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医疗设备/医疗器械 |
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基于红外技术的医疗监护系统的实现 |
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作者：华中光电技术研究所 卢流发 |
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在医院中，为使患者得到更好的照料或为医学观察研究之用，监护系统是必可少的。现在大部分医院所用监护系统为电视系统和微光监护系统，它们对光线的要求较高，而基于红外成像技术的医疗监护系统就不存在这一问题。
硬件实现
如图1和图2所示，整个红外监护系统分成两部分：一部分置于患者病房内，以获取患者信息，称之为前端；另一部分置于监控室内，负责将患者信息提供给监护人员，称之为后端；二者之间可根据情况进行有线、无线或红外视频传输。
图1 红外监护系统前端
图2 红外监护系统后端
前端的调焦模块控制镜头的光学调焦，以保证成像质量的清晰。红外探测器是整个系统的核心，负责将采集到的红外信号转换成视频电信号。支持模块为保证红外探测器正常工作而提供适当的偏压。校正模块的作用是给红外探测器提供一个面均匀的红外强度参考点，是保证正确成像必不可少的模块。电子变焦是光学变焦的补充，能在比较小的范围内进行更细致的调焦控制。由于红外探测器的各个探测元特征不一致，支持模块所提供的偏压不能满足全部探测元的正常工作所需，使小部分探测元不能正常工作，这将会影响到图像的质量，而这个问题就由坏元处理模块来解决。
人体产生的红外信号经红外镜头聚焦后，汇聚于红外探测器的探测平面。在支持模块、校正模块及电子变焦模块协同作用下，处于正常工作状态的红外探测器将接收到的红外信号转化成初始视频电信号，并将此信号以特定的制式输出到后继处理模块，经过坏元处理和非线性校正，形成目标视频信号。目标视频信号再经过编码处理后发送到系统后端。
后端接收到前端送来的视频编码，首先进行解码处理，然后发送给后继模块进行进一步的处理。解码后的视频信号根据需要进行电子放大（或不放大），然后直接送显控模块，以实现实时监控；同时，送存储模块，进行编码存储，以备日后之需。分析模块对送来的视频信号进行分析，若发现患者有不适反应，则触发报警模块，以提醒医护人员采取措施。
软件实现
红外监护系统的软件流程如图3所示。系统上电启动后，首先进行自检。如果自检发现错误，则在后端的监视器上报错，并提供故障代码，以协助分析判断。如果自检正常则启动红外探测器，进行电子校正和电子调焦，就绪后给红外探测器发出工作指令，红外探测器开始接收红外信号并处理。根据监护人员的设置，处理后所得的图像可以一方面存储，一方面显示以实现实时监控，或者只进行实时监控。如果需要，处理后的图像同时还被送往计算机进行自动分析，若发现患者有不适症状，则发出警报。
图3 红外监护系统软件流程图
与传统监护系统的比较
传统的医疗监护系统一般是电视系统，少数情况下是微光系统，或同时配备二者。在光线充足的白天，电视医疗监护系统可以很好地实现监护功能。但在阴雨天气等情况下，电视系统的成像质量就会受到一定的影响。到了晚上，除非开灯，否则电视系统将彻底不能工作，而开灯又势必会影响患者的休息，因此电视监护系统有很大的局限性。
对于微光医疗监护系统，其只能在一定亮度范围工作。白天，由于信号输入过于强大，可视度很差，根本无法正常观测患者的情况，甚至可能出现由于光线太强而造成系统被烧毁的现象。而在光线太暗，甚至根本没有光源的情况下，微光系统也同样无法实现对患者的监护。即使加上自动增益控制系统，也只能在一定程度上缓解上述问题，而且这种做法需要在成本、体积和重量上付出相应的代价。
红外医疗监护解决了上述存在的种种问题。由于红外监护系统接收的是患者身体发出的红外信号，所以无论可见光的强、弱、有、无，系统都不受任何影响，能够全天候地正常工作。特别是在夜间实施监护时，不需要进行额外的处理，不会对患者的休息造成不良影响。而且，由于患者体温的变化而引起的红外信号强度的变化不很剧烈，对于红外系统只是很窄的一个范围，完全不会影响红外系统的正常工作。相反，这种变化还可以很明显地在监视器上体现出来，从而提醒医护人员需要对患者进行护理。而无论是电视系统还是微光系统，都不能反映出这种变化。因此，红外系统不但弥补了电视系统和微光系统所存在的不足，而且实现了更强大的监护功能。
结语
红外监护系统成像质量稳定清晰，可以观察到眉毛的动作等细节，能充分满足观察的需要。通过对图像用软件进行分析，当患者出现不适的状况时，可以发出警报，加以适当的配套措施，甚至可实现无人值守式监护。由于红外监护系统采用被动工作方式，其工作所需要的红外是由人体自然发出的，因而是一种无污染的、环保的监护系统，特别适用于医疗。(end)
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(3/11/2007) |
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