李俊杰，張琳娟，王春宇，王浩華，史愛華，宋偉倫

1. 西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院 麻醉手術(shù)部，陜西 西安 710061；2. 北京軒宇信息技術(shù)有限公司 西安研發(fā)中心，陜西 西安 710061；3. 北京控制工程研究所 軟件檢測站，北京 100190；4. 陜西省再生醫(yī)學(xué)與外科工程研究中心，陜西 西安 710061

引言

手術(shù)是外科診治的重要步驟，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及電子信息裝置的進(jìn)步，各類檢查報告均已實現(xiàn)圖文結(jié)合，而手術(shù)記錄仍主要采用純文字的記錄方式。圖像是對解剖和手術(shù)最佳的記錄形式，2015年中華醫(yī)學(xué)會外科手術(shù)學(xué)組專家通過了《倡用圖文外科手術(shù)記錄專家共識》[1]。通過記錄和保存術(shù)中影像材料生成圖文記錄，可用于手術(shù)中遠(yuǎn)程會診、協(xié)助病理醫(yī)生診斷、輔助醫(yī)患溝通、幫助術(shù)后隨訪人員了解術(shù)中細(xì)節(jié)、進(jìn)行術(shù)后案例學(xué)習(xí)及經(jīng)驗分享[2-5]。

圖文手術(shù)記錄系統(tǒng)可分為圖像采集及圖文記錄生成軟件2個主要單元。在圖像采集方面，腔鏡手術(shù)設(shè)備自身帶有視頻錄制和導(dǎo)出功能，開放手術(shù)則需要使用攝像裝置采集圖像，常見的采集方式及其不足之處如下[6]：① 頭戴式裝置固定于術(shù)者頭部完成圖像采集，很難保證手術(shù)畫面的穩(wěn)定性，且影響手術(shù)醫(yī)生的操作[7]；② 手持式由助手手持完成圖像采集，無法長時間錄制且畫面不穩(wěn)定；③ 現(xiàn)有固定式裝置主要是在手術(shù)人員頭上懸空拍攝，容易遮擋術(shù)者術(shù)野，且需要1名助理進(jìn)行畫面調(diào)整；④ 手術(shù)過程需要保持無菌性，上述裝置多不能由術(shù)者來操作，無法獲得術(shù)者想展示的圖像畫面[8]；⑤ 部分可以滿足無菌條件的設(shè)備采用過氧化氫等方式滅菌，成本較高，且對攝像裝置壽命有一定影響[9]。在圖文記錄生成方面，本團(tuán)隊已率先將圖文記錄應(yīng)用于膽道鏡手術(shù)中[10]及部分肝膽外科手術(shù)中[11]，獲得了良好的應(yīng)用效果?；诖?，本文旨在介紹手術(shù)用圖像采集及圖文生成系統(tǒng)的設(shè)計原理及試用過程，以期為提高外科手術(shù)記錄質(zhì)量奠定一定的理論基礎(chǔ)。

1 設(shè)計思路

外科手術(shù)圖像采集及圖文記錄生成系統(tǒng)的軟硬件工作示意圖如圖1所示，通過無菌熱封膜及磁性云臺技術(shù)解決微型攝像頭的無菌性問題，使手術(shù)醫(yī)生可自行調(diào)整鏡頭角度及距離；使用近距離微型無線攝像裝置，拍攝的視頻畫面不會被手術(shù)醫(yī)生遮擋；WiFi無線傳輸技術(shù)可使設(shè)備記錄的影像材料同步到移動端，供室內(nèi)其他醫(yī)務(wù)人員了解手術(shù)進(jìn)程；照片及視頻材料可快速傳輸至移動端，方便手術(shù)中醫(yī)生與患者家屬談話時使用；電腦端軟件根據(jù)手術(shù)視頻截取畫面，語音或鍵盤輸入畫面相關(guān)的手術(shù)信息，支持使用多種設(shè)備錄制的畫面生成圖文記錄，降低圖文記錄生成難度。

圖1 手術(shù)用圖像采集及圖文記錄生成系統(tǒng)工作示意圖

2 基本結(jié)構(gòu)

2.1 硬件部分

硬件部分主要由微型無線攝像裝置、熱縮型無菌保護(hù)套、磁性云臺、鋁合金支撐臂、移動端及電腦端6部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 手術(shù)用圖像采集（a）及圖文記錄生成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（b）

（1） 微型無線攝像裝置：采用本團(tuán)隊自主開發(fā)的攝像裝置，具有拍照、錄像、WiFi傳輸及語音播報等功能。主機(jī)體積為23 mm×24 mm×93 mm，質(zhì)量為49.75 g，搭載傳感器為1300萬SONY高感光度CMOS，錄像格式為mp4/H.264，質(zhì)量最高可達(dá)4K、60 FPS，拍照格式為jpeg，分辨率最高可達(dá)5200×3900像素，內(nèi)置WiFi模塊，無線同步傳輸?shù)漠嬅鏁挟嬞|(zhì)損失，可后期導(dǎo)出無損失畫面；1000 mAh鋰聚合物高壓電池，離線模式續(xù)航120 min，WiFi模式續(xù)航90 min，配備USB、Micro SD卡2種導(dǎo)出方式。

（2）熱縮型無菌保護(hù)套：熱縮型無菌防護(hù)膜是使用塑料光纖（Plastic Optical Fiber，POF）熱縮材料制成的無菌防護(hù)膜，結(jié)合熱風(fēng)機(jī)對材料塑形，使保護(hù)膜可以緊密附著于設(shè)備表面，POF材質(zhì)熱縮膜收縮后柔軟易用，且具有較好的抗合成血透過性、表面抗?jié)裥?、抗靜電性，熱縮型無菌保護(hù)套使用示意圖如圖3所示。

圖3 熱縮型無菌保護(hù)套使用示意圖

（3）磁性云臺：攝像裝置與鋁合金支撐臂之間的連接使用磁性云臺。攝像裝置與鋁合金支撐臂兩側(cè)各有1塊條形磁鐵，使用時只需相互靠近，2個設(shè)備將會在磁力的作用下自行連接。磁性云臺的使用保證了熱縮型無菌防護(hù)膜的完整性，從而保證了整套設(shè)備的無菌性。

（4）鋁合金支撐臂：鋁合金支撐臂由萬向連接桿和C型卡口2部分組成，整套裝置可進(jìn)行高壓蒸汽滅菌，手術(shù)過程中可與頭架或各類拉鉤配合使用。萬向連接桿全長300 mm，由3個關(guān)節(jié)和2個連接桿組成，一步鎖緊設(shè)計，可用中間旋鈕一次性鎖緊全部關(guān)節(jié)，節(jié)省操作時間；C型卡口采用一字型鋁合金旋鈕，可在術(shù)中牢固地固定在頭架及各類拉鉤上。

（5）移動端：移動端為手機(jī)或PAD設(shè)備，需要搭載安卓操作系統(tǒng)，市面上絕大多數(shù)的機(jī)型均可用。

（6）電腦端：電腦端如需觀看和編輯4K視頻，建議最低配置為CPU9代英特爾酷睿i5，4核心，8 MB緩存；顯卡大于2 GB顯存，如NVIDIA?GeForce?GTX 1650 4 GB；磁盤建議使用固態(tài)硬盤。僅需觀看和編輯1080P視頻時，使用日常辦公電腦即可。

2.2 軟件部分

（1）移動端軟件：移動端APP目前僅適配于安卓操作平臺，移動端包含主要功能為實況傳輸，操作攝像裝置進(jìn)行照相及錄制視頻，快速下載已錄制的照片和視頻，設(shè)置錄制視頻和照片質(zhì)量等，移動端軟件操作界面如圖4所示。

圖4 移動端軟件操作界面圖

（2）電腦端軟件：電腦端應(yīng)用基于C+語言，使用visual studio 2022進(jìn)行開發(fā)，適配于Windows系統(tǒng)，運行環(huán)境net framework 4.5。主要功能包括：填寫患者信息，視頻倍速播放，一鍵截取手術(shù)畫面，語音或手動輸入手術(shù)畫面對應(yīng)的文字記錄，生成、導(dǎo)出和打印手術(shù)記錄等，電腦端軟件操作界面如圖5所示。

圖5 電腦端軟件操作界面圖

2.3 使用方法

（1）術(shù)前準(zhǔn)備：微型無線攝像裝置充電；鋁合金支撐臂進(jìn)行高壓蒸汽滅菌；熱縮型無菌保護(hù)套1個，熱風(fēng)設(shè)備1臺。

（2）術(shù)中使用：巡回、洗手護(hù)士配合將攝像裝置裝入保護(hù)套，翻折袋口后使用磁性云臺的磁條固定，使用熱風(fēng)設(shè)備對熱縮無菌保護(hù)套進(jìn)行熱縮，保護(hù)套表面平整后即可使用，熱縮型無菌保護(hù)套操作方法如圖6所示。圖像采集時，由助手或主刀醫(yī)生將攝像裝置固定在理想位置后即可進(jìn)行手術(shù)操作。術(shù)中需要調(diào)整視角時，調(diào)整萬向支架即可，使用場景如圖7所示。

圖6 熱縮型無菌保護(hù)套操作方法

圖7 手術(shù)中使用場景示意圖（a）和手術(shù)中移動端觀看示意圖（b）

（3）導(dǎo)出圖像及編輯報告：術(shù)中需要使用圖片和影像進(jìn)行術(shù)中談話時可通過WiFi導(dǎo)出到手機(jī)。手術(shù)結(jié)束后通過電腦端軟件打開患者手術(shù)視頻，錄入患者信息后，任意從視頻中截取畫面，使用文字或語音輸入為圖片添加備注，重復(fù)上述操作，生成圖文手術(shù)記錄。

（4）打印報告：醫(yī)生將生成報告的電子版報告進(jìn)行打印，醫(yī)生簽字確認(rèn)后，報告制作完成。

3 臨床試用

3.1 試用對象與方法

3.1.1 試用對象及評價指標(biāo)

選擇我科2021年10月1—31日開展的30臺手術(shù)為試用對象。每臺手術(shù)均由2位參與手術(shù)的主治醫(yī)師分別選擇1種方式書寫手術(shù)記錄，對照組手術(shù)信息采用傳統(tǒng)的通過術(shù)后回憶進(jìn)行文字記錄，實驗組手術(shù)信息采用本研究研發(fā)的手術(shù)用圖像采集及圖文記錄生成系統(tǒng)，根據(jù)圖片、視頻等進(jìn)行圖文記錄。評價2種手術(shù)記錄書寫對比情況，包括病歷書寫時間、病歷書寫醫(yī)生與主刀醫(yī)生手術(shù)細(xì)節(jié)核對例數(shù)。

3.1.2 獲取信息量及教學(xué)參考意義評價

制作1份標(biāo)準(zhǔn)的手術(shù)文字記錄及圖文記錄進(jìn)行信息獲取量及教學(xué)參考評價。調(diào)查手術(shù)醫(yī)生27人、門診醫(yī)生25人、麻醉醫(yī)生20人、手術(shù)護(hù)士24人、患者及家屬共35人，對2種手術(shù)記錄形式進(jìn)行信息獲取量打分，滿分100分，分?jǐn)?shù)越高表示獲取的信息量越大。調(diào)查手術(shù)醫(yī)生32人，手術(shù)護(hù)士29人，對2種手術(shù)記錄形式的教學(xué)參考意義進(jìn)行評價，滿分100分，分?jǐn)?shù)越高表示教學(xué)參考意義越大。

3.2 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 26.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計量資料采用±s進(jìn)行描述，行t檢驗；計數(shù)資料采用n（%）進(jìn)行描述，行χ2檢驗分析，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

3.3 試用結(jié)果

3.3.1 2種記錄方式手術(shù)記錄書寫情況比較

實驗組病例書寫時間、書寫時與主刀醫(yī)生手術(shù)細(xì)節(jié)核對例數(shù)及手術(shù)記錄修改例數(shù)均低于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表1。

表1 2種記錄方式手術(shù)記錄書寫情況比較[n=30，±s，n（%）]

表1 2種記錄方式手術(shù)記錄書寫情況比較[n=30，±s，n（%）]

組別 書寫時間/min 手術(shù)細(xì)節(jié)核對 手術(shù)記錄修改對照組 28.1±7.9 9（30.0） 5（16.7）實驗組 22.9±6.7 2（6.7） 0 χ2/t值 2.729 4.007 5.455 P值 0.008 0.045 0.024

3.3.2 2種記錄方式獲取信息量與教學(xué)參考意義評價情況

實驗組手術(shù)記錄中門診醫(yī)生、麻醉醫(yī)生、手術(shù)護(hù)士、患者及家屬獲取信息量得分均高于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；而手術(shù)醫(yī)生對2種手術(shù)記錄獲得的信息量得分比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。實驗組手術(shù)記錄中手術(shù)醫(yī)生和手術(shù)護(hù)士的教學(xué)參考意義評價得分均高于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），見表2。

表2 2種記錄方式獲取信息量與教學(xué)參考意義評價比較（±s，分）

表2 2種記錄方式獲取信息量與教學(xué)參考意義評價比較（±s，分）

組別 手術(shù)記錄獲取信息量得分 教學(xué)參考意義評價得分手術(shù)醫(yī)生 門診醫(yī)生 麻醉醫(yī)生 手術(shù)護(hù)士 患者及家屬 手術(shù)醫(yī)生 手術(shù)護(hù)士對照組 69.5±9.0 64.6±4.2 66.9±5.5 71.2±7.8 70.1±10.6 74.6±7.8 67.7±7.4實驗組 72.7±8.1 73.5±6.3 73.4±5.1 77.6±8.7 87.6±8.3 79.6±6.2 82.4±9.4 t值 -1.249 -5.829 -3.954 -2.437 -6.493 -2.982 -5.882 P值 0.174 ＜0.001 ＜0.001 0.011 ＜0.001 0.006 ＜0.001

4 討論

4.1 手術(shù)用圖像采集及圖文記錄生成系統(tǒng)為開放手術(shù)圖文記錄提供硬件基礎(chǔ)

《倡用圖文外科手術(shù)記錄專家共識》[1]指出，開放手術(shù)若要滿足術(shù)者自由控制的拍攝，需要開發(fā)非接觸控制的或可以無菌化的拍攝設(shè)備。本研究開發(fā)的手術(shù)用圖像采集及圖文記錄生成系統(tǒng)中，鋁合金支撐臂可進(jìn)行高壓蒸汽滅菌，攝像裝置可以通過磁性云臺和本科室自主研發(fā)的熱縮型無菌保護(hù)套進(jìn)行物理屏障無菌化，使主刀醫(yī)生自行調(diào)節(jié)攝像位置成為可能。此外，內(nèi)置軟件與移動端、電腦端合作，便于醫(yī)生快速生成圖文手術(shù)記錄，極大地降低了生成手術(shù)圖文記錄的門檻，加快實現(xiàn)手術(shù)用圖文進(jìn)行記錄的進(jìn)程。

4.2 手術(shù)用圖像采集及圖文記錄生成系統(tǒng)能提高醫(yī)生工作效率

《病歷書寫基本規(guī)范》[12]明確規(guī)定，入出院記錄、手術(shù)記錄、死亡記錄要在24 h內(nèi)完成。但傳統(tǒng)的手術(shù)記錄是由下級醫(yī)師在術(shù)后手動完成，為醫(yī)師的臨床工作造成了極大的負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致病歷中文字出現(xiàn)大量復(fù)制粘貼的情況；此外，由于病歷書寫通常由非主刀醫(yī)師執(zhí)筆，為手術(shù)記錄的精確性帶來了一定的隱患[13-15]。本研究結(jié)果顯示，圖文報告的病例書寫時間、書寫時與主刀醫(yī)生手術(shù)細(xì)節(jié)核對例數(shù)及手術(shù)記錄修改例數(shù)均少于文字報告，與薛召等[10]研究結(jié)果一致。分析原因為，手術(shù)用圖像采集及圖文記錄生成系統(tǒng)能夠簡易、快捷、自主地收集手術(shù)圖像與語音信息，減少執(zhí)筆醫(yī)生術(shù)后撰寫病歷時回憶、反復(fù)和主刀醫(yī)生核對的時間；手術(shù)關(guān)鍵步驟時，醫(yī)生可使用語音操作設(shè)備截圖，不僅減少執(zhí)筆醫(yī)生手工剪輯獲取術(shù)中圖像資料的時間，還大大提高了病歷的真實性和精確性，從而提高了醫(yī)生的工作效率，并為進(jìn)一步規(guī)范臨床診療奠定了基礎(chǔ)。

4.3 手術(shù)用圖像采集及圖文記錄生成系統(tǒng)能提高患者診療記錄的信息量

基于手術(shù)環(huán)境的特殊性，術(shù)中的具體情況只能通過術(shù)者及手術(shù)記錄的文字描述進(jìn)行了解，無法做到場景重現(xiàn)且容易遺漏細(xì)節(jié)，對于非本專業(yè)的醫(yī)務(wù)人員理解難度大，更難以使患者及家屬理解，因此常出現(xiàn)文字醫(yī)療記錄無法滿足診療需求的情況[16]。本研究結(jié)果顯示，門診醫(yī)生、麻醉醫(yī)生、手術(shù)護(hù)士、患者及家屬在2組手術(shù)記錄獲取信息量得分方面差異有統(tǒng)計學(xué)意義，而手術(shù)醫(yī)生對2組手術(shù)記錄獲得的信息量對比差異無統(tǒng)計學(xué)意義。原因為對手術(shù)醫(yī)生而言，圖文記錄中的描述與其自身手術(shù)中掌握的患者手術(shù)信息基本一致，沒有額外提供信息量；而對麻醉醫(yī)生、手術(shù)護(hù)士而言，圖文手術(shù)記錄既包含術(shù)中的影像材料，又包含相應(yīng)的文字注釋，與傳統(tǒng)手術(shù)記錄相比，提供了更多易于理解的圖像信息，對其配合手術(shù)能提供一定的參考依據(jù)。此外，圖文手術(shù)記錄使患者及家屬能夠看到更多的客觀資料，增加了對醫(yī)生的信任，也為后期隨訪、復(fù)查與轉(zhuǎn)診提供了更詳盡的信息[16-17]。

4.4 手術(shù)用圖像采集及圖文記錄生成系統(tǒng)能夠提供更全面的臨床教學(xué)資料

由于專業(yè)知識及認(rèn)知的不同，可能會使不同專業(yè)或年資的醫(yī)務(wù)工作者對手術(shù)記錄中某些手術(shù)步驟的文字描述產(chǎn)生理解偏差[1]。而本研究結(jié)果顯示，在教學(xué)參考意義方面，手術(shù)醫(yī)生和手術(shù)護(hù)士對2種手術(shù)記錄的評價差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，可能是清晰的手術(shù)圖像使手術(shù)過程更直觀，配合手術(shù)記錄中的專業(yè)文字注釋使枯燥的文字更容易理解，二者的結(jié)合能夠提高醫(yī)學(xué)生、手術(shù)護(hù)士的學(xué)習(xí)興趣，從而為縮短年輕醫(yī)師的培養(yǎng)時間提供條件。圖文手術(shù)記錄的實現(xiàn)，使更多的手術(shù)過程被用更加形象地術(shù)中畫面記錄下來，為年輕醫(yī)生的學(xué)習(xí)和理解提供了更多的參考資料和極大的便利[18-20]。

4.5 不足與展望

本研究在臨床試用中發(fā)現(xiàn)，手術(shù)用圖像采集及圖文記錄生成系統(tǒng)還存在以下幾個問題：① 微型無線攝像裝置的電源容量較小，待機(jī)時長需要進(jìn)一步提升；② WiFi模式下同步的視頻畫面清晰度有所損失，應(yīng)通過技術(shù)手段進(jìn)行避免；③ 移動端和電腦端的軟件設(shè)計較為簡陋，在美化、設(shè)計上都還有較大的優(yōu)化空間；④ 在應(yīng)用過程中可對醫(yī)護(hù)和患者進(jìn)行問卷調(diào)查，將反饋信息用于系統(tǒng)的改進(jìn)與提升，以提高圖文記錄生成系統(tǒng)應(yīng)用的醫(yī)患滿意度。

5 結(jié)論

本研究研發(fā)的手術(shù)用圖像采集及圖文記錄生成系統(tǒng)能夠解決傳統(tǒng)圖像記錄中出現(xiàn)的無法保持無菌性、畫面晃動、畫面遮擋等問題，軟件端支持對多種設(shè)備錄制視頻的導(dǎo)入，降低了圖文手術(shù)記錄的使用限制，加快了手術(shù)記錄規(guī)范化進(jìn)程，可為提升醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量與醫(yī)院信息化建設(shè)奠定基礎(chǔ)。