Интеллектуальные программно-аппаратные комплексы передачи информации телемедицинских сетях

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
 
Интеллектуальные технические системы 
 
 
 
А.Д. Королев, Н.А. Кореневский, Д.Н. Кузнецов, 
Нгуен Тхе Кыонг, Ю.П. Муха, 
В.И. Сырямкин, Д.В. Титов  
 
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ  
ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЕ  
КОМПЛЕКСЫ ПЕРЕДАЧИ 
ИНФОРМАЦИИ 
В ТЕЛЕМЕДИЦИНСКИХ СЕТЯХ 

 
2-е издание, исправленное и дополненное 
 
 
 
 
 
 
Томск 
Издательский Дом Томского государственного университета 
2019 

УДК 330.51-7 
ББК 65.011.151 
         К68 
 
 
Королев А.Д., Кореневский Н.А., Кузнецов Д.Н.,  
Нгуен Тхе Кыонг, Муха Ю.П., Сырямкин В.И., Титов Д.В. 
К68 
Интеллектуальные программно-аппаратные комплексы передачи информации телемедицинских сетях / под ред.  
Ю.П. Мухи, В.И. Сырямкина. – 2-е изд., испр. и доп. – 
Томск : Издательский Дом Томского государственного 
университета, 2019. – 360 с. (Серия: Интеллектуальные 
технические системы) 
 
ISBN 978-5-94621-806-1 
 
Монография посвящена проблеме разработки передачи данных медицинской информации. Рассмотрены вопросы теории универсального преобразования систем кодирования, проектирование узлов цифровой обработки с использованием сигнальных процессоров, синтеза и метрологического обеспечения гибкого индивидуального преобразователя, а также 
схемная реализация и применение универсальных программно-аппаратных комплексов в телемедицине.  
Для широкого круга специалистов в области телемедицины, приборостроения и робототехники. 
 
УДК 330.51-7 
ББК 65.011.151 
 
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ  
(грант № 16-29-04388/16 от 19.04.2016 г.), а также по программе  
повышения конкурентоспособности Национального  
исследовательского Томского государственного университета 
 
 

 
© Королев А.Д., Кореневский Н.А., Кузнецов Д.Н.,  
Нгуен Тхе Кыонг, Муха Ю.П., Сырямкин В.И., Титов Д.В., 2019 
ISBN 978-5-94621-806-1        © Томский государственный университет, 2019 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 
 
ПТК – программно-технический комплекс 
ПАК – программно-аппаратный комплекс 
РЗ – рабочая зона 
ДИ – датчик изображения 
БП – блок подсветки 
БОИ – блок обработки изображения 
БА – блок адаптации 
БОП – блок оценки параметров 
ГИИ – гибкий интеллектуальный интерфейс 
DICOM – Digital Imaging and COmmunications in Medicine (цифровые изображения и обмен ими в медицине) 
АИС ТМК – автоматизированная информационная система телемедицинских консультаций 
 
 
 
 

ОПРЕДЕЛЕНИЯ 
 
Интеллектуальные системы (ИС) – это техническая или программная система, способная решать задачи, традиционно считающиеся творческими, принадлежащие конкретной предметной 
области, знания о которой хранятся в памяти такой системы. 
Структура интеллектуальной системы включает три основных 
блока – базу знаний, механизм вывода решений и интеллектуальный интерфейс 
ИС – это компьютерная система, состоящая из основных взаимодействующих компонентов: языковой подсистемы (механизм 
обеспечения связи между пользователем и другими компонентами), информацией подсистемы (хранилище данных и средств их 
обработки), подсистемы управления знаниями (хранилище знаний 
о проблемной области, таких как процедуры, эвристики и правила, 
и средства обработки знаний), подсистемы управления моделями и 
подсистемы обработки и решения задач (связующее звено между 
другими подсистемами). 
Интерфейсы – общая граница между двумя функциональными 
объектами, требования к которой определяются стандартом; совокупность средств, методов и правил взаимодействия (управления, 
контроля и т.д.) между элементами системы. 
Интерфейс (ударение на вторую «е») это, в широком смысле, 
набор инструментов для взаимодействия человека и компьютерной системы. Этими инструментами чаще всего являются кнопки, 
галочки, текстовые поля, подсказки, переключатели, выпадающие 
списки и прочие ухищрения. В дословном переводе с английского 
слово «interface» означает «[взаимодействие] между лицами». 
В объектно ориентированных языках программирования интерфейсом называется шаблон класса, все методы которого являются 
абстрактными, и поэтому должны быть реализованы в каждом 
классе, наследующем этот интерфейс. 
 
 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
В современном мировом обществе актуальной является развитие телемедицины, обеспечивающая эффективную диагностику и 
лечение людей. Телемедицина является основой современной 
цифровой медицины, реализующей дистанционную диагностику и 
терапию пациентов. Здесь используются различные виды связи 
(интернет, телефония и специальная), включая спутниковую связь, 
которая осуществляет связь в труднодоступных районах и чрезвычайных ситуациях. При этом актуальной является повышение 
быстродействия помехоустойчивости и помехозащищённости телекоммуникационных систем, а также создание медицинских систем с элементами искусственного интеллекта.  
В монографии рассмотрены актуальные вопросы проектирования, синтеза, анализа интеллектуальных программно-аппаратных 
комплексов передачи информации в телемедицинских сетях. Проведены обзор распределенных телемедицинских систем, основы 
теории универсального преобразования систем кодирования, результаты моделирования, реализации и метрологического обеспечения гибких интеллектуальных подсистем, примеры практического применения интеллектуальных программно-аппаратных 
комплексов (обмен видеоинформацией в телемедицине, дистанционная идентификация личности человека). 
Разработанное алгоритмическое, аппаратурное и программное 
обеспечение может быть успешно использовано в системах технического зрения и системах управления робототехническими комплексами (коллективами роботов) различного назначения: медицинскими роботами, роботами спасателями, роботами-разведчиками, роботами охранниками. 
Отзывы, критические замечания и предложения по монографии 
просьба направлять по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина 36, 
Национальный исследовательский Томский государственный университет или e-mail: egs@sibmail.com. 
 
 

1. ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ  
ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ 
 
1.1. Описание предметной области 
 
С бурным ростом производительности современной вычислительной техники, а также с развитием технологий приема и передачи информации, широкое распространение получают сложные 
распределенные измерительно-вычислительные системы. Одним 
из важнейших аспектов их функционирования является передача 
данных, их сохранность и верная интерпретация. Такие измерительно-вычислительные системы внедряются повсеместно: в промышленность, энергетику, медицину, образование. Сложность 
данных систем, объем обрабатываемых ими данных, последующая 
транспортировка сопровождаются рядом технических проблем, 
решение которых носит приоритетный характер.  
Наиболее показательным примером работы измерительновычислительной системы является сфера медицины. Количество 
получаемой информации от медицинских приборов постоянно 
увеличивается, получает распространение удаленное консультирование, хранение и обработка информации. Все это требует применения специального оборудования по транспортировке, приему и 
передаче специализированной информации.  
Современную медицину невозможно представить без соответствующего технического обеспечения, которое позволяет прогнозировать, ставить диагноз и проводить процесс лечения максимально эффективно с высокой точностью. Это приводит к применению в ЛПУ большого количества различных аппаратов, приборов, систем, комплексов и сетей различных уровней. 
Общая структурная схема технических средств, применяемых в 
медицине для решения задач медико-биологических исследований, 
с указанием основных связей взаимодействия ТС различных типов 
и назначений, показана на рис. 1.1. 
 

ВС

ТСУС

ТСЗФ
БО (пациент)
Исс (врач)
ТСНС

ТСД
ТСВ

ТСОИ

 
 
Рис. 1.1. Классификация медицинской техники 
 
 
1.2. Система передачи данных  
медицинской информации 
 
Как видно из приведенного примера, важнейшую роль играют 
методы и средства передачи, получаемой диагностической и 
управляющей информации. Справиться с обработкой этой информации, ее своевременной передачей можно только с внедрением 
информационных технологий (ИТ). Целью внедрения информационных технологий является создание информационных систем для 
анализа и принятия на их основе управленческих решений. Конкретным воплощением ИТ выступают автоматизированные сети и 
системы, и лишь в этом случае принято говорить о компьютерных 
технологиях. Большой объем передаваемых специализированных 
данных, интерактивный режим обработки приводят к необходимости применения МИС. МИС – это телемедицинская сеть. Она повышает эффективность использования медицинской информации, 

оперативность ее получения, достоверность информации. Кроме 
того, появляется возможность оптимизации стоимости пребывания 
пациента в стационаре.  
Телемедицинские технологии дают возможность врачу контролировать состояние пациентов в амбулаторных, домашних условиях, что особенно актуально для пациентов с хроническими заболеваниями, а также в период проведения восстановительных мероприятий после стационарного лечения, особенно в случаях оперативных вмешательств. 
Видеосвязь помогает врачам-терапевтам поддерживать контакт 
с медицинскими центрами, осуществлять телемониторинг нетрудоспособных пациентов, находящихся дома.  
Весьма актуальным поэтому является организация региональных и межрегиональных телемедицинских сетей. 
 

 
 
Рис. 1.2. Схема информационного взаимодействия ЛПУ 

Передача медицинской информации осуществляется на нескольких уровнях: уровне взаимодействия медицинской техники 
внутри одного ЛПУ и на уровне взаимодействия различных ЛПУ, 
что показано на рис. 1.2.  
Телемедицинские сети могут резко улучшить систему здравоохранения регионов. В этом случае возможно использование консультации ведущих специалистов областного центра и ведущих 
российских и зарубежных медицинских центров. 
 
 
1.3. Классификация телемедицинских систем 
 
Различные специалисты и научные школы рассматривают телемедицину с нескольких разных позиций от того, что телемедицина не является отдельной медицинской дисциплиной, до того 
что телемедицина является отдельной отраслью медицины. В данном случае определим телемедицину, как направление медицины, 
основанное на использовании компьютерных и телекоммуникационных технологий для обмена медицинской информацией между 
специалистами с целью повышения качества диагностики и лечения конкретных пациентов. 
К основным областям применения телекоммуникационных 
технологий в медицине относят: 
1) телемедицинские консультации;  
2) теленаблюдение за пациентами;  
3) телемедицина ургентных состояний, чрезвычайных ситуаций 
и катастроф;  
4) телеобучение;  
5) телехирургия и дистанционное обследование;  
6) военная телемедицина;  
7) космическая телемедицина.  
Наиболее распространенными и часто применяемыми на практике являются телемедицинские консультации. Телемедицинские 
консультации могут быть как отложенными, так и осуществляться 
в режиме реального времени. Консультации в отложенном времени не требуют скоростных телекоммуникационных каналов и 

сложного оборудования и, по этой причине, сравнительно дешевы. 
Простейшими способами реализации отложенных телеконсультаций могут быть консультации по e-mail, консультации на специализированных медицинских форумах, с помощью специализированных телемедицинских систем и т.п. 
Телеконсультации в режиме реального времени требуют более 
сложного технического оснащения и проводятся с использованием 
широкополосных каналов связи и видеоаппаратуры. В отличие от 
отложенных, консультации в режиме реального времени могут 
применяться при оказании неотложной помощи. Различают плановые, экстренные видеоконсультации и видеоконсилиумы. Во всех 
этих случаях обеспечивается непосредственное общение между 
консультантом и лечащим врачом. Сеанс видеоконференции может проходить как между двумя абонентами (режим «точкаточка»), так и между несколькими (многоточечный режим). При 
этом обеспечивается возможность передачи практически всей необходимой информации для выработки квалифицированного заключения – выписок из истории болезни, результатов клинических 
анализов, различных визуальных материалов, таких как рентгенограммы, компьютерные томограммы, снимки УЗИ и т.п. Для организации передачи широкого спектра необходимой информации во 
время телеконсультаций в режиме реального времени используются различные протоколы передачи данных, ориентированные на 
работу с мультимедиа, например, такие как SIP (Session Initiation 
Protocol), H.320-H.324 и ряд других. 
Теленаблюдение за пациентами осуществляется с помощью телемедицинских систем динамического наблюдения для наблюдения за пациентами, страдающими хроническими заболеваниями, а 
также на промышленных объектах повышенной опасности, таких 
как атомные электростанции, химические производства, для контроля состояния здоровья работников. Теленаблюдение может 
проводиться как в условиях стационара, так и вне его, например, в 
домашних условиях (home telehealth). Телемедицинские системы 
динамического наблюдения позволяют регистрировать физиологические параметры организма человека и передавать их на базовую станцию для дальнейшего анализа. Подобные системы целе