基于SIP协议的社区医疗网络系统设计

2008-11-29 23:10:23来源: 现代电子技术

  随着社会的进步和科技的发展,以及人们的生活质量的不断改善,社区医疗保健(Community Health Care,CHC)已经成为当今医疗领域的研究热点问题之一。社区医疗保健是指在社区中对本社区的居民实施监护诊断、治疗、康复和保健,即建立社区远程医疗网络。现代多媒体技术和数字通信技术的迅速发展为社区医疗保健的实现提供了技术基础。社区医疗服务是国际上公认的一种比较理想的基层卫生服务模式,开展社区卫生服务是我国卫生工作的方针,也是我国卫生体制改革的重要内容。根据我国社区卫生服务现状,卫生部提出发展社区卫生服务的总体目标:2000年基本完成社区卫生服务的试点和扩大试点,2005年各地基本建立起社区卫生服务体系框架,2010年在全国建立完整的社区卫生服务体系。几乎所有发达的工业国家都建立远程医疗系统,以帮助医疗保健服务满足公众不断增长的需要。现在美国有8 000多家社区诊所和医疗机构开展面向慢性病患者和老年人的远程医疗服务。

  随着下一代网络技术的不断发展,软交换并不仅将公共交换电话网络PSTN(Public Switched Telephone Network,PSTN)移植到IP网,实现网络电话(Voice over Internet Protocol,VoIP),他向电信运营商提供一个优秀的体系架构,将话音业务、视频业务、新兴的互联网业务整合到一个统一的框架中,SIP协议就是其中的关键纽带。由IETF最年轻的工作组之一的SIP工作组发布的SIP相关标准已经成为通信和网络界的研究热点。目前SIP工作组发表的协议和草案已超过30个,除了核心协议以外,其他协议涵盖QoS、安全、消息头和方法扩展、与PSTN等其他协议的互操作性、穿透防火墙和NAT、应用多消息体、即时消息等诸多话题,其最终目标就是为所有Internet成功的应用提供无所不在的接人,成为联系Internet和电信、多媒体的重要媒介。

  本文根据国家大力发展社区医疗的总体方针和山东省信息产业专项发展基金项目“虚拟医院集成平台的研究与开发”的课题需要,通过对社区医疗门诊的特点和家庭医疗保健需求进行深人研究和分析,综合利用电子技术、计算机技术和现代通信技术,设计出了一种基于SIP协议的针对慢性病患者和老年人的社区远程监护网络系统。该系统作为医院与病人之间的桥梁,减少不必要的“病人访问医院”以及医生处方病人的次数,实现更有效和更高质量的病人护理,使病人尽可能的呆在家中便可接受高校的医生指导和护理措施。在济南市某社区试运行的结果表明了系统设计的可行性和先进性。

  1 SIP的体系结构

  SIP是一个应用层控制协议,与HTTP一样,SIP也是一个通信协议,是一系列标准的集合。他定义了终端设备(计算机、固定电话和移动电话)如何通过协议彼此交换信息。

  SIP可建立、修改、终止多媒体会话或呼叫。SIP主要有2种结构元素,即用户代理UA和网络服务器。UA位于SIP终端站中,他包含2个部分:一是用户代理客户端(UAC),负责发布SIP请求;二是用户代理服务器(UAS),负责响应SIP请求。与一般情况下,这两个部分可以相互转换。其中,用户代理服务器有3种不通的类型,即:重定向服务器、代理服务器和注册服务器(Register)。

  SIP的网络体系结构图如图1所示。

  作为用户代理服务器的3种类型之一,重定向服务器通过发送被呼叫者获得的SIP URL地址处理INVITE消息。代理服务器执行应用层的SIP请求和响应路由。代理服务器可以是有记忆的,也可以是无记忆的。有记忆的代理服务器在处理完一个呼叫后,将完全忘记有关该呼叫的所有信息,直到下一个消息的到达。另外,代理可以是有分支代理,亦可以是无分支代理,例如,有分支代理可让几部电话同时振铃,直到有人拿起其中1部电话为止,而无分支代理一次只能有一部电话振铃。注册服务器一般用于记录SIP地址(SIP URL)和相关的IP地址,通常用于启动后的注册。由于在REGISTER消息中使用SIP URL地址,当INVITE请求到达时,代理服务器或重定向服务器可直接转发请求信息。这一基于注册服务器的转发特性构成了网络支持真正的号码移动性服务的基础。通常情况下,一个SIP网络服务器可实现不通种类服务器的组合。SIP呼叫典型的流程,如图2所示。

  图2中,User@sipl.com作为UAC,希望同User2@sip2.com通话,UAC首先发送一个INVITE请求,本地的SIP代理服务器sipl.com接收到这个INVITE请求后,经过地址解析,将其发送至SIP代理服务器sip2.corn,同时sip1.com返回给User1一个100 Trying消息。sip2.com接收到sip1.com的INVITE请求后,将其转发给user2@sip2.com,并返回给sip1.com一个Trying消息。User2接收到INVITE请求后,在应答之前,将返回给sip2.com一个180 Ringing消息,此Ringing消息将依次转发给sip1.com,User1。如果User2决定应答呼叫,则返回一个200 OK消息,此消息经过sip2.com,sip1.com,最后到达User1。User1在收到200 OK消息后,直接发送一个ACK确认消息给User2。至此呼叫建立过程完成,User1和User2之间可以建立媒体通道进行对话。当一方想结束通话时,发送一个BYE消息给对方,对方返回一个200 OK消息,SIP呼叫即被终止。

  社区远程医疗系统采用SIP协议作为系统设计的关键协议,是基于其在结合Internet设计方面有着明显的优越性:

  (1)SIP拥有优异的可扩展性,可以大大降低对中心节点(核心网络服务器)的压力,使系统服务边缘化。

  (2)使用SIP协议可以简单易行的嵌入廉价的终端用户设备,并且可确保其互操作能力,使不同的设备进行通信。

  (3)SIP强调支持多方会议,包括IP多播和请求分支的功能,这为远程会诊提供了很好的支持。

  2 系统总体设计思路及实现

  SIP协议在网络视频监控、网络会议、VoIP等领域有较为成功的应用。借鉴SIP在这些方面应用的成功经验,本文给出的基于SIP的社区远程网络系统采用个人计算机为基础,以计算机通信网络为技术平台,采用模块化设计,一期工程主要构架以监护心电、血压等生理参数为目标,并可以进行远程会诊的监护网络,实现病人在社区中就能及时得到医生或领域专家的监护急救处理、康复指导、病史管理等多项医疗服务。系统采用模块化设计,可以针对不同的慢性病人和老年人的监护要求提供不同的服务功能。

  2.1 系统的硬件构成及连接

  该社区远程医疗系统由用户终端设备(家居摄像头、个人计算机、医疗终端)、社区医生电子工作站、社区健康档案数据库等组成。利用医院院区及社区范围内已有的计算机网络系统,将系统的软件安装即可使用。系统采用C/S结构,分为客户端、业务逻辑中间层和服务器端。从内容上分为用户信息管理、个人健康档案管理、医生信息管理及会诊管理。系统由数据库服务器、社区诊所服务器一客户端、家庭客户端和用户界面文件系统构成,安装时系统将区分社区客户端和家庭客户端分别将所需文件自动安装并完成相应的设置。每次通信均由随机启动的客户进程发起,服务器进程从开机就处于等待状态,随时对客户进程进行响应,从而满足监控的要求。

  社区医疗系统的硬件基本构成如图3所示。

  在系统的硬件设计上,需要建立一个数据库服务器,采用一个大硬盘的中高档微机即可,主要是硬盘存储量要大,以便于建立病人数据库以及存储医疗数据等。服务器安装Windows NT Server操作系统,由于他提供了客户机/服务器模式,使得网络处理速度可以加快。在用户和社区诊所中仅需要1台微机和一些简易的监控、采集器械便可使病人实现在家中就医的方便模式。另外,对一些患有较严重慢性病患者和老年人可以在其家中装备监控仪器,如:用于糖尿病人的血糖仪;用于哮喘病人的峰值呼吸流量计;用于心脏病人的心电图机;用于高血压病人的电子血压计等。同时,社区诊所还可以提供一些面向胎儿和孕妇的监护设备,对本社区内的怀孕家庭租借,并对他们进行监护,这对孕妇特别是高危妊娠孕妇和胎儿都具有很好的帮助和指导作用。数据库服务器可以放置在社区诊所中与社区诊所服务器一客户端共用同一台微机,通过对Windows NT服务器进行设置,可将本社区内的微机联成小型的局域网络,方便于管理。

  2.2 软件功能模块构成及实施

  系统软件结构如图4所示。

  系统的核心软件为一个远程动态管理平台。注册登录模块实现社区用户和社区医生的注册登录,记录病人的基本情况,并对用户的资料进行管理。电子病历模块记录病人的历次诊断记录、检查结果和治疗措施等。软硬件接口模块提供系统与远程医疗终端的数据传输,并可根据需要设置相应参数。远程会诊工具包模块提供患者向医生面对面的咨询,同时医生也可通过他对病人的康复状况有一个视觉上的了解。

  系统工作流程图如图5所示。

  系统典型工作流程为:病人和医生首先在数据库中注册登录,获得一个用户ID,以后登录直接用ID号和密码即可。登录之后,病人便可以建立自己详尽的健康档案,并可以将一些自己在家中测得的医疗数据填写到相应的地方,然后提交。社区医生进入系统后,可以查看本社区病人的数据档案,并对病人测得的医疗数据进行异步诊断,并将诊断结果写入到病人病历中,这时系统自动回复病人病情已诊断。另外,系统还可提供远程会诊服务,病人可以通过会诊预约服务与社区医生联系,在约定的时间进行远程会诊治疗。目前,对病人的教育也正在逐渐成为医疗保健系统的重要组成部分,通过将基于计算机的培训课程通过医疗平台进行传递,使对病人变得有更高的效率和效能。这里,平台可以通过E-mail或者BBS等方式将一些医疗培训资料提供给本社区的居民。

  3 结论及意义

  开发社区远程监护网络系统的目的和意义在于:

  (1)缩短医生和患者之间的距离,社区诊所一般建立在各个社区内,离社区居民比较近,能够为患者提供及时地救助,减少患者和医务人员的路途奔波。另外对患者重要生理参数进行远程监护,不仅可以辅助医疗,还能在病情突发恶化时报警。

  (2)社区中老龄人口数量的增大,对社区医疗保健的要求也越来越高。对自理能力较差的老年人的日常生活状态进行远程监护,不仅能提高医护人员的护理水平和患者的生活质量,还可以评估监护对象的健康状况。

  (3)现代生活水平的提高和生活方式的变化,使患有心脑血管疾病、糖尿病、睡眠综合症等慢性疾病人群越来越庞大。对患有慢性疾病的病人进行远程监护,不仅能使病人的及时地了解自己的病情状况,而且能够通过远程网络及时地获得医生的康复指导。

  (4)通过社区远程监护系统,在社区诊所与核心大医院之间建立联系,相互交换患者的电子病历和进行远程会诊,不仅实现了“双向转诊”,而且也从一定程度上减轻了核心大医院的就医压力,实现了病人的“分流”。

  如前所述,构建一个社区远程医疗网络平台,不仅有利于提高现有的医疗设施和医学专业人员的工作效率和工作质量,缓解医疗条件的不足与人们对于医疗保健的要求之间的矛盾,而且在一定程度上,可以将网络上大量的保健信息资源通过计算机网络汇聚,提供给社区居民,达到保健教育的目的。系统虽然需要很少的外围硬件支持,很多功能由软件替代,但是目前国内社区的条件还不是很平衡,因此还需要根据具体的情况设计符合当前社区条件的模块加入到系统中,使系统得到进一步的完善。

  现代医疗行业的长远发展趋势就是向网络化智能化医疗系统方向发展,建立以人为本和不断创新的医疗服务体系,通过社区医疗服务网络的不断完善,可以逐步实现“小病在社区,大病去医院”的良好的就医局面。通过社区与家庭、社区与大医院相互结合的医疗机制将成为充分利用医疗资源,降低医疗费用,实现人人享受医疗的良好模式。

 

关键字:网络电话  语音  视频  安全  协议

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/medical_electronics/2008/1129/article_432.html
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