羅 娟，符峰釗，唐曉東

解放軍第150醫(yī)院全軍醫(yī)院信息管理研究基地，河南 洛陽 471031

醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)手術(shù)示教系統(tǒng)是通過實(shí)時(shí)手術(shù)視頻直播、現(xiàn)場語音解說同步的方式，用于常規(guī)手術(shù)教學(xué)、創(chuàng)新手術(shù)或疑難手術(shù)演示以及學(xué)術(shù)會(huì)議交流的一種教學(xué)形式。解放軍第150醫(yī)院全軍醫(yī)院是四所醫(yī)學(xué)高等院校的教學(xué)醫(yī)院，通過建立手術(shù)示教系統(tǒng)，徹底解決了實(shí)習(xí)學(xué)生現(xiàn)場觀摩手術(shù)所造成手術(shù)間擁擠、影響手術(shù)者操作和層流手術(shù)室管理等問題［1］，有力地促進(jìn)了臨床教學(xué)質(zhì)量的提高。

1 系統(tǒng)構(gòu)架

網(wǎng)絡(luò)手術(shù)示教系統(tǒng)基本分為三個(gè)部分:音視頻信號采集、控制、示教終端，每部分根據(jù)具體要求在此基礎(chǔ)上逐一擴(kuò)展［2］(如圖1所示)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1．1 音視頻采集

指采集手術(shù)間內(nèi)與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的視頻信號，包括手術(shù)間全景攝像、手術(shù)視野、各類腔鏡視頻、醫(yī)療儀器影像輸出和手術(shù)操作者現(xiàn)場的語言音頻信號。多媒體設(shè)備包括攝像機(jī)、視頻編碼設(shè)備和語音設(shè)備，其產(chǎn)生的影像信息傳輸?shù)椒?wù)器。視頻編碼設(shè)備的功能是通過目前常用的H．264視頻壓縮技術(shù)將影像手術(shù)視頻信號［3］、腔鏡視頻信號等編碼成視頻流媒體信號，傳輸?shù)浇虒W(xué)視頻服務(wù)器。H．264視頻壓縮技術(shù)是ITU-T和MPEG合作制定的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)應(yīng)用涵蓋了有線電視遠(yuǎn)程監(jiān)控、交互媒體、數(shù)字電視、視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播、流媒體服務(wù)等視頻服務(wù)。H．264在幀內(nèi)編碼、幀間預(yù)測、變換量化和嫡編碼等方面采用了多種新技術(shù)，大幅提高了編碼效率，具有低碼率、容錯(cuò)能力強(qiáng)、高質(zhì)量圖像和網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，并可保證錄像資源清晰地轉(zhuǎn)換為其他視頻格式，最大限度地減少視頻質(zhì)量損失［4］。視頻服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)傳送視頻信息到工作站終端。語音設(shè)備對語音信號進(jìn)行實(shí)時(shí)編碼成音頻流媒體信號，傳輸?shù)秸Z音服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)語音的雙向交互傳送。

1．2 控制與傳輸

控制是系統(tǒng)的核心部分，是對前端音視頻信號采集、分發(fā)、錄制等進(jìn)行控制。傳輸是系統(tǒng)的樞紐，包括線纜和交換機(jī)兩部分。交換機(jī)具有千兆端口傳輸、遠(yuǎn)程供電和易擴(kuò)充性等特點(diǎn)，能完成大流量多媒體數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和管理。線纜采用標(biāo)準(zhǔn)雙絞線，連接終端設(shè)備與交換機(jī)構(gòu)造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，用于實(shí)現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、視頻等多媒體數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

1．3 示教終端

包括視頻終端和語音終端兩個(gè)部分。視頻終端由高性能PC和顯示終端構(gòu)成，將視頻圖像進(jìn)行解碼，通過具有視頻圖像高清晰度的大屏幕和分屏顯示。語音終端采用IP電話終端，具有靜音選擇、音視頻同步、網(wǎng)絡(luò)供電和多方交互等特點(diǎn)，與語音服務(wù)器連接，滿足聲音雙向傳輸?shù)慕虒W(xué)需求。

2 系統(tǒng)建立

系統(tǒng)的建立根據(jù)醫(yī)院所需而建，教學(xué)醫(yī)院側(cè)重常規(guī)教學(xué)，臨床醫(yī)院則是以疑難手術(shù)、學(xué)術(shù)交流和常規(guī)手術(shù)技巧為主而建立。

2．1 手術(shù)間

手術(shù)示教視頻直播系統(tǒng)安裝在麻醉科指定的手術(shù)間內(nèi)，必須有網(wǎng)絡(luò)接口。安裝多少系統(tǒng)，可根據(jù)醫(yī)院自身?xiàng)l件而定。筆者認(rèn)為，中等醫(yī)院安裝一套既可［5］，手術(shù)科室需要錄像時(shí)，提前上報(bào)麻醉科給予安排，這樣既解決問題又節(jié)省經(jīng)費(fèi)。我們在手術(shù)間內(nèi)設(shè)置2臺(tái)攝像機(jī)，頂端安裝一臺(tái)帶廣角鏡頭的彩色半球攝像機(jī)，作為手術(shù)室全景攝像;主攝像機(jī)安裝在手術(shù)床專用無影燈上，機(jī)座為搖臂式，作為手術(shù)特寫攝像，搖臂根據(jù)手術(shù)部位隨機(jī)調(diào)整，云臺(tái)可隨手術(shù)需求變焦，推拉鏡頭。如果是教學(xué)片的錄制，還需備用一臺(tái)可移動(dòng)數(shù)字高清攝像機(jī)，由專業(yè)攝像人員操作，專門錄制搖臂無法切入到深部位置的手術(shù)［6］。

2．2 學(xué)術(shù)廳

學(xué)術(shù)廳安裝控制器，視頻信號、雙向?qū)χv音頻信號通過控制盒接入學(xué)術(shù)廳，廳內(nèi)設(shè)大屏幕投影機(jī)，以展示手術(shù)全景和局部特寫畫面;控制器對視頻圖像的角度及聲音進(jìn)行隨機(jī)調(diào)控和切換。同時(shí)，通過雙向?qū)χv系統(tǒng)，聽課人員可實(shí)時(shí)與手術(shù)操作者互動(dòng)提問、解答和討論。2009年和2011年150醫(yī)院舉辦了第九屆全國胃腸外科學(xué)術(shù)會(huì)議和首屆全軍結(jié)直腸外科學(xué)術(shù)會(huì)。會(huì)上，成功地利用手術(shù)示教系統(tǒng)現(xiàn)場進(jìn)行手術(shù)直播，全面滿足手術(shù)示教系統(tǒng)音視頻實(shí)時(shí)同步、高畫質(zhì)、高保真的要求［7］，得到與會(huì)代表的好評。

2．3 工作站終端

手術(shù)間全景和搖臂攝像機(jī)的視頻信號及雙向?qū)χv音頻信號通過編碼器等接入醫(yī)院局域網(wǎng)，工作站即可現(xiàn)場觀摩。工作站終端包括所有局域網(wǎng)用戶，可選擇性地瀏覽視頻，進(jìn)行設(shè)備的控制、與術(shù)者雙向語音對講以及視頻點(diǎn)播。一般而言，為了病區(qū)工作秩序，臨床科室只配置主任辦公室或一臺(tái)公共視頻電腦，便于教學(xué)和觀摩。也可通過專線寬帶(Qos等)接入醫(yī)院外，如異地現(xiàn)場會(huì)議教學(xué)等。

2．4 管理員終端

數(shù)據(jù)管理員終端設(shè)在信息中心，除直播觀摩手術(shù)全程外，重要的是為管理員提供了維護(hù)和管理界面。管理員隨時(shí)通過管理端對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，進(jìn)行手術(shù)現(xiàn)場、工作站終端的管理以及設(shè)備維護(hù)和錄像資料的管理。

3 系統(tǒng)配置

3．1 硬件平臺(tái)

包括應(yīng)用服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器和視頻中心PC。應(yīng)用服務(wù)器和存儲(chǔ)服務(wù)器均采用Intel Pentium 2．4 G以上的處理器，2 G以上的內(nèi)存，磁盤空間為20 G以上，顯示器要求在1 024×768以上，配置網(wǎng)絡(luò)適配卡和光驅(qū)。視頻中心PC的處理器配置要求和上述服務(wù)器相同，但顯示器要求較高，需至少達(dá)到1 024×768以上，32 MB顯存的顯卡，以保證手術(shù)視頻圖像局部或特寫的清晰，同樣配置網(wǎng)絡(luò)適配卡和光驅(qū)。

3．2 網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)

安裝并配置TCP/IP協(xié)議。有的單位只保證特定用戶使用手術(shù)視頻直播，需要配置新的TCP/IP協(xié)議。為了方便臨床工作站能及時(shí)觀摩、學(xué)習(xí)和瀏覽，其TCP/IP協(xié)議最好與局域網(wǎng)統(tǒng)一，滿足臨床工作站的需求。局域網(wǎng)工作站終端的配置無特殊要求，只需給固定瀏覽的電腦配置音響。

3．3 瀏覽器

使用前必須預(yù)先安裝Microsoft Internet Explorer 6．0及以上版本。IE網(wǎng)頁瀏覽器的安全屬性，設(shè)置為支持ActiveX控件的運(yùn)行;注意不要用FireFox、Opera、Netscape等其他非IE內(nèi)核瀏覽器，否則有些頁面功能會(huì)無法使用。

3．4 投影顯示系統(tǒng)

學(xué)術(shù)廳數(shù)據(jù)投影機(jī)對分辨率要求較高，分辨率為XGA(1 024×768)兼容SX GA(1 280×1 024)。提供電子放大、漫游及電腦鼠標(biāo)操控等功能［8］。

3．5 音響系統(tǒng)

遠(yuǎn)程手術(shù)教學(xué)時(shí)，音響系統(tǒng)的配置非常重要，它是傳輸手術(shù)操作者現(xiàn)場解說的通道。音響系統(tǒng)由功率放大器、音箱、調(diào)音臺(tái)、麥克風(fēng)等設(shè)備構(gòu)成，它通過有機(jī)的結(jié)合把聲音放大，產(chǎn)生一個(gè)完美的聲場效果。

3．6 攝像系統(tǒng)

為保證視頻錄像畫面清晰度高、操控性強(qiáng)，手術(shù)間內(nèi)所安裝的兩臺(tái)攝像設(shè)備，全景采用SSC-RP49P，移動(dòng)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)采用索尼高清攝像機(jī)DXC-390，高性能旋轉(zhuǎn)云臺(tái)為RA-PH800，控制器為RA-RP608，較好地滿足了學(xué)術(shù)廳現(xiàn)場、工作站終端的收看以及教學(xué)片的錄制，且性能和效果較好。

3．7 多功能控制器

網(wǎng)絡(luò)手術(shù)視頻直播系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)、影像、音響設(shè)備的多種集合，其控制器尤為重要。我們配置的控制器為RA-RP608，該系統(tǒng)功能強(qiáng)，可將多路輸入輸出信號以及燈光、屏幕控制集中于一體，操作方便。

手術(shù)示教系統(tǒng)的建立，應(yīng)充分利用醫(yī)院現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，基于院內(nèi)局域網(wǎng)的千兆主干網(wǎng)，設(shè)計(jì)合理的系統(tǒng)實(shí)施方案。該系統(tǒng)可完成全方位的手術(shù)視頻直播任務(wù)，還能解決動(dòng)態(tài)影像的網(wǎng)絡(luò)傳輸與資料存檔。它直觀、形象、生動(dòng)、靈活，易于記憶、理解和運(yùn)用，有助于增強(qiáng)教學(xué)效果和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力［9］，提升臨床、教學(xué)、學(xué)術(shù)交流等方面的品位和效果，為臨床醫(yī)護(hù)人員提供更為方便快捷的信息服務(wù)。

［1］譚珂，潘新華，郭天泉．基于P2P技術(shù)的手術(shù)視頻網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］．中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2008，22(4):385-387

［2］張博．手術(shù)示教系統(tǒng)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)［J］．中國醫(yī)療設(shè)備，2009，24(3):61-62

［3］劉鋒，曾凡，黃昊．基于局域網(wǎng)的臨床手術(shù)示教系統(tǒng)的構(gòu)建［J］．重慶醫(yī)學(xué)，2009，38(21):2656-2658

［4］高山，魏周朝，賈子杰．基于H．264高清手術(shù)直播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］．中國醫(yī)療設(shè)備，2008，23(8):34-36

［5］符峰釗，羅娟，唐曉東．中小型醫(yī)院手術(shù)示教系統(tǒng)的建立及問題處理［J］．實(shí)用醫(yī)藥雜志，2011，28(3):279-281

［6］羅娟，符峰釗．醫(yī)院手術(shù)教學(xué)片制作要求與技術(shù)處理［J］．中國醫(yī)療設(shè)備，2010，25(1):57-59

［7］劉建廣．高清非標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)學(xué)圖像在手術(shù)示教中的解決實(shí)例分析［J］．中國醫(yī)藥導(dǎo)報(bào)，2008，5(32):201-102

［8］王軍，徐新智，呂榮，等．骨科手術(shù)多媒體實(shí)時(shí)教學(xué)系統(tǒng)的建立與應(yīng)用［J］．中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2003，17(6):382-386

［9］宋智鋼，蔡鄭東，卓冬蘭，等．多媒體技術(shù)在外科手術(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探索［J］．中國醫(yī)學(xué)教育技術(shù)，2007，21(2):125-127