医学信息学11(远程医学).ppt

第一节 远程医学概述 Telemedicine广义上讲，是远程医学，即是不受“时间”“地点”限制的医学活动，是电子医学数据和信息（高分辨率图像、声音、视像和患者记录）在异地间的传递，也是使用通信技术和计算机多媒体技术提供远程医学服务。,第十一章 远程医学,远程医学包括 远程诊断、远程会诊、远程护理、远程教育、远程医学学术研讨和远程医学信息服务等医学活动。从狭义上讲，是远程医疗。即是以通信、计算机和现代医学等先进技术为手段，以诊断和治疗为目的，以患者为对象的远程医疗服务。,第一节 远程医学概述,远程医疗包括远程影像放射学、远程病理学、远程肿瘤学、远程心脏学和远程家庭保健等医疗活动。,第一节 远程医学概述,一、远程医学概念与特征（一）远程医学定义1992年，Preston对远程医学的描述：远程医学是利用远程通讯技术，以双向传送数据、语音、图像的方式开展远程医疗活动。,20世纪90年代中期，美国远程医学学会和美国国防部卫生事务处对远程医学的定义：远程医疗是以计算机技术、卫星通信技术，遥感、遥测和遥控技术，全息摄影技术，电子技术等高新技术为依托，充分发挥大医院或专科医疗中心的医疗技术和设备优势，对医疗条件差的边远地区、海岛或舰船上的伤病员进行远距离诊断治疗或提供医疗咨询。,第一节 远程医学概述,WHO，1997年12月，瑞士日内瓦：远程健康信息系统是通过医疗信息和通讯技术从事远距离健康活动和服务的系统。其目的是为了促进全球人类健康、疾病控制、病人保健、医学教育、卫生管理以及相关的研究。,第一节 远程医学概述,（二）远程医学内涵,第一节 远程医学概述,远程医学是采用通信技术为异地患者提供医疗服务的系统。在远程医学中，医疗服务的提供者和被服务对象分出两地，因此，在结构上分为以下三个部分：,1）提供医疗服务方 即医疗服务源所在地，一般位于大城市的具有丰富的医学资源和诊疗经验医疗中心和有经验的医生。2）申请医疗服务方 可以是医疗、诊断和治疗能力较弱的医疗机构，也可以是家庭患者。3）通信网络及相关医疗设备 通信网络有普通电话网、无线通信网、卫星通信网和Internet等，通信线路有同轴电缆、网线和光纤等，相关设备包括计算机软硬件、诊疗仪器等。远程医学的基本框架（P书417页 图11-1）,第一节 远程医学概述,按照远程医学的地理位置及环境，可将远程医学分为三个应用层次：P书418页 图11-2远程医疗三层次示意图,第一节 远程医学概述,1、院内医学信息交流2、医院间的医学信息交流3、医院外的医学信息交流,二、远程医学历史,第一节 远程医学概述,现代远程医学始于20世纪60年代，主要实现方式是，通过电报、电话和电视传送文字和视频图像信息，医生间可交流信息，或向专家进行病案咨询。,远程医学发展的四个阶段：,第一节 远程医学概述,（一）萌芽阶段 图11-3 1924年Radio News刊登的交互式远程医疗系统幻想示意（书419页）（二）模拟发展阶段 标志：模拟信号+模拟线路+模拟数据 远程医疗会诊系统硬件有三个最基本的环节组成：信息捕捉、信息传输、信息重现。模拟发展阶段在这三个环节中都采用了模拟技术。目前，通过普通电话实现的应用还有心电图（ECG）和脑电图（EEG）的传输等。,20世纪40年代，瑞典实现远程医疗咨询，美国则通过电话由西部拉斯特市向东部费城成功传输了放射影像。,第一节 远程医学概述,20世纪50年代中期，美国和加拿大通过双向闭路电视系统传输医学数据，为异地的病员提供远距离专科医疗服务获得成功。20世纪60年代初，美国航空航天局（NASA）为检测在航天飞行器中执行任务的宇航员的生命指标，建立一套远程检测系统，检测失重状态下宇航员的健康及生理状况，为他们提供及时的医学保障。,图11-4 航天员生理参数远程监测1974年，NASA首次将会议电视系统应用于远程会诊。,第一节 远程医学概述,1986年，NASA研制成功第一套远程医学系统。1967年，美国将远程医疗应用于临床诊断和治疗。20世纪80年代，卫星通信技术被广泛地应用于远程医学领域，尤其是以联合国发射的4颗地球同步卫星为核心，建立了多国间远程医疗系统，促进了世界范围内远程医学的迅速发展。,（三）数字发展阶段,第一节 远程医学概述,标志：准数字化信号+数字化线路+准数字化数据 数字技术的引入，使医学信息和视音频信号可以进行数字化，并进行压缩，因而大大提高了医疗信息的传输速率。,由于没有完全实现数字化成像，这一阶段的信息捕捉方法主要有：,第一节 远程医学概述,（1）计算机成像将模拟影响经计算机A/D转换后，得到数字图像。（2）通过数字化扫描仪使放射影像胶片数字化。（3）B超的视频模拟信号经过视频捕捉卡，转换成准数字视频存入计算机,数字发展阶段的特点为原始信号（静态图像和动态视频）是模拟信号，经过模/数转换器变成准数字信号，压缩后以数字信号在网络上传输。,第一节 远程医学概述,准数字图像的精度将有损失，诊断质量也将会受到影响。数字发展阶段主要通过公共电话网（PSTN），综合服务数字网（ISDN）和卫星通信网（SN）进行远程医疗服务。,总的来说，这一段时期的远程医疗处于在数字线路上传输准数字信号和数据的数字发展阶段。,第一节 远程医学概述,（四）集成发展阶段,第一节 远程医学概述,标志：数字化信号+数字化线路+数字化数据+多媒体平台+电子病历 集成发展阶段是远程医学的最新发展阶段，这一阶段的主要特征是：信息源完全数字化，信息传输与信息共享的多系统集成，实现了跨平台的传输。,20世纪90年代初，随着Internet的发展，远程医学被列入了各国信息基础设施建设计划。发展到此阶段，远程医疗会诊系统三大环节已实现了全面的直接的彻底的数字化。在这一时期，有线电视网CAT，无线网WN，异步传输模式网ATM，数字数据网DDN，和Internet等网络通信技术发展十分迅速，形成了较完整的网络系统，为远程医学广泛开展提供了多种可供选择的网络平台。P423页 表11-1 远程医学技术发展过程,第一节 远程医学概述,20世纪90年代，世界各国应用远程医学技术开展的远程医学活动纷纷见诸报端，而应用范围则不断扩展至远程教育、应急抢险、军事远程医学等方面。目前，世界各国的远程医疗计划还没有将远程医学服务联通到家庭，但是远程医学进入家庭是集成发展阶段的重要标志之一。,第一节 远程医学概述,随着宽带网络进入家庭，人民自我保健意识的加强，医疗模式也将由患者被动治疗向主动参与治疗转变，而远程医疗将从医护人员专用的技术逐步过渡为医生和患者共同使用的工具图11-10 是医生正在进行远程医疗服务图11-11 为患者在家中测量心音,第一节 远程医学概述,20世纪90年代中期以来，随着我国信息化步伐的加快，远程医学引进了政府、军队和民间各国的广泛关注，呈现出一个快速发展态势。但是，从另一个角度看，我国远程医学的发展与发达国家仍然存在很大的差距。,第一节 远程医学概述,三、远程医学目的与意义,第一节 远程医学概述,（一）远程医疗的目的,目的：为了医疗服务和医学教育在时间和空间上的覆盖面，拓宽医疗服务的范围，减少因地区差异、医疗卫生资源差异等造成医疗水平的不平衡，使患者以负担得起的价格获得相对较高水平的医疗服务。,（二）远程医疗的意义,第一节 远程医学概述,（1）方便边远地区患者的资源需求（2）缩短诊断时间和治疗时间（3）减少医生出诊和患者去医院就诊所需时间和费用（4）在一些医护人员不便或不易到达的场合和对患者的医疗中具有传统医学无法取代的功能（5）对高发病人群进行远程家庭监护，以提高患者的独立生活能力和生活质量。,（6）使患者在熟悉而舒适的环境中进行治疗，不仅减少患者心理压力，而且提高了诊断的准确性和治疗的有效性，有利于病人的康复。（7）具有广泛的服务对象，可以给医护人员提供继续教育的机会，提高边远地区医护工作人员的医疗水平，也可对普通患者和健康人群提供一个学习医学知识的机会，提高全民的自我保健水平和预防疾病的能力。,第一节 远程医学概述,四、远程医学展望,第一节 远程医学概述,21世纪的前20年是我国发展的一个重要战略机遇期，是落实党和国家全面建设小康社会、构建社会主义和谐社会的关键时期。发展卫生事业，提高全民健康素质，是全面建设小康社会、构建社会主义和谐社会的必然要求。,面对新时期卫生事业的发展和广大人民群众的卫生需求，卫生工作面临前所未有的挑战和一些新的突出问题。这主要是：1、公共卫生体系建设任务艰巨，疾病预防控制体系和突发公共卫生事件应急体系不够健全；,第一节 远程医学概述,2、疾病预防控制能力和应急救治能力不强，一些重大疾病流行蔓延的趋势仍未得到有效遏制，疫情信息监测报告网络有待进一步完善。3、疾病控制任务不容乐观，新发传染病和人畜共患病不断出现，原有传染病、地方病的防治形势依然严峻，慢性非传染性疾病人数又不断增加；,第一节 远程医学概述,4、医疗资源配置存在结构性矛盾，优良资源过多集中在大城市、大医院，农村卫生和社区卫生发展严重滞后，不适应群众公共卫生和基本医疗服务需求；5、我国未富先老提前进入老龄社会加剧了卫生资源相对短缺和卫生服务能力不强的矛盾等；,第一节 远程医学概述,展望全球医疗保健远景，远程医学技术是未来社会医疗卫生发展中不可忽视的一项现代化技术。,第一节 远程医学概述,远程医疗发展的趋势之一是：电子健康档案EHR，电子病历EMR的应用。只有将医院内部各平台的数据整合在一张电子病历中才能突破兼容性的障碍，实现信息共享和资源最大化；只有实现电子病历的标准化，并得以广泛和深入的应用才能发挥远程医疗应有的作用，造福于人类。,第一节 远程医学概述,、远程医疗中的多媒体通信技术,第二节 远程医学技术,多媒体通信系统主要由终端设备、传输信道、以及多点控制单元MCU等三部分组成。其中终端设备和MCU是多媒体通信系统所特有的，而传输信道是指目前存在的、适宜传输多媒体通信系统信号的各类通信信道。,（一）多媒体通信系统组成,第二节 远程医学技术,1、终端设备,（1）视频输入/输出设备,视频输入设备包括摄像机、录像机、图文摄像机、VCD等，他们将模拟视频信号通过视频输入口送入编码器进行数字化处理。,模拟视频信号都经过终端设备的视频输入口送入编码器进行数字化处理。视频输出设备包括监视器、投影仪、电视机等，它们显示接收到的图像。,第二节 远程医学技术,（2）视频编解码器,第二节 远程医学技术,是多媒体通信系统终端的核心设备，它能各种制式的模拟视频音频信号进行数字化和压缩编码处理、将数字信号进行解码和转换成视频音频模拟信号，以便能在窄带数字信道中传送。,（3）音频输入/输出设备,第二节 远程医学技术,包括话筒、扬声器、调音设备和回声抑制器。,（4）音频编码解码器,第二节 远程医学技术,能对503400Hz（或507000Hz）的模拟话音信号数字化，以脉冲编码调制PCM、自适应差分脉冲编码调制ADPCM，或LD-CELP方式进行编码，编码后的数字音频信号的速率为16Kbps48Kbps56Kbps64Kbps四种，另外，音频编码器还要增加适当的时延，解决由视频编码引起的唇音同步问题。,（5）信息处理设备,第二节 远程医学技术,包括电子白板，书写电话等,（6）多路复用/分接设备,第二节 远程医学技术,将视频、音频、数据、信令等各种数字信号组合为641920Kbps的数字码流，成为与用户网络接口相兼容的信号格式。该信号应符合ITU-TH.221建议的帧结构。,2、传输网络,第二节 远程医学技术,多媒体通信系统的传输介质可以采用光纤、电缆、微波及卫星等各种信道。,3、多点控制单元（MCU）,第二节 远程医学技术,一个MCU由多点控制器（multipoint controller,MC）和多点处理器（multipoint processors,MP）组成。MC和MP可以作为一个设备而存在，也可作为一个功能模块放在其他设备中。,第二节 远程医学技术,H323会议的多点控制和管理工作方式可以分为下列三种：（1）集中方式的多点控制和管理（2）分布式多点控制和管理（3）混合方式的多点控制和管理,（二）H.323标准,第二节 远程医学技术,国际电信联盟ITU为公共和私营电信组织制定了多媒体计算和通信的标准，以促进各国之间的电信合作。H.323标准使用最为广泛。,1、H.323的体系结构,第二节 远程医学技术,（1）终端（2）网关：主要功能：1转换协议 2转换信息格 3传输信息（3）关守,第二节 远程医学技术,关守主要功能：1、按照RAS规范将终端和网关的别名转换为网络地址；2、进行访问控制，以防止未授权的视频会议会话；3、进行宽带管理，这由RAS规定4、将若干终端、网关和MCU作为一个称之为H.323域的逻辑组来进行管理。,2、H.323标准下的通信,第二节 远程医学技术,H.323标准下的通信可以看成是音频、视频、数据和控制的混合体。（1）控制（2）音频（3）视频（4）数据,3、H.323协议栈,第二节 远程医学技术,协议栈实在不同网络层次上一起工作的协议集合。在协议栈中，中间层的协议使用其下层协议提供服务，并向其上层协议提供服务。P书433页 图11-13 H.323协议结构,4、IP网络和多媒体视频会议,第二节 远程医学技术,H.323使用可靠TCP和不可靠UDP的传输通道。在多点视频会议中，H.323终端可以使用IGMP协议进行音频、视频多点广播。主要的交换机和路由器都支持IGMP协议，以便提供更高的传输效率。,5、互操作性,第二节 远程医学技术,IMTC：ITU：P书434页 表11-5 ITU-H.32X标准,（三）多媒体通信系统分类,第二节 远程医学技术,1、会议室型多媒体通信系统 2、桌面型多媒体通信系统,二、手术直播和点播中的流媒体技术,第二节 远程医学技术,远程手术直播是将手术过程中的视音频信号从手术现场传输到异地实时进行手术观摩学习或研讨的有效手段。由于远程手术直播主要传输的是视音频流，因此，流媒体技术得到广泛的应用，称为目前在实时视音频系统中应用最多最成熟的技术。,（一）流媒体技术,第二节 远程医学技术,流技术的关键就是媒体流的传输，指的是通过网络传送流媒体（如视频、音频）的技术。流媒体传输方法有两种：实时流媒体和顺序流媒体传输。,（二）流媒体技术中的几项关键技术,第二节 远程医学技术,1、视音频压缩/解压缩算法2、网络的服务质量（QoS）3、自适应传输技术4、IP多点映射5、分配现场分流splitter6、流服务器图11-14 流媒体传输原理图,（三）流媒体平台,第二节 远程医学技术,1、Windows Media 2、Real System 3、Quick Time,（四）流媒体文件格式,第二节 远程医学技术,1、压缩方式2、压缩媒体文件个格式 A、流文件格式 B、流媒体发布格式P书440页 表11-6 常用视频和音频文件格式表11-7 常用流媒体类型表11-8 常用流媒体发布格式,（五）流媒体网上直播的结构,第二节 远程医学技术,1、流媒体源2、数据捕获和编码3、流媒体播放服务器4、客户,三、远程医学系统,第二节 远程医学技术,远程医学系统是一个分布式系统，应用现代通信技术（双向视听技术和流媒体技术）、数字技术核医学技术为远方患者提供医学服务，为异地医务工作者提供医学信息交流和探讨。系统有远程诊断、信息服务、手术转播和远程教育等多种功能，可以进行远距离视频、音频交互，实现多媒体医学资料（包括数据、文本、图片和声像资料）的传输、存储、查询及显示。,第二节 远程医学技术,远程医学系统由通信网络系统、计算机系统和多媒体视频系统三部分组成。图11-17 远程医学系统结构,、信息获取,第二节 远程医学技术,信息获取指图像信息与非图像信息通过视频捕捉卡、声卡和模/数转换器将模拟信号转换成计算机能识别的数字，并存储于计算机的过程，该过程被称为数字化过程。,第二节 远程医学技术,图像信息有静态信息与动态信息之分，动态图像必须要考虑时间分辨率，即单位时间内所捕捉或传输图像的帧数，一般应不低于25帧/秒，否则动态图像输出的流畅性将会受到影响。总之，远程医学系统要考虑获取图像的质量，以适合临床诊断的需求。,二、信息传输,第二节 远程医学技术,信息传输是指将转换成的数字借助通信介质或计算机网络系统传送到终端计算机上。传输速度依赖于带宽，采用数据压缩技术可以减少传输的信息量。数据压缩技术分为有损压缩与无损压缩，对医学影像图像的压缩以不影响图像质量为准。,三、信息显示,第二节 远程医学技术,显示图像的质量除了受图像捕捉时的诸因素的影响外，显示器自身的性能及设置都可能影响图像显示的视觉效果。例如，刷新频率不能低于75赫兹。此外，视频捕捉卡和显示卡的质量直接影响图像显示的效果，配备图像应用工具（如图像的滚动、放大、视窗调节、亮度/对比分辨率调节等）会使应用更方便。,