張曉丁劉靜,2

1 清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系 (北京 100084)

2 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所 (北京 100190)

基于手機(jī)的遠(yuǎn)程可視化醫(yī)學(xué)技術(shù)研究

張曉丁1劉靜1,2

1 清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程系 (北京 100084)

2 中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所 (北京 100190)

隨著手機(jī)硬件配置及功能日益豐富，其包含的服務(wù)種類與日俱增，在人們的日常生活中正發(fā)揮著愈加重要的作用，手機(jī)醫(yī)療相關(guān)問題逐步受到國內(nèi)外關(guān)注。本文以手機(jī)遠(yuǎn)程可視化醫(yī)學(xué)應(yīng)用技術(shù)為中心，研究了基于IP攝像頭和服務(wù)器推送模式的遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)視頻監(jiān)控解決方案，構(gòu)建了原理性應(yīng)用系統(tǒng)并編寫了軟件接口和顯示界面，就該系統(tǒng)的視頻特性給出了測試結(jié)果，證實(shí)了新技術(shù)的有效性和低成本特性，并歸納出手機(jī)遠(yuǎn)程可視化技術(shù)的系列新穎的醫(yī)學(xué)用途。

IP攝像頭 手機(jī) 醫(yī)學(xué)視頻監(jiān)控 遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué) 低成本醫(yī)學(xué)

Abstract:With the advancement in hardware configurations, more abundant functional features and increasing services incorporated,mobile phones are playing an ever important role in people’s daily life. Among the many efforts ever made, mobile phone enabled healthcare technologies and related issues gradually received attentions over the world. Aiming to push forward the application of visualized healthcare technology enabled by mobile phone, a remote medical monitoring solution based on IP camera and server push modality was established. A system prototype with software connecting the camera and the monitoring interface was realized.Experimental tests on the video features of the system were performed which demonstrates the feasibility and low cost properties of the new technology. A series of novel medical implementations of the mobile phone based remote visual technologies were outlined.

Key words:IP camera, mobile phone, medical video monitoring, telemedicine, low cost medicine

0 引言

近年來，手機(jī)發(fā)展十分迅猛，它已不再只充當(dāng)一個(gè)基本的通訊工具，而是融合了大量先進(jìn)技術(shù)如互聯(lián)網(wǎng)、個(gè)人電腦、攝像頭、娛樂終端等在內(nèi)的綜合電子設(shè)備。從用戶數(shù)量上看，我國手機(jī)用戶與網(wǎng)民相比，已遠(yuǎn)高于后者：2009年中國大陸手機(jī)用戶達(dá)7.26億[1]，而直到2010年，我國網(wǎng)民數(shù)量也才突破4億[2]。手機(jī)的移動(dòng)性和便攜性具有電腦難以取代的地位，是真正意義上的一部可以為人人所擁有、隨時(shí)隨地在線的網(wǎng)絡(luò)終端。也因如此，不少傳統(tǒng)或新興產(chǎn)業(yè)，正逐步將目光集中到手機(jī)上。

在各種努力中，手機(jī)醫(yī)療技術(shù)逐漸步入人們的視野[3,4]。將醫(yī)療與手機(jī)融合，使用者不僅可望適時(shí)獲取自身的各項(xiàng)生理參數(shù)，從而監(jiān)控健康狀況，而且在必要的時(shí)候，甚至可以通過手機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程就醫(yī)，并輔助診斷治療。Si等提出了基于3G的遠(yuǎn)程監(jiān)控構(gòu)想[5]，歸納出兩種3G接入的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并比較了幾類有線寬帶的接入方式，但未從具體技術(shù)的實(shí)現(xiàn)上有更多涉及。Zhang等研究了可支持Java系統(tǒng)的3G手機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)[6]，可用于顯示ICU/CCU病房患者的生理數(shù)據(jù)。Go?i等針對心率不齊和睡眠呼吸暫停綜合征問題，考察了可穿戴生理信號傳感器與智能手機(jī)的連接問題?？傮w上，國內(nèi)外對于手機(jī)醫(yī)療技術(shù)的研究剛剛拉開帷幕，基于手機(jī)視頻功能的遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)技術(shù)的探索還比較鮮見。

實(shí)際上，視頻監(jiān)控在醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)有重要應(yīng)用，如醫(yī)生通過遠(yuǎn)程終端可了解患者病情、狀態(tài)，乃至實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)字化查房；而在家居環(huán)境中[7]，子女則可以借助這類系統(tǒng)了解家中老人、兒童的狀況；同時(shí)，還可洞悉家中安全情況，實(shí)時(shí)提供安防監(jiān)控等。圍繞這些需求，本文開展了如下嘗試：首先，系統(tǒng)提煉了手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用范疇；以遠(yuǎn)程可視化醫(yī)學(xué)應(yīng)用為目標(biāo)，給出了相應(yīng)的軟硬件解決方案，基于所構(gòu)建的手機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，評估了其性能。

1 手機(jī)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)護(hù)技術(shù)的應(yīng)用范疇

1.1 醫(yī)療領(lǐng)域

(a) 遠(yuǎn)程查房

眾所周知，醫(yī)院的醫(yī)生和護(hù)士每天需要對住院病人進(jìn)行例行查房。而且，對于一位負(fù)責(zé)任的住院醫(yī)師來說，每天查房的次數(shù)不得少于兩次，對于危重病人，則需保證能夠隨時(shí)查房。查房不僅可以確保醫(yī)生對患者的病情近況有充分了解，而且對于教學(xué)、內(nèi)部實(shí)習(xí)醫(yī)師的培訓(xùn)、以及包括護(hù)士在內(nèi)的醫(yī)院系統(tǒng)工作人員的溝通協(xié)作，均具有重要的意義。而且，若能及時(shí)地得到醫(yī)生的關(guān)懷，將自己的情況傳達(dá)給主治醫(yī)師，對于患者而言，也會(huì)從心理上得到莫大安慰。

盡管查房對于病人和醫(yī)師都具有很重要的意義，但是，由于醫(yī)生有很多繁瑣的日常工作需要處理，使得分配給查房的時(shí)間和精力十分有限。而且，查房前要完成交接班，準(zhǔn)備病人的病例、化驗(yàn)報(bào)告、醫(yī)學(xué)圖像等資料，時(shí)間緊迫，質(zhì)量很難得到保障。這就可能導(dǎo)致患者無法接受到最好的醫(yī)療服務(wù)，而“以病人為中心”的理念也很難落實(shí)貫徹。

應(yīng)用手機(jī)醫(yī)療視頻監(jiān)控系統(tǒng)后，醫(yī)師可以坐在辦公室里完成查房的大部分工作，無需奔波于病房之間。而且，醫(yī)師甚至可以在前往醫(yī)院的路上，即通過手機(jī)了解患者的狀況和信息。另外，醫(yī)師還可在任意時(shí)間和地點(diǎn)了解病人的最新情況，隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)字查房。與此同時(shí)，可以將每次查房的視頻內(nèi)容予以保存歸檔，形成多媒體數(shù)字病歷，便于病人日后的治療和診斷。這樣做可以節(jié)約時(shí)間，提高效率，而且也包含了傳統(tǒng)方式的大部分核心功能，因而能確保醫(yī)院提供更好的醫(yī)療服務(wù)。

(b) 康復(fù)指導(dǎo)

康復(fù)是指綜合協(xié)調(diào)地應(yīng)用醫(yī)學(xué)的社會(huì)、教育和職業(yè)功能，對患者進(jìn)行訓(xùn)練和再訓(xùn)練，以使其能力達(dá)到盡可能高的水平。傳統(tǒng)的康復(fù)常常需要醫(yī)師親自動(dòng)手對患者加以引導(dǎo)。隨著病人的數(shù)量越來越多，一些工作可逐漸交給康復(fù)機(jī)器人來完成。然而機(jī)器人畢竟是一臺預(yù)先編程的、簡單執(zhí)行指令的機(jī)器，醫(yī)生的很多工作仍無法由其所取代，為解決醫(yī)生數(shù)量少、病人數(shù)量多且機(jī)器難以取代人的這個(gè)問題，手機(jī)可視化技術(shù)可望發(fā)揮一定作用。

患者不論在康復(fù)中心、還是在家中，于任何時(shí)候遇到問題時(shí)，就可以呼叫主治醫(yī)師，后者只需通過手機(jī)接通監(jiān)控系統(tǒng)，即可以記錄下患者的動(dòng)作，加以分析，并隨后給以具體的指導(dǎo)意見。由于省去了煩瑣的就診程序，而且針對性強(qiáng)，這類措施顯得效率較高。

(c) 嬰兒監(jiān)護(hù)

時(shí)下，很多年輕夫婦在子女出生后，依舊上班工作而把嬰兒交由親屬或聘請保姆撫養(yǎng)。盡管如此，父母依舊十分惦念家中的嬰兒，即使在上班的時(shí)候也是如此。而將手機(jī)應(yīng)用于嬰兒監(jiān)護(hù)就可以部分解決這個(gè)問題

嬰兒監(jiān)控其實(shí)并非新概念，市場上已有成型的設(shè)備[8]。然而，幾乎所有的嬰兒監(jiān)控器都是針對居室內(nèi)30～100米范圍的監(jiān)控，且需借助專用的監(jiān)控屏幕。由于大部分的父母在回家以后，會(huì)選擇親自抱著子女或?qū)雰褐糜谧约旱囊暰€范圍內(nèi)，因此居室內(nèi)監(jiān)控的意義就顯得十分有限了。同時(shí)，額外的顯示設(shè)備也顯得有些累贅。

手機(jī)監(jiān)護(hù)可為此提供新的選擇，由于采用了基于互聯(lián)網(wǎng)的無線接入方式，其好處就是，在大部分手機(jī)或3G信號覆蓋到的區(qū)域，可以不受限制地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。目前的手機(jī)信號在電梯、地下鐵等地方也逐步有了覆蓋，因此幾乎可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的監(jiān)控。而這正是上班族父母的真正需求。另外，監(jiān)控端就是用戶的手機(jī)，因而省去了攜帶額外設(shè)備的不便。而且，由于手機(jī)相對于電腦，具有更好的私密性，因此上班族選用手機(jī)做監(jiān)控設(shè)備，不論從個(gè)人形象還是遵守工作單位的規(guī)章制度等角度考慮，都是十分合適的。

(d) 老人監(jiān)護(hù)

現(xiàn)代社會(huì)中，老年人得不到子女及時(shí)有效的照顧已不僅是個(gè)別家庭的問題，而已發(fā)展為不容忽視的社會(huì)現(xiàn)象。隨著我國人口老齡化的發(fā)展，該問題越發(fā)明顯。由于子女大多外出上班，甚至去外地工作，因此家中留守的老人其健康和生活質(zhì)量難以得到保障[8]，狀況令人堪憂。曾經(jīng)就發(fā)生過老人在家中病倒去世，數(shù)天無人知曉的悲慘事件，讓人十分痛心。手機(jī)視頻的應(yīng)用可以一種低成本的方式解決這個(gè)棘手難題。

通過無線互聯(lián)網(wǎng)的接入方式，監(jiān)控方可以在幾乎任何時(shí)間、任何地點(diǎn)連接上網(wǎng)，并訪問被監(jiān)控端的攝像頭，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。因此，不論家中的老人是否有專人照料，都完全不用擔(dān)心，因?yàn)橐磺星闆r皆可隨時(shí)掌握。誠然，打電話也可以實(shí)現(xiàn)類似的功效，但是聲音畢竟不如圖像直接，而且老人往往會(huì)出于體諒子女的考慮，有意隱瞞自己健康不佳的狀態(tài)。此外，電話的接通需要雙方同時(shí)應(yīng)答方可，但是在一些時(shí)間，如中午或晚間，無疑會(huì)影響到老人的休息。而視頻監(jiān)控則不需要被監(jiān)控方主動(dòng)配合，十分方便。另外，對于一些年歲很大，語言表達(dá)不便甚至老年癡呆的老人，電話同樣不合適，手機(jī)可視化技術(shù)為此提供了諸多可能。

(e) 睡眠監(jiān)控

不論是嬰兒還是成人，都面臨睡眠問題且需要對此進(jìn)行監(jiān)控。前者如家長需要及時(shí)獲悉嬰兒睡眠時(shí)的姿態(tài)、睡眠質(zhì)量、是否蓋著被子等信息；后者則是用戶需要了解自己睡眠中的動(dòng)作、姿態(tài)以及活動(dòng)情況與時(shí)間的對應(yīng)關(guān)系，從而分析睡眠質(zhì)量并調(diào)整自己的狀態(tài)。

手機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)可采用帶紅外的攝像頭，在光線不足時(shí)，可以補(bǔ)充照明，且被監(jiān)控者不會(huì)有不適感，因而不會(huì)影響正常睡眠。通過后期分析使用者在整個(gè)睡眠過程中不同時(shí)間段所做出的反應(yīng)和動(dòng)作，配合其他的生理參數(shù)監(jiān)控設(shè)備以及使用者自身的感受，可更有效地衡量睡眠質(zhì)量并對睡眠有問題的使用者提出建議和治療方案。

另外，一些患有慢性疾病或動(dòng)作不便的老年人，由于經(jīng)常保持一個(gè)姿勢臥床睡眠，容易導(dǎo)致褥瘡發(fā)生，不僅使患者十分痛苦，而且還可能引起并發(fā)癥，甚至威脅生命。在病人自己忘記或不便于做出動(dòng)作時(shí)，經(jīng)常為病人翻身是有效避免褥瘡的非常有效的方式[10]，因此可以通過該系統(tǒng)實(shí)時(shí)觀測病人的狀況，當(dāng)檢測到病人長時(shí)間沒有翻身動(dòng)作時(shí)，即可發(fā)出警報(bào)，護(hù)理人員從而能及時(shí)響應(yīng)，避免褥瘡的產(chǎn)生。

(f) 輸液監(jiān)控

很多住院患者都需要輸液，然而一旦輸液系統(tǒng)發(fā)生故障，如注入空氣等，后果將十分嚴(yán)重。而這類問題往往不易發(fā)現(xiàn)，等到發(fā)現(xiàn)時(shí)，則可能為時(shí)過晚?；谑謾C(jī)視屏技術(shù)，可考慮將輸液端的導(dǎo)管內(nèi)加入一系列傳感器，監(jiān)測液滴流速、有無漏氣等，將該信息集成到視頻監(jiān)控端，一并傳到手機(jī)端顯示。這樣，不論是患者家屬還是主治醫(yī)師、護(hù)士，都可以隨時(shí)了解患者的實(shí)時(shí)信息，當(dāng)輸液出現(xiàn)問題時(shí)，可以第一時(shí)間做出反應(yīng)。

(g) 智能醫(yī)院監(jiān)控

現(xiàn)階段，大部分醫(yī)院都配備有視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)了對公共空間的無縫監(jiān)控。但對于其他一些基本信息，比如空氣溫度、濕度、流通速度、二氧化碳濃度、刺激性氣體濃度、照明亮度等信息，仍然沒有涉及。此方面，可以考慮在被監(jiān)控端安裝多種傳感器，以得到多組數(shù)據(jù)信息，從而全面反映醫(yī)院的各種基本情況，并將信息實(shí)時(shí)發(fā)送到使用者的手機(jī)上，令醫(yī)生和患者一目了然。

1.2 相關(guān)領(lǐng)域

(a) 學(xué)生安全監(jiān)控

對學(xué)生人身安全的保障和維護(hù)，一直是各個(gè)學(xué)校、幼兒園等日常管理的核心問題。尤其是在一些社會(huì)上的惡性事件發(fā)生后，更成為了父母、學(xué)校關(guān)注的焦點(diǎn)。而一套完善的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，不論從實(shí)際的安全管理角度、還是從威懾警示潛在的犯罪分子角度考慮，都具有重要意義。盡管安防監(jiān)控系統(tǒng)早已在大多數(shù)學(xué)校得到裝備，但學(xué)校的監(jiān)控，由于資源和人力所限，是以學(xué)生集體為單位進(jìn)行的，不可能精確到每個(gè)學(xué)生個(gè)體，這也為可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)埋下了隱患。

將手機(jī)視頻系統(tǒng)應(yīng)用于校園監(jiān)控可望解決這一問題。在學(xué)校日常教學(xué)中，管理員可以通過手機(jī)端的監(jiān)控界面查看學(xué)校主要公共場所的情況，包括教室、操場、食堂、學(xué)校周邊等，甚至可以隨時(shí)定位特定個(gè)體，做到心中有數(shù)。一旦發(fā)現(xiàn)異常，即可立即通知學(xué)校保衛(wèi)科，并精確地傳達(dá)事件發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)，確保校方迅速采取行動(dòng)。

需要說明的是，設(shè)計(jì)此套系統(tǒng)的初衷是好的，但同時(shí)也帶來不少現(xiàn)實(shí)問題。比如，由于視頻圖像傳到了互聯(lián)網(wǎng)上，信息的安全性就面臨很大威脅。盡管可以采取加密措施，且監(jiān)控方還需輸入用戶名和密碼方可打開程序，但仍然不能排除系統(tǒng)被不法分子入侵并利用的可能。若是這樣，原本的監(jiān)控網(wǎng)就變成了其“情報(bào)網(wǎng)”，整個(gè)學(xué)校的一舉一動(dòng)都在其掌握之下，后果不堪設(shè)想。此外，就是學(xué)生隱私的問題。作為獨(dú)立的個(gè)體，學(xué)生有自己合理的隱私權(quán)。將自己的一舉一動(dòng)全部暴露在監(jiān)控之下，是否合適，對青少年的心理發(fā)展會(huì)有什么影響，是有待探討的問題。

(b) 社區(qū)安防

將這套系統(tǒng)應(yīng)用于社區(qū)安防，是十分方便且合適的。傳統(tǒng)的社區(qū)安防監(jiān)控采用封閉系統(tǒng)連接攝像機(jī)和監(jiān)視器，能夠看到畫面的人員僅限于專職的保安人員，而這些對于每個(gè)住戶都息息相關(guān)的信息，卻不能被廣大業(yè)主得到，更不用奢談隨時(shí)隨地了。但是應(yīng)用手機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，卻能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)愿望。應(yīng)用該系統(tǒng)，用戶可以方便地登錄訪問攝像頭，憑借用戶注冊密碼，獲取相關(guān)視頻信息，真正使自己對社區(qū)的安全做到實(shí)時(shí)掌握。

(c) 城市交通監(jiān)測

在大城市里駕車，很多人面臨交通擁堵的問題。而事實(shí)上，在大部分交通路口處都安裝有監(jiān)控?cái)z像頭，所以實(shí)時(shí)的交通信息其實(shí)是已經(jīng)被獲取了的。如果將手機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)連接至這個(gè)系統(tǒng)中，則駕駛員就可以實(shí)時(shí)獲得主要路口的交通流量情況，從而優(yōu)化行車路線，避免交通擁堵，這可能成為解決交通難題的一條有益措施。

2 手機(jī)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案

以上提煉出了手機(jī)視頻功能的一些重要用途，若能充分開發(fā)，可望促成系列新的應(yīng)用技術(shù)的突破。為證實(shí)借助手機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)測的概念，我們首先通過組合多種技術(shù)，給出了相應(yīng)監(jiān)測平臺的實(shí)現(xiàn)方案；其次，針對所構(gòu)建的手機(jī)視頻監(jiān)控平臺，給出了系統(tǒng)的測試結(jié)果，評估了手機(jī)監(jiān)控技術(shù)的可行性。

本系統(tǒng)主體由兩部分組成，分別是位于遠(yuǎn)端、連接至互聯(lián)網(wǎng)的IP攝像頭和位于用戶端的手機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。其中，位于被監(jiān)控端的IP攝像頭(環(huán)宇飛揚(yáng)-501型，其自身載有可旋轉(zhuǎn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)云臺并配備玻璃透鏡和六顆夜視LED，機(jī)身具備液晶顯示功能，同時(shí)設(shè)置有RJ45以太網(wǎng)接口)將采集到的視頻數(shù)據(jù)源源不斷地發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)上，當(dāng)位于監(jiān)控端的手機(jī)以一定的協(xié)議通過圖1所示的三種無線互聯(lián)網(wǎng)接入方式：3G、GPRS、WIFI接入互聯(lián)網(wǎng)，并打開相應(yīng)的監(jiān)控界面時(shí)，IP攝像機(jī)的視頻數(shù)據(jù)就會(huì)傳送到手機(jī)端，并顯示在屏幕上。同時(shí)，手機(jī)還可以反向發(fā)送指令控制IP攝像機(jī)的鏡頭，使其做上下左右旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整顯示圖像的范圍和內(nèi)容。

圖1 手機(jī)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成

這里，IP攝像頭相當(dāng)于一般的網(wǎng)絡(luò)攝像頭和一臺小型電腦的結(jié)合體，既能獲取視頻信號，又能通過內(nèi)置的系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行諸如視頻壓縮、數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)、處理指令前驅(qū)動(dòng)電機(jī)等工作。內(nèi)置的操作系統(tǒng)，允許使用者通過軟件對IP攝像頭進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)IP攝像頭上電后，在網(wǎng)絡(luò)連接正常的情況下，內(nèi)部軟件會(huì)根據(jù)已有的程序，以設(shè)定的動(dòng)態(tài)IP或靜態(tài)IP嘗試聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)聯(lián)網(wǎng)成功以后，獲得的IP地址、子網(wǎng)掩碼等信息將顯示在液晶屏上。同時(shí)，位于互聯(lián)網(wǎng)上的設(shè)備即可等效為一臺網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，可源源不斷地向互聯(lián)網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)。此時(shí)，位于監(jiān)控端的手機(jī)就可以通過訪問該服務(wù)器的地址，得到服務(wù)器上面的數(shù)據(jù)；同時(shí)，手機(jī)端發(fā)送的指令也可以通過同樣的方式反向傳輸?shù)絀P攝像頭端，達(dá)到控制攝像頭的目的。需要注意的一點(diǎn)是，IP攝像頭是與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)攝像頭完全不同的設(shè)備，后者一般通過USB連接至電腦，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻攝像、視頻聊天等功能，但其一切應(yīng)用都不能脫離電腦。而IP攝像頭則無需電腦的參與，可上網(wǎng)并發(fā)送數(shù)據(jù)，自身還具備簡單的服務(wù)器功能，因而是對原有網(wǎng)絡(luò)攝像頭功能的擴(kuò)展和延伸。但若要實(shí)現(xiàn)手機(jī)端的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，還需要有若干關(guān)鍵技術(shù)的支持，如服務(wù)器推送(Server Push)等。

服務(wù)器推送技術(shù)[11]不同于以往的瀏覽器主動(dòng)查詢方式，后者需等待瀏覽器發(fā)出請求后，才傳送數(shù)據(jù)；而服務(wù)器推送則不需等待瀏覽器的請求，直接將數(shù)據(jù)推送到上面。這項(xiàng)技術(shù)突破了HTTP協(xié)議自身的一些局限性，被廣泛應(yīng)用于需要實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)與交互體驗(yàn)的網(wǎng)站上，如股票數(shù)據(jù)更新、實(shí)時(shí)新聞、社交網(wǎng)站、電子郵件界面、網(wǎng)頁聊天等。

與服務(wù)器推送相對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)類似功能的另一種相對傳統(tǒng)的方式是客戶端拉拽(Client Pull)。該技術(shù)將定時(shí)刷新指令裝入到HTTP響應(yīng)或文檔頭標(biāo)記中，這樣，在指定的時(shí)間之后，瀏覽器會(huì)自動(dòng)刷新當(dāng)前頁面，裝入新的數(shù)據(jù)。然而，這種原始而簡單的方式效果并不好，在頁面數(shù)據(jù)改動(dòng)很小或者根本沒有改變的情況下，仍然要刷新頁面；同時(shí)，頻繁的刷新和等待會(huì)給使用者非常糟糕的體驗(yàn)感。因此現(xiàn)在采用此方式的并不多。

鑒于上述因素，本文所構(gòu)建系統(tǒng)中采用的IP攝像頭的數(shù)據(jù)傳輸方式正是服務(wù)器推送。

3 手機(jī)軟件及顯示界面方案

眾所周知，網(wǎng)頁形式的頁面，在沒有安裝插件或未使用JavaScript時(shí)，其基礎(chǔ)的HTML代碼可以支持的顯示內(nèi)容十分有限，只有文字、圖像等靜態(tài)內(nèi)容。事實(shí)上，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控也不例外，同樣需要對網(wǎng)頁進(jìn)行一些處理，而解決方案可以分為兩種，基于服務(wù)器推送和基于ActiveX控件。前者即為本文所采用的方案；而后者也是可行方案之一，系針對Microsoft Internet Explorer實(shí)現(xiàn)。

我們知道，PC版的IE支持ActiveX控件自動(dòng)下載，在登錄一些需要安裝插件的網(wǎng)站時(shí)，瀏覽器會(huì)自動(dòng)彈出安裝插件對話框，詢問用戶是否安裝相應(yīng)插件，從而實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜而豐富的瀏覽體驗(yàn)和功能。然而，手機(jī)版的Mobile IE并不支持ActiveX控件下載，而且，即使強(qiáng)行將PC版的ActiveX控件加以安裝，同樣無法使用，原因是由于PC和手機(jī)的編碼方式不同，二者不兼容所致[12]。最后一點(diǎn)原因是，由于Mobile IE只是針對于Windows Mobile操作系統(tǒng)的，使用其他操作系統(tǒng)的手機(jī)并非使用這款瀏覽器，導(dǎo)致其應(yīng)用范圍十分有限。綜上，本文沒有選擇基于IE的ActiveX方案，而采取了應(yīng)用性相對更廣的服務(wù)器推送形式。

設(shè)計(jì)手機(jī)監(jiān)護(hù)程序界面的出發(fā)點(diǎn)在于實(shí)用。由于手機(jī)屏幕尺寸的限制，本文設(shè)計(jì)了大尺寸的攝像方向控制按鈕。除監(jiān)控窗口、控制按鈕等主要構(gòu)成外，整個(gè)界面只有系統(tǒng)登錄時(shí)間顯示和系統(tǒng)Logo等內(nèi)容，如圖2所示，總體上簡潔明快。

圖2 手機(jī)端監(jiān)控系統(tǒng)的界面

4 實(shí)測結(jié)果

本文所實(shí)現(xiàn)的手機(jī)監(jiān)視平臺的實(shí)際測試結(jié)果分別如圖3、圖4所示。其中，圖3是由相機(jī)實(shí)際拍攝的手機(jī)屏幕照片，而圖4則是由手機(jī)模擬器在電腦端運(yùn)行，截取的屏幕圖片(這從清晰度、顯示比例上亦可判別)。本系統(tǒng)可根據(jù)需要分別顯示實(shí)拍的全景尺寸界面、監(jiān)視窗口局部放大界面以及標(biāo)題欄局部放大界面，三者實(shí)質(zhì)是同一界面的三個(gè)不同部分。除了可以看到監(jiān)控圖像窗口以及控制按鈕之外，在標(biāo)題欄還可以看到登錄系統(tǒng)的具體時(shí)間以及系統(tǒng)的名稱等基本信息。圖4是主控界面的全景和局部，分別突出了視頻窗口和監(jiān)控標(biāo)題欄；云臺控制的各個(gè)按鈕，分別對應(yīng)“上”、“下”、“左”、“右”、“復(fù)位”和“切換至快速控制面板”等按鈕。

圖3 顯示于Acer F900手機(jī)屏幕的室內(nèi)環(huán)境(實(shí)拍)

圖4 手機(jī)主監(jiān)控界面(截圖)

圖5 橫向屏幕下IP攝像頭所獲圖像的形狀和顏色還原情況(截圖)

圖5展示的是由攝像頭拍攝的標(biāo)尺圖形和色彩，圖6則為所拍攝圖片對應(yīng)的原始圖片。可以看到，手機(jī)鏡頭存在嚴(yán)重的圖形扭曲，對形狀的還原質(zhì)量不好，但色彩還原尚可接受。對此成像質(zhì)量的提升，更多的是需要從手機(jī)自身硬件著手，在軟件方面也可進(jìn)行一定的工作，相應(yīng)的內(nèi)容有待于進(jìn)一步開展。

圖6 測試用原始圖片

5 討論

以上實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)在總體性能上尚有待提高，分析如下。

首先，本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)仍然是基于靜態(tài)內(nèi)網(wǎng)IP地址的，也就是說，IP攝像頭通過網(wǎng)線連接至無線路由器，而手機(jī)通過WIFI同樣連接至路由器，攝像頭、手機(jī)構(gòu)成內(nèi)網(wǎng)中的兩臺設(shè)備。在實(shí)驗(yàn)中，將IP攝像頭的地址設(shè)為固定內(nèi)網(wǎng)IP：192.168.1.234，然后，將此IP嵌入到用戶端網(wǎng)頁界面中，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)網(wǎng)訪問的目的。當(dāng)IP攝像頭獲得外網(wǎng)IP地址時(shí)，需要將網(wǎng)頁內(nèi)IP地址代碼改成相應(yīng)的外網(wǎng)IP。無疑，這對于使用者而言會(huì)帶來很多不便；若能使用DDNS則會(huì)方便得多。所以下一步的改進(jìn)可以首先考慮將DDNS加入到設(shè)計(jì)中，并通過固定的域名訪問IP攝像機(jī)。

第二個(gè)有待改進(jìn)的地方在于瀏覽器的緩存(Browser Cache)問題。眾所周知，瀏覽器在瀏覽網(wǎng)頁的同時(shí)，會(huì)將很多網(wǎng)頁上的內(nèi)容下載至本地磁盤，這樣做的好處是可以加速再次瀏覽相同頁面時(shí)的瀏覽速度。緩存可以讓瀏覽器直接從本地讀取文件，免去了再次下載的工作，從而可以加速瀏覽、節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源、節(jié)省資費(fèi)甚至實(shí)現(xiàn)脫機(jī)工作。但是這個(gè)原本是優(yōu)點(diǎn)的功能，在視頻監(jiān)控中反倒成為了缺點(diǎn)。由于本設(shè)計(jì)采用的是服務(wù)器推送模式的視頻傳輸，也就是說，服務(wù)器通過長連接主動(dòng)地發(fā)送數(shù)據(jù)包至瀏覽器，后者被動(dòng)地不斷接收。這樣做的結(jié)果就是，在瀏覽器一邊，看起來頁面總是沒有載入完成，載入進(jìn)度永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到100%。這對于監(jiān)控的諸多功能并不造成影響，但對于緩存卻是致命的問題。由于不斷地載入內(nèi)容，瀏覽器因而不斷地保存臨時(shí)文件至緩存中，這樣，如果長時(shí)間連續(xù)監(jiān)控，比如1小時(shí)以上，則產(chǎn)生的緩存將會(huì)超過100MB。雖然現(xiàn)有的手機(jī)存儲(chǔ)卡容量很大，可以達(dá)到32GB，但是這些無用而巨大的垃圾文件無疑是用戶所不需要的。因此，可以考慮編寫一個(gè)小程序，專門負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)刪除瀏覽器產(chǎn)生的緩存，這也是很重要的有待提高之處。

第三個(gè)可以改進(jìn)之處則主要為了適應(yīng)現(xiàn)階段手機(jī)上網(wǎng)資費(fèi)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。如前所述，本設(shè)計(jì)方案手機(jī)端采用的上網(wǎng)方式是3G、GPRS、WIFI中的任意一種。雖然WIFI具有最好的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，但其一般只在一些建筑室內(nèi)才有信號覆蓋，而且很多為內(nèi)部使用網(wǎng)絡(luò)，一般用戶由于不知道網(wǎng)絡(luò)密碼因而無法訪問。3G和GPRS則不同，隨著各大電信運(yùn)營商工作的不斷推進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不斷提升，在一些特殊的場所，如地鐵內(nèi)、地下停車場內(nèi)、電梯內(nèi)，甚至高山上，都實(shí)現(xiàn)了信號的覆蓋，可以說幾乎是無處不在。因此，這兩種網(wǎng)絡(luò)接入方式，尤其是3G網(wǎng)絡(luò)，無疑是最理想的。然而，現(xiàn)階段的3G和GPRS網(wǎng)絡(luò)資費(fèi)全部是按流量收取，如果不購買套餐，資費(fèi)為0.01元/KB。以1MB/Min的數(shù)據(jù)估算，監(jiān)控一段5分鐘的視頻數(shù)據(jù)的花費(fèi)大約為5元。而如果一天之內(nèi)需要經(jīng)常監(jiān)控，其流量和相應(yīng)的資費(fèi)將相當(dāng)可觀。因此，下一個(gè)有待改進(jìn)的地方就是針對這類用戶，定制一套特別的解決方案，允許其在監(jiān)控的同時(shí)，最大限度地減少流量和資費(fèi)，而最直觀的方式就是降低幀頻。目前，本方案選擇的幀頻為30Frames/s，等效于一秒鐘要傳輸30幅同樣尺寸的圖片。如果把幀頻降低，比如降低10倍，到達(dá)3Frames/S的話，則相應(yīng)的資費(fèi)也會(huì)降低為原來的1/10，這時(shí)，同樣5min的數(shù)據(jù)大約只需花費(fèi)0.5元。當(dāng)然，這樣做的后果是犧牲了動(dòng)作的連貫性，可以明顯看出圖像是每0.33s刷新一次，因而會(huì)顯得不連貫。但是對于一般視頻監(jiān)控用戶來說，這已經(jīng)是可以接受的。

6 小結(jié)

本文首先提煉出了手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的典型應(yīng)用途徑，給出了一種實(shí)用化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，剖析了工作原理并闡述了關(guān)鍵技術(shù)；基于所構(gòu)建的原理性平臺，證實(shí)其可用于醫(yī)學(xué)監(jiān)測的可行性；最后，指出了存在的問題和有待提高的部分?？傮w上，手機(jī)作為一個(gè)被大部分人隨時(shí)攜帶于身邊的電子設(shè)備，其重要性已日益顯現(xiàn)。若能充分發(fā)掘手機(jī)的視頻功能，將其應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生行業(yè)，將能滿足更多的重要需求。

致謝：感謝清華-裕元醫(yī)學(xué)科學(xué)研究基金及中國科學(xué)院低成本醫(yī)療技術(shù)研究項(xiàng)目的資助。

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Study on Mobile Phone Based Remote Medical Visualization Technology

ZHANG Xiao-ding1LIU Jing1,2
1 Department of Biomedical Engineering, School of Medicine, Tsinghua University (Beijing 100084)
2 Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences (Beijing 100190)

1006-6586(2010)10-0028-07

R197.324

A

2010-07-27

劉靜，博士，教授，通訊作者，E-mail: jliubme@tsinghua.edu.cn