基于GPRS的远程医疗图像传输方法研究

韩先芹　淄博职业学院教授韩　涵　中国信息通信研究院高级工程师



基于GPRS的远程医疗图像传输方法研究

韩先芹淄博职业学院教授
韩涵中国信息通信研究院高级工程师

摘要：在对远程医疗系统的体系架构进行研究的基础上，提出一种可以快速实现医学图像传输并完成三维图像建模的方法。本文的研究成果已经在鲁中山区得到试验验证，该领域的研究具有较高的理论和实践价值。

关键词：GPRS；远程医疗；图像传输

1　引言

随着我国人民生活水平的日益提高，我国公共医疗系统不完善、医疗渠道少、覆盖面低等问题日趋严重。尤其以“效率较低的医疗体系、质量欠佳的医疗服务、看病难且贵的就医现状”为代表的医疗问题成为了社会关注的重要焦点。在此情况下，通过ICT技术与传统医疗相结合解决医疗资源两极化，提升偏远地区医疗水平，将成为社会和谐发展的重要保障。

中国幅员辽阔，人口众多，边远地区的病人，由于当地的医疗条件比较落后，危重、疑难病人往往要被送到上级医院进行专家会诊。因此，到外地就诊的交通费、家属陪同、住院医疗等费用也给患者带来了巨大的负担，而许多没有条件到大医院就诊的病人则耽误了诊疗，给病人和家属造成了身心上的痛苦。

与此同时，我国的无线接入网络已经基本实现了对偏远地区的全面覆盖。在此情况下，利用无线接入网络进行远程医疗可以有效提高偏远地区的医疗质量，阻止医疗费用的攀升。通过在不同医疗机构间，建起医疗信息整合平台，可以帮助偏远地区快速提升基本医疗水平。

远程医疗中传送的医学信息主要有数据、文字、视频、音频和图像等形式。其中，数据和文字信息的数据量小，对通信要求不高；图像信息数据量较大，如何能够实现图像信息的精准传输是本文研究的重点。本文首先对远程医疗系统的体系架构进行研究，并在此基础上，提出一种可以快速实现医学图像传输并完成三维图像建模的方法。本文的研究成果已经在鲁中山区得到试验验证，该领域的研究具有较高的理论和实践价值。

2　远程医疗系统的体系架构

本文基于现有的接入网络建立远程医疗系统的体系架构。具体而言，可以将体系架构划分为感知层、网络层和应用层，定义每个层面的内部功能模块，功能模块之间的相互作用，以及各层次之间的功能接口。公共服务层用于向所有层面提供公共服务和基础服务设施。图1为面向远程医疗和社区医疗的无线物联网技术架构示意图。

（1）感知层

感知层涉及的技术包括医疗信息采集和推送以及短距离无线传感两个方面，感知层从功能上又分为采集和传输两个部分。医疗信息采集和推送技术与医疗服务需求紧密结合，根据需求分析的场景以及现阶段人体生理信息采集技术的发展现状，提出传感层的采集功能要求以及涉及的相关技术；传输功能包括各种短距离无线传输协议和自组织网络等技术。现有的短距离无线传输技术包括Bluetooth、ANT、Zigbee、RFID、Wi-Fi等。

（2）网络层

网络层是承接感知层和应用层的桥梁，网络层可划分为接入网、承载网。接入网与感知层相连接，接入网关功能是这个层中的关键功能，也是IP网到感知层的终结点，接入网关功能主要完成协议转换功能，将各类短距离无线传输协议转换为IP协议，并通过IP网络进行传输。承载网是整个网络的基础设施，传统网络使用IPv4或IPv6的协议，本课题将研究对IP包头进行标记来实现数据分类，进而实现数据传输的优化。本课题的主要侧重点是无线通信，无线通信技术的演进过程经历了2G/3G/LTE，同时还有WiMAX、Wi-Fi等技术可作为无线通信技术的补充。

（3）应用层

应用面向远程医疗信息化，按照实现架构分为应用适配层和面向远程医疗的服务。应用适配层实现基于云计算的医疗健康信息分类存储、处理及发布系统，涵盖了数字医疗、远程诊疗、电子健康档案等功能，并通过软件实现基于中间件开放接口的数据应用层。

（4）公共服务层

公用服务层贯穿了物联网应用体系架构的3个层面，为各个模块提供基础服务设施，公共功能包括标识管理和解析技术、位置信息管理、安全管理、服务质量管理等。

图1　面向远程医疗和社区医疗的无线物联网技术架构

3　基于数据压缩重构的医疗图像传输

我国偏远地区的无线接入覆盖主要还是基于2G网络，因此GPRS成为了主要的数据传输方式。然而，GPRS本身的传输速率较低，对于医学图片这样的大数据信息，很难直接进行传输。因此，找到合理的图像压缩和展示方式是远程医疗质量的重要保障。本文以MRI（核磁共振）图像为例，提出了一种适合远程医疗特点的图像传输方案（见图2）。

MRI成像是断层成像的一种，它利用磁共振现象从人体中获得电磁信号，并重建出人体信息，其在医学诊断中具有十分重要的作用。然而，由于通常的MRI影像分辨率较高，且一次诊断需要多张MRI影像，因此找到一种完善的MRI数据传输方式对于远程医疗系统十分重要。

?图2原始的MRI图像

本文采用亮度压缩的方式，针对MRI图像的特点根据其图像亮度变化找到图像边缘（见图3）。采用这种方法可以将原始的MRI数据映射成为图像边界信息，大大降低了所需传输的数据量，使得远程医疗系统的传输负载得到大大降低。

图3　MRI图像的边缘化处理

图4　MRI图像的重构

与此同时，当远程收到该MRI边缘图像后，可以根据预先设计的合并方案，将MRI图像进行合并，并进行三维重构（见图4），该方案可以方便地帮助远程医疗专家确定患者的病情；同时，降低对于MRI设备的性能要求，从而提升偏远地区的医疗服务水平。

图5是三维重构后的图像展示结果，对于脑部MRI图像，医疗工作者可以方便地利用三维图像定位MRI图像的位置，从而对患者的病灶情况获得更加精确的理解，使得医疗工作者可以远程为偏远地区的患者进行诊断。

图5　MRI图像的三维展示

4　结束语

我国人口的80%分布在县以下医疗卫生资源欠发达地区，而我国医疗卫生资源80%分布在大、中城市，医疗水平发展不平衡。远程医疗在我国具有巨大的潜力，通过医疗与通信技术相结合将可以在很大程度上缓解我国医疗专家资源，以及中国人口分布极不平衡的现状。

本文提出了远程医疗系统通用架构，并在此基础上，提出了一种基于图像压缩的图像传输方案。相关研究的不断深入将为我国医疗卫生领域的发展产生巨大的推力。