遠程醫療——澳門的家庭健康監護系統
周禮杲(澳門大學副校長；IEEE高級會員)
摘要
隨着信息技術的巨大成就，遠程醫療受到了廣泛的重視。即可以應用遠距通訊技術來改善健康醫療，特別是對慢性病人，例如患有冠狀動脈的心臟病人，老年人和殘疾人。
本文介紹了一個新建的“澳門家庭健康監護系統”的情况，它已作了三個月的實驗運行。
Telemedicine-A Developing Field in Biomedical Engineering Home Health Care System in Macau
Zhou Li-Gao(Senior Member，IEEE，Vice Rector of University of Macau)
Abstract
Along with the huge achievements of Information Technology, the attention has been widely paid to “Telemedicine”, namely that health care could be improved with telecommunication techniques, especially for chronic patients, for example, the patients of coronary artery disease, elderly and disabled people.
A “Home Health Care System in Macau” is introduced. It isrunning for three-month experiments.
Telemedicina-Uma Área em Desenvolvimento na Engenharia Biomédica-Sistema Domiciliário de Cuidados de Saúde em Macau
Zhou Li-Gao(Membro Sénior da IEEE, Vice-Reitor da Universidade de Macau)
Resumo
Juntamente com as grandes conquistas da Tecnologia da Informaçã o, a atenção tem sido acentuadamente dirigida para a Telemedicina principalmente porque os cuidados de saúde podem ser melhorados com as técnicas de telecomunicsação, especialmente para doentes crónicos, por exemplo, os doentes com problemas coronários, idosos e pessoas deficientes.
É apresentado um Sistema Domiciliário de Cuidados de Saúde em Macau. Está em regime experimental há três meses.
一、引言
如何充分應用現代科學技術的成就來直接改善人們的健康醫療，來改進二十一世紀的生活方式？隨着信息技術取得的巨大成就，特別是在信息高速公路，即現代信息系統包括電話網絡和電腦網絡方面的飛速發展，醫學可以從先進的信息技術中獲得極大益處。因此就誕生了“遠程醫療”。
“遠程醫療”其實不是一個新槪念。這個名詞第一次出現於1976年〔1〕，即應用遠距通訊，使健康醫療能夠跨越很大的距離到達正常時緊急醫療無法到達的地區，稱爲遠程醫療。
1990年所提出的下列定義〔2〕也是有用的：
“應用一個能方便地交換醫學專家的診斷和病人的信息的系統，不管病人或其信息位在何處，來實現對病人的觀察，監護和管理，以及對病人和職工進行敎育”。
然而，遠程醫療直到1993年由美國的IEEE Trans.on BME 雜誌，和日本及歐盟的雜誌刊登了一些文章才成爲一個熱點。現已引起了世界上這個領域中的廣泛興趣和重視。
二、世界上一些遠程醫療系統的介紹
一般來說，遠程醫療適用於以下一些情况：
1.家庭健康醫療系統
這是目前遠程醫療中的一個重點，科學家正努力去開創一條路，在家中就可獲得醫療和監護，以能防止由於心肌梗死或其它心血管疾病而造成的猝死，改善病人的生活質量，降低醫療費用。
家庭遠程醫療可能幫助慢性病人，老年人和殘疾人，盡可能留在家中，獨立生活在他們的環境中，保持他們自己的自由的生活方式，並降低醫療費用，通過遠距地注視他們的生活信號，並管理各種不同的報警。
2.在行進中的車船中，包括飛機，船舶或其它長時間的交通工具中。
3.在遠離城市的農村地區或邊界地區。
下面介紹國際上在1994年建立的幾個遠程醫療系統。
1.在西班牙馬德里建立的一個“家庭遠程醫療管理系統〔3〕。這個系統如圖一所示，主要包括兩子系統，一是病人家中，另一個是遠程醫療服務中心。病人家庭部分包含，心電圖(ECG)和血壓(BP)測量裝置，和報警裝置。通過調制解調器(MODEM)和電話網絡可將信號和警報傳達到中心站。中心站的任務是兩項：監護病人的心電和血壓信號和處理警報。中心站値班人員可以通知醫生前來或救護車前往病人家中。
此系統的作者說，使慢性病人不住在醫院裡，改善老年人和殘疾人在家中的生活質量，是開發這個“家庭遠程醫療管理系統”的宗旨。
2.家庭老年人健康狀態的遠程監護〔4〕
這個系統是由澳大利亞悉尼的N.S.W.大學開發的。它主要是針對老年人的需要。
文章說，工業化國家的人口正在迅速老化，到2010年，它的人口的20%將超過60歲，而老年人是醫療服務的主要對象。根據英國的統計，若以45－64歲年齡段所耗費的醫療費用作爲100%計，則不同年齡段的老年人的醫療費用如下表所示：
由此可見，增強老年人的保健對減少整個醫療負擔有重大意義。本系統除傳送病人的一些生理信號外，重點在於監測老年人家中生活環境的溫度、聲響、光線強度，以及睡覺模式、廁所和浴室的使用、煮飯以及其他活動的判別信息。硏究這些參數，及時給老年人以指示，可以減少發病率。
這個實驗系統共有75個用戶。探討了這種設想的可行性。
3.應用移動式衛星通訊作遠程醫療〔5〕
此系統是1994年由日本Tohoku大學等建立的。文章說考慮到人們的生活條件明顯改善，造成急性心血管病和腦血管病的危險性增加，另一方面在飛機車船中作長途旅行的增加，由而提出在移動中飛機車船內的遠程醫療問題。這就提出應用移動式衛星通訊系統的可能性。
圖2所示爲此系統的原理圖。左邊部分在行進中的飛機或車船上的“移動站”，右邊部分爲在地面上的“固定站”，其中有醫生。移動站將病人的心電圖和血壓信號，以及病人的圖象、講話的聲音經多路組合後通過衛星送到固定站去。經醫生作出診斷後，給出指示，通過衛星告知移動站上的病人及有關人士進行處理。
此系統能夠同時傳送一彩色圖象，一聲音信號，三導心電圖信號和血壓値。使用的衛星通訊系統爲INMABSAT(International Maritime Satellite Communication System國際海洋衛星通訊系統)。
在實現這個系統中所遇到的技術問題有如下述：
1.通過衛星通訊系統的通道容量問题。
INMABSAT的通道容量爲24Kbps。但是傳送彩色移動圖象就需要10－100Mbps。這就大大超過了通道容量，爲此信號的數據壓縮是必要的了。如表2所示。
經數據壓縮後的所需速率爲約19 Kbit/sec.小於額定容量24 Kbit/sec.因此能夠容納了。
2.裝置的體積和重量。
由於移動站的裝置是在飛機或車船上，所以希望體積和重量盡可能小。今移動站裝置的體積爲1m3，重量爲30Kg。勉強可被接受。
3.可靠性
由於傳送醫學信號，特別是心電信號，所要求的可靠性將大大於一般的數據傳送。通常所用的保證可靠性的方法，如誤差檢差和誤差控制方法，往往要佔用過多的通道容量而難於實現，並且還會引起時間延遲(如0.5秒)。無法實現實時。考慮了這些因素，此系統採用了自動重覆請求(Automatic Repeat Request ARQ)技術以保證心電信號傳送的可靠性。不過必須在發送器和接收器中增加緩衝存儲器。
4.實時運行
實時運行是必需的。但是用PC電腦機作數據壓縮和ARQ 等均需要時間，能夠保證實時性需要進行核算。我們先定義一個處理速率(Processing Rate)爲：
如果這個指數PR<1，則實時運行就是可能的。如果反之，PR>1，則就不可能實現實時，今計算所得如表3所示：
由表3可見，總計PR値爲1.26，即>1.0，所以不可能實時實現。這是根據僅有一個CPU進行計算得的結果。因此決定在硬件系統中增加另一個CPU(16Bit，10 MHZ)專用來作電視圖象的傳送。
此系統在與郵電部、運輸部和日本空間發展局合作下，在飛機、船舶和一輛汽車上進行了實驗、結果證明這個系統是可行的。當然要臻於實用尙需獲得法律許可。這個系統所硏究的技術問題是具有普遍價値的。
5.北京淸華大學進行的“家庭健康醫療系統”項目。
1994年淸華大學作爲重點硏究項目開展了“家庭健康醫療系統”項目的科學硏究工作。在1995年6月，他們硏制成功的“家庭心電圖(ECG)和血壓(BP)監護網絡”通過了由中國國家敎育委員會所組織的中國的鑒定委員會的鑒定。
三、澳門的家庭健康醫療系統介紹
1.澳門大學、香港澳門地區的中央獅子會、澳門政府社會工作司和淸華大學的代表在1995年8月在珠海召開了會議，討論了合作在澳門建立“家庭心電和血壓監護系統”事項。會議取得了一致的意見，希望盡快地在澳門建立起這個系統。
計劃分成兩個階段，第一階段的目的是：
(1)在澳門建立一個“家庭心電和血壓監護系統”(HEBPM)，包括硬件(設備)和軟件。其中要硏究解決淸華大學所建立的系統和澳門的通訊網絡之間的配合問題。
(2)將這個系統用於10個家庭病人，進行實驗運行三個月。
(3)總結實驗的結果，硏究是否需要改進系統的硬件或軟件，爲第二階段作準備。
第二階段的目的將是落實改進措施，實現這個系統爲作實際社會服務，以求作商業運行。擴展此系統應用於香港，並探討工廠製造的可能性。
2.HEBPM系統的框圖和功能。
這個系統的框圖如圖4所示。它包括三個部分：
①家庭病人部分(或醫院病房中)。有檢測病人的心電圖信號和血壓信號的攜帶式裝置以及PC電腦一台，調制解調器(MODEM)，及電話一台。
②中介部分。
就是電話網絡或電腦網絡。它們起到信號、數據和醫學指導信息的傳送作用。
③監護中心站。
它在醫院中，裝備有功能比較強的工作站(Sun Sparc)，和一台PC機，以接收從病人處傳送來的信號和數據。中心站需有醫生或護士値班，進行判斷處理。
此系統的功能如下：
①在家庭中藉助袖珍式的電子裝置可無損測量病人的心電信號和血壓値(圖5)。此裝置甚小，可放在病人的口袋中。
②通過無線電，可將測得的心電信號傳送到家中的PC電腦中。PC機可以對心電信號作分析。如有心律失常出現，電腦就會自動接通，通過調制解調器(MODEM)送入電話線。電腦中的軟件算法，可檢測出15種心律失常。
③通過電話線，可將信號送至醫院中的監護中心站。
④醫院中的中心站接收到數據和信號後，工作站就進行顯示、存貯、分析和診斷，並可存檔。値班醫生對心電信號作分析後，作出診斷，然後可通過電話將指示告訴病人。例如是否需要派救護車立即前往病人家中接到醫院，或讓病人臥床休息或吃甚麼藥等。
⑤這個系統能爲數量衆多的病人服務。將來它可以擴展至一個商用系統。任何有需要的病人、老年人或殘疾人均可申請作爲一個用户。
這個系統的中心站現在安裝在澳門的山頂醫院的急診室中，臨床醫學方面問題由山頂醫院的心臟病專家負責。在每天24小時內均有醫生値班負責。在試驗期中10個病人是由澳門政府的社工司和衛生司共同商量選定的。整個系統的技術問題由淸華大學負責提供的。澳門大學科技學院協助解決運行中的技術問題。澳門基金會，中央獅子會，Automated電腦公司和澳門大學均作了資助。
這個系統已在1996年4月底結束了三個月的試驗運行。證明系統運行穩定可靠，使用操作方便。醫生給以很高的評價，肯定這個先進系統對醫院十分有用，它可以提高醫院的醫療服務水平。病人也都表示歡迎。特別是有這樣一個病例，七十多歲，患有冠心病。有一天病情發作，出現心動過緩，心率已降至40以下，十分危險。幸好有此系統，此時自動將信號傳送至醫院中後，醫生立即作出判斷，通知病人迅速到醫院，進行搶救。之後還作了植入式心臟起搏器後，情况得到了穩定。後來病人出院回家繼續由這個系統進行監護，病人能完全正常生活，避免了一次嚴重的事故。因此在總結時這個病人一再表示衷心感謝這個系統的硏制者和醫生，挽救了他的生命。
四、結論
1.遠程醫療是將現代信息技術應用於生物醫學工程的實際趨勢。它能使慢性病人縮短住院時間，能使慢性病人特別是心臟病人、老年人和殘疾人可以在家中自由生活，提高生活質量，而又能及時獲得醫學治療，保證安全健康。同時又能降低醫療費用。遠程醫療還能應用於長時間運行的飛機車船上，以及其它難於獲得良好醫療的一些邊遠地區得到及時治療。因此，遠程醫療可以在21世紀中改善人們生活方式。
2.由於港澳兩地區的電話網絡和電腦網絡比較先進，因此在港澳地區發展家庭健康醫療系統具有良好的條件，會具有美好的前景。
參考文獻
(1)R. Allan. “Coming: the era of telemedicine” IEEE Spectrum vol. 13, no. 12,pp30-35 1976.
(2)AIM. “Supplement Application of Telecommunications for Health Care Telemedicine.” Adv. Infor. Med., Commission of the European Communities. Al. 1685(1990).
(3)M.J. Rodriguez. “A Home Telecare Management System”.IEEE/EMBS 1994 P.1015.
(4)B. G. Celler. “An Instrumentaion System For The Remote Monitoring of Changes In Functional Health Status of The Elderly At Home”. IEEE/EMBS 1994. P. 908
(5)Hajime Murakami, “Telemedicine Using Mobile Satellite Communication. ” IEEE Trans. on BME Vol. 41, No. 5, May 1994.
