摘　要： 通過對構(gòu)件技術(shù)的研究，設(shè)計了一種基于HIS的神經(jīng)中央監(jiān)護系統(tǒng)" title="監(jiān)護系統(tǒng)">監(jiān)護系統(tǒng)模型。闡述了監(jiān)護系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集、傳輸與讀取技術(shù)。通過對視頻編碼壓縮技術(shù)的對比，選擇了適合本系統(tǒng)的壓縮編碼技術(shù)，并探討了本系統(tǒng)中對視頻數(shù)據(jù)流的去噪聲技術(shù)。通過該系統(tǒng)的商業(yè)運行，驗證了系統(tǒng)開發(fā)思路的正確性。
　　關(guān)鍵詞： 構(gòu)件 拓樸結(jié)構(gòu)? 視頻采集? 噪聲

?

　　神經(jīng)中央監(jiān)護" title="神經(jīng)中央監(jiān)護">神經(jīng)中央監(jiān)護系統(tǒng)是對重病人的生理參數(shù)進行實時監(jiān)護和集中管理的一套軟、硬件系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，可以實時查看重病人的生命體能參數(shù)，對重危病人及時采取急救處理，并能大大降低醫(yī)院護士的工作強度，提高醫(yī)院對重病人病情監(jiān)控的快速反應(yīng)能力，因此該系統(tǒng)的應(yīng)用前景廣泛。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在多家醫(yī)院的重病人病房投入使用，運行效果良好。
　　神經(jīng)中央監(jiān)護系統(tǒng)作為一個科技項目與商業(yè)應(yīng)用項目，在臨床應(yīng)用上將會很廣泛。本文介紹的系統(tǒng)最終要在多家醫(yī)院使用，而由于各醫(yī)院對系統(tǒng)的要求各不相同，為了增強系統(tǒng)的適應(yīng)性與可擴展性，在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，通過采用基于構(gòu)件的開發(fā)方法，增強了系統(tǒng)的擴展性與造就性，提高了系統(tǒng)的理論研究價值與商業(yè)應(yīng)用價值。
1 構(gòu)件技術(shù)
　　構(gòu)件技術(shù)推廣了對象封裝的內(nèi)涵，它側(cè)重于復(fù)雜系統(tǒng)中組成部分的協(xié)調(diào)關(guān)系，強調(diào)實體在環(huán)境中的存在形式。構(gòu)件技術(shù)有四個基本屬性：
　　(1)構(gòu)件是可獨立配置的單元，因此構(gòu)件必須自包容。
　　(2)構(gòu)件強調(diào)與環(huán)境和其他構(gòu)件的分離，因此構(gòu)件的實現(xiàn)是嚴格封裝的，外界沒有機會或沒有必要知道構(gòu)件內(nèi)部的實現(xiàn)細節(jié)。
　　(3)構(gòu)件可以在適當?shù)沫h(huán)境中被復(fù)合使用，因此構(gòu)件需要提供清楚的接口規(guī)范，可以與環(huán)境交互。
　　(4)構(gòu)件不應(yīng)當是持續(xù)的，即構(gòu)件沒有個體特有的屬性，可以理解為構(gòu)件不應(yīng)當與自身副本區(qū)別，在任何環(huán)境中，最多僅有特定構(gòu)件的一份副本?？梢钥闯觯瑯?gòu)件沿襲了對象的封裝特性，但同時并不局限在一個對象，其內(nèi)部可以封裝一個或多個類、原型對象甚至過程，結(jié)構(gòu)是靈活的。構(gòu)件突出了自包容和被包容的特性，這就是在軟件生產(chǎn)線上作為零件的必要特征。
　　從抽象程度來看，面向?qū)ο蠹夹g(shù)已達到了類級重用(代碼重用)，它以類為封裝的單位。這樣的重用粒度還太小，不足以解決異構(gòu)互操作和效率更高的重用。構(gòu)件將抽象的程度提到一個更高的層次，它是對一組類的組合進行封裝，并代表完成一個或多個功能的特定服務(wù)，也為用戶提供了多個接口。整個構(gòu)件隱藏了具體的實現(xiàn)，只用接口提供服務(wù)。這樣，在不同層次上，構(gòu)件均可以將底層的多個邏輯組合成高層次上的粒度更大的新構(gòu)件，甚至直接封裝到一個系統(tǒng)，使模塊的重用從代碼級、對象級、架構(gòu)級到系統(tǒng)級都可能實現(xiàn)，從而使軟件像硬件一樣，能任人裝配定制而成的夢想得以實現(xiàn)。采用基于構(gòu)件的系統(tǒng)模型，大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，提高了代碼的重用性和擴展性。
2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計
　　該系統(tǒng)由用于分布式監(jiān)護的床旁機和用于集中管理的中央機組成。中央機和床旁機通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)線進行連接，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。中央監(jiān)護系統(tǒng)軟件部分包括中央機的監(jiān)控軟件和床旁機的功能軟件。中央監(jiān)護系統(tǒng)的實現(xiàn)除了硬件上的物理連接，還需要軟件上的協(xié)調(diào)。中央機的監(jiān)控軟件和床旁機的功能軟件各自有一個通訊模塊負責軟件上的連接，以保證數(shù)據(jù)的雙向傳輸。利用RS485串口" title="串口">串口進行數(shù)據(jù)通訊具有操作簡單、使用靈活方便、數(shù)據(jù)傳遞可靠等優(yōu)點，因此本系統(tǒng)利用RS485串口負責中央監(jiān)護系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通訊。
　　RS485標準作為一種多點、差分數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范已成為業(yè)界應(yīng)用最為廣泛的標準通信接口之一。這種通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進行多點、雙向通信，每一個終端只需通過接口掛在總線上便可以實現(xiàn)真正的多點總線結(jié)構(gòu);它所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長度及可靠性是其他標準無法比擬的；同時，RS485標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。因此本系統(tǒng)的中央機和床旁機之間通過用RS485數(shù)據(jù)線連接其各自配置的串行通訊端口，來實現(xiàn)硬件上的物理連接。用RS485總線作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路實現(xiàn)半雙工異步通信。
　　中央機由一臺安裝了MOXA公司的串口擴展卡的計算機構(gòu)成，使用擴展卡可以擴展計算機上的串口資源以滿足中央監(jiān)護系統(tǒng)中一機對多機（中央機對床旁機）的數(shù)據(jù)傳輸需要。床旁機采用工控機，由相關(guān)的數(shù)據(jù)采集卡板和工控主板組成。數(shù)據(jù)采集卡負責各種生理參數(shù)的采集，并由主板上的微處理器統(tǒng)一控制和管理。 床旁機和中央機的數(shù)據(jù)傳輸也由主板上的微處理器控制。
　　由于該系統(tǒng)比較復(fù)雜，而且可靠性要求很高，因此在設(shè)計該系統(tǒng)中，采用基于構(gòu)件的智能控制技術(shù)，設(shè)計了如圖1所示的神經(jīng)中央監(jiān)控系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性。

?

　　在設(shè)計好系統(tǒng)的拓樸結(jié)構(gòu)后，根據(jù)系統(tǒng)的需求設(shè)計了一批通用構(gòu)件和一個構(gòu)件庫管理系統(tǒng)，提供給項目小組中成員開發(fā)時使用。這樣既提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率，又保證了系統(tǒng)中各功能模塊與數(shù)據(jù)控制接口的統(tǒng)一標準。更重要的是使系統(tǒng)在開發(fā)過程中，能隨著需求的變更而方便快捷地升級系統(tǒng)。在開發(fā)該系統(tǒng)的構(gòu)件時力求做到：功能單一、通用，接口簡單、清晰，高度獨立。該構(gòu)件庫管理系統(tǒng)主要完成以下幾個功能：構(gòu)件查找、構(gòu)件擴充、構(gòu)件集成、構(gòu)件刪除、構(gòu)件修改。下面分別介紹系統(tǒng)的主要功能模塊。
　　(1)“病人管理構(gòu)件”先錄入病人的基本信息，選擇監(jiān)測參數(shù)，設(shè)置生理參數(shù)。由于系統(tǒng)預(yù)留了與HIS接口，該系統(tǒng)與HIS對接后，對病人的基本信息可以通過輸入病人的住院號，直接從HIS系統(tǒng)中調(diào)入病人的相關(guān)信息，并且可以將病人的體征監(jiān)控參數(shù)存入HIS系統(tǒng)。
　　(2)生理監(jiān)測參數(shù)設(shè)置后，實時監(jiān)測構(gòu)件開始工作，此處監(jiān)測采用多路監(jiān)測和實時動態(tài)監(jiān)測技術(shù)。監(jiān)測界面由數(shù)字顯示區(qū)、視頻顯示區(qū)、參數(shù)設(shè)置區(qū)組成。數(shù)字顯示區(qū)和視頻圖像顯示區(qū)均為浮動窗口，位置可以調(diào)整和移動，且不影響波形顯示。通過對系統(tǒng)濾波參數(shù)的設(shè)置，可以設(shè)定系統(tǒng)狀態(tài)為監(jiān)視或記錄。在監(jiān)控屏幕上可同時顯示來自4個、9個直至16個床旁機的全部參數(shù)，并可對每個床旁機的視頻流進行凍結(jié)、放大、縮小等操作。對采集到的異常數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將實時報警，并顯示具體的異常信息與病人的床位號。系統(tǒng)工作原理框圖如圖4所示。

　　(3)“回放功能構(gòu)件”提供病歷回放功能。在回放過程中，可以重新設(shè)定濾波參數(shù)和顯示靈敏度，可根據(jù)事件和時間快速定位到讀寫位置，對歷史數(shù)據(jù)可以剪輯、回放、趨勢分析，可測量波幅和頻率，可根據(jù)需要打印報告；能夠立刻再現(xiàn)所有存儲的視頻流與參數(shù)，并通過系統(tǒng)圖像處理功能對畫面進行處理以便識別；也可通過網(wǎng)絡(luò)將圖像傳送到遠程用戶。
　　(4)“睡眠呼吸暫停綜合癥分析構(gòu)件”為一個獨立的功能模塊，除具有“回放功能構(gòu)件”的全部功能外，還具有睡眠、呼吸暫停綜合癥的分析功能，根據(jù)呼吸暫停和低通器的定義，可以自動分型和計數(shù)，并計算睡眠紊亂指數(shù)。
　　(5)“睡眠分期構(gòu)件”可根據(jù)記錄的生理參數(shù)進行全自動或手動睡眠分期，全自動分期結(jié)果可繪制出睡眠結(jié)構(gòu)圖，可從睡眠結(jié)構(gòu)圖上一點定位到數(shù)據(jù)文件的指定位置。
　　(6)“腦功能分析構(gòu)件”主要具有兩個功能：①選擇一導(dǎo)或多導(dǎo)腦電數(shù)據(jù)，再選定每導(dǎo)要分析的頻段，分析它的三維頻譜、主頻、幅值和能量邊緣頻率。②將腦電數(shù)據(jù)根據(jù)參數(shù)不同，分段進行計算，對每段的數(shù)據(jù)點進行連線。
　　(7)“綜合功能構(gòu)件”主要由三部分組成：①監(jiān)測過程中床旁機參數(shù)修改模塊。通過這個模塊可以在監(jiān)護過程中隨時調(diào)整床旁機的參數(shù)，以便及時修正病人家屬的誤操作。②監(jiān)測參數(shù)顯示設(shè)置模塊。③系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置模塊。
　　在中央機的主要功能構(gòu)件之外，本系統(tǒng)還開發(fā)了：設(shè)備控制管理構(gòu)件、歷史數(shù)據(jù)管理構(gòu)件、歷史資料分析構(gòu)件和數(shù)據(jù)資料備份構(gòu)件。這些構(gòu)件主要是提供給醫(yī)生進行資料分析與科研之用。
　　在系統(tǒng)開發(fā)過程中主要的創(chuàng)新技術(shù)有以下兩方面:(1)采用獨特流技術(shù)，實現(xiàn)了同時對無限制多個監(jiān)控位點實施遠程實時監(jiān)控，并可實時查看各監(jiān)控點的各種監(jiān)控數(shù)據(jù)。(2)采用標準組網(wǎng)技術(shù)，支持IP單播、組播功能，可以組成點對點的監(jiān)控系統(tǒng)，還可以組成一個中心對各監(jiān)控點的系統(tǒng)；在網(wǎng)絡(luò)上可以設(shè)置多個監(jiān)控工作站，滿足多個用戶的需要，也可以用WEB方式組成多級監(jiān)控系統(tǒng)。
　　采用構(gòu)件化設(shè)計，能夠平滑實現(xiàn)系統(tǒng)功能的升級，以及與其他醫(yī)療系統(tǒng)的接口，如HIS、CIS等系統(tǒng)的接口。神經(jīng)中央監(jiān)護系統(tǒng)的成功開發(fā)與投入商業(yè)運行，很好地驗證了基于構(gòu)件的軟件開發(fā)方法的正確性與可行性。
參考文獻
[1]曹小華，趙成，陶德馨．基于現(xiàn)場總線CAN的實時監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計[J]．武漢理工大學學報：交通工程與科學版,2005,29(6):910-912；916.
[2]王勇，陳新，陳新度，等．基于多智能體的個性化信息系統(tǒng)研究[J]．計算機工程" title="計算機工程">計算機工程，2005，31(18)：31-33.
[3]崔怡，何繼淳，劉小丹．基于構(gòu)件的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]．計算機工程，2006，32（5）：232-234.
[4]余國華,馮啟明.基于CMOS圖像傳感器的視頻采集系統(tǒng)設(shè)計[J].武漢理工大學學報：交通工程與科學版,2004,28(1):145-147.
[5]廖良斌，喻方平．基于DSP和USB的圖像采集系統(tǒng)的研究[J]．武漢理工大學學報：交通工程與科學版,2006,30(1):120-123.
[6]徐大華，韓光曙．心腦血管疾病診治系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計[J]．計算機工程與設(shè)計，2005，26(12)：3259-3260；3266.
[7]徐大華.基于HIS的臨床診治系統(tǒng)的設(shè)計[J]．計算機工程，2006，32(14).
[8]TARR P L, OSSHER H, WILLIAM H, et al. N degrees of separation: multi-dimensional separation of concerns[C].International Conference on Software Engineering 99,Las Angeles: IEEE,ACM Press,1999:107-119.
[9]盛津芳，王斌，陳松喬．方面化構(gòu)件模型及其組裝方法[J]．計算機工程，2006，32（5）：39-40；45.