，包括发起和终止会话、修改会话参数、调用服务、引入其他用户、建立转接呼叫、呼叫保持等。SIP的可伸缩性还表现在它可以通过定义新的头和方法来添加新的函数，这反映在大多数添加新函数的扩展定义文档(RFC)中。基于SIP的在线服务是即时通讯的基础。在此基础上，还可以实现类似Pushtotalk的应用，这可能成为3G业务的增长点。事实上，SIP协议的特点决定了它将比其他协议更好地支持多媒体和语音。SIP可以为任何与语音和多媒体相关的服务提供支持。它可以支持多方对话，无论是语音、视频还是两者都支持。SIP在3G智能通信终端中的应用是3G环境下远程医疗需要解决的关键问题之一。2.3 PDA用于医学图像数据传输和显示该应用项目旨在开发一个基于3G移动通信网络的医学图像传输和显示模块，以便在远程会诊活动中通过PDA查看PACS图像。系统架构如图3所示。图3医学图像传输系统的架构该系统包括三层结构：(1)表示层：由于PDA的显示限制，有必要研究一种适合PDA的医学图像显示方法。计划采用网页浏览模式，通过小程序或JavaScripts实现用户界面，作为显示医学图像数据的界面。(2)中间件层：由于PDA本身对连接数据库有一些功能限制，中间件层用于访问PACS数据库，获取DICOM格式的医学图像数据，并调整格式以适应PDA显示。(3)存储层：由医院的PACS系统组成。由于医院数据库一般存在于内部网络中，内部网络的数据通过安全数据交换技术交换到外部网络。计划与PDA实现医学图像的传输和显示。目前，初步模拟的显示系统应该能够支持图像缩放、平移、变换、标记等。同时，该系统将支持基于网络的访问，并可以通过计算机查看图像地图。希望在基金的支持下，实现3G网络环境下PDA医学影像的传输和展示。当使用智能手机进行远程诊断和咨询时，该功能可以极大地方便医学图像数据的查看，提高咨询的准确性。同时，建议利用PDA查看患者的病程数据，提高移动远程医疗服务水平。为了提高图像传输和存储的效率，降低对信道容量和存储容量的要求，需要先对数字化的图像源信号进行压缩，然后以压缩的形式传输或存储图像。图像编码是寻求一种有效的信号编码方法，并对图像源进行编码。它是一种压缩编码技术，在保证所需图像质量的前提下降低必要的数字速率。图像有许多压缩标准。根据实际工作情况，将采用JPEG(联合摄影专家组)标准。基于3G网络的远程医疗信息系统采用了全新的高速、移动、灵活、快捷的3G网络技术，为远程医疗控制复杂、成本高、治疗方便、易于推广提供了有效途径。一方面，它使医务人员能够