基于數字網絡通訊技術的數字化手術示教系統

楊新光，石秀兵，吳志剛，劉亮，王旁，王德宇

第四軍醫大學西京醫院 醫療科，陜西西安 710032

基于數字網絡通訊技術的數字化手術示教系統

楊新光，石秀兵，吳志剛，劉亮，王旁，王德宇

第四軍醫大學西京醫院 醫療科，陜西西安 710032

0 前言

目的解決模擬信號在手術示教直播錄制過程中不能隨意變更視頻接收終端的問題。方法分析現有模擬信號在手術示教轉播中的應用不足，將數字網絡通訊技術應用于手術示教系統，實現了手術中的視頻互動直播教學。結果 該系統提高了手術轉播錄制視頻的清晰度，可更加便捷地增加視頻接受終端。結論 系統能很好地滿足醫院圍繞醫療、教學、科研為目的數字化建設需求，有助于臨床醫師之間的學術交流。

數字網絡；通訊技術；監護儀；手術示教系統

傳統的手術視頻傳輸是基于模擬信號的延伸技術來實現的，這種方式存在施工復雜、信號干擾大及不可隨意改變接收點等弱點，不僅操作使用繁雜且系統維護工作量大，還不能與醫院新建設的信息化系統對接，已成為醫院信息化建設中的壁壘[1]。隨著網絡信息化技術的飛速發展，基于TCP/TP協議的數字網絡通訊技術的手術示教系統，不但很好地解決了變更視頻接收點問題，而且實現了手術視頻的全高清記錄[2]。視頻可以進行后期編輯、存儲到錄播服務器上供交流學習，并且達到在手術室直接完成本地視頻會診

1 設計思路

基于上述需求，我們根據國家智能建筑設計標準視頻轉播錄制系統的要求，本系統設計應符合下列要求：

（1）實現多參數監護儀及計算機信息等同步輸入信號源，支持多路的視頻輸入，支持視頻及高清的電腦屏幕輸入方式。

（2）采用基于IP技術的網絡手術視頻實時系統，不但通過網絡實時接收視頻直播，也適用于廣域網遠程的接收實時手術直播。

（3）達到高清流暢的視頻及視頻與聲音同步需要，高清攝像頭通過HDMI（高清晰度多媒體接口）輸出；計算機數據采集最大分辨率1600×1200幀率，30幀/s；手術實時視頻直接通過攝像頭拍攝，音頻通過全向麥克風直接進入視音頻服務器設備進行硬件采集、壓縮，高度保證了清晰度及色彩的真實性。系統支持多線路連接，高清與VGA任意組合視頻源（包括電腦中的電子資料信息、音頻信息等）[3]。

（4）系統在手術室直接完成各項會診工作[4]。

2 系統設備配置及拓撲結構

手術室內分別放置了2～3臺高清編碼器和1套語音交互終端設備。高清編碼器用來采集術野攝像機信號、內鏡圖像、高清全景攝像機信號；語音交互終端設備用來和示教終端醫生以及手術室內醫生進行語音交互使用[5]。手術室內的信號經過編碼后傳輸到錄播服務器上并存儲，錄播服務器將信號轉發到示教室或者內網的計算機上，具有相關權限的用戶就可以用分配給自己的用戶名和密碼訪問錄播服務器，接收手術室的圖像及聲音，或者點播錄制好的音視頻文件。系統拓撲結構圖，見圖1。

圖1 系統拓撲結構圖

3 系統組成

手術示教系統由5部分組成：信號采集部分、信號存儲轉發部分、信號接收顯示部分、控制管理及語音交互部分、遠程會診。

3.1 信號采集

信號采集部分主要負責采集醫療活動中所需要傳輸和記錄的各種信號，編碼壓縮后通過IP網絡發送給錄播服務器。信號采集部分采集的信號包括全景攝像機信號、醫護儀器信號、PC視頻信號、音頻信號。信號采集部分主要的設備為高清編碼器、標清編碼器、高清攝像機、音頻交互設備[6]。信號采集編碼流程，見圖2。

圖2 信號采集編碼流程圖

3.2 信號存儲轉發

信號存儲轉發部分主要設備有錄播服務器、磁盤陣列等。

信號存儲轉發主要負責將網絡接收到的前端各種編碼器信號，發送到錄播服務器。錄播服務器接收網絡中編碼器發送的視頻流后進行多路組合錄制，同時將直播手術室的多路視頻流，通過錄播服務器處理后直接存儲到擴展的IP-SAN內。通過網絡發送直播視頻流到接收客戶端，同時還響應接收多客戶端的點播請求，手術完畢后即可點播。

3.3 信號接收顯示部分

信號接收顯示部分，主要負責從網絡接收前端多媒體錄播服務器發送的視頻流解碼，然后輸出給各種顯示設備。客戶端通過授權PC使用REACH.CL600多媒體錄播服務器（軟件/硬件），就能接收手術直播、點播、遠程會診等需求。

3.4 控制管理及語音交互部分

控制管理主要通過PC及軟件提供給用戶直觀、便捷的系統管理方式，再通過IP網絡對各種設備進行管理控制以及系統的功能擴展等。

語音交互主要通過IP語音終端完成手術室與示教觀摩端之間的語音交流功能，通過IP網絡實現手術室與示教室的語音交流。兩個IP語音終端即可實現手術室與示教室間點對點的語音交流，通過多方語音交互系統可擴展三方及以上的語音交互。語音交互示意圖，見圖3。

圖3 語音交互示意圖

3.5 遠程會診

主刀醫生在手術過程中碰見疑難問題，可以在手術室內網PC訪問REACH.CL600客戶端，填寫會診申請單保存到REACH.CL600視頻服務器。審批部門通過訪問REACH.600服務器，第一時間對會診申請單進行審批，并組織專家到遠程會診中心進行會診。遠程會診中心接到會診通知單，訪問REACH.CL600視頻服務器建立遠程會診。遠程會診流程示意圖，見圖4。

圖4 遠程會診流程示意圖

4 結論

該系統運用數字網絡通訊技術，解決了現有模擬信號在手術示教直播錄制過程中不能隨意變更視頻接受終端等問題。與同類系統相比，可以更加便捷地增加視頻接收終端，提高手術轉播錄制視頻的清晰度和語音質量，實現視頻互動直播，并同步完成視頻與語音的編輯合成。該系統很好地滿足了醫院圍繞醫療、教學、科研為目的的數字化建設[7-8]，有效地縮短了患者救治時間，促進了臨床醫生之間的學術交流，進一步推動了向未來數字化醫院邁進的步伐。

[1]韓乾.我院數字化手術室音視頻通訊網絡及應用[J].中國醫療設備,2012,27（1）：68-72.

[2]朱晨雁,施華強.遠程病理診斷的現狀與發展趨勢[J].診斷病理學雜志,2010,（1）：49,53.

[3]陳歡,李勁松,周天舒,等.全高清1080P手術示教系統的設計與實現[J].中國數字醫學,2010,（1）：43-46.

[4]符峰釗,羅娟,唐曉東.中小型醫院手術示教系統的建立及問題處理[J].實用醫藥雜志,2011,（3）：279-281.

[5]王國宏,鄭富強,孫文澤,等.數字化手術室手術示教系統的設計與應用[J].醫療衛生裝備,2010,（10）：84-85.

[6]吳正啟,陳曉芳.區域超聲影像遠程會診網絡平臺的構建及質量控制[J].信息化研究,2010,（1）：9-11.

[7]張鵬.遠程病理學的發展現狀及展望[J].浙江臨床醫學,2004,（7）：633-634.

[8]彭毅,張宏陽.數字化手術室的基礎設施建設與討論[J].中國醫學裝備,2010,（1）：2-4.

A Digital Operation Teaching System Based on Digital Network Communication Technology

YANG Xin-guang, SHI Xiu-bing, WU Zhi-gang, LIU Liang, WANG Pang, WANG De-yu
Department of Medicine, Xijiing Hospital, The Fourth Military Medical University, Xi'an Shanxi 710032, China

Objective To solve the problem that video-receiving terminals of simulation signals cannot be randomly changed during live operation recording and teaching.Methods Through analysis of the deficiency of existing analog signal broadcast in surgery teaching, the digital network communication technology was applied to the operation teaching system, which realized the intra-operative interactive video teaching.Results The system improved the definition of operation broadcast recording video and made it more convenient to add video-receiving terminals.Conclusion The system could meet the requirements of digital hospital construction in medical treatment, teaching and scientific researches, which promoted the academic communication between clinicians.

digital network；communication technology；monitors；operation teaching systems

TP37 [文獻標示碼]A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.07.029

1674-1633（2015）07-0093-03及遠程會診。

2015-03-27

修回日期：2015-05-29

本文作者：楊新光，工程師，主要從事計算機軟件、計算機網絡、遠程教育方面的研究。

王德宇，主治醫師，主要從事醫院管理研究。

通訊作者郵箱：42344020@qq.com