Патент на изобретение №2172068
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) КОМПЛЕКС ТЕЛЕИНФОРМУРОЛОГИИ
(57) Реферат: Изобретение относится к области урологии и может быть использовано в качестве информационно-диагностической техники военных госпиталей, центров и медицинских отрядов. Технический результат состоит в повышении эффективности лечения травм и ранений пострадавших в полевых условиях. Комплекс содержит мобильный пункт диагностики передового войскового медицинского звена, включающий в свой состав подвижную и блочно-переносную радиоприемопередающие станции, взаимосвязанные с модулями технических средств автоматизации, передачи данных, видеоинформационного обеспечения и энергоснабжения, а также автономную систему жизнеобеспечения. Наземное оборудование технического обеспечения оснащено новой территориальной вычислительной сетью с асинхронным режимом передачи речи, данных, видео-, аудио- и мультимедиа по одному каналу одновременно или АРП-сетью, включающей в свой состав корпоративную госпитальную вычислительную сеть с кольцевой АРП-магистралью, объединенной с локальными вычислительными сетями центров, отделений, рабочих групп госпиталя и удаленных пользователей. 4 з.п.ф-лы, 2 ил. Изобретение относится к области военной медицины и может быть использовано в качестве информационно-диагностической техники военных госпиталей, центров, медицинских отрядов специального назначения (МОСН), отдельных медицинских батальонов и бригад медицинской службы Вооруженных Сил РФ, подразделений экстремальной медицины катастроф Министерств Здравоохранения и Чрезвычайных Ситуаций России, а также в учебном процессе на кафедрах медицинских ВУЗов. Известно, что первоисточник проблем при эксплуатации классических локальных вычислительных сетей (ЛВС) заложен в принципах, на которых эти информационные технологии (ИТ) построены: разделение среды (Ethernet) или разделение доступа к среде (Token Ring, FDDI). Основным недостатком таких ЛВС является низкая полезная пропускная способность сети вследствие активного использования широковещательных сообщений, порождающих значительно интенсивный трафик. Более того, каждый сегмент (концентратор, мост и пр.) структуры классической ЛВС – это место возникновения заторов: сегмент – из-за столкновений (Fast Ethernet) или увеличения времени ожидания (Token Ring и др.), мосты и маршрутизаторы – из-за их ограниченной пропускной способности. С целью повышения производительности этих ЛВС классическая структура трансформируется в коммутируемую сеть, у которой количество станций в сегменте сводится до одного, а функции мостов и маршрутизаторов возлагаются на многопортовые коммутаторы. Однако такая сеть по-прежнему состоит из узлов, в которых для каждого поступающего пакета решается вопрос, куда он должен быть отправлен. Кроме того, поскольку логическая структура сети фактически в точности повторяет ее физическую структуру, территориальные перемещения пользователей сопряжены со значительными трудностями. В противоположность классическим ИТ и ЛВС, основанным на разделении доступа, в сетях с асинхронным режимом передачи (АРП-сетях) соединение между источником информации и конечным приемным пунктом устанавливается один раз еще до того, как будет передаваться поток данных. Поэтому после установления маршрута уже не нужно на каждом узле решать, куда направить следующую порцию данных, так как весь поток пойдет без задержки от источника до приемника, благодаря чему и получаем гарантированную скорость передачи (сегодня – до 622 Мбит/с) и асинхронный поток данных. Второе важнейшее достоинство АРП-сети состоит в назначении гарантированной полосы пропускания для каждого виртуального соединения, причем это может быть осуществлено как статически, с помощью администратора сети, так и динамически – в зависимости от реальных потребностей источника данных. В АРП-сети ее физическая структура может не иметь ничего общего с ее логической структурой и перемещение пользователей не представляет собой никаких проблем. АРП-сеть одинаково хорошо подходит как для создания локальных, так и территориальных вычислительных сетей. Известна широкополосная цифровая пакетно-ориентированная сеть с интеграцией служб (Ш-ЦСИС) при одновременной передаче аудио, видео, речи и данных, основанная на базе высокоскоростных каналов наземной радиосвязи и быстрой коммутации пакетов с помощью высокопроизводительного коммутатора при использовании оптоволоконного кабеля и асинхронного режима передачи (АРП) радиокомплекса, включающего модули транспортировки, мультиплексирования как передачу нескольких потоков данных одновременно по одному каналу и коммутацию данных /1/. АРП – это способ объединения в кадры или блоки порций данных из непрерывного потока бит. Асинхронные сигналы не соотносятся с таймером, как это имеет место при синхронных сигналах, а в них порции данных выделяются стартовым и финальным битами или их комбинациями. Слово “асинхронный” означает то, что не существуют связи между временем прихода ячейки (порции) данных и каналом, выделенным пользователю. АРП ориентирован на передачу с установлением соединения – фиксированного маршрута между двумя системами в Ш-ЦСИС, называемого виртуальным каналом. Большинство последовательных коммуникаций и практически все коммуникации в ЛВС синхронны, в то время как большинство передач данных к процессору и от него, трафик или передача данных через параллельный порт и трафик в шине ПК являются асинхронными. При АРП информация передается потоком пакетов-ячеек фиксированного размера в 53 байта, включающих заголовок с маршрутом из 5 бит и информационное поле в 48 байт /1/. АРП-сеть используют для передачи данных между ЛВС. Для этого устанавливают в каждой ЛВС специальный коммутатор, например баньянного типа, в котором переключение основано на проверке адресных бит, содержащихся в заголовке каждой ячейки или пакета /2-5/. Недостатками АРП-сети являются: 1). Слишком большое время настройки коммутируемых виртуальных каналов, неэффективность передачи трафика TCP/IP и значительные потери при переходах между сетью Ethernet и АРП. Поэтому использование АРП в качестве магистрали неоднородной территориальной сети с большим объемом трафика незамедлительно приводит к возникновению проблем. Так, АРП-коммутаторам требуется 0,5 с на установление с нуля одного виртуального канала АРП. В высокопроизводительных ЛВС госпиталя это очень большая задержка, в сотни раз, как правило, превышающая время прохождения одного пакета от отправителя адресату. К счастью установление виртуального канала происходит один раз при регистрации пользователя в сети. Виртуальный канал обычно кэшируется, а следовательно, когда пользователь запрашивает его в следующий раз, то он устанавливается гораздо быстрее (менее 10 мс). В крупной территориальной АРП-сети пользователи постоянно запрашивают новые соединения через магистраль с различными серверами. И каждый раз им приходиться ждать лишних полсекунды. Поэтому платить миллионы рублей за такую АРП-сеть, в которой пользователи постоянно жалуются на задержку, они в перспективе не захотят. 2). Время, необходимое на установление виртуального канала, делает неэффективным использование полосы пропускания. Во время установления канала в течение 0,5 с или 10 мс при кэшировании часть полосы не используется. Легко подсчитать сколько времени уходит на установление сотен и тысяч виртуальных каналов для заполнения канала на 155 Мбит/с. 3). Проблемы трафика TCP/IP и перехода между АРП и Ethernet. 3.1). АРП доставляют полезный груз информации, размер которой в битах не является степенью двойки; это может привести к расхождениям между размером полезного груза ячеек данных или минислот и буфера конечной станции. Попытки разрешения этого противоречия могут привести к зацикливанию сеанса TCP/IP между тайм-аутами и повторными передачами. В результате передача файла данных так и не состоится, а полоса пропускания будет использоваться вхолостую. 3.2). Многие коммутаторы Ethernet для рабочих групп поставляются с интерфейсом для АРП на 155 Мбит/с для подсоединения их к магистрали объединенной сети. Однако эти коммутаторы сталкиваются с серьезными трудностями в наполнении канала АРП, а корень проблемы – в медленности доступа. Наиболее близким техническим решением, принятым нами в качестве устройства-прототипа, является информационная система медицинской службы армии США для передачи военно-медицинских данных посредством спутниковой радиосвязи, получившая наименование телемедицина (ТМ) /6/. На симпозиумах, посвященных развитию военно-медицинской информатики, проходивших в США и России в 1995-1999 гг. под девизом “Передача данных по линии связи устраняет временные и географические барьеры при оказании медицинской помощи”, отмечен ряд особенностей технического обеспечения телемедицины: использование спутниковой связи позволяет осуществить сотовое обслуживание систем ТМ практически в любой точке земного шара; внедрение ЛВС позволяет повысить скорость передачи информации и снизить стоимость каналов связи; разработка систем видеосвязи высокой разрешающей способности позволяет воспроизводить телевизионные изображения биологических объектов на морфологическом уровне; появление нового поколения быстродействующих компьютеров и разработанная технология мультимедиа обусловили качественно новый подход к информационному обеспечению телемедицины /2 – 5/. Комплекс-прототип включает орбитальную группировку геостационарных спутников-ретрансляторов, расположенных в точках стояния западной и восточной долготы, и сопряженных с наземным оборудованием технического обеспечения, содержащим центр управления и планирования телесеансами радиосвязи, взаимосвязанные центральную приемопередающую станцию и стационарные госпитальные репортажные приемопередающие станции, содержащие каналы спутниковой и наземной радиосвязи, каналы телефонных двухпроводных линий связи в виде трактов открытой и защищенной телефонной связи, открытой факсимильной связи, защищенной и открытой передачи данных без ограничения дальности связи. Комплекс-прототип использует технологию мультиплексирования с временным разделением или множественного доступа с квантованием времени (МДКВ) для реализации системы типа первичный/вторичный без опроса, которая при необходимости производит распределение или назначение слотов-квантов времени с помощью первичной, эталонной приемопередающей станции. Последняя принимает запросы от других станций и в зависимости от характера трафика и занятости канала удовлетворяет эти запросы путем назначения им конкретных кадров для последующей передачи. Каждые 20 кадров эталонная приемопередающая станция, назначаемая каждому транспондеру, посылает эти назначения вторичным станциям. Причем на одном спутнике-ретрансляторе устанавливают 10 транспондеров. Подробная реализация технологии МДКВ комплекса-прототипа изложена в книге Ю. Блэка. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы. – “Мир”. – 1990. – С. 147-150, 305-320. Основными недостатками устройства-прототипа являются: а) отсутствие мобильного медицинского пункта экстренной диагностики травм и ранений в войсковом звене, размещаемого на санитарном автомобиле или медицинском вертолете и оборудованного техническими средствами автоматизации, видеоинформационного обеспечения, передачи данных и радиосвязи; б) в абонентской и стационарной госпитальной репортажных приемопередающих станциях отсутствуют модули индивидуального сбора информации о травмах и ранениях каждого раненого, модули первичной и вторичной обработки данных о травмах и ранениях, модули диагностики и принятия срочных решений по каждому запросу в центр для первичного войскового медицинского звена, а также формирователей обратного медицинского целеуказания из центра по каждому раненому; в) отсутствие взаимосвязи комплекса телемедицины с региональной вычислительной АРП-сетью госпиталей военного округа (фронта), отсутствие технических модулей локальных вычислительных сетей центров, медицинских отделений и рабочих групп врачей-специалистов госпиталей передовых и тыловых баз; отсутствие сетевых управляющих и графических рабочих станций, графических и видеосерверов, цветных принт-серверов и сканеров, а также носимых компьютерных блокнотов и беспроводных мобильных сетевых компьютеров с перьевым вводом и ограниченной клавиатурой для врачей-консультантов. г) отсутствие технологий, классификации диагностики, всеармейского реестра и базы знаний травм, ранений, заболеваний почек. Поэтому задачей изобретения является повышение эффективности лечения травм и ранений пострадавших в полевых условиях и на поле боя, в особенности органов их мочеполовых систем, путем сокращения времени проведения диагностики и периода ожидания ранеными экстренной медицинской помощи за счет повышения оперативности видеотелеконференцсвязи, передачи данных о травмах с мест поражений в центр обработки, оценки, диагностики этих травм и выдачи обратных консультаций и готовых целеуказаний ведущих специалистов центра по тактике лечения каждого раненого и пострадавшего. Поставленная задача решается путем дополнительного введения в состав комплекса телеинформурологии новых элементов и их связей, а именно стационарная аппаратура канала спутниковой радиосвязи центральной и госпитальных репортажных приемопередающих станций содержит антенный блок, соединенный с выходом усилителя мощности с возбудителями, подключенных своими входами к первому выходу модулятора основного и контрольного телевизионных и звукового сигналов, второй выход которого соединен со входом формирователя контрольного сигнала, а цветной видеоконтрольный блок подключен к демодулятору-тюнеру, выход которого соединен со входами конвертеров, выходы которых подключены к антенному блоку через малошумящие выходные усилители, второй вход которых соединен с выходом формирователя контрольного сигнала, причем в состав канала входят индикатор наведения и пульт управления, при этом наземное оборудование технического обеспечения содержит территориальную вычислительную сеть с асинхронным режимом передачи или АРП-сеть, соединенную по радиоканалу со стационарными госпитальными репортажными приемопередающими станциями и включающую в свой состав госпитальную кольцевую АРП-магистраль со скоростью передачи данных не менее 625 Мбит/с, подключенную к модулю распределенных локальных вычислительных сетей управления, медицинских отделений и центров госпиталей, а сам комплекс дополнительно содержит мобильный пункт диагностики передового войскового медицинского звена, например, медицинского отряда специального назначения, размещенный в типовых кузовах-контейнерах, устанавливаемых на базовом шасси автомобиля типа КамАЗ-5350 и на грузовой подвеске медицинского вертолета типа Ми-8МТ, и включающий в свой состав подвижную и блочно-переносную радиоприемопередающие станции, взаимосвязанные с модулями технических средств автоматизации, передачи данных, видеоинформационного обеспечения и энергоснабжения, а также автономную систему жизнеобеспечения. Модуль технических средств (ТС) автоматизации МПД включает автоматизированные рабочие места пользователей (АРМ-П) для первичной оценки, сбора данных и предварительной диагностики травм и ранений органов мочеполовой системы пострадавших, выполненные на базе персональных ЭВМ, объединенных в локальную вычислительную сеть с помощью сетевых адаптеров, установленных в слот расширения неподготовленных к работе в сети ПЭВМ и соединенных коаксиальным кабелем с концентратором. ЛВС включает файл-сервер, клиентские рабочие станции, картографический модуль, принтер, источники гарантированного питания, модемы для рабочих станций, сопряженных с блоком архивирования информации с объемом памяти не менее 300 Мбайт. Три АРМ-П, из которых два комплекта предназначены для оперативного персонала врачей и один комплект для технического персонала, представляют собой модуль ТС автоматизации. Модуль технических средств передачи данных включает одно рабочее место оператора связи, содержит подвижную и блочно-переносную аппаратуру канала спутниковой радиосвязи. Модуль технических средств видеоинформационного обеспечения, предназначенный для телевизионного наблюдения, включает одно рабочее место оператора и содержит черно-белую и цветную телевизионные цифровые камеры, соединенные с радиоаппаратурой передачи и приема телевизионных (ТВ) и звукового (ЗВ) сигналов с места ранения пострадавшего до мобильного пункта диагностики, включающей радиопередатчик и радиоприемник, и подключаемые к проводной аппаратуре передачи и приема ТВ, ЗВ сигналов с места осмотра раненого до МВД по двухпроводной симметричной линии связи, состоящей из передатчика и приемника. Модуль технических средств видеоинформационного обеспечения содержит также формирователь телевидения с неподвижным кадром (ТНК) для передачи по двухпроводной линии или по каналу тактовой частоты, компьютер с узлами сопряжения, общим и прикладным программным обеспечением, а также формирователь ТВ, ЗВ сигналов для передачи по каналу спутниковой радиосвязи, соединенный с видеомагнитофоном и цветным видеоконтрольным блоком. Модуль распределенных локальных вычислительных сетей управления госпиталя содержит сервер маршрутизации с асинхронным режимом передачи данных, речи, аудио и видео, взаимосвязанные локальные коммутируемые сети медицинских центров и отделений госпиталя, работающие со скоростью 155 Мбит/с и включающие 155/155 Мбит/с коммутируемые концентраторы, 10/155 Мбит/с сетевые адаптеры, взаимосвязанные локальные вычислительные сети рабочих групп врачей, соединенные со стековыми концентраторами, выходы которых подключены через модульный высокопроизводительный коммутатор к госпитальной кольцевой АРП-магистрали и высокоскоростному сетевому концентратору расширенной сети начальника урологического центра госпиталя, соединенному с сетевой управляющей рабочей станцией, цветным принтером, сканером, принтером высокого разрешения, графическим и видеосервером, графической рабочей станцией, персональным компьютером администратора АРП-сети, носимым компьютерным блокнотом, персональным компьютером удаленного пользователя. Причем каждая ЛВС рабочей группы врачей урологического отделения центра включает взаимосвязанные клиентские компьютеры, файл-сервер начальника группы, носимые компьютерные блокноты, соединенные витой парой через сетевые адаптеры с портами общего стекового концентратора, а также беспроводные мобильные сетевые компьютеры с перьевым вводом данных, ограниченной клавиатурой и встроенной радиостанцией, работающей на частоте 2,4 ГГц для связи с локальной коммутируемой сетью медицинского отделения, центра или территориальной вычислительной АРП-сетью госпиталя. При этом модуль распределенных ЛВС содержит не менее 245 портов, установленных в стек пяти концентраторов, один из которых подключен к выходу госпитальной кольцевой АРП-магистрали через модульный высокопроизводительный коммутатор. Выход радиоприемника стационарной госпитальной репортажной приемопередающей станции соединен со входом модуля сбора информации о ранениях пострадавших, выход которого подключен ко входу модуля обработки данных, выход которого соединен со входом модуля диагностики травм органов мочеполовой системы раненых, выход которого подключен ко входу модуля принятия решений по запросу, выход которого соединен со входом формирователя обратного целеуказания, выход которого подключен ко входу модулятора радиопередатчика госпитальной репортажной приемопередающей станции. На фиг. 1 приведена функциональная блок-схема комплекса телеинформурологии. На фиг. 2 изображена функциональная блок-схема мобильного пункта диагностики травм и ранений. В состав комплекса телеинформурологии входят следующие элементы: 1 – орбитальная группировка геостационарных спутников-ретрансляторов типа “Луч”; 2 – наземное оборудование технического обеспечения; 3 – центр управления и планирования телесеансами радиосвязи; 4 – центральная приемопередающая станция (Останкино, г. Москва); 5 – стационарная госпитальная репортажная приемопередающая станция; 6 – канал спутниковой радиосвязи; 6-1 – канал наземной радиосвязи; 6-2 – двухпроводная линия связи; 6-3 – канал тактовой частоты; 7 – стационарная аппаратура канала спутниковой радиосвязи; 8 – антенный блок; 9 – усилитель мощности; 10 – возбудитель 70/15; 10-1 – возбудитель 70/14; 11 – модулятор; 12 – формирователь контрольного сигнала; 13 – цветной видеоконтрольный блок; 14 – демодулятор-тюнер; 15 – конвертор 13/1,2 (или 11/1,2); 15-1 – каналообразующая аппаратура ТВ, ЗВ, ТЛФ сигналов; 16 – входной усилитель радиоприемника; 17 – индикатор наведения; 18 – пульт управления; 19 – территориальная вычислительная сеть госпиталя-АРП-сеть; 20 – госпитальная кольцевая АРП-магистраль; 21 – модуль распределенных локальных вычислительных сетей управления, медицинских отделений и центров госпиталя; 22 – мобильный пункт диагностики МОСН; 23 – подвижная репортажная приемопередающая станция; 24 – блочно-переносная репортажная приемопередающая станция; 25 – модуль технических средств автоматизации; 26 – модуль технических средств передачи данных; 27 – модуль технических средств видеоинформационного обеспечения; 28 – модуль технических средств электроснабжения; 29 – автономная система жизнеобеспечения; 30 – виртуальная локальная вычислительная сеть; 31 – автоматизированное рабочее место пользователя; 32 – персональный компьютер; 33 – клиентская рабочая станция; 34 – сетевой адаптер; 35 – слот расширения; 36 – концентратор; 37 – коаксиальный кабель; 38 – файл-сервер; 39 – картографический модуль; 40 – принтер; 41 – источник гарантированного питания; 42 – блок архивирования данных; 43 – модем; 44 – черно-белая телевизионная цифровая камера; 45 – цветная телевизионная камера; 46 – радиоаппаратура передачи и приема ТВ, ЗВ сигналов до мобильного пункта диагностики (МПД); 46-1 – радиопередатчик; 46-2 – радиоприемник; 47 – проводная аппаратура передачи и приема ТВ, ЗВ сигналов; 47-1 – передатчик; 47-2 – приемник; 48 – формирователь телевидения с неподвижным кадром (ТНК); 49 – узел сопряжения; 50 – формирователь ТВ, ЗВ сигналов для передачи по каналу 6 спутниковой радиосвязи; 51 – видеомагнитофон; 52 – цветной видеоконтрольный блок; 53 – беспроводный сетевой компьютер; 54 – носимый компьютерный блокнот; 55 – сервер маршрутизации; 56 – локальная коммутируемая сеть; 57 – коммутируемый концентратор на 155 Мбит/с; 58 – высокоскоростной сетевой адаптер; 59 – локальная вычислительная сеть рабочей группы; 60 – стековый концентратор; 61 – модульный высокопроизводительный коммутатор; 62 – высокоскоростной сетевой концентратор расширенной сети центра госпиталя; 63 – сетевая управляющая рабочая станция; 64 – цветной принтер; 65 – сканер; 66 – принтер высокого разрешения; 67 – графический и видеосервер; 68 – графическая рабочая станция; 69 – персональный компьютер администратора АРП-сети; 70 – персональный компьютер удаленного пользователя; 71 – модуль сбора информации госпиталя; 72 – модуль обработки данных; 73 – модуль диагностики травм органов мочеполовой системы; 74 – модуль принятия решений по запросу; 75 – формирователь обратного целеуказания из госпиталя. Комплекс телеинформурологии работает следующим образом. Работа комплекса и технология проведения медицинских видеоконференций включают предварительную подготовку данных о раненом и собственно процесс обсуждения врачами тактики его лечения. Они решают следующие задачи: 1). Согласование времени проведения видеоконференцсвязи; при этом возможно фиксированное время, выделенное для данного МОСН и срочная организация видеоконференцсвязи для жизнеугрожающих ситуаций. В окружных и главном военных госпиталях оптимальным является наличие двух систем для плановых и срочных сеансов видеоконференций. 2). Подготовка информации о раненом, необходимой для предварительной пересылки консультанту и для обсуждения собственно в ходе видеоконференции. Подготовка данных о раненом проводится согласно требованиям (последовательность, детализация, форматы), предъявляемым консультантом. Пересылаются фрагменты записей из истории болезни или ранения, статические медицинские изображения и схемы. 3). Предварительная пересылка данных по электронной почте или во время окончания предыдущей видеоконференцсвязи (при обсуждении следующей группы раненых для плановых консультаций) дает время консультанту на спокойный анализ поступившей информации и подготовку к проведению видеоконференции. 4). Анализ высланных данных консультантом предполагает, кроме изучения поступивших документов, также подготовку поясняющих схем и изображений, поиск прецедентов, вызов из базы данных историй болезни данного раненого и ее обсуждение с хирургом и лечащим врачом. Модули ТС автоматизации 25, передачи данных 26 и видеоинформационного обеспечения 27 используют клиентские рабочие станции 33 на базе персональных компьютеров 32, дополненных специализированными аппаратными средствами и программным обеспечением. Для обмена информацией между удаленными друг от друга рабочими станциями 33 они соединены между собой посредством аналоговых телефонных двухпроводных линий связи 6-2 и выделенных цифровых каналов спутниковой 6 и наземной 6-1 радиосвязи (для получения широкого диапазона динамического и/или статического изображения объектов). В большинстве случаев, когда войсковому врачу требуется помощь более опытного специалиста военного госпиталя относительно диагноза и выбора тактики лечения раненого, проведение телеконференции приносит значительную пользу и без присутствия пострадавшего, на основе только структурных и графических лабораторных анализов, а также изучения неподвижных и подвижных изображений. В первом случае – это рентгенограммы, изображения с микроскопа или эндоскопа, а во втором случае – ангиокинематография кардиальной катетеризации и др. Все необходимые данные записывают в цифровом формате и передают электронными средствами по каналам 6, 6-1, 6-2 связи на рабочую станцию 33 консультанта, на которой они хранятся в заводимой истории болезни пациента. Консультант в удобное для себя время знакомится с присланными материалами, после чего вызывает обратившегося за консультацией войскового врача из удаленного военного округа, обсуждает с ним недостаточно ясные вопросы и дает все необходимые, на его взгляд, рекомендации. Это позволяет сэкономить участникам телеконференции время и оперативно по сравнению с доставкой документов определить тактику лечения раненого. В распоряжении войскового врача имеются данные объективного обследования раненого: видеозапись изображений ультразвуковой диагностики, компьютерные изображения мазков или срезов ткани. Весь текст, графику, изображения, записанные звуки он объединяет в сообщение, которое затем отправляет по электронной почте или по каналу спутниковой радиосвязи 6 в адрес консультанта, чье заключение необходимо получить из центра, указывая при этом время, когда консультант может связаться с ним. Консультант госпиталя, после проведения исследований по переданным ему материалам, подготовки диагноза и заключения, связывается со своего АРМа с войсковым врачом, обратившимся за консультацией, и осуществляет передачу своего сообщения. С помощью дополнительной видеокамеры 45-1 в реальном времени консультант может передать графическую информацию, которая может помочь составить план лечения раненого. Сеанс записывают на видеомагнитофон 51 в мобильном пункте диагностики 22 МОСН, и полученная запись становится частью первичной медицинской карты раненого (форма 100). Наиболее сложной, с технической точки зрения, задачей является проведение сеансов телеинформурологии в реальном масштабе времени. Мазки или срезы устанавливают на столик медицинского микроскопа и с помощью видеокамеры 44 или 45 изображение вводится в рабочую станцию 33, где производится его оцифровка. Для приемопередачи изображений или УЗИ ввод осуществляют со сканера 65 или цифровой видеокамеры 44. Одновременно к клиентской рабочей станции 33 подключают видеокамеру 45, направленную на раненого или лечащего войскового врача для организации проведения видеоконференции. Для осуществления звуковой связи к рабочей станции 33 подключают микрофон, с помощью которого осуществляют ввод речевой информации с последующей ее оцифровкой. Передачу цифровых сигналов по каналам спутниковой 6 и наземной 6-1 радиосвязи осуществляют с помощью модема 43, подключаемого к станции 33 и обеспечивающего необходимый протокол обмена. В итоге из войскового звена в центр передают 4 цифровых потока данных: изображение медицинского объекта диагностики, видеоизображения раненого или лечащего врача, звука и управляющих сигналов для дистанционного управления микроскопом. Более эффективной технологией телеинформурологии является работа с разделением во времени. Во время проведения сеанса связи данные передают консультанту, который проанализировав их, подготавливает для отправки пакет информации. При этом он может запрашивать необходимые ему дополнительные сведения о раненом как из мобильного пункта 22 диагностики, так и от других специалистов госпиталя, привлекаемых им для проведения анализов. Так, рентгеновские изображения он пересылает по ЛВС 59 рабочей группы с необходимыми комментариями своему рентгенологу, а после завершения всех работ специалист-уролог готовит итоговую информацию с результатами проведенных исследований и отправляет ее по обратному адресу войсковому врачу. Последний после изучения полученных материалов может сам принять решение либо подготовить новую информацию для более детальной обработки в центре. Передающая клиентская рабочая станция 33 создана на базе ПК 32 Pentium 166ММХ с 32 Мбайт оперативной памяти и жестким диском емкостью 1,6 Гбайт, снабженного видео- и звуковой платами. К станции 33 подключают либо микроскоп (на фиг. 1 не показан) с цветной видеокамерой высокого разрешения 45 в качестве первого источника видеоввода и черно-белой цифровой видеокамеры 44 в качестве второго источника видеоввода. Первый источник служит для ввода видеоизображения мазков или срезов ткани, второй источник предназначается для организации видеосвязи между врачами или между врачом-консультантом и пациентом. Микрофон осуществляет ввод звукового сигнала. Для обеспечения ввода рентгенограмм и аналогичных изображений к станции 33 подключают сканер 65 (на фиг. 2 не указан). Ввод изображений УЗИ производят аналогично вводу сигналов с видеокамеры 44, 45 или непосредственно с цифрового выхода аппарата УЗИ (последний на фиг. 1 не показан). Для записи результатов консультации и самого процесса сеанса связи к станции 33 подключают видеомагнитофон 51. Приемная рабочая станция 33 предназначена для приема изображений объектов диагностики с текстовыми, графическими и звуковыми комментариями, а также для осуществления видео- и звуковой связи. Она имеет сетевую плату для связи по ЛВС с рабочими станциями других специалистов госпиталя, с которыми консультант может общаться при проведении исследований. Станция 33 оснащена также видеокамерой 44 или 45, микрофоном, сканером 65 и видеомагнитофоном 51. Для проведения видеоконференцсвязи в комплексе развернуты две системы: одна – для плановых конференций; вторая для срочных вызовов. В мобильном пункте диагностики 22 – одна система. Консультации проводят по согласованному графику. Предварительные данные для консультантов пересылают по электронной почте или в конце предыдущего сеанса связи. При этом для фрагментов историй ранений (травм) используют ASC11-файлы, а для видеоизображений – файлы в формате PCX. Материалы консультанта готовят сразу в формате видеоконференций в режиме data sharing. Во избежании ошибок обсуждают всю имеющуюся информацию о раненом. Отдельные видеоматериалы демонстрируют на пониженной скорости 3 кадр/с, на телекамеру 44 осуществляют полную запись видеоконференции, запоминая фрагменты обсуждений, подготовленные заключения, поясняющие схемы и рисунки. Комплекс телеинформурологии обеспечивает одновременную передачу речи, данных, видео и аудио по одному каналу с помощью геостационарных спутников-ретрансляторов 1, блочно-переносных 23, подвижных 24 и стационарных (наземных) 5 госпитальных репортажных приемопередающих станций. Последняя состоит из стационарной аппаратуры 7 канала спутниковой связи, включающей антенный блок 8 размером 37 см, как и антенна, используемой в цифровом телевидении и использующей постоянный доступ к каналу. Аппаратура 7 взаимосвязана с госпитальной кольцевой АРП-магистралью 20, соединенной с модулем 21 распределенных локальных вычислительных сетей управления, отделений и центров госпиталя. Сетевые адаптеры 34 модуля технических средств автоматизации 25 мобильного пункта диагностики 22, локальных вычислительных сетей 59 рабочих групп, локальной коммутируемой сети 56 модуля 21 распределенных ЛВС отвечают за интерфейс проводных линий связи 6-1 и канала наземной радиосвязи 6-1 пользователей-врачей комплекса телеинформурологии с модулем 26 технических средств передачи данных мобильного пункта диагностики 22 и стационарной госпитальной репортажной приемопередающей станцией 5 через центральную приемопередающую станцию 4 и орбитальную группировку спутников-ретрансляторов 1. Сетевые адаптеры 34 одновременно принимают речевые сигналы и цифровые данные со скоростью не менее 1,5 Мбит/с. Все цифровые сигналы передаются через канал 6 спутниковой радиосвязи с помощью его стационарной аппаратуры 7, которая включает программно-ориентированный пульт управления 18, реализующий функции синхронизации, назначения приемопередающих станций, коммутации и обработки запросов на передачу речи, данных и видео. При обработке запросов на использование канала 6 спутниковой радиосвязи принимают во внимание количество речевых сеансов связи, количество доступных портов данных и количество помещенных в очередь запросов на установление соединений для передачи данных. На этой основе осуществляют назначение этим запросам кадров технологии МДКВ. Пакетный модем 43 виртуальной ЛВС 30 модуля технических средств автоматизации 25 с помощью подвижной репортажной приемопередающей станции 23 посылает сигнал со скоростью 48 Мбит/с, а кадры имеют длительность 15 мс, т.е. каждый спутниковый транспондер работает со скоростью не менее 48 Мбит/с. Антенный блок 8 отвечает за передачу и прием по звеньям Земля-спутник 1 и спутник 1-Земля. Комплекс работает на частотах 14 и 15 ГГц по радиоканалу Земля-Спутник, 11 и 13 ГГц по радиоканалу спутник 1-Земля. Наземные станции 23, 24 микроволновой радиосвязи работают на частотах 4/6 ГГц. В заявляемых виртуальной локальной вычислительной сети 30, локальной коммутируемой сети 56 и локальных вычислительных сетях 59 рабочих групп комплекса телеинформурологии применена технология МДКВ-П – множественный доступ к среде с плавающим разделением по времени. Эта технология обеспечивает сокращение потерь восходящих пакетов информации, передаваемых персональными компьютерами 32, клиентскими рабочими станциями 33, беспроводными сетевыми компьютерами 53, сервером маршрутизации 55, сетевой управляющей рабочей станцией-сервером приложений 63, графическим и видеосервером 67, графической рабочей станцией 68, персональным компьютером 70 удаленного пользователя, а также предоставляет персональному компьютеру 69 администратора АРП-сети 19 возможности оперативного регулирования клиентского графика. Суть технологии МДКВ-П заключается в том, что при низких нагрузках на точку доступа клиенты-урологи, работающие на персональных компьютерах 32, 53, 70 и рабочих станциях 33, 63, 68, используют обычный протокол Etnernet стандарта IEEE 802.3: МДКН/ОК – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий. Однако, если эталонная (или базовая сетевая управляющая рабочая станция 63) госпитальная репортажная приемопередающая станция 5 замечает превышение уровня потерянных пакетов, то на клиентские ПК 32, 53, 70 и рабочие станции 33, 63, 68 в широковещательном режиме передается расписание их выхода в эфир. При этом после нескольких итераций клиентские таймеры ПК 32, 53, 70 и станций 33, 63, 68 синхронизируются с необходимой точностью и потери пакетов устраняются. Если в ЛВС 30, 56, 59 входит новая станция 33, 63, 68 и начинает мешать остальным, процедура синхронизации повторяется. Подстройка графика осуществляется в фоновом режиме и не приводит к задержке передачи данных. Если клиентской станции 33, 63, 68 нечего передавать в отведенный для нее временной интервал, это время используется для передачи пакета эталонной госпитальной репортажной станцией 5 или базовой сетевой управляющей рабочей станцией 63. Такая процедура взаимодействия эталонной 5, базовой 63 и клиентских 33, 68 станций позволяет свести на нет потери пакетов и непроизводительные простои канала 6, 6-1, 6-2. Даже при равном соотношении восходящего и нисходящего трафика КПД точки доступа никогда не опускается ниже 85%. Вторым важным преимуществом протокола МДВК-П является возможность динамического управления соединениями клиента со стороны ПК 69 администратора АПР-сети 19. Если какому-то клиенту-урологу потребуется видеотелеконференцсвязь, то на время сеанса ему предоставляют большее количество гарантированного времени соединения, а задержки при этом, соответственно, уменьшаются. Знания о классификации травм и повреждений почек, а также о морфо-функциональных изменениях почек при диагностике их травм и ранений хранят в памяти файл-сервера 38, блока архивирования данных 42, видеомагнитофона 51 мобильного пункта диагностики 22 и модуля диагностики травм 73 органов мочеполовой системы. Знания по прогнозированию динамики функциональных нарушений почек в посттравматическом или послеоперационном периодах содержат на дисках сетевой управляющей 63 и графической 67 рабочих станций, а также в памяти модуля принятия решений по запросу 74 локальной коммутируемой сети 56. Графический и видеосервер 67 хранят данные по классификации травм и повреждений почек раненых и пострадавших. В модуле сбора информации 71 госпиталя предусмотрены функции телеметрического управления микроскопами, находящимися на удаленных терминалов АРМов 31 мобильного пункта диагностики 22. Сразу же после травмы почек в мобильном пункте диагностики 22 осуществляют комплексную оценку нарушения кровоснабжения почек раненого путем определения кровотока по магистральным, сегментарным и паренхиматозным сосудам почки с помощью цветного дуплексного сканирования ультразвуковой доплерометрии на аппарате типа “Ультрамарк-9” в сочетании с определением степени нарушения секреторной и экскреторной функцией поврежденной почки и кровоснабжения паренхимы путем динамической нефросцинтиграфии с непрямой ангиографией на гамма-камере типа “Фогамма”. Указанные аппараты (на фиг. 1 и 2 не приведены) включены в состав блока 42 архивирования данных мобильного пункта диагностики 22 и модуля 73 диагностики травм органов мочеполовой системы. При ультразвуковом цветном дуплексном сканировании оценивают линейную и диастолическую скорости кровотока, индекс резистентности по почечным, сегментарным артериям и капиллярам паренхимы, а оценку функционального состояния почек осуществляют по критерию васкуляризации почек, времени наступления секреции, периоду полувыведения индикатора почками, скорости клубочковой фильтрации в каждой почке отдельно и суммарно. При этом функции почек, регулирующие белковый, пуриновый и минеральный обмен, оценивают по содержанию в сыворотке крови мочевины, креатинина, мочевой кислоты, кальция ионизированного, фосфора, магния, натрия и хлора, а определение динамики изменения секреции и экскреции производят с помощью суточной экскреции мочевины, мочевой кислоты, кальция, фосфора, магния, натрия и хлора. Причем противовоспалительный эффект определяют по изменению степени лейкоцитурии и эритроцитурии с помощью анализа мочи по Нечипоренко, по оценке посева мочи на флору и чувствительности к антибиотикам, pH-метрии в течение 10-14 суток. Иммунный статус и динамику иммунитета оценивают по иммунограмме, а размеры почек, толщину паренхимы и коркового слоя, размеры ЧЛС и ее тонус – с помощью ультразвуковых исследований почек. Автоматизированную обработку полученных данных производят на персональном компьютере 32 и файл-сервере 38 модуля 30 технических средств автоматизации с визуализацией почек и мочеточников в период всего обследования, построением ренограмм с выбранных зон интереса. При этом вырабатывают тактику лечения, прогнозируют динамику функций почек в посттравматическом или послеоперационном периодах и ставят правильный диагноз повреждений почек с использованием рабочей классификации травм почек и видеотелеконференцсвязи с ведущими консультантами госпиталя в полевых и стационарных условиях. Диагностику травм почек в полевых условиях осуществляют путем использования модулей технических средств автоматизации 25, передачи данных 26, видеоинформационного обеспечения 27, последующей приемопередачи и автоматизированной обработки урологической информации с помощью стационарной госпитальной репортажной станции 5, госпитальной кольцевой АРП-магистрали 20, локальной коммутируемой сети 55, сетевой управляющей рабочей станции 63, взаимосвязанной с модулями диагностики травм 73 органов мочеполовой системы, принятия решений по запросу 74 и формирователем обратного целеуказания из госпиталя 75. При этом в урологическом центре госпиталя используют черно-белые и цветные телевизионные изображения травм почек с места репортажа – мобильного пункта диагностики 22, приемопередачу открытых и защищенных данных диагностики травм почек, данные первичной диагностики, полученные в полевых условиях, с помощью заявляемого комплекса телеинформурологии с использованием геостационарных орбитальных спутников-ретрансляторов 1 типа “Луч”, репортажных блочно-переносных 24, подвижных 23, стационарных госпитальных 5 и центральной приемопередающей 4 станций. Самым дорогим ресурсом беспроводной территориальной вычислительной АРП-сети 19 госпиталя является центральная точка доступа с хорошей проводной 6-2 связью с локальными коммутируемыми вычислительными сетями 56, ЛВС рабочих групп 59 и высоко поднятыми фазированными антенными решетками (без боковых лепестков), разнесенными по периметру крыши здания и направленными в стратегически важные точки госпиталя. На один сервер приложений – сетевую управляющую рабочую станцию 63 подключают до четырех независимых радиоадаптеров 34 (на фиг. 1 не указаны) типа RadioEthnernet с МДКВ-П-драйверами, что дает увеличение пропускной способности в 4-8 раз и дальности до 5-15 км. В каждый ПК устанавливают по адаптеру Ethnernet 10 Base T (30 долларов), в каждое медотделение – по витой паре с радиоретрансляцией на сумму 50 долларов, в каждый подъезд урологического центра устанавливают по хабу (10 долларов на порт) и у начальника урологического центра размещают в кабинете верхнего этажа сервер беспроводного доступа-сетевую управляющую рабочую станцию 63 на сумму 1900 долларов. Затем направляют антенну на ближайшую точку беспроводного доступа, а для повышения надежности подключают модем 43. Так, затраты на создание ЛВС с беспроводным подключением к сети Интернет составляют не более 2300+65xn долларов. Если n = 100, то всего 88 долларов. Таким образом, это дешевле самого недорогого модема 43. Беспроводные компьютерные модемы (карты) 43 массой в 90-100 г и размером с кредитную карточку поддерживают непрерывное соединение независимо от места расположения своих пользователей, которые носят с собой карманные беспроводные сетевые компьютеры 53 или компьютерные блокноты 54, имеющие программное приложение для двунаправленной передачи сообщений со скоростью не менее 20 Кбит/с при неограниченной продолжительности работы от встроенного аккумулятора, автоматически подзаряжающегося от батареи сетевого компьютера 53. При этом радиомодемы 43 позволяют в полевых условиях и на поле боя получать данные при отключении от компьютера 53 или блокнота 54, так как имеют память для хранения информации объемом 64 Кбайт и экран на светодиодах для отображения данных, выполняя в автономном режиме функции пейджера. Они также сообщают о нахождении в зоне радиосвязи, о приеме сообщения, о переходе в режим ожидания и о состоянии источника питания. Таким образом, в течение 1 дня электронная почта, которая поступает на беспроводный сетевой компьютер 53, передается по беспроводной связи комплекса на радиомодемы 43 нужным консультантам госпиталя, независимо от того, где бы они не находились, т.е. почта их находит повсюду. В состав локальной коммутируемой сети 56 дополнительно введен графический и видеосервер 67 с урологической базой данных для хранения видеоизображений объектов диагностики с текстовыми, звуковыми и графическими комментариями. Все ПК 32 и рабочие станции 33 модуля распределенных ЛВС госпиталя оснащены специализированным программным обеспечением на основе операционной системы Windows NT 5.0 централизованного управления комплексом, поддерживающей все необходимые функции получения цифрового видео, звука, графики и текста, их приемопередачи, телеконференций и проведения необходимых медицинских исследований. В видеоплатах ввода-вывода применен алгоритм сжатия информации, позволяющий значительно сократить избыточность и объем данных. Операционная система Windows NT 5.0 использует модель составных урологических объектов для создания приложений по диагностике травм и ранений почек. Ее интерфейс позволяет объектам урологии взаимодействовать друг с другом и имеет механизм динамической сборки и службы контроля за выполнением приложений. Механизм динамической сборки позволяет “на лету” конструировать приложения из многих компонентов, написанных на языках программирования. Эта операционная система использует модульные и объектные технологии телеинформационной урологии. Положительный эффект заявляемого комплекса телеинформурологии состоит в следующем. Сочетая в себе возможности передачи речи, аудио, изображения и данных, АРП-сеть комплекса позволяет интегрировать все услуги в одном месте. Это повышает надежность и управляемость комплекса в целом и снижает затраты на его обслуживание. Технология АРП позволяет снизить также затраты на прокладку кабелей и установку нового оборудования, а главное она позволяет объединить все каналы передачи речи, музыки, данных и телевизионных изображений в один канал и использовать его более эффективно. Поддержка различных классов обслуживания и предоставление необходимой скорости передачи данных по запросу позволяет легко строить масштабируемые АРП-сети и обеспечивать оптимальное соотношение стоимости оборудования и пропускной способности. АРП-сеть комплекса рассчитана на скорость передачи от 25 до 625 Мбит/с, а в перспективе – более 4,8 Гбит/с. Она отлично работает в среде небольших рабочих групп, где все оборудование рассчитано на работу с АРП. Магистраль федеральной вычислительной сети требует высокой производительности, такой, какой обладают АРП и ее коммутаторы. АРП – это низкая цена при высокой пропускной способности и обеспечение качества интеграции услуг с самой высокой скоростью передачи каналов. Преимущество АРП-сети комплекса состоит и в том, что значительно легче предсказать возможные задержки в сети и коммутаторах при использовании пакетов фиксированной длины. В результате упрощается процесс обеспечения требуемого качества оказываемых АРП-сетью услуг. При этом имеется сравнительная легкость построения коммутационного оборудования и другого технического обеспечения: все протоколы и интерфейсы низкого уровня реализуют аппаратным способом в микропроцессорах. Высокопредсказуемые протоколы намного эффективнее могут быть реализованы в сверхбольших интегральных схемах. АРП-сеть комплекса обеспечивает построение коммутаторов, возможности которых далеко выходят за пределы сегодняшних нужд, потому что коммутаторы ячеек данных являются параллельными, позволяя одновременно коммутировать минимум две и более ячейки. Подобно технологии трансляции кадров (Х.25) АРП-сеть ориентирована на предварительное установление соединений. Сеансы АРП реализуются в виртуальных сетях связи. В виртуальных сетях потому, что им нет необходимости использовать конкретные физические пути, хотя как только виртуальный канал устанавливается, связь остается неизменной в течение всего сеанса. Применение АРМов, сопряженных и соединенных с госпитальным диагностическим оборудованием, для анализа медицинских изображений повышает эффективность диагностики травм и ранений на этапах медицинской эвакуации, позволяет экономить силы, время и средства, затрачиваемые на постановку диагноза, обеспечивая, тем самым, своевременное и адекватное лечение раненых. Оно позволяет автоматизировать процесс анализа и аннотации изображений, обеспечивая врача качественно новыми эффективными средствами для работы с изображениями, а именно анализ последних в режиме мультимедиа с одновременным использованием изображений, полученных на разном диагностическом оборудовании, а также текстовой, графической, звуковой, справочной и другой информации позволяет более обоснованно и уверенно ставить диагноз и проводить лечение раненых и больных военнослужащих. Использование цифровой обработки изображений в АРМ ЛВС комплекса существенно экономит время и средства, необходимые для постановки окончательного диагноза и начала лечения раненого. Уменьшается необходимость в дополнительных обследованиях, а значит, снижается доза облучения, более эффективно используется время врачей как клиницистов, так и рентгенологов. В недалеком будущем снижение цен на техническое и программное обеспечение АРМ ЛВС, появление качественных и недорогих систем оцифровки аналоговых изображений, более широкое внедрение современного диагностического оборудования сделают доступным и привычным использование АРМ и ЛВС в практике не только окружных госпиталей, но в работе войсковых рентгенодиагностических отделений и комплексов. Таким образом, комплекс телеинформурологии обеспечивает рост сетевого графика путем интеграции войсковых и госпитальных урологов в сотрудничающие рабочие станции, управления информационными рабочими потоками, использования программных средств управления документами в вычислительных сетях и приложениях коллективной работы, а также позволяет передавать, принимать и использовать большие файлы, содержащие голосовые сообщения, графику, видеоизображения, мультимедиа и данные урологии. Источники информации 1. В. Ефимушкин, С. Спесивов. – Широкополосные цифровые сети с интеграцией служб. – Открытые системы. – N 2(16), 1996. – С. 39-42. 3. М. Буассо, М. Деманж, Ж.-М. Мюнье. – Введение в технологию АТМ. – Пер. с англ. – М., Радио и связь, 1997. – 128 с. 4. Ю. Толкачев. – Приобщаемся к передовым сетевым технологиям: АТМ. – Компьютерная неделя, N 30-31. – 11.08.1998. – С. 49-50. Формула изобретения
РИСУНКИ
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 08.10.2003
Извещение опубликовано: 10.03.2005 БИ: 07/2005
|
||||||||||||||||||||||||||
