視頻監(jiān)護探視系統(tǒng)在重癥監(jiān)護室的應(yīng)用

【作者】秦勇，龔連英，于佳慧，商萌萌

1 哈爾濱理工大學(xué)測控技術(shù)與通信工程學(xué)院，哈爾濱市，150080

2 黑龍江省高校測控技術(shù)與設(shè)備重點實驗室，哈爾濱市，150080

3 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，哈爾濱市，150080

視頻監(jiān)護探視系統(tǒng)在重癥監(jiān)護室的應(yīng)用

【作者】秦勇1,2，龔連英1,2，于佳慧3，商萌萌1,2

1 哈爾濱理工大學(xué)測控技術(shù)與通信工程學(xué)院，哈爾濱市，150080

2 黑龍江省高校測控技術(shù)與設(shè)備重點實驗室，哈爾濱市，150080

3 哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，哈爾濱市，150080

該系統(tǒng)使用H.264壓縮編碼，通過TCP/IP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，將采集的重癥患者的視頻信息和心率圖、血氧血壓變化曲線圖實時傳到醫(yī)護室和ICU外設(shè)有的患者家屬探視點，能夠?qū)⒒颊叩男畔⒓刑峁┙o醫(yī)護人員，并能夠做好相關(guān)備份，避免潛在的醫(yī)療糾紛。

重癥監(jiān)護室；H.264壓縮編碼；TCP/IP協(xié)議

0　引言

重癥監(jiān)護室(ICU)是一個集中救治危重患者的特殊場所，這里收治的患者均為手術(shù)后病人和危重病人，抵抗力很低，極容易產(chǎn)生并發(fā)癥[1]。目前ICU在大多數(shù)醫(yī)院都采用半封閉式管理，對訪客入內(nèi)及會面時間皆有嚴格限制[2]。但是家屬對患者在ICU的狀況及是否得到了良好的照顧不了解，對患者的病情甚是擔(dān)憂，加之承擔(dān)較高的醫(yī)療費用，由此而產(chǎn)生懷疑的態(tài)度[3]。據(jù)統(tǒng)計，國外有1/3的監(jiān)護室采用完全開放模式，在美國，己經(jīng)有越來越多的ICU允許家屬探視，醫(yī)護人員也從中逐步認識到家屬己不再是單獨的探視者，而是己經(jīng)成為醫(yī)護人員的合作伙伴[4]。

重癥監(jiān)護室視頻監(jiān)護探視系統(tǒng)的研究工作對于加強醫(yī)患溝通，讓醫(yī)護人員與家屬都能夠了解患者的狀況，有助于醫(yī)生對疑難雜癥的觀察與分析，加強人性化以及智能化管理，在醫(yī)院提升服務(wù)理念和服務(wù)水平上有著重要的意義。

1　重癥監(jiān)護室視頻監(jiān)護探視系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

重癥監(jiān)護室視頻監(jiān)護探視系統(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是對患者的視頻采集，另一部分是為患者家屬提供的遠程探視。

重癥監(jiān)護室內(nèi)配置視頻攝像機、視頻處理器，在重癥監(jiān)護室里的每一個病床吊塔的塔壁上安裝一個攝像頭，每個攝像頭負責(zé)監(jiān)控一位病人的動態(tài)，將采集到的視頻信息經(jīng)過視頻處理后再與現(xiàn)有的設(shè)備連接，例如心電監(jiān)護、血氧測試儀、血壓測試儀等設(shè)備。再將處理后的數(shù)字化視頻數(shù)據(jù)、心電數(shù)據(jù)、血氧數(shù)據(jù)、血壓數(shù)據(jù)利用局域網(wǎng)分別實時傳送到重癥患者家屬室外探視點和醫(yī)務(wù)區(qū)。其總體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1　總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖Fig.1 The t°tal framew°rks and the c°mp°siti°n °f this system

在遠程探視的部署上，隔離區(qū)外設(shè)立遠程探視室并配置網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機、PC客戶端，這些設(shè)施通過醫(yī)院局域網(wǎng)接入監(jiān)控中心管理平臺。家屬或朋友可在室外探視點排隊等候查看室內(nèi)患者的基本情況，該系統(tǒng)能為家屬提供基本的報告單，但具有固定的探視時間。同時在醫(yī)務(wù)區(qū)設(shè)立PC客戶端對每個重癥監(jiān)護室進行實時查看，在出現(xiàn)有突發(fā)意外的重病患者或急需護理的患者時，醫(yī)務(wù)區(qū)的醫(yī)務(wù)人員可及時采取相應(yīng)措施。

2　功能模塊設(shè)計

利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行探視是一種新型的較科學(xué)的ICU探視模式。視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要分為四大功能模塊和視頻采集監(jiān)控模塊、視頻編碼模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊和視頻客戶端顯示模塊。重癥監(jiān)護室的監(jiān)控對視頻監(jiān)控系統(tǒng)的要求很高，不僅要對患者進行實時監(jiān)控，還需要對患者使用的監(jiān)護儀器顯示的數(shù)據(jù)或者圖像進行實時監(jiān)控。基于這種背景本文設(shè)計開發(fā)實現(xiàn)了最新的H.264數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對其中的多項重要技術(shù)進行了研究，如視頻解碼技術(shù)、視頻圖象處理技術(shù)、視頻流網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計如圖2所示。

圖2　視頻監(jiān)護探視系統(tǒng)的設(shè)計Fig.2 The design °f vide° surveillance system

2.1醫(yī)護區(qū)的監(jiān)控

2.1.1視頻采集監(jiān)控的設(shè)計

重癥監(jiān)護室的攝像頭采集到的圖像為模擬信號，為了進行視屏壓縮處理進而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸，需要將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。CCD攝像頭通過BNC接頭將NTSC /PAL/SECAM制式的模擬信號送到視頻解碼芯片TVP5150后，按照YCbCr 4: 2: 2的格式轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，在本系統(tǒng)中以8 bit內(nèi)嵌同步信號的ITU-RTB.656格式輸出。

在本系統(tǒng)中，只使用了TMS320DM642芯片集成的三個VP口中的1個視頻口VPO用于視頻采集，VP1和VP2口作為預(yù)置接口，以備將來系統(tǒng)升級使用。DM642的視頻端口VPO和視頻解碼芯片TVP5150AM相連接，實現(xiàn)視頻的采集功能。DM642通過自身的I2C總線與TVP5150的I2C總線連接進而對其進行圖像采集參數(shù)設(shè)置。視頻解碼電路如圖3所示。

圖3　視頻解碼電路Fig.3 The vide° dec°ding circuit

2.1.2網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)脑O(shè)計

監(jiān)護信息網(wǎng)絡(luò)化有利于進行動態(tài)化分析研究。由于醫(yī)院的某些信息具有保密性，網(wǎng)絡(luò)通信采用局域網(wǎng)傳輸，ICU 的監(jiān)控視屏只限在醫(yī)院內(nèi)查看。本系統(tǒng)的視頻處理器的核心芯片DM642提供EMAC和MDIO兩個相關(guān)接口，EMAC提供MII接口，完成PHY芯片和DSP之間的數(shù)據(jù)包的通訊。EMAC控制網(wǎng)絡(luò)模塊的位、中斷和存儲器接口的優(yōu)先權(quán)，其中通過控制存儲器接口的優(yōu)先權(quán)來平衡EMAC設(shè)備同DSP外圍設(shè)備對存儲器的操作，MDIO控制PHY芯片的配置和監(jiān)視MII接口的狀態(tài)。

本系統(tǒng)物理層的網(wǎng)絡(luò)器件采用的是RTL8201CP芯片，通過網(wǎng)絡(luò)隔離變壓器和一個RJ-45接口與以太網(wǎng)相連。該網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊有8個獨立的發(fā)送和接收通道，支持同步的10/100 Mbit 數(shù)據(jù)通訊。網(wǎng)絡(luò)傳輸電路如圖4如示。

圖4　網(wǎng)絡(luò)傳輸電路Fig.4 The netw°rk transmissi°n circuit

2.2遠程探視功能

視頻和心電、血氧、血壓的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過本地網(wǎng)絡(luò)分別傳入醫(yī)務(wù)區(qū)和家屬等候區(qū)，因為醫(yī)護人員和家屬的要求不一樣，醫(yī)護室要求監(jiān)護病房所有的病人，而家屬所期望看到的是自己的家屬，所以醫(yī)護區(qū)和家屬等候區(qū)的客戶端的功能是有差異的。

醫(yī)護人員可在監(jiān)護顯示系統(tǒng)接受和解除病人信息，可對所有患者的圖像信息整體控制，根據(jù)不同患者的年齡和病情設(shè)定心率的報警閾值，可對單獨患者的視頻信息進行回顧和暫停監(jiān)護。病人圖像信息存儲在視頻錄像機內(nèi)，一周自動更新一次，以便于醫(yī)生對患者病情趨勢的預(yù)測以及對不常見病情的總結(jié)?？蛻舳嗽O(shè)計的監(jiān)護顯示系統(tǒng)如圖5所示。

圖5　監(jiān)護顯示系統(tǒng)Fig.5 Guardianship display interface

患者家屬可在探視顯示系統(tǒng)清晰地查看患者在當(dāng)前時刻的精神狀態(tài)，以及醫(yī)護人員對其家屬的悉心照料。既能緩解焦慮的心情，又能增加對醫(yī)護人員的信任度。視頻客戶端探視的時間為15 min，當(dāng)探視時間到達15 min后系統(tǒng)會自動退出該患者的視頻顯示界面，如果想繼續(xù)查看的話可以等下一時間段登入，系統(tǒng)設(shè)定每個床位號每天可以查看3次?？蛻舳嗽O(shè)計的探視顯示系統(tǒng)如圖6所示。

圖6　探視顯示系統(tǒng)Fig.6 Visitati°n display interface

客戶端的視頻顯示均采用觸屏屏幕，其設(shè)計是一個床位號對應(yīng)一個IP地址，一個IP地址對應(yīng)一個攝像頭，通過IP地址找到并顯示對應(yīng)患者的視頻和心率、血壓、血氧的圖像。對于監(jiān)護系統(tǒng)，只要輸入賬號和密碼即可登入視頻顯示的主界面，可觀看所有患者的動態(tài)數(shù)據(jù)。對于探視系統(tǒng)，進入視頻顯示系統(tǒng)后輸入患者的姓名和床位號可查看ICU里的相應(yīng)重病患者的狀態(tài)和醫(yī)療器械顯示的動態(tài)數(shù)據(jù)。

3　系統(tǒng)測試

在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，每個功能模塊設(shè)計結(jié)束后，都進行了模塊項目測試。所有系統(tǒng)程序設(shè)計完成后，對全部模塊進行了系統(tǒng)整合，整合后的系統(tǒng)進行了網(wǎng)絡(luò)連接測試，其部分測試和運行結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7　網(wǎng)絡(luò)連接界面Fig.7 Netw°rk interface

圖8　客戶端視頻顯示Fig.8 The vide° display °f client

目前得到的測試結(jié)果可以看出，本系統(tǒng)具有良好的性能，能夠完成視頻采集、視頻處理和本地傳輸工作。

4　結(jié)論

本文針對重癥監(jiān)護室中的監(jiān)護要求，系統(tǒng)應(yīng)用了視頻處理與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，以DM642為處理核心，設(shè)計完成了用于重癥監(jiān)護室的監(jiān)護探視系統(tǒng)。系統(tǒng)將視頻采集系統(tǒng)和監(jiān)護室中的心率測試儀、血氧測試儀、血壓測試儀等相關(guān)監(jiān)護設(shè)備相連接，將采集的重癥患者的視頻信息和心率圖、血氧血壓變化等信息實時傳輸給監(jiān)護室中的醫(yī)生和ICU外設(shè)有的患者家屬探視點，為醫(yī)護人員的監(jiān)護工作帶來便利，并能夠讓患者信息及時反饋給家屬，提高醫(yī)院的服務(wù)質(zhì)量。

[1] 閆雅鳳, 唐晟.重癥監(jiān)護病房實行探視制度的效果觀察[J]. 護理學(xué)報, 2007, 14(25): 43-44.

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[3] 張茂. 高清網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)在智能醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 中國公共安全: 學(xué)術(shù)版, 2012, (17): 116-119

[4] 武佩佩, 李秋潔, 孔繁瑩, 等. 家庭系統(tǒng)理論視角下監(jiān)護室探視制度的研究[J]. 護理研究, 2012, 26(6A): 1450-1452.

Application of Video Monitoring System in Intensive Care Unit

【 Writers 】QIN Yong1,2, GONG Lianying1,2, YU Jiahui3, SHANG Mengmeng1,2
1 College of Measurement and Control Technology and Communications Engineering, Harbin University of Science and Technology, Harbin, 150080
2 The Higher Educational Key Laboratory for Measuring & Control Technology and Instrumentations of Heilongjiang Province, Harbin, 150080
3 The First Hospital Affiliated of Harbin Medical University, Harbin, 150080

【 Abstract 】The system applies H.264 compression coding technology and uses TCP/IP protocol to transmit data. It transfers the video information, cardio-spectrograms, blood oxygen and blood pressure spectrum to the medical area and the visiting area for families that outside of ICU intensively. The patients’ information is transmitted to the medical staffs intensively, then making the relevant backups, so people can avoid many potential medical disputes.

ICU, H.264 compression coding, TCP/IP protocol

R197.324

A

10.3969/j.issn.1671-7104.2015.06.003

1671-7104(2015)06-0400-03

2015-07-09

秦勇，E-mail: l°ngmenmail@163.c°m