摘　要： 通过对构件技术的研究，设计了一种基于HIS的神经中央监护系统" title="监护系统">监护系统模型。阐述了监护系统中的数据采集、传输与读取技术。通过对视频编码压缩技术的对比，选择了适合本系统的压缩编码技术，并探讨了本系统中对视频数据流的去噪声技术。通过该系统的商业运行，验证了系统开发思路的正确性。
　　关键词： 构件 拓朴结构  视频采集  噪声

　　神经中央监护" title="神经中央监护">神经中央监护系统是对重病人的生理参数进行实时监护和集中管理的一套软、硬件系统。通过该系统的应用，可以实时查看重病人的生命体能参数，对重危病人及时采取急救处理，并能大大降低医院护士的工作强度，提高医院对重病人病情监控的快速反应能力，因此该系统的应用前景广泛。目前该系统已经在多家医院的重病人病房投入使用，运行效果良好。
　　神经中央监护系统作为一个科技项目与商业应用项目，在临床应用上将会很广泛。本文介绍的系统最终要在多家医院使用，而由于各医院对系统的要求各不相同，为了增强系统的适应性与可扩展性，在系统的开发过程中，通过采用基于构件的开发方法，增强了系统的扩展性与造就性，提高了系统的理论研究价值与商业应用价值。
1 构件技术
　　构件技术推广了对象封装的内涵，它侧重于复杂系统中组成部分的协调关系，强调实体在环境中的存在形式。构件技术有四个基本属性：
　　(1)构件是可独立配置的单元，因此构件必须自包容。
　　(2)构件强调与环境和其他构件的分离，因此构件的实现是严格封装的，外界没有机会或没有必要知道构件内部的实现细节。
　　(3)构件可以在适当的环境中被复合使用，因此构件需要提供清楚的接口规范，可以与环境交互。
　　(4)构件不应当是持续的，即构件没有个体特有的属性，可以理解为构件不应当与自身副本区别，在任何环境中，最多仅有特定构件的一份副本。可以看出，构件沿袭了对象的封装特性，但同时并不局限在一个对象，其内部可以封装一个或多个类、原型对象甚至过程，结构是灵活的。构件突出了自包容和被包容的特性，这就是在软件生产线上作为零件的必要特征。
　　从抽象程度来看，面向对象技术已达到了类级重用(代码重用)，它以类为封装的单位。这样的重用粒度还太小，不足以解决异构互操作和效率更高的重用。构件将抽象的程度提到一个更高的层次，它是对一组类的组合进行封装，并代表完成一个或多个功能的特定服务，也为用户提供了多个接口。整个构件隐藏了具体的实现，只用接口提供服务。这样，在不同层次上，构件均可以将底层的多个逻辑组合成高层次上的粒度更大的新构件，甚至直接封装到一个系统，使模块的重用从代码级、对象级、架构级到系统级都可能实现，从而使软件像硬件一样，能任人装配定制而成的梦想得以实现。采用基于构件的系统模型，大大缩短了系统的开发周期，提高了代码的重用性和扩展性。
2 系统体系结构设计
　　该系统由用于分布式监护的床旁机和用于集中管理的中央机组成。中央机和床旁机通过相应的数据线进行连接，以实现数据的双向传输。中央监护系统软件部分包括中央机的监控软件和床旁机的功能软件。中央监护系统的实现除了硬件上的物理连接，还需要软件上的协调。中央机的监控软件和床旁机的功能软件各自有一个通讯模块负责软件上的连接，以保证数据的双向传输。利用RS485串口" title="串口">串口进行数据通讯具有操作简单、使用灵活方便、数据传递可靠等优点，因此本系统利用RS485串口负责中央监护系统中的数据通讯。
　　RS485标准作为一种多点、差分数据传输的电气规范已成为业界应用最为广泛的标准通信接口之一。这种通信接口允许在简单的一对双绞线上进行多点、双向通信，每一个终端只需通过接口挂在总线上便可以实现真正的多点总线结构;它所具有的噪声抑制能力、数据传输速率、电缆长度及可靠性是其他标准无法比拟的；同时，RS485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。因此本系统的中央机和床旁机之间通过用RS485数据线连接其各自配置的串行通讯端口，来实现硬件上的物理连接。用RS485总线作为数据传输链路实现半双工异步通信。
　　中央机由一台安装了MOXA公司的串口扩展卡的计算机构成，使用扩展卡可以扩展计算机上的串口资源以满足中央监护系统中一机对多机（中央机对床旁机）的数据传输需要。床旁机采用工控机，由相关的数据采集卡板和工控主板组成。数据采集卡负责各种生理参数的采集，并由主板上的微处理器统一控制和管理。 床旁机和中央机的数据传输也由主板上的微处理器控制。
　　由于该系统比较复杂，而且可靠性要求很高，因此在设计该系统中，采用基于构件的智能控制技术，设计了如图1所示的神经中央监控系统拓扑结构，有效地提高了系统的可靠性与稳定性。

　　在设计好系统的拓朴结构后，根据系统的需求设计了一批通用构件和一个构件库管理系统，提供给项目小组中成员开发时使用。这样既提高了系统的开发效率，又保证了系统中各功能模块与数据控制接口的统一标准。更重要的是使系统在开发过程中，能随着需求的变更而方便快捷地升级系统。在开发该系统的构件时力求做到：功能单一、通用，接口简单、清晰，高度独立。该构件库管理系统主要完成以下几个功能：构件查找、构件扩充、构件集成、构件删除、构件修改。下面分别介绍系统的主要功能模块。
　　(1)“病人管理构件”先录入病人的基本信息，选择监测参数，设置生理参数。由于系统预留了与HIS接口，该系统与HIS对接后，对病人的基本信息可以通过输入病人的住院号，直接从HIS系统中调入病人的相关信息，并且可以将病人的体征监控参数存入HIS系统。
　　(2)生理监测参数设置后，实时监测构件开始工作，此处监测采用多路监测和实时动态监测技术。监测界面由数字显示区、视频显示区、参数设置区组成。数字显示区和视频图像显示区均为浮动窗口，位置可以调整和移动，且不影响波形显示。通过对系统滤波参数的设置，可以设定系统状态为监视或记录。在监控屏幕上可同时显示来自4个、9个直至16个床旁机的全部参数，并可对每个床旁机的视频流进行冻结、放大、缩小等操作。对采集到的异常数据，系统将实时报警，并显示具体的异常信息与病人的床位号。系统工作原理框图如图4所示。

　　(3)“回放功能构件”提供病历回放功能。在回放过程中，可以重新设定滤波参数和显示灵敏度，可根据事件和时间快速定位到读写位置，对历史数据可以剪辑、回放、趋势分析，可测量波幅和频率，可根据需要打印报告；能够立刻再现所有存储的视频流与参数，并通过系统图像处理功能对画面进行处理以便识别；也可通过网络将图像传送到远程用户。
　　(4)“睡眠呼吸暂停综合症分析构件”为一个独立的功能模块，除具有“回放功能构件”的全部功能外，还具有睡眠、呼吸暂停综合症的分析功能，根据呼吸暂停和低通器的定义，可以自动分型和计数，并计算睡眠紊乱指数。
　　(5)“睡眠分期构件”可根据记录的生理参数进行全自动或手动睡眠分期，全自动分期结果可绘制出睡眠结构图，可从睡眠结构图上一点定位到数据文件的指定位置。
　　(6)“脑功能分析构件”主要具有两个功能：①选择一导或多导脑电数据，再选定每导要分析的频段，分析它的三维频谱、主频、幅值和能量边缘频率。②将脑电数据根据参数不同，分段进行计算，对每段的数据点进行连线。
　　(7)“综合功能构件”主要由三部分组成：①监测过程中床旁机参数修改模块。通过这个模块可以在监护过程中随时调整床旁机的参数，以便及时修正病人家属的误操作。②监测参数显示设置模块。③系统参数设置模块。
　　在中央机的主要功能构件之外，本系统还开发了：设备控制管理构件、历史数据管理构件、历史资料分析构件和数据资料备份构件。这些构件主要是提供给医生进行资料分析与科研之用。
　　在系统开发过程中主要的创新技术有以下两方面:(1)采用独特流技术，实现了同时对无限制多个监控位点实施远程实时监控，并可实时查看各监控点的各种监控数据。(2)采用标准组网技术，支持IP单播、组播功能，可以组成点对点的监控系统，还可以组成一个中心对各监控点的系统；在网络上可以设置多个监控工作站，满足多个用户的需要，也可以用WEB方式组成多级监控系统。
　　采用构件化设计，能够平滑实现系统功能的升级，以及与其他医疗系统的接口，如HIS、CIS等系统的接口。神经中央监护系统的成功开发与投入商业运行，很好地验证了基于构件的软件开发方法的正确性与可行性。
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