楊新光，石秀兵，吳志剛，劉亮，王旁，王德宇

第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院 醫(yī)療科，陜西西安 710032

基于數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的數(shù)字化手術(shù)示教系統(tǒng)

楊新光，石秀兵，吳志剛，劉亮，王旁，王德宇

第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院 醫(yī)療科，陜西西安 710032

0 前言

目的解決模擬信號在手術(shù)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(xiàn)有模擬信號在手術(shù)示教轉(zhuǎn)播中的應(yīng)用不足，將數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)應(yīng)用于手術(shù)示教系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了手術(shù)中的視頻互動直播教學(xué)。結(jié)果 該系統(tǒng)提高了手術(shù)轉(zhuǎn)播錄制視頻的清晰度，可更加便捷地增加視頻接受終端。結(jié)論 系統(tǒng)能很好地滿足醫(yī)院圍繞醫(yī)療、教學(xué)、科研為目的數(shù)字化建設(shè)需求，有助于臨床醫(yī)師之間的學(xué)術(shù)交流。

數(shù)字網(wǎng)絡(luò)；通訊技術(shù)；監(jiān)護(hù)儀；手術(shù)示教系統(tǒng)

傳統(tǒng)的手術(shù)視頻傳輸是基于模擬信號的延伸技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，這種方式存在施工復(fù)雜、信號干擾大及不可隨意改變接收點(diǎn)等弱點(diǎn)，不僅操作使用繁雜且系統(tǒng)維護(hù)工作量大，還不能與醫(yī)院新建設(shè)的信息化系統(tǒng)對接，已成為醫(yī)院信息化建設(shè)中的壁壘[1]。隨著網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，基于TCP/TP協(xié)議的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的手術(shù)示教系統(tǒng)，不但很好地解決了變更視頻接收點(diǎn)問題，而且實(shí)現(xiàn)了手術(shù)視頻的全高清記錄[2]。視頻可以進(jìn)行后期編輯、存儲到錄播服務(wù)器上供交流學(xué)習(xí)，并且達(dá)到在手術(shù)室直接完成本地視頻會診

1 設(shè)計(jì)思路

基于上述需求，我們根據(jù)國家智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)視頻轉(zhuǎn)播錄制系統(tǒng)的要求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求：

（1）實(shí)現(xiàn)多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀及計(jì)算機(jī)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(shù)的網(wǎng)絡(luò)手術(shù)視頻實(shí)時系統(tǒng)，不但通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時接收視頻直播，也適用于廣域網(wǎng)遠(yuǎn)程的接收實(shí)時手術(shù)直播。

（3）達(dá)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(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集最大分辨率1600×1200幀率，30幀/s；手術(shù)實(shí)時視頻直接通過攝像頭拍攝，音頻通過全向麥克風(fēng)直接進(jìn)入視音頻服務(wù)器設(shè)備進(jìn)行硬件采集、壓縮，高度保證了清晰度及色彩的真實(shí)性。系統(tǒng)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(tǒng)在手術(shù)室直接完成各項(xiàng)會診工作[4]。

2 系統(tǒng)設(shè)備配置及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

手術(shù)室內(nèi)分別放置了2～3臺高清編碼器和1套語音交互終端設(shè)備。高清編碼器用來采集術(shù)野攝像機(jī)信號、內(nèi)鏡圖像、高清全景攝像機(jī)信號；語音交互終端設(shè)備用來和示教終端醫(yī)生以及手術(shù)室內(nèi)醫(yī)生進(jìn)行語音交互使用[5]。手術(shù)室內(nèi)的信號經(jīng)過編碼后傳輸?shù)戒洸シ?wù)器上并存儲，錄播服務(wù)器將信號轉(zhuǎn)發(fā)到示教室或者內(nèi)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上，具有相關(guān)權(quán)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(wù)器，接收手術(shù)室的圖像及聲音，或者點(diǎn)播錄制好的音視頻文件。系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，見圖1。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)組成

手術(shù)示教系統(tǒng)由5部分組成：信號采集部分、信號存儲轉(zhuǎn)發(fā)部分、信號接收顯示部分、控制管理及語音交互部分、遠(yuǎn)程會診。

3.1 信號采集

信號采集部分主要負(fù)責(zé)采集醫(yī)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(wǎng)絡(luò)發(fā)送給錄播服務(wù)器。信號采集部分采集的信號包括全景攝像機(jī)信號、醫(yī)護(hù)儀器信號、PC視頻信號、音頻信號。信號采集部分主要的設(shè)備為高清編碼器、標(biāo)清編碼器、高清攝像機(jī)、音頻交互設(shè)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(zhuǎn)發(fā)

信號存儲轉(zhuǎn)發(fā)部分主要設(shè)備有錄播服務(wù)器、磁盤陣列等。

信號存儲轉(zhuǎn)發(fā)主要負(fù)責(zé)將網(wǎng)絡(luò)接收到的前端各種編碼器信號，發(fā)送到錄播服務(wù)器。錄播服務(wù)器接收網(wǎng)絡(luò)中編碼器發(fā)送的視頻流后進(jìn)行多路組合錄制，同時將直播手術(shù)室的多路視頻流，通過錄播服務(wù)器處理后直接存儲到擴(kuò)展的IP-SAN內(nèi)。通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送直播視頻流到接收客戶端，同時還響應(yīng)接收多客戶端的點(diǎn)播請求，手術(shù)完畢后即可點(diǎn)播。

3.3 信號接收顯示部分

信號接收顯示部分，主要負(fù)責(zé)從網(wǎng)絡(luò)接收前端多媒體錄播服務(wù)器發(fā)送的視頻流解碼，然后輸出給各種顯示設(shè)備。客戶端通過授權(quán)PC使用REACH.CL600多媒體錄播服務(wù)器（軟件/硬件），就能接收手術(shù)直播、點(diǎn)播、遠(yuǎn)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(tǒng)管理方式，再通過IP網(wǎng)絡(luò)對各種設(shè)備進(jìn)行管理控制以及系統(tǒng)的功能擴(kuò)展等。

語音交互主要通過IP語音終端完成手術(shù)室與示教觀摩端之間的語音交流功能，通過IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)手術(shù)室與示教室的語音交流。兩個IP語音終端即可實(shí)現(xiàn)手術(shù)室與示教室間點(diǎn)對點(diǎn)的語音交流，通過多方語音交互系統(tǒng)可擴(kuò)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(yuǎn)程會診

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

圖4 遠(yuǎn)程會診流程示意圖

4 結(jié)論

該系統(tǒng)運(yùn)用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，解決了現(xiàn)有模擬信號在手術(shù)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(tǒng)相比，可以更加便捷地增加視頻接收終端，提高手術(shù)轉(zhuǎn)播錄制視頻的清晰度和語音質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)視頻互動直播，并同步完成視頻與語音的編輯合成。該系統(tǒng)很好地滿足了醫(yī)院圍繞醫(yī)療、教學(xué)、科研為目的的數(shù)字化建設(shè)[7-8]，有效地縮短了患者救治時間，促進(jìn)了臨床醫(yī)生之間的學(xué)術(shù)交流，進(jìn)一步推動了向未來數(shù)字化醫(yī)院邁進(jìn)的步伐。

[1]韓乾.我院數(shù)字化手術(shù)室音視頻通訊網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2012,27（1）：68-72.

[2]朱晨雁,施華強(qiáng).遠(yuǎn)程病理診斷的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].診斷病理學(xué)雜志,2010,（1）：49,53.

[3]陳歡,李勁松,周天舒,等.全高清1080P手術(shù)示教系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國數(shù)字醫(yī)學(xué),2010,（1）：43-46.

[4]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,（3）：279-281.

[5]王國宏,鄭富強(qiáng),孫文澤,等.數(shù)字化手術(shù)室手術(shù)示教系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2010,（10）：84-85.

[6]吳正啟,陳曉芳.區(qū)域超聲影像遠(yuǎn)程會診網(wǎng)絡(luò)平臺的構(gòu)建及質(zhì)量控制[J].信息化研究,2010,（1）：9-11.

[7]張鵬.遠(yuǎn)程病理學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].浙江臨床醫(yī)學(xué),2004,（7）：633-634.

[8]彭毅,張宏陽.數(shù)字化手術(shù)室的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與討論[J].中國醫(yī)學(xué)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(xiàn)標(biāo)示碼]A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.07.029

1674-1633（2015）07-0093-03及遠(yuǎn)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(jì)算機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程教育方面的研究。

王德宇，主治醫(yī)師，主要從事醫(yī)院管理研究。

通訊作者郵箱：42344020@qq.com