CC BY
16
и информационные
технологии
О.В.ПЕРЕВЕДЕНЦЕВ,
руководитель направления «Телемедицина»
Т.Е.ГУСЕВА,
координатор проектов ООО «Стэл-Компьютерные Системы», г.Москва
ПОДХОДЫ К ОСНАЩЕНИЮ ТЕЛЕМЕДИЦИНСКИХ ЦЕНТРОВ ОБОРУДОВАНИЕМ ВИДЕОКОНФЕРЕНЦ-СВЯЗИ
Телемедицина все активнее внедряется в практику здравоохранения, причем круг вопросов, решаемых с помощью телемедицинских технологий, очень широк. Это и телемедицинское консультирование лечащих врачей, и различные варианты дистанционного обучения студентов и практикующих врачей, и научные мероприятия с использованием инфотелекоммуника-ционных технологий, и, наконец, управленческие совещания с помощью видеоконференц-связи.
Внедрение телемедицинских технологий в различных медицинских учреждениях происходит по-разному. В одних случаях открываются телемедицинские кабинеты или пункты, работая в которых врачи могут получить доступ к телемедицинским технологиям, в других создаются Телемедицинские центры различного масштаба со штатом различных специалистов.
Сейчас появиласьтенденция создавать в крупных медицинских центрах Клинические телемедицинские сети, которые позволяют врачам использовать телемедицинские технологии на своем рабочем месте.
Несмотря на множество вариантов, чаще всего внедрение телемедицины начинается с создания Телемедицинского центра или пункта, которое выступает в качестве «ядра», вокруг которого начинает формироваться телемедицинская инфраструктура.
© О.В.Переведенцев, Т.Е.Гусева, 2004 Г.
Попробуем представить себе, что мы проектируем Телемедицинский центр на базе крупной клиники и нам необходимо подобрать наиболее эффективные программно-аппаратные средства для такого воображаемого Телемедицинского центра. В качестве базовой технологии для нашего воображаемого Центра мы будем использовать видеоконференц-связь, которая является наиболее эффективным способом дистанционного интерактивного взаимодействия людей. Из этого Центра врачи клиники должны иметь возможность консультировать врачей в районах, самим консультироваться у специалистов Федеральных медицинских центров, слушать дистанционно читаемые лекции и самостоятельно читать лекции для врачей районных больниц.
Таким образом следует, что программно-аппаратное обеспечение Центра должно предоставлять пользователям ряд основных функций, перечисленных ниже.
Для того, чтобы врачи клиники имели возможность дистанционного консультирования врачей в районах, Центр должен быть оснащен персональным компьютером, с помощью которого можно было бы обрабатывать полученные для консультации материалы и обмениваться консультируемыми данными по электронной почте. А для работы в режиме очных телеконсультаций в Центре должны быть средства видеоконференц-связи.
№9, 2004
Если врачи клиники хотят сами консультироваться у специалистов других клиник, Центр должен быть оснащен программно-техническими средствами преобразования информации в цифровую форму для подготовки материалов для консультирования. Это могут быть сканеры для оцифровки бумажных документов и пленок и цифровые фото и видеокамеры для съемки различных объектов. Часто имеется необходимость преобразования аналоговых сигналов медицинской аппаратуры, например, эндоскопов и ультразвуковых сканеров, в цифровую форму. В этом могут помочь различные устройства оцифровки аналоговых видеосигналов. Для демонстрации различных материалов в реальном времени может использоваться документ-камера - специализированное устройство, предназначенное для показа бумажных документов, прозрачных пленок и трехмерных объектов с помощью высококачественной видеокамеры.
Для того, чтобы на базе Центра специалисты клиники могли слушать лекционные курсы, читаемые ведущими специалистами из других медицинских учреждений, Центр должен быть оснащен презентационным и аудиооборудованием для того, чтобы достаточно большое количество специалистов могло комфортно работать: видеть и слышать лектора, видеть демонстрируемые учебные материалы и презентации, а также в интерактивном режиме задавать свои вопросы.
Итак, комплекс программно-аппаратных средств Центра должен иметь в своем составе один или несколько персональных компьютеров, систему видеоконференц-связи, необходимое периферийное оборудование, средства ввода и отображения видеоинформации, а также работы со звуком.
После того, как стало понятно, для решения каких задач создается Центр и примерный состав программно-аппаратных средств, нужно определиться с каналами связи. Конечно, все зависит от конкретной ситуации с телекоммуникационной инфраструктурой в области, но по опыту ряда
Один или несколько персональных компьютеров, объединенных в сеть, позволят пользователям решать задачи подготовки, обработки, хранения и пересылки данных, необходимых для телемедицинских консультаций и дистанционного обучения. Высокая динамика появления более производительных процессоров и обновление модельного ряда разнообразных компьютерных компонентов, снижение стоимости на оперативную память и устройства долговременного хранения информации не позволяют говорить о каких-то оптимальных параметрах компьютеров.
регионов можно говорить о том, что в качестве региональной может выступать сеть на основе протокола IP. Для нормальной работы в режиме видеоконференц-связи эксперты советуют использовать каналы с пропускной способностью не ниже 512 Кбит/сек. Что касается связи с крупными Федеральными и зарубежными клиниками, то, вероятно, пока лучше остановиться на использовании цифровой телефонной сети ISDN, причем желательно иметь не менее 2 BRI (Basic Rate Interface), что соответствует 256 Кбит/сек.
Теперь определим основные характеристики программно-аппаратных средств создаваемого Телемедицинского центра.
Один или несколько персональных компьютеров, объединенных в сеть, позволят пользователям решать задачи подготовки, обработки, хранения и пересылки данных, необходимых для телемедицинских консультаций и дистанционного обучения. Высокая динамика появления более производительных процессоров и обновление
>
и информационные
технологии
iHfTI f.
>
модельного ряда разнообразных компьютерных компонентов, снижение стоимости на оперативную память и устройства долговременного хранения информации не позволяют говорить о каких-то оптимальных параметрах компьютеров. Понятно, что оптимальная на момент выхода данной статьи конфигурация «персоналки» будет через несколько месяцев выглядеть как устаревшая модель. Можно говорить о том, что компьютер должен как минимум соответствовать системным требованиям, предъявляемым производителями операционных систем к компьютерной платформе. Так, компания Microsoft для своей операционной системы Microsoft® Windows® XP Professional предъявляет следующие требования:
♦ рекомендуется компьютер с процессором, тактовая частота которого составляет не менее 300 МГц; использоваться могут процессоры семейств Intel Pentium/Celeron, AMD K6/Athlon/ Duron или другие совместимые процессоры (следует заметить, что уже практически невозможно купить процессор с тактовой частотой ниже 1 ГГц);
♦ рекомендуется не менее 128 МБ ОЗУ (допустимый минимум — 64 МБ, при этом быстродействие и некоторые возможности операционной системы могут быть ограничены);
♦ 1,5 ГБ свободного места на жестком диске;
♦ видеоплата и монитор Super VGA с разрешением не менее 800Ч600 точек;
♦ дисковод для компакт-дисков или дисков DVD;
♦ клавиатура и мышь Microsoft Mouse или совместимое устройство ввода.
Такой компьютер должен быть оснащен сетевой картой для включения его в локальную вычислительную сеть, а также необходимыми портами для подключения периферийного оборудования.
Второй необходимый компонент - система видеоконференц-связи, с помощью которой будут проводиться все мероприятия в реальном времени. Это может быть типовая система видеокон-ференц-связи, специализированная система ВКС,
разработанная для нужд телемедицины, или какое-то устройство, основанное на близких к видеоконференц-связи принципах. Итак, на каком варианте остановить свой выбор?
На рынке представлено более пятидесяти типовых систем видеоконференц-связи. Это может быть settop-система, объединяющая в одном корпусе кодек видеоконференц-связи и видеокамеру. Такой модуль достаточно подключить к телевизору и каналам связи, чтобы начать работу. Другие варианты - кабинетные комплексы и видеотелефоны. Ведущими производителями такого оборудования являются компании Polycom, Tandberg, VCON, Aethra и другие. Основным недостатком таких систем является их ориентация на работу с видео и звуком. Для того, чтобы показать презентацию, переслать компьютерный файл или совместно поработать над изображением, к такой системе необходимо подключить компьютер. В результате конфигурация системы и соответственно процедура ее инсталляции усложняются. Пользователю работать с такой конфигурацией становится труднее, да и общая стоимость комплекса увеличивается.
Ряд производителей выпускает специализированные телемедицинские комплексы. К несомненным достоинствам таких комплексов относится то, что персональный компьютер уже интегрирован с подсистемой видеоконференц-связи, а часто и с дополнительным периферийным оборудованием. Ведущие производители оборудования видеоконференц-связи, такие, как Tandberg, Aethra и другие, имеют среди своей продукции и специализированные системы. Среди российских разработок можно назвать телемедицинские комплексы STEL TK компании «СТЭЛ—Компьютерные Системы».
Несколько особняком стоят устройства, похожие на терминалы видеоконференц-связи, но не совместимые с оборудованием других производителей. Например, к числу таких систем относятся комплексы российской компании DiViSy Group. Они отличаются тем, что используют соб-
ственные протоколы обмена информацией и форматы данных. Оборудование видеоконференц-связи ведущих мировых производителей обычно совместимо друг с другом - это обеспечивается соблюдением рекомендаций Международного союза электросвязи и основных стандартов. Работа над этими стандартами ведется с 90-х годов прошлого века. На настоящий момент действует целая серия рекомендаций, часто называемая Н.32х, в которую, помимо Н.320, входят стандарты Н.321-Н.324, которые предназначены для различных типов сетей.
Системы, использующие в своей работе собственные протоколы, обречены на «непонимание» со стороны других систем видеоконференц-связи. Достоинство это или недостаток? Не исключено, что использование «фирменных» технологий позволяет передавать видео с более высоким разрешением, одновременно транслировать потоки от нескольких источников или использовать дополнительные функции сжатия потоков. Однако, очевидно, что пользователи такой системы обречены на изоляцию, так как не смогут связываться со своими коллегами, использующими стандартное оборудование видеоконференц-связи. А таких большинство, причем не только в России, но и по всему миру. Может ли что-то измениться в будущем? Вероятно, нет.
Стоимость реализованных ведущими мировыми производителями систем видеоконференц-свя-зи в 2003 году превысила 400 миллионов долларов США. Ни один отечественный производитель «уникального» оборудования не сможет выйти на аналогичный уровень в одиночку, следовательно, инвестиции в такие системы малоэффективны.
Использование терминала видеоконференц-связи позволит проводить сеансы типа «точка-точка» либо участвовать в многоточечных сеансах в качестве «приглашенного» абонента. Для того, чтобы на базе Телемедицинского центра можно было проводить многоточечные сеансы видеоконференц-связи, что актуально для проведения территориально-распределенных телекон-
№9, 2004
силиумов и дистанционного обучения, используются специализированные системы - сервера многоточечной видеоконференц-связи (MCU). Такие сервера могут быть как в виде специализированных устройств, так и в виде программного обеспечения, исполняемого на компьютерах. Основная функция MCU - обработка и микширование аудио- и видеопотоков от терминального оборудования видеоконференц-связи, участвующего в сеансе. В результате абоненты получают объединенные аудио- и видеопотоки других участников от сервера, что существенно снижает нагрузку на сеть и терминалы. Чаще всего сервер формирует итоговое изображение либо по схеме «голосовая активность», либо «Continuous presence». Именно второй режим наиболее интересен для пользователей, так как позволяет всем участникам сеанса видеть и слышать одновременно всех других участников. Следует отметить, что на региональную телемедицинскую сеть требуется один сервер, который обеспечит поддержку многоточечных сеансов в масштабах всего региона.
Помимо компьютеров, систем видеоконференц-связи и специализированного оборудования Центр должен быть укомплектован необходимым периферийным и презентационным оборудованием. Конкретные модели различных устройств следует подбирать в зависимости от конкретных требований и имеющегося финансирования. Например, разброс цен на цифровые фотокамеры составляет $10000, а на рынке представлено более 500 моделей фотокамер более чем 40 производителей. Основными параметрами при выборе цифровой фотокамеры является количество пикселов матрицы, основные форматы хранения изображений, объем памяти для хранения изображений, наличие режима «макросъемки» и оптического зума, а также возможность установки на объектив дополнительных насадок. Разрешение матрицы, выполняющей в цифровых камерах роль фотопленки, то есть количество расположенных на ней светочувствительных элементов определяет качество получаемых изображений и точность их цвето-
>
и информационные
технологии
iHfTl f.
>
передачи. От разрешения матрицы зависит максимальный размер, с которым может быть воспроизведено изображение без видимого ухудшения качества. Форматы хранения изображения определяются числом возможных уровней сжатия изображений при их сохранении в формате JPEG. Так как компактность изображений JPEG достигается за счет потери качества, то чем выше степень сжатия изображений, тем больше фотографий может уместиться на карте памяти, но тем хуже будет их качество. От объема памяти для хранения изображений зависит то количество фотографий, которое можно сделать автономно, то есть не сбрасывая их в компьютер. Режим «макросъемки» необходим для съемки средних и мелких объектов с очень близкого расстояния, что необходимо, в частности, для дерматологии. Оптический зум позволяет изменять фокусное расстояние, то есть оптически «приближать» или «отдалять» объекты съемки без искажений, присущих цифровой интерполяции. Возможность установки дополнительных насадок важна в том случае, если фотоаппарат нужно установить, например, на микроскоп.
Что касается цифровых видеокамер, то на рынке лидируют 10 производителей, предлагая более 200 моделей. При выборе цифровых видеокамер основное внимание следует обращать на такие параметры, как размер матрицы, минимальную освещенность, оптический зум, стабилизатор изображения и возможность установки насадок на объектив. Минимальная освещенность - это чувствительность видеокамеры, ее способность снимать при плохом освещении. Так как качество видеосъемки значительно зависит от освещенности снимаемого объекта, этот параметр важен для оценки пригодности использования камеры в условиях пониженной освещенности. Стабилизатор изображения компенсирует нежелательные колебания видеокамеры. Электронный стабилизатор резервирует часть активных элементов матрицы, что заметно сказывается на качестве изображения, особенно в условиях слабой освещенности. Оптический стабилизатор
очень оперативно реагирует на малейшее дрожание видеокамеры, компенсирует широкий диапазон вибраций и потребляет умеренное количество энергии. Важным преимуществом такого стабилизатора является высокая чувствительность видеокамеры.
Важным компонентом Центра является сканер, с помощью которого можно преобразовать в цифровую форму бумажные документы и прозрачные пленки. Сканеры различаются по следующим основным параметрам: размеру сканируемого бумажного оригинала и размеру сканируемых пленок, максимальному оптическому разрешению, разрядности цветового кодирования и оптической плотности. Размер сканируемого оригинала определяет максимальный размер оригинала, который можно отсканировать за один раз без программной «склейки». Максимальное оптическое разрешение определяет качество полученного цифрового образа. Разрядность цветового кодирования обеспечивает точность цветопередачи, а оптическая плотность определяет оптическую плотность оригинала, которую сканер еще отличает от «полной темноты». Соответственно, чем больше это значение, тем более чувствительный сканер. Последний параметр особенно важен при сканировании рентгеновских пленок.
Для того, чтобы во время телеконсультации или при чтении лекции можно было оперативно показать какие-то материалы, используются документ-камеры или видеоимиджеры. Документ-камеры выпускают достаточно много производителей, но наибольшее распространение получили изделия компаний Panasonic, Elmo, Sony и WolfVision. Документ-камеры обычно оснащаются высококачественными объективами с функцией оптического увеличения и автофокуса. Различные технологии улучшения изображения , например, прогрессивное сканирование, обеспечивает высокое разрешение и правильную цветопередачу. Для целей телемедицины лучше всего подходят документ-камеры, имеющие прямую и обрат-
ную подсветку, что позволит демонстрировать как непрозрачные, так и прозрачные оригиналы, например, рентгеновские пленки.
В качестве резюме хотелось бы повторить ключевые моменты, касающиеся оснащения Телемедицинского центра или пункта.
Во-первых, следует определить решаемые Центром задачи и функции, которые необходимо предоставить пользователям и сотрудникам Центра.
Во-вторых, необходимо решить вопрос с каналами связи необходимой пропускной способности и поддерживаемыми протоколами.
После этого можно приступать к формированию комплекса программно-аппаратных средств, обеспечивающих выполнение заданных функций по подготовленным каналам связи. Как было показано выше, целесообразно использовать системы видеоконференц-связи на базе персонального компьютера, что позволит сформировать пол-
№9, 2004
нофункциональное рабочее место специалиста для проведения телемедицинских мероприятий как в отложенном, так и очном режиме по технологии видеоконференц-связи. При выборе конкретной системы видеоконференц-связи следует использовать системы, поддерживающие международные стандарты - H.320 и H.323, что обеспечит совместимость с оборудованием, функционирующим в других Телемедицинских центрах не только на территории России, но и за рубежом.
Для эффективного функционирования Телемедицинского центра телемедицинский комплекс необходимо укомплектовать дополнительным периферийным оборудованием, с помощью которого специалисты смогут готовить и демонстрировать материалы, необходимые для проведения различных телемедицинских мероприятий - телемедицинских консультаций и консилиумов, дистанционного обучения и научных конференций.
СЛОВАРЬ ВКС Часть I
1. NTJ - Сетевой Терминатор J - устройство, применяемое в ISDN для преобразования двухпроводного соединения в четырехпроводное, подходящее для ISDN телефона. Обычно терминаторы NT1 позволяют поддерживать несколько четырехпроводных соединений, например, одно для телефона и одно для факса.
2. NTSC (National Television Standards Committee) - стандарт для цветного телевизионного вещания, разработанный в США, 30 кадров/сек., 525 линий в кадре. Используется в Северной Америке и Японии. Альтернативные системы: PAL, SECAM.
3. Packet switching - коммутация пакетов - коммуникационная модель, в которой пакеты от разных источников и с различной адресацией передаются по одному каналу от маршрутизатора к маршрутизатору. Используется в большинстве компьютерных сетей.
4. PAL (Phase Alternative Line System) - стандарт для цветного телевизионного вещания, разработанный в Германии, 25 кадров/сек., 625 линий в кадре. Используется в большинстве стран Европы, Африки, Южной Америки и в Австралии. Альтернативные системы: SECAM, NTSC.
5. PBX (Private branch exchange) - учрежденческо-производственные АТС (УАТС).
6. Pixel (picture element) - пиксель - наименьшая точка или элемент изображения, обладающий особыми цветовыми и/или яркостными характеристиками.
>
и информационные
технологии
Fgfi
i >
7. POTS (Plane Old Telephone System) - обычные аналоговые телефонные сети связи (ТфОП). Допускают наравне с телефонной связью передачу данных со скоростью до 33.6 Кб/сек., а также в ограниченных пределах видеоконференц-связь.
8. PRI (Primary rate ISDN) - высокоскоростной канал ISDN. PRI-соединение обеспечивает полосу 2048 Мбит/с. в Европе (30 В-каналов + D-канал), что эквивалентно El, и 1544 Мбит/сек. в Северной Америке (23 В-канала + 1 D-канал), что эквивалентно Т1.
9. PSTN (Public Switched Telephone Network) - коммутируемые сети телефонной связи общего пользования. Представляют собой обычные аналоговые телефонные сети связи. Допускают наравне с телефонной связью передачу данных со скоростью до 33.6 Кб/сек., а также в ограниченных пределах видеоконференц-связь.
10. QCIF (Quarter Common Interchange Format) - вариант CIF с разрешением 176 x 144.
11. QoS (Quality of Service) - качество обслуживания - концепция, обеспечивающая выделение сетевых ресурсов, необходимых для работы приложения.
12. Resolution - разрешение - мера детальности цифрового видеоизображения, измеряемая или количеством пикселей в горизонтальном и вертикальном направлениях, или в пикселях на единицу длины (при просмотре на дисплее или печати).
13. RGB - представление цвета, когда каждый элемент изображения представляется тремя компонентами интенсивности основных цветов: красного, зеленого и синего. Соответствующие смеси этих цветов можно использовать для представления любого цвета.
14. Router - маршрутизатор - устройство в сетях с коммутацией пакетов для передачи пакетов из одной подсети в другую.
15. RSVP (Resource Reservation Protocol) - протокол резервирования ресурсов. Протокол, позволяющий приложению запрашивать и резервировать необходимый сетевой ресурс.
16. RTP/RTCP (Real-Time Transport Protocol/Real-Time Transport Control Protocol) - Транспортный Протокол Реального Времени/ Управляющий Протокол Транспортным Протоколом Реального Времени - протоколы для передачи в реальном времени аудио- и видеопотоков, их синхронизации, определения и восстановления потерь и передачи другой служебной информации. В качестве транспортного протокола используют UDP.
17. S-Video - тип электрического сигнала, используемого для передачи видео. Стандарт предусматривает передачу сигналов яркости и цветности в отдельных проводах кабеля с многоштырьковыми разъемами. S-Video обеспечивает более высокое качество изображения по сравнению с композитным видео, т.к. отсутствует ухудшение из-за комбинирования и последующего разделения компонент.
18. Sample - Сэмпл - число, представляющее мгновенную величину сигнала в определенный момент, используется при цифровом представлении сигнала.
19. Saturation - насыщенность - атрибут визуального восприятия цвета, в соответствии с которым область может выглядеть разной при одном оттенке. С изменением насыщенности можно изменить цвет области.
20. Scaling - масштабирование - преобразование разрешения без пересчета значений сэмплов, они могут только убираться или добавляться аналогичные (размножаться).
21. SECAM (Sequentiel couleur a memoire) - стандарт для цветного телевизионного вещания, разработанный во Франции, 25 кадров/сек., 625 линий в кадре. Используется во Франции, странах Восточной Европы и бывшего СССР. Альтернативные системы: PAL, NTSC.
22. T.120 — серия рекомендаций ITU-T «Передача данных пользователей с помощью многоуровневого протокола» - определяет стандарты для совместного использования данных в видеоконференц-связи.
23. T1 — используемый в США тип сервиса для цифровой передачи данных с полосой пропускания 1,544,000 бит/сек. Электрическое соединение использует выделенную линию из двух пар телефонных проводов. Каналы T1 широко используются для подключения PBX к центральному телефонному узлу. Каналы T1 также используют для подключения удаленных сегментов локальных сетей.
24. TCP (Transmission control protocol) — протокол управления передачей - основной транспортный протокол в наборе протоколов Internet, обеспечивающий надежные, ориентированные на соединения, полнодуплексные потоки. Для доставки данных используется протокол IP.
25. Temporal filtering — временное фильтрование - процесс пропускания кадров или фильтрование избыточно мелких деталей между последовательными кадрами как часть кодирования видео.
26. UDP (User Datagram Protocol) — транспортный протокол в наборе протоколов Internet. Подобно TCP, использует IP для доставки, однако, в отличие от TCP, UDP обеспечивает обмен дейтаграммами без подтверждения гарантии доставки.
27. Unicasting — одноадресная передача. Технология распространения информации в сети с коммутацией пакетов, когда поток данных идет только к одному получателю.
28. VGA (Video Graphics Array) — стандарт для графической подсистемы в IBM PC. Впервые появился в компьютере IBM PS/2 в 1987 году. Разрешение у VGA - 640x480. Позднее появился SVGA с более высокими разрешениями - 800 x 600, 1,024 x 768, 1,280 x 1,024 и др.
29. Video overlay — наложение видео - комбинирование нескольких изображений в виде мозаики. Наиболее общий пример в телевещании - диктор, рассказывающий о прогнозе погоды перед картой. Соответствующий пример в компьютерной видеоконференц-связи -это показ видеоизображения человека на фоне изображения, сгенерированного компьютером.
30. Visual artefacts - артефакты - термин для расхождений между декодированным после передачи изображением и оригиналом.
31. Voice-activated switching — переключение по голосу - технология организации многоточечных конференций, когда на дисплее обычно показывается видеоизображение абонента с самым громким звуковым сигналом, а этот абонент видит изображение абонента, выбранного перед ним.
32. YIQ — представление цвета в NTSC. Каждый элемент изображения представляется тремя компонентами: яркостной и двумя цветоразностными.
33. YUV — представление цвета в PAL и многих других способах кодирования видео. Каждый элемент изображения представляется тремя компонентами: яркостной и двумя цветоразностными.
34. Zone - зона. В рекомендации H.323 множество терминалов, шлюзов и MCU, управляемых одним привратником. Зона должна включать хотя бы один терминал и может включать несколько сегментов ЛВС.
