基于5G網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)療手術(shù)在線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

劉昆 陳緒超

摘要：為了解決部分地區(qū)醫(yī)療資源不均衡發(fā)展問題，提高醫(yī)療資源的利用率，現(xiàn)利用5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，設(shè)計(jì)一款功能完善、實(shí)用性強(qiáng)的醫(yī)療手術(shù)在線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。首先，根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用需求分析情況，從系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)兩個(gè)方面入手，完成系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)；其次，從用戶登錄模塊、數(shù)字病歷遠(yuǎn)程調(diào)用模塊、音視頻遠(yuǎn)程傳輸模塊等模塊入手，完成系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)；最后，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行性能進(jìn)行全面測(cè)試。結(jié)果表明：在5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用背景下，文章所設(shè)計(jì)的醫(yī)療手術(shù)在線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)運(yùn)行正常、可靠、穩(wěn)定，各個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)滿足設(shè)計(jì)相關(guān)要求。希望通過這次研究，為相關(guān)人員提供有效的借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：5G網(wǎng)絡(luò)；醫(yī)療手術(shù)；在線遠(yuǎn)程控制；系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

中圖分類號(hào)：TP393? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）27-0070-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

最近幾年，我國科技水平不斷提高，5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)憑借著自身寬帶低、傳輸速度高、傳輸性能穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間短等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療手術(shù)在線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，它不僅可以保證網(wǎng)絡(luò)信號(hào)監(jiān)測(cè)的連續(xù)性和告警的及時(shí)性，還能確保系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通道的專用性，為提高醫(yī)療資源的利用率，解決部分地區(qū)醫(yī)療資源不均衡發(fā)展問題提供重要的技術(shù)支持。因此，為了充分發(fā)揮和利用 5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，提高醫(yī)療智能化管控水平，技術(shù)人員 重視對(duì)醫(yī)療手術(shù)在線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的科學(xué)化設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

1 系統(tǒng)應(yīng)用需求分析

為了確保該系統(tǒng)功能的強(qiáng)大性和適用性，本文所設(shè)計(jì)的醫(yī)療手術(shù)在線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)必須滿足以下應(yīng)用需求： 1）該系統(tǒng)必須要表現(xiàn)出強(qiáng)大的自動(dòng)化控制功能和遠(yuǎn)程診斷功能，確保數(shù)據(jù)備份的存儲(chǔ)的安全性和可靠性。2）該系統(tǒng)必須表現(xiàn)界面簡潔友好、數(shù)據(jù)調(diào)用快捷方便等特點(diǎn)。3）該系統(tǒng)必須表現(xiàn)出較高的保密性、易維護(hù)易升級(jí)性、拓展性和跨平臺(tái)性，確保各個(gè)操作系統(tǒng)均能夠正常、穩(wěn)定地運(yùn)行該系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示，從圖1中可以看出，該系統(tǒng)主要包含以下幾個(gè)層次。1）表示層。表示層除了包含用戶界面外，還包含外部接口等窗體元素，其運(yùn)行原理為：通過利用業(yè)務(wù)邏輯層，獲取和顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)[1]，然后，與用戶建立良好的交互關(guān)系，并向業(yè)務(wù)邏輯層傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)。2）業(yè)務(wù)邏輯層。該邏輯層所涉及的邏輯主要與核心業(yè)務(wù)相關(guān)，主要用于對(duì)業(yè)務(wù)規(guī)則和業(yè)務(wù)邏輯的制定，然后，執(zhí)行程序所需要的指令，此外，還要利用業(yè)務(wù)邏輯層，可以全面化處理所存儲(chǔ)好的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。3）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層主要包含數(shù)據(jù)訪問組件、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)組件、數(shù)據(jù)管理組件，這些組件在功能上具有一定的獨(dú)立性。總之，該系統(tǒng)框架在實(shí)際設(shè)計(jì)中，主要采用B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)模式，并在5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用背景下，利用以上三個(gè)層次，保證醫(yī)療手術(shù)設(shè)備遠(yuǎn)程控制連接的穩(wěn)定性、可靠性和安全性，以起到遠(yuǎn)程醫(yī)療手術(shù)的作用，為實(shí)現(xiàn)醫(yī)療資源的最大化利用創(chuàng)造了良好的條件[2]。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

任何系統(tǒng)在管理數(shù)據(jù)期間，均離不開數(shù)據(jù)庫的支持，醫(yī)療手術(shù)在線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)也不例外，為了保證數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)的可靠性和安全性，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的增刪改查，技術(shù)人員 要重視對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的科學(xué)設(shè)計(jì)。現(xiàn)以如表1、表2、表3、表4所示的“門診病歷表、住院病歷表、會(huì)診記錄表、護(hù)理記錄表”為例，對(duì)數(shù)據(jù)庫具體設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

為了充分發(fā)揮和利用5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，提高該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)用性，技術(shù)人員 必須要嚴(yán)格按照如圖2所示的系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)示意圖，完成對(duì)系統(tǒng)用戶登錄模塊、數(shù)字病歷遠(yuǎn)程調(diào)用模塊、音視頻遠(yuǎn)程傳輸模塊等模塊的科學(xué)化設(shè)計(jì)。

3.1 用戶登錄模塊設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)用戶登錄模塊期間，首先，要構(gòu)建相應(yīng)的系統(tǒng)用戶表，然后，根據(jù)不同的職能角色，設(shè)置相應(yīng)的用戶名和用戶權(quán)限，該系統(tǒng)所設(shè)定的用戶類型主要以系統(tǒng)管理員為主[3]，當(dāng)后臺(tái)工作開展完畢后，就可以進(jìn)入到系統(tǒng)登錄界面的設(shè)計(jì)中，其次，根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行需求，將醫(yī)療手術(shù)在線遠(yuǎn)程設(shè)備服務(wù)器地址準(zhǔn)確、無誤地輸入到IE瀏覽器中，由于該服務(wù)器的端口號(hào)為8596，所以，IE瀏覽器所屬于的服務(wù)器地址為：https：//202.196.152.2：8596。此時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出“安全警告”對(duì)話框。然后，通過對(duì)“是”按鈕進(jìn)行點(diǎn)擊，自動(dòng)進(jìn)入到用戶登錄系統(tǒng)中，然后，向系統(tǒng)登錄界面中輸入用戶名和密碼，并點(diǎn)擊“確定”，當(dāng)用戶身份驗(yàn)證通過后，即可順利進(jìn)入到系統(tǒng)功能界面中。

3.2 遠(yuǎn)程醫(yī)療模塊設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程醫(yī)療模塊主要借助遠(yuǎn)程醫(yī)療設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)所采集和傳輸好的患者數(shù)字病歷信息進(jìn)行遠(yuǎn)程化控制，并利用視頻通話的方式，對(duì)患者的手術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程討論和指導(dǎo)。數(shù)字病歷信息為會(huì)診專家診斷工作開展提供了重要的依據(jù)和參考。

1）數(shù)字病歷遠(yuǎn)程調(diào)用模塊設(shè)計(jì)

通過利用服務(wù)器，對(duì)外部系統(tǒng)采集好的數(shù)字病歷信息進(jìn)行調(diào)用，并將這些信息安全、可靠地傳輸?shù)街付ǖ姆?wù)器上，然后，采用數(shù)據(jù)庫交互的方式，保證該功能模塊的實(shí)現(xiàn)效果。數(shù)字病歷遠(yuǎn)程調(diào)用模塊除了負(fù)責(zé)集成處理數(shù)字病歷文件外，還負(fù)責(zé)向會(huì)診數(shù)字病歷文件導(dǎo)入相應(yīng)數(shù)字病歷信息。數(shù)字病歷信息在實(shí)際采集期間，主要用到了DICOM服務(wù)器和HIL服務(wù)器，此外，通過利用5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，完成對(duì)數(shù)字病歷信息的安全、可靠化傳輸[4]，并利用B/S架構(gòu)模式，對(duì)數(shù)字病歷遠(yuǎn)程調(diào)用功能進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，然后，將經(jīng)常使用的服務(wù)單獨(dú)放在指定的服務(wù)器中，數(shù)字病歷遠(yuǎn)程調(diào)用結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

從圖3中可以看出，遠(yuǎn)程數(shù)字醫(yī)療記錄主要包含以下幾個(gè)部分：①表示層。瀏覽器具有一定的跨平臺(tái)性，可以為遠(yuǎn)程會(huì)診數(shù)字病歷調(diào)用提供簡潔、友好的通用界面，通過利用表示層，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)服務(wù)器設(shè)備的有效訪問。②Web服務(wù)器。該服務(wù)器主要用于對(duì)數(shù)字病歷信息的管理以及服務(wù)器端組件的放置，通過從客戶端收到相應(yīng)的請(qǐng)求[5]，然后，與應(yīng)用服務(wù)器之間建立起良好的交互關(guān)系，并將向Web瀏覽器反饋?zhàn)罱K結(jié)果。③應(yīng)用服務(wù)器。應(yīng)用服務(wù)器主要采用遠(yuǎn)程化調(diào)用方式，對(duì)電子病歷進(jìn)行調(diào)用。④數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層除了包含關(guān)系數(shù)據(jù)庫、異構(gòu)數(shù)據(jù)庫外，還包含HTML文檔等其他數(shù)字病歷信息，通過利用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，可以增刪改查數(shù)據(jù)庫中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)交互的可靠性和安全性。

2）音視頻遠(yuǎn)程傳輸模塊設(shè)計(jì)

用于遠(yuǎn)程醫(yī)療的視頻和音頻在實(shí)際傳輸期間主要借助了軟件傳動(dòng)部分，該部分主要包含音視頻輸入、音視頻輸出、音視頻壓縮、接口等，同時(shí)，還創(chuàng)建了多個(gè)線程，該模塊的工作原理為：當(dāng)軟件運(yùn)行一段時(shí)間后，對(duì)視頻設(shè)備和音頻設(shè)備進(jìn)行初始化處理[6]，對(duì)相關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)聽，在進(jìn)行主叫期間，被叫方要向?yàn)g覽器中輸入正確的IP地址，當(dāng)被叫方和主叫方之間建立起良好的連接關(guān)系后，開始進(jìn)行遠(yuǎn)程化音頻通信和視頻通信[7]，通信內(nèi)容除了包含文字傳輸外，還包含其他相關(guān)的音頻文件和視頻文件。發(fā)送端傳送數(shù)據(jù)流程圖如圖4所示。

3.3 遠(yuǎn)程控制模塊設(shè)計(jì)

該模塊在實(shí)際設(shè)計(jì)中，先設(shè)置系統(tǒng)服務(wù)器IP地址，再采用遠(yuǎn)程管理的方式，對(duì)系統(tǒng)管理員密碼等服務(wù)器相關(guān)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程化設(shè)置和管理，并將設(shè)置好的“遠(yuǎn)程桌面”安全、可靠地連接到服務(wù)器桌面上，然后，進(jìn)行以下操作[8]：首先，對(duì)服務(wù)器的“遠(yuǎn)程桌面”功能進(jìn)行啟動(dòng)，并選用“維護(hù)”選項(xiàng)，然后，在“維護(hù)”界面中右擊彈出遠(yuǎn)程登錄界面，此時(shí)，輸入正確的用戶名和密碼，即可成功登錄和使用遠(yuǎn)程服務(wù)桌面[9]。

4 系統(tǒng)測(cè)試

4.1 測(cè)試方法

系統(tǒng)測(cè)試工作在實(shí)際開展中，主要由以下兩名測(cè)試人員進(jìn)行。1）軟件設(shè)計(jì)開發(fā)人員。該測(cè)試人員在實(shí)際測(cè)試期間，要復(fù)雜對(duì)政策測(cè)試方案的制定以及測(cè)試進(jìn)度的把控。2）未參加軟件制作的人員。該測(cè)試人員主要負(fù)責(zé)對(duì)軟件運(yùn)行環(huán)境測(cè)試等黑盒測(cè)試工作的開展。

4.2 測(cè)試結(jié)果

為了更好地驗(yàn)證監(jiān)控界面的有效性和可靠性，現(xiàn)對(duì)患者體溫監(jiān)測(cè)界面進(jìn)行測(cè)試，體溫監(jiān)測(cè)界面如圖5所示。數(shù)字圓圈表示不同患者所佩戴的節(jié)點(diǎn)號(hào)碼，一旦被測(cè)患者出現(xiàn)溫度異常現(xiàn)象時(shí)，界面上會(huì)出現(xiàn)紅色感嘆號(hào)圖標(biāo)警告，此時(shí)，紅色警告燈變亮，完全符合遠(yuǎn)程操控的目的?？傊?，經(jīng)過測(cè)試，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控界面友好、操作簡單，同時(shí)，遠(yuǎn)程屏幕監(jiān)控實(shí)效性高、畫面延時(shí)時(shí)間短、同時(shí)，還能對(duì)服務(wù)端屏幕信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)化發(fā)布和更新。另外，可以正常實(shí)現(xiàn)醫(yī)療數(shù)據(jù)文件采?集、傳輸，以及遠(yuǎn)程診斷相關(guān)的語音功能、視頻功能等。

5 結(jié)束語

綜上所述，在5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用背景下，本文所設(shè)計(jì)的醫(yī)療手術(shù)在線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以幫助醫(yī)生為身在異地的患者提供遠(yuǎn)程手術(shù)治療，保證遠(yuǎn)程診療實(shí)施效果，此外，還能保證醫(yī)療資源的最大化利用率，縮短網(wǎng)絡(luò)延遲時(shí)間，保證醫(yī)療手術(shù)的安全性，為來自各個(gè)地區(qū)的人們提供更加優(yōu)質(zhì)、平等的醫(yī)療服務(wù)，確保醫(yī)療遠(yuǎn)程診斷變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

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