山灞遠程醫學教學系統的設計與實現

翁盛鑫，謝邦鐵

海軍總醫院計算機中心，北京100048

1 遠程醫療及信息化技術的發展現狀

遠程醫學教育是醫學教育和通信兩大技術相互結合的一門交叉學科，是利用網絡、多媒體等現代信息技術手段，對醫務工作者進行專業知識和技能培訓、對大眾進行醫學知識普及性教育的技術手段［1］。

國外以美國和西歐國家的遠程醫學教育發展最為迅速。1992年，歐洲繼續醫學教育系統開始實施衛星醫學教育項目;1993年，英國有6所大學提供外科遠程教學;加拿大于1982年開始進行護理遠程教學，對護士進行學歷教育及培訓;美國疾病控制中心(CDC)有5 000多個衛星遠程教育站點，自1993年開始遠程醫學教育，內容以健康教育為主，對象以社會大眾和社區義務醫護人員為主，開設的科目涉及護理、內科、藥劑、物理治療、實驗技術及健康服務管理等［2］。

我國政府非常重視遠程醫學教育。國家教育部、衛生部分別制定了有關遠程教育、衛生專業人員信息教育的制度和法規。1995年底，中國人民解放軍“軍字二號工程”開始并建立全軍醫藥衛生信息和遠程醫療會診網;天津醫科大學于1999年6月開通中加遠程護理教學網，對一些郊縣地區進行實時教學;上海第二醫科大學于2000年9月通過上海廣電健洋網絡公司向上海各郊縣進行全科醫師培訓;“中國遠程病理中心”網也可接受醫學知識教育和資料檢索等;2005年我國的衛星衛生科技教育網，即“雙衛網”也已建立，成為全國遠程醫學教育的典范［3］。

遠程醫學教育的優勢在于突破了教育受時空限制的弊端。我國是一個幅員遼闊的國家，醫療水平有明顯的區域性差別［4］。因此，通過現代多媒體技術、網絡技術、通訊技術，遠程醫學教育能夠實現遠端教師與終端學生之間的實時互動交流;其次，遠程醫學教育還能夠在最大程度上提高醫務人員的技術水平。醫學是一門實踐性很強的學科，醫學水平的高低也與當地人口密度及經濟發展成正比關系。對于相對偏遠地區的醫務人員及醫學專業畢業生而言，通過遠程醫學教育是實現其技能水平提高的重要途徑;遠程醫學教育能夠節約培訓成本。遠程醫學教育作為醫學教育的一種形式，具備其他形式教育作用的同時，可充分發揮其便利作用，為學生節省大量的時間、費用，做到工作、學習兩不誤。

當然，作為一門新興的交叉學科，遠程醫學教育也存在自身局限性:

一方面，教育內容有待完善。遠程教育是以學習者為中心，以多種現代信息技術為教學手段的一種開放性教育［5］。遠程醫學教育的內容需隨著醫學技術的革新而更新，并隨著遠程醫學教育的逐漸開展而實現各專業、各科室的全面教育覆蓋。

另一方面，教育“質量”需要提高。教育質量的提高包括教學的效果，也包括教學過程中通過技術質量的提高而提高教學效果。例如:遠程手術教學等內容必然需要提高設備、網絡通訊的技術質量，保證圖像、操作、醫學信息的真實有效，才能達到教學目的。

再者，教育管理需要強化。強化管理主要在于通過遠程教育系統實現對學生學習過程的監督，同時通過嚴格的考核制度、認證制度實現對學生學習過程及結果的管理。在某些學科，如衛生事業管理，完全可以利用遠程教育的手段;但對于實踐性很強的專業，如一些實驗課、臨床知識等操作性很強的內容，遠程教育可以是一種重要的輔助手段，但不能代替傳統的面對面的教育［6］。

2 山灞遠程醫學教育系統的背景

各級政府對遠程教育發展的重視程度是關系遠程教育事業成敗的重要因素［7］。山灞遠程醫學教育系統是2000年云南省在國家發改委支持下，依托云南山灞圖像傳輸科技有限公司實施“遠程可視醫療及PACS系統高技術產業化示范工程”建設的項目之一，建成了昆明、北京、上海、廣州等4個中心站和46個終端站。在該項目實施取得技術和運行經驗成果基礎上，云南省政府實施了“遠程可視醫療縣縣通工程”，建設完成了覆蓋云南全省16個州市、111個縣的遠程可視醫療網絡系統。使云南成為全國第一個實現了遠程醫療服務覆蓋全省，整合了全省乃至全國優質醫療資源的省份。各級醫療機構實現了互聯互通、信息共享。同時，在此平臺上整合了北京、上海、廣州等中心城市權威醫學專家5 000余名，優秀醫師50 000余名，開發了80余種具有自主知識產權的遠程醫療及附屬設備、遠程教育設備。目前已在全國形成700多個應用站點，在遠程診療、遠程教育、遠程應急指揮等方面取得了顯著效果。

山灞遠程醫學教育系統與山灞遠程診療系統是“孿生兄弟”，軟硬件系統框架大體一致，但在功能上又自成體系。山灞遠程醫學教育是一套建立在真正實現疾病診療、能看病的系統設備的基礎上，能采集、實時傳輸、還原、顯示完整的醫學信息(包括各種動、靜態醫學影像資料、波形、圖片、實驗室資料、聲音等)，且達到醫學診斷質量要求的遠程醫學教育系統。該系統可形成虛擬教室，使教、學雙方實現課堂式的遠程實時、交互式、面對面交流，且同步傳輸醫療質量的所有醫學教學資料，能進行討論、點名、提問、答疑等活動。能實現點對點、點對多點的遠程教學活動，各方交流都很流暢、自然。

3 山灞遠程醫學教育的系統框架及功能模塊

3．1 系統框架

在山灞遠程醫療網絡平臺的支撐下，山灞遠程醫學教育系統通過3G、4G、Wi-Fi、專網等網絡提供覆蓋醫學各專業、醫院各科室的教育科目，實現點對點、一點對多點的遠程醫學教育模式(如圖1所示)。

圖1 山灞遠程醫學教學系統設計框架圖

3．2 業務流程

山灞遠程醫學教育業務流程具備靈活、簡便的特點。其中預約環節可通過電話預約、網上預約、定時定期等形式。此外，山灞已建立遠程醫學教育專家資源庫，擁有權威醫學專家5 000余名、優秀醫師50 000余名。在山灞遠程醫療、醫療信息化技術及整合的專家資源支撐下，可以實現高水平醫學專家提供的遠程醫學教育(如圖2所示展示了山灞遠程醫學教育系統的業務流程)。

3．3 主要的功能模塊

山灞遠程醫學教育系統除提供實時高質量的“面對面”交流外，還可通過遠程教育軟件，同步傳輸所有的教學資料，實現如下功能:

●動態屏幕直播:能夠將計算機屏幕內容，包括講稿、Flash動畫、鼠標運動軌跡、電子白板等內容流暢地直播到客戶端。

圖2 山灞遠程醫學教育系統業務流程圖

●直播圖像與語音:實時直播教師的圖像與聲音，并保持與屏幕的同步性。直播的視頻可以自適應帶寬，適合于多種網絡環境下的直播，即使在極小的網絡環境下也能收看直播。

●基于Web的課堂直播:學生用Internet Explorer瀏覽器即可收看直播。

●自動化程度高:服務器端自動化程度高，完成初始化后，無需其他操作，自動啟動直播。客戶端自動化，無需任何操作，通過服務器端直接控制客戶端收看直播。

●直播延時小:便于不同客戶端收看直播時進行交流。一臺直播服務器可以同時直播多個課堂教學情境。可以與學校現有的Web Server或學習管理系統進行無縫鏈接。

●動態屏幕捕獲:能夠將計算機屏幕內容，包括講稿、Flash動畫、鼠標運動軌跡、電子白板內容等完全錄制下來。遠程教育錄制軟件在錄制屏幕內容時，具有三個特點:①只占用非常少的CPU資源，不影響其他程序運行;②壓縮率高，占用磁盤空間小;③流暢地捕獲屏幕動態效果。

●捕獲圖像與語音:實時采集教師的圖像與聲音，并進行壓縮處理后存盤。錄制完的課件音視頻和屏幕內容保持同步，生成的課件占用磁盤空間小。

●基于Web的課件點播:無論是本地播放還是在點播服務器上點播課件，用Internet Explorer(以下簡稱IE)瀏覽器即可點播課件，無需安裝其他客戶端軟件。

●多碼流課件:用遠程教育錄制軟件錄制的課件可以為多碼流課件。學生點播時，保證在多種網絡環境下都能流暢的學習課件。

●窄帶課件:可以改變課件樣式，將照片文件取代視頻圖像，可以大大減少課件文件大小和網上學習課件占用的帶寬。

●自動生成文字索引:能夠根據教師的Powerpoint幻燈片或Word文檔，自動生成文字索引。還可以對生成的文字索引進行編輯(包括:添加、刪除、修改和建立樹型索引目錄)，還可以創建縮略圖索引。

●課件管理與發布:提供了一個課件管理與發布工具COD。利用這個工具，能夠很輕松地將課件發布到Web服務器上，并且生成一個樹型的節目單，讓學生能夠很方便的點播課件。

●豐富的課件樣式模板:提供了豐富的課件樣式模板，可以根據自己的喜好，選擇課件的外觀樣式模板。

●課件剪切:用遠程教育錄制軟件錄制好課件后，可以對課件進行任意的剪切，刪除無用的部分，而且視頻與講稿是同步剪切。

●課件合并:用遠程教育錄制軟件錄制好課件后，可以對多個課件進行合并操作處理。

●操作極為簡單:對授課老師的惟一要求是，能夠將教案編寫成電子文檔，并能夠用計算機授課。

●多種屏幕格式:可以生成多種屏幕格式，包括系統自動生成的vga格式，另外可以轉成Flash和asf格式，可以適應于多種編輯軟件進行編輯。

●靜音檢測功能:系統在錄制過程中能夠檢測音頻信號。當信號丟失時，系統會提示用戶，以免到錄制結束才發現沒有聲音，避免出現“靜音課件”。

●視頻水印:可在視頻上添加文字或圖片水印，使錄制完成的視頻更具個性化。

●片頭片尾:可自動在視頻上添加片頭和片尾。

●符合Scrom 1．2國際標準:課件符合Scorm 1．2國際標準，可與符合Scorm標準的學習管理平臺進行無縫鏈接，另外由于課件用IE瀏覽器即可打開，所以可以在大多數學習管理平臺或學校的網站上傳發布。

●控制云臺:可兼容球形一體機，用軟件直接可以調整云臺的位置和鏡頭的拉伸等。

3．4 特色優勢

山灞遠程醫學教育系統采用了視頻編碼、視頻云計算、基于Internet的視頻通訊等技術，保證了高清信號的流暢傳輸和再現，提高了數據的安全性和可靠性，方便了不同教學環境的應用，形成了鮮明的技術優勢。

3．4．1 視頻編碼技術視頻編碼方式是指通過特定的壓縮技術，將某個視頻格式的文件轉換成另一種視頻格式文件的方式。目前視頻流傳輸中最為重要的編解碼標準有國際電聯的H．261、H．263，運動靜止圖像專家組的M-JPEG和國際標準化組織運動圖像專家組的MPEG系列標準等。視頻編碼技術的原理在于:視頻圖像數據有極強的相關性，也就是說有大量的冗余信息。其中冗余信息可分為空域冗余信息和時域冗余信息。壓縮技術就是將數據中的冗余信息去掉(去除數據之間的相關性)，壓縮技術包含幀內圖像數據壓縮技術、幀間圖像數據壓縮技術和熵編碼壓縮技術。

3．4．2 視頻云計算技術視頻云計算技術是將視頻計算任務分布在大量計算機構成的資源池上，使各種應用系統能夠根據需要獲取計算力、存儲空間和信息服務。視頻云計算技術對用戶端設備要求低、使用方便，可輕松實現不同設備間的視頻數據與應用共享。更為重要的是，視頻云計算技術提供了最可靠、最安全的視頻數據存儲中心，不用再擔心數據丟失、病毒入侵等。

3．4．3 基于Internet的視頻通訊技術基于Internet的視頻通訊技術能夠實現教學視頻通過3G、4G、Wi-Fi、專網等網絡在iPad、智能手機、iMac、手提電腦、臺式電腦等終端上的使用。

4 實施效果

截止2010年底，通過北京的山灞遠程醫療網絡，共開展省內遠程醫學教育291期、省外21期、健康知識講座25期。各地醫院積極響應，組織醫護人員參加，通過遠程醫學教育共培訓醫務人員100多萬人次。

如:云南省元江縣人民醫院于2005年開始購買了彩超設備，但由于缺乏專業操作人員而一直閑置。后通過山灞遠程醫學教育系統得到專家的遠程指導開始使用，至今該院已開展彩超診斷6 000多例，并培養了兩名合格的彩超醫師。

根據相關衛生行政主管部門預測，按平均每名醫護人員到昆明等中心城市培訓的最低費用1 000元計，山灞遠程醫療網絡實現的上述結果，共為國家和醫療機構節約費用超過10億元。更為重要的是，通過遠程醫學教育，極大地提高了基層醫務人員的診療水平，同時規范了基層醫師的醫療行為。

遠程醫學從廣義上講是使用通信技術和計算機多媒體技術提供醫學信息和服務。它包括遠程診斷、遠程會診及護理、遠程教育、遠程醫學信息服務等所有醫學活動［7］。從狹義上講，是指遠程醫療，包括遠程影像學、遠程診斷及會診、遠程護理等醫療活動。基于衛星通訊的廣播式遠程教育系統和基于互聯網寬帶的遠程教育系統應用時間最長，范圍最為廣泛，效果最為肯定［8］。經過十多年的實踐，遠程繼續醫學教育的各個系統都有其不同的特點及良好的實用性［9］。

遠程醫學教育作為現代遠程教育的一大組成部分，是改善醫院人員工學矛盾的有效方式，也是為國家和醫療機構節約培訓費用、時間的有效方式，更是提高醫務工作人員醫療技術水平的必經之路［10］。

山灞遠程醫學教育系統具備功能強大，可實現的形式多樣，且業務流程具備靈活、簡便及專家資源豐富等特點，是目前國內遠程醫療及醫療信息化技術的理想系統平臺。

［1］張喜雨．遠程影像診療中心建設與遠程會診流程的設計［J］．中國數字醫學，2008，(6):67-70

［2］孫靜．遠程會診系統原型設計實現［J］．天津理工大學學報，2008，(2):88-90

［3］解文明，陶立華．從遠程醫療信息傳輸談下一代遠程醫療系統建設［J］．醫療衛生設備，2005，(5):12-14

［4］邊玉森，韓魯寧，劉宏波．遠程醫學體制的建立對軍隊衛生建設的影響［J］．醫學信息，2003，(1):5-7

［5］李明，呂建偉，馬明．我國遠程教育的質量問題與對策［J］．中國醫學教育技術，2008，22(6):579-582

［6］周麗君，徐旭東，劉安濱，等．衛星遠程醫學教育的應用和管理［J］．醫學研究生學報，2007，20(11):1189-1190

［7］付煥章．現代遠程教育現狀及發展趨勢分析［J］．青海師范大學學報:自然科學版，2001，(3):44-48

［8］鄭玉英，簡桂花，蔣金根，等．醫院遠程繼續醫學教育技術的發展與應用［J］．中國醫學教育技術，2008，22(1):72-75

［9］簡桂花，茅靜芳，蔣金根．腎穿刺病理遠程診斷的可行性研究［J］．中國臨床醫學，2007，(6):31233

［10］曹麒，李志剛，萬洪云，等．我國遠程醫學教育教學資源的調查研究［J］．中國繼續醫學教育，2010，(1):17-19