海上大型救治平台远程医学信息系统研究

倪 健，曹保根，骆星九，邵壮超，胡家庆

（海军特色医学中心，上海 200433）

0 引言

随着我国海上军事力量的快速发展，医院船、航母、综合补给舰等大型水面舰艇陆续研制成功并投入使用，对海上卫勤保障提出了新的要求。除“一船五艇四机”作为制式海上医疗救护装备之外，其他大型舰船依据勤务定位，也专门设立了医疗区域用以自身或编队的海上医疗救护任务。由于自身配备的医疗力量有限，大型海上救治平台对海上远程医学存在客观需求。根据海上救治环境及现有海上医疗卫生装备水平，在主体架构不变的情况下，综合集成多种技术手段，灵活配置功能模块，设计操作简便、兼容性强的模块化远程医学信息系统，可为海上舰船提供更加全面有效的远程医学支持。

1 远程医学研究现状

随着通信和信息技术的发展，远程医学已在远程会诊、数据传输、远程教育和军事医学等方面取得了飞速发展。1993年3月，在索马里维和行动中，美军对全球远程医学活动进行了尝试，初步确定了前线部队远程医学系统的基本组成[1]。美国国防部下属的国防高级研究计划局和美国国家航空航天局长期资助机器人手术和远程外科计划[2]。2003年，美海军“舒适号”医院船经过远程医学软硬件设备升级改造，可通过卫星传递各种医学数据，并利用美军远程医学视频会议系统进行全球范围的远程医学咨询[3]。

我国远程医学起步较晚，但发展迅速。21世纪初，原总后卫生部着手建立全军远程医学信息网，即“军卫二号”工程，依托鑫诺卫星通信系统实现远程医学功能，站点建设主要针对医院、部队、岛礁等陆上单位，建成后连接方便，信号稳定，带宽较大[4]。但鑫诺卫星组网只适合固定平台使用，不适宜移动使用，因此，卫星通路的覆盖范围和网络特性不适宜海上舰船环境和中远海海域远程医学的使用需求[5]。2008年，我军第一艘制式医院船866舰交付部队，船上配备了较为完善的远程医学信息系统，可通过船载卫星通信系统实现三方音视频及医疗数据传真等功能，但在医疗数据抓取、设备一体化和灵活性方面还存在一定不足[6-7]。

2 海上远程医学需求分析

在海上医疗救治过程中，由于海上救治力量有限，伤病员无法快速后送至后方陆地医院救治。在遇到疑难病症或其他难以解决的问题时，需通过远程医学信息系统将伤病员检查、诊断、治疗过程中的文字、数据、图像信息传送至远程站点，由远程站点的专家组分析、诊断后回复。此外，在对伤病员进行难度较大、较为复杂的手术时，需要对手术过程进行远程监控与支援，将手术部位、手术开展过程影像传送至远程站点供远程专家组分析、诊断，远程专家组与手术医生进行即时交流，以便在手术过程中对手术医生做出正确指导[8-9]。海上大型救治平台担负着战时对伤病员进行早期治疗和部分专科治疗、平时遂行海上灾害和突发事件救援等医疗保障任务，具备较为先进的医疗仪器设备与通信网络，医疗区域较大，拥有专门的手术室，具备开展远程医学的客观条件。

目前，我军海上舰船主要使用战略卫星通信资源进行通信，采用音视频会议终端的方式进行远程医学活动。该卫星系统通信带宽较宽，可安全、流畅地开展远程医学通信业务。其缺点是信号覆盖范围有限制，暂时无法实现所有海域的全覆盖，且卫星通信资源有限，需与船上其他系统综合调配资源使用。作为补充通信手段，海事卫星通信方式也可应用于开展远程医学活动。海事卫星通信覆盖范围广，缺点是通信带宽窄、非国产卫星与通信系统。2种方式互相补充可在无限航区开展远程医学通信[10]。

海上远程医学系统涉及监控系统、医疗信息系统、卫星通信系统、信号切换控制系统等多套系统，如何利用现有舰船通信卫星资源和公用通信资源，进行相应的设备配置与软件开发，研制一种可使用多种通信方式、具有多种通信接口、适应舰船环境的模块化远程医学信息系统，是海上大型救治平台的迫切需求。

3 系统设计

3.1 总体设计

根据海上舰船勤务定位及医疗设备、通信设备的布局与选型，构建远程医学信息网络。远程医学信息系统链路结构如图1所示。

图1 远程医学信息系统链路结构示意图

系统采用双卫星通路互为补充的方式进行远程卫星通信：在有限航区内，通过国产卫星通信系统设备建立与远程医学中心的通信连接，通信速率≥2 Mbit/s；在国产卫星通信系统无法覆盖的区域或遇到其他情况无法使用时，采用海事卫星通信系统作为通信媒介与远程医学中心连接，通信速率可达256 kbit/s[11]。

舰船内部综合集成音视频采集设备、医疗设备、显示设备、数据输出设备等，经切换控制设备实现双向音视频与文件信息的即时传输。为适应海上舰船复杂电磁环境，信号接收及输出端需增加信号增强及抗干扰装置。由于海上卫星通信的不稳定性，系统可根据不同带宽进行自适应或手动调整传输图像质量。此外，海上救治平台医护及后勤保障人员数量有限，远程医学信息系统应尽量简单、便捷，安装触摸式控制面板可使医护人员及信息技师快速掌握使用方法。

远程医学信息系统视频数据通过监控系统摄像机、高清术野摄像机及移动摄像机进行采集，音频信号通过便携式或吸顶式拾音装置采集。伤病员基本信息、检查检验报告、影像资料等医疗数据信息通过开发与船载医疗信息系统接口实现自动抓取与生成。在远程医学中心及手术室安装大屏幕实现音视频信号输出，文件传输通过专用计算机与远端连通实现。音视频信号的控制与切换采用触摸式控制面板完成。同时，根据海上救治平台配套通信设备的不同，采用不同解决方案来解决音视频信号数模转换及信号传输标准性问题。

3.2 技术要求

3.2.1 数模兼容

目前，模拟信号已逐渐被数字信号取代。由于早期设备大多采用模拟信号方式传输，舰船内卫星通信音视频信号传输大多依然采用音视频矩阵切换方式，因此，在平台系统升级改造及全新研发过程中，需配备数模信号切换设备。

信号采集、传输及切换设备选型时需要重点考虑与卫星通信部门设备的协议对接及兼容性问题。使用数字信号方式传输时，传输介质为网线或光纤。而使用模拟信号方式传输时，视频图像使用MPEG格式、采用PAL制式，分辨力一般不超过130万像素，传输协议使用H.264或H.265，传输介质为同轴电缆、HDMI、SDI等；音频信号则使用G.711等方式进行压缩，传输介质为多芯带屏蔽的专业音频线缆。

3.2.2 信号传输与控制

海上环境下卫星通信带宽有限且信号并不稳定，为保障海上远程医学通信清晰度，远程医学信息系统可根据带宽自适应传输码率，也可手动选择传输码率，如256、512kbit/s等。舰船内部信号传输质量影响因素主要在于线缆铺设长度及接口连接质量，网线铺设不宜超过75 m，同轴线缆铺设不宜超过150 m。对信号衰减较大的信号源，需加装信号增强设备，以保证通信质量。

由于海上舰船空间有限，音视频信号的切换与拼接主要通过远程控制机房设备进行控制，而手术室及会议中心没有直接操作的渠道，远程医学过程中信号切换存在不便。通过加装触摸式控制面板，可在各加装房间进行快速切换与控制，提高工作效率并减少误操作。

3.2.3 远程操作软件

监控中心操作系统使用Windows 2003 Advanced Server以上操作系统，数据库采用Oracle关系型数据库。音视频切换及控制软件根据不同平台的不同需求，采用定制方式进行模块化安装，主要包含分布式管理服务器软件、分布式客户端软件、IPC（IP Camera）接入管理服务软件等。

3.3 软硬件配置

3.3.1 硬件配置

前端设备包含场景摄像机、手术专用摄像机、移动视频会议终端、麦克风、信号切换控制面板、加固大屏幕、音视频输出节点设备、数据处理计算机等设备，若无条件配备大屏幕则需另外配置扬声器；服务器端主要设备包含网络录播服务器、音视频编解码服务器等设备；终端设备主要包含战略卫星通信和海事卫星信号处理设备。

3.3.2 软件配置

远程医学信息系统软件包含基础数据管理、可视化管理，拼接处理，集中控制管理、KVM管理，客户端触控软件、IPC接入管理服务、外部信息接口等功能模块。不同平台、不同硬件配置对软件模块需求各不相同，可根据实际配置与应用需求进行裁剪、组合。

4 功能实现

根据系统的总体要求、需求分析和软硬件设备配置，采用集成与开发相结合的方式，实现具有远程会诊、远程手术监控与指导、远程医疗咨询等功能的远程医学信息系统。系统运行流程如图2所示。

图2 远程医学信息系统运行流程图

4.1 远程医学咨询与手术指导

在卫星通路成功建立连接之后，使用人员通过操作控制软件或触摸控制面板将指定舱室的音视频信号切换上传至远程专家组，远程专家组的音视频信号同步回传至信息中心并可同步传输至手术室。手术医生和远程专家组可就手术中遇到的问题进行即时音视频交流，同时远程专家组可根据传送过来的视频图像对手术医生进行远程手术指导。患者相关检查检验报告及影像资料通过系统标准接口抓取至远程医学信息终端，通过数据接口传送至远程专家组。在远程医学会诊过程中可对具有保存价值的画面通过手动、定时等方式进行数字录像，供相关人员或部门进行分析、研究与教学使用，并实现集中监控、网络监控和多模式录像与回放等功能。

音视频上、下行控制，摄像机控制，大屏幕显示控制均可通过远程控制软件或触摸控制面板实现。触摸控制面板界面如图3所示。

图3 触摸控制面板界面

4.2 系统接口

通过救治平台医疗信息系统的远程医学接口，可随时抓取并调阅伤病员的基本信息、检诊信息、救治信息和影像资料，并可对这些信息进行提取、传输与打印。

通过加装的海事卫星设备，采用网络连接方式与远程医学中心进行通信连接。远程医学信息系统可在无限航区范围内实现双向音视频实时动态交互及文本、数据信息的双向传输。根据工作要求，海事卫星通信系统与救治平台局域网络实施物理隔离，二者之间的数据信息采用认证的方式和中间介质进行文档泊接，实现信息交互。

5 系统测试

远程医学信息系统经过多次测试，性能稳定，使用时通话清晰，音视频切换正常。受卫星通信带宽和信号切换影响，视频画面清晰度存在一定衰减，并略有延迟现象。医疗数据生成、传输及文本传真良好。操作人员通过触摸控制面板，可快速掌握基本操作流程。系统通过战略卫星通信及海事卫星2种方式实现了与陆上远程医学中心的音视频信息实时、动态交互以及文本、数据信息的双向传输。

6 发展方向

现阶段远程医学信息系统依然过于庞大与繁杂，设备较多，接口复杂，加改装难度较大，需要在舰船建造初期就进行集中规划和设计，且对操作人员有较高的专业要求。随着科学技术的发展，远程医学信息系统的小型化、一体化及操作简单化指日可待。在预留标准接口的基础上，即插即用型移动式远程医学信息系统将会是未来的发展趋势。

7 结语

在海上远程医学信息系统的论证、设计与实施过程中，结合了大型海上救治平台的特点和野战条件。战略卫星通信和海事卫星相结合的方式，满足了海上救治平台在无限航区范围内进行远程医学交互的需求。远程医学信息系统实现的远程医疗业务数据传输、远程手术指导、远程医学技术咨询等功能可较好地提高海上伤病员救治效率，弥补海上救治力量的不足。对于海上中小型救治平台或其他非救治平台，可适当减少部分模块和功能进行最小化升级改造，以适应简单会诊或应急需要。