基于GPRS的遠程醫療圖像傳輸方法研究

韓先芹　淄博職業學院教授韓　涵　中國信息通信研究院高級工程師

?

基于GPRS的遠程醫療圖像傳輸方法研究

韓先芹淄博職業學院教授
韓涵中國信息通信研究院高級工程師

摘要：在對遠程醫療系統的體系架構進行研究的基礎上，提出一種可以快速實現醫學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在魯中山區得到試驗驗證，該領域的研究具有較高的理論和實踐價值。

關鍵詞：GPRS；遠程醫療；圖像傳輸

1　引言

隨著我國人民生活水平的日益提高，我國公共醫療系統不完善、醫療渠道少、覆蓋面低等問題日趨嚴重。尤其以“效率較低的醫療體系、質量欠佳的醫療服務、看病難且貴的就醫現狀”為代表的醫療問題成為了社會關注的重要焦點。在此情況下，通過ICT技術與傳統醫療相結合解決醫療資源兩極化，提升偏遠地區醫療水平，將成為社會和諧發展的重要保障。

中國幅員遼闊，人口眾多，邊遠地區的病人，由于當地的醫療條件比較落后，危重、疑難病人往往要被送到上級醫院進行專家會診。因此，到外地就診的交通費、家屬陪同、住院醫療等費用也給患者帶來了巨大的負擔，而許多沒有條件到大醫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，我國的無線接入網絡已經基本實現了對偏遠地區的全面覆蓋。在此情況下，利用無線接入網絡進行遠程醫療可以有效提高偏遠地區的醫療質量，阻止醫療費用的攀升。通過在不同醫療機構間，建起醫療信息整合平臺，可以幫助偏遠地區快速提升基本醫療水平。

遠程醫療中傳送的醫學信息主要有數據、文字、視頻、音頻和圖像等形式。其中，數據和文字信息的數據量小，對通信要求不高；圖像信息數據量較大，如何能夠實現圖像信息的精準傳輸是本文研究的重點。本文首先對遠程醫療系統的體系架構進行研究，并在此基礎上，提出一種可以快速實現醫學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在魯中山區得到試驗驗證，該領域的研究具有較高的理論和實踐價值。

2　遠程醫療系統的體系架構

本文基于現有的接入網絡建立遠程醫療系統的體系架構。具體而言，可以將體系架構劃分為感知層、網絡層和應用層，定義每個層面的內部功能模塊，功能模塊之間的相互作用，以及各層次之間的功能接口。公共服務層用于向所有層面提供公共服務和基礎服務設施。圖1為面向遠程醫療和社區醫療的無線物聯網技術架構示意圖。

（1）感知層

感知層涉及的技術包括醫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。醫療信息采集和推送技術與醫療服務需求緊密結合，根據需求分析的場景以及現階段人體生理信息采集技術的發展現狀，提出傳感層的采集功能要求以及涉及的相關技術；傳輸功能包括各種短距離無線傳輸協議和自組織網絡等技術。現有的短距離無線傳輸技術包括Bluetooth、ANT、Zigbee、RFID、Wi-Fi等。

（2）網絡層

網絡層是承接感知層和應用層的橋梁，網絡層可劃分為接入網、承載網。接入網與感知層相連接，接入網關功能是這個層中的關鍵功能，也是IP網到感知層的終結點，接入網關功能主要完成協議轉換功能，將各類短距離無線傳輸協議轉換為IP協議，并通過IP網絡進行傳輸。承載網是整個網絡的基礎設施，傳統網絡使用IPv4或IPv6的協議，本課題將研究對IP包頭進行標記來實現數據分類，進而實現數據傳輸的優化。本課題的主要側重點是無線通信，無線通信技術的演進過程經歷了2G/3G/LTE，同時還有WiMAX、Wi-Fi等技術可作為無線通信技術的補充。

（3）應用層

應用面向遠程醫療信息化，按照實現架構分為應用適配層和面向遠程醫療的服務。應用適配層實現基于云計算的醫療健康信息分類存儲、處理及發布系統，涵蓋了數字醫療、遠程診療、電子健康檔案等功能，并通過軟件實現基于中間件開放接口的數據應用層。

（4）公共服務層

公用服務層貫穿了物聯網應用體系架構的3個層面，為各個模塊提供基礎服務設施，公共功能包括標識管理和解析技術、位置信息管理、安全管理、服務質量管理等。

圖1　面向遠程醫療和社區醫療的無線物聯網技術架構

3　基于數據壓縮重構的醫療圖像傳輸

我國偏遠地區的無線接入覆蓋主要還是基于2G網絡，因此GPRS成為了主要的數據傳輸方式。然而，GPRS本身的傳輸速率較低，對于醫學圖片這樣的大數據信息，很難直接進行傳輸。因此，找到合理的圖像壓縮和展示方式是遠程醫療質量的重要保障。本文以MRI（核磁共振）圖像為例，提出了一種適合遠程醫療特點的圖像傳輸方案（見圖2）。

MRI成像是斷層成像的一種，它利用磁共振現象從人體中獲得電磁信號，并重建出人體信息，其在醫學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數據傳輸方式對于遠程醫療系統十分重要。

?圖2原始的MRI圖像

本文采用亮度壓縮的方式，針對MRI圖像的特點根據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數據映射成為圖像邊界信息，大大降低了所需傳輸的數據量，使得遠程醫療系統的傳輸負載得到大大降低。

圖3　MRI圖像的邊緣化處理

圖4　MRI圖像的重構

與此同時，當遠程收到該MRI邊緣圖像后，可以根據預先設計的合并方案，將MRI圖像進行合并，并進行三維重構（見圖4），該方案可以方便地幫助遠程醫療專家確定患者的病情；同時，降低對于MRI設備的性能要求，從而提升偏遠地區的醫療服務水平。

圖5是三維重構后的圖像展示結果，對于腦部MRI圖像，醫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，使得醫療工作者可以遠程為偏遠地區的患者進行診斷。

圖5　MRI圖像的三維展示

4　結束語

我國人口的80%分布在縣以下醫療衛生資源欠發達地區，而我國醫療衛生資源80%分布在大、中城市，醫療水平發展不平衡。遠程醫療在我國具有巨大的潛力，通過醫療與通信技術相結合將可以在很大程度上緩解我國醫療專家資源，以及中國人口分布極不平衡的現狀。

本文提出了遠程醫療系統通用架構，并在此基礎上，提出了一種基于圖像壓縮的圖像傳輸方案。相關研究的不斷深入將為我國醫療衛生領域的發展產生巨大的推力。