摘　要： 通過對構件技術的研究,，設計了一種基于HIS的神經中央監(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。通過對視頻編碼壓縮技術的對比,，選擇了適合本系統(tǒng)的壓縮編碼技術,，并探討了本系統(tǒng)中對視頻數(shù)據(jù)流的去噪聲技術。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,。
　　關鍵詞： 構件 拓樸結構? 視頻采集? 噪聲

?

　　神經中央監(jiān)護" title="神經中央監(jiān)護">神經中央監(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)控的快速反應能力，因此該系統(tǒng)的應用前景廣泛,。目前該系統(tǒng)已經在多家醫(yī)院的重病人病房投入使用,，運行效果良好,。
　　神經中央監(jiān)護系統(tǒng)作為一個科技項目與商業(yè)應用項目，在臨床應用上將會很廣泛,。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)的適應性與可擴展性,，在系統(tǒng)的開發(fā)過程中,，通過采用基于構件的開發(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)應用價值,。
1 構件技術
　　構件技術推廣了對象封裝的內涵，它側重于復雜系統(tǒng)中組成部分的協(xié)調關系,，強調實體在環(huán)境中的存在形式,。構件技術有四個基本屬性：
　　(1)構件是可獨立配置的單元，因此構件必須自包容,。
　　(2)構件強調與環(huán)境和其他構件的分離,，因此構件的實現(xiàn)是嚴格封裝的，外界沒有機會或沒有必要知道構件內部的實現(xiàn)細節(jié),。
　　(3)構件可以在適當?shù)沫h(huán)境中被復合使用,，因此構件需要提供清楚的接口規(guī)范，可以與環(huán)境交互,。
　　(4)構件不應當是持續(xù)的,，即構件沒有個體特有的屬性，可以理解為構件不應當與自身副本區(qū)別,，在任何環(huán)境中,，最多僅有特定構件的一份副本?？梢钥闯?，構件沿襲了對象的封裝特性，但同時并不局限在一個對象,，其內部可以封裝一個或多個類,、原型對象甚至過程，結構是靈活的,。構件突出了自包容和被包容的特性,，這就是在軟件生產線上作為零件的必要特征。
　　從抽象程度來看,，面向對象技術已達到了類級重用(代碼重用),，它以類為封裝的單位。這樣的重用粒度還太小，不足以解決異構互操作和效率更高的重用,。構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,，也為用戶提供了多個接口。整個構件隱藏了具體的實現(xiàn),，只用接口提供服務,。這樣，在不同層次上,，構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)體系結構設計
　　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,。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)真正的多點總線結構;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)比較復雜，而且可靠性要求很高,，因此在設計該系統(tǒng)中,，采用基于構件的智能控制技術，設計了如圖1所示的神經中央監(jiān)控系統(tǒng)拓撲結構,，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性,。

?

　　在設計好系統(tǒng)的拓樸結構后,，根據(jù)系統(tǒng)的需求設計了一批通用構件和一個構件庫管理系統(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)的構件時力求做到：功能單一,、通用，接口簡單,、清晰,，高度獨立。該構件庫管理系統(tǒng)主要完成以下幾個功能：構件查找,、構件擴充,、構件集成、構件刪除,、構件修改,。下面分別介紹系統(tǒng)的主要功能模塊。
　　(1)“病人管理構件”先錄入病人的基本信息,，選擇監(jiān)測參數(shù),，設置生理參數(shù)。由于系統(tǒng)預留了與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)中調入病人的相關信息,，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)設置后,，實時監(jiān)測構件開始工作,，此處監(jiān)測采用多路監(jiān)測和實時動態(tài)監(jiān)測技術。監(jiān)測界面由數(shù)字顯示區(qū),、視頻顯示區(qū),、參數(shù)設置區(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)的設置,，可以設定系統(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,、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)“回放功能構件”提供病歷回放功能,。在回放過程中，可以重新設定濾波參數(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)絡將圖像傳送到遠程用戶,。
　　(4)“睡眠呼吸暫停綜合癥分析構件”為一個獨立的功能模塊,，除具有“回放功能構件”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，全自動分期結果可繪制出睡眠結構圖,，可從睡眠結構圖上一點定位到數(shù)據(jù)文件的指定位置,。
　　(6)“腦功能分析構件”主要具有兩個功能：①選擇一導或多導腦電數(shù)據(jù)，再選定每導要分析的頻段,，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)顯示設置模塊,。③系統(tǒng)參數(shù)設置模塊。
　　在中央機的主要功能構件之外,，本系統(tǒng)還開發(fā)了：設備控制管理構件,、歷史數(shù)據(jù)管理構件、歷史資料分析構件和數(shù)據(jù)資料備份構件,。這些構件主要是提供給醫(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)新技術有以下兩方面:(1)采用獨特流技術,，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,，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)絡上可以設置多個監(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)。
　　采用構件化設計,，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．基于構件的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(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)的體系結構設計[J]．計算機工程與設計,，2005，26(12)：3259-3260,；3266.
[7]徐大華.基于HIS的臨床診治系統(tǒng)的設計[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．方面化構件模型及其組裝方法[J]．計算機工程,，2006，32（5）：39-40,；45.