基于数字网络通讯技术的数字化手术示教系统

杨新光，石秀兵，吴志刚，刘亮，王旁，王德宇

第四军医大学西京医院 医疗科，陕西西安 710032

基于数字网络通讯技术的数字化手术示教系统

杨新光，石秀兵，吴志刚，刘亮，王旁，王德宇

第四军医大学西京医院 医疗科，陕西西安 710032

0 前言

目的解决模拟信号在手术示教直播录制过程中不能随意变更视频接收终端的问题。方法分析现有模拟信号在手术示教转播中的应用不足，将数字网络通讯技术应用于手术示教系统，实现了手术中的视频互动直播教学。结果 该系统提高了手术转播录制视频的清晰度，可更加便捷地增加视频接受终端。结论 系统能很好地满足医院围绕医疗、教学、科研为目的数字化建设需求，有助于临床医师之间的学术交流。

数字网络；通讯技术；监护仪；手术示教系统

传统的手术视频传输是基于模拟信号的延伸技术来实现的，这种方式存在施工复杂、信号干扰大及不可随意改变接收点等弱点，不仅操作使用繁杂且系统维护工作量大，还不能与医院新建设的信息化系统对接，已成为医院信息化建设中的壁垒[1]。随着网络信息化技术的飞速发展，基于TCP/TP协议的数字网络通讯技术的手术示教系统，不但很好地解决了变更视频接收点问题，而且实现了手术视频的全高清记录[2]。视频可以进行后期编辑、存储到录播服务器上供交流学习，并且达到在手术室直接完成本地视频会诊

1 设计思路

基于上述需求，我们根据国家智能建筑设计标准视频转播录制系统的要求，本系统设计应符合下列要求：

（1）实现多参数监护仪及计算机信息等同步输入信号源，支持多路的视频输入，支持视频及高清的电脑屏幕输入方式。

（2）采用基于IP技术的网络手术视频实时系统，不但通过网络实时接收视频直播，也适用于广域网远程的接收实时手术直播。

（3）达到高清流畅的视频及视频与声音同步需要，高清摄像头通过HDMI（高清晰度多媒体接口）输出；计算机数据采集最大分辨率1600×1200帧率，30帧/s；手术实时视频直接通过摄像头拍摄，音频通过全向麦克风直接进入视音频服务器设备进行硬件采集、压缩，高度保证了清晰度及色彩的真实性。系统支持多线路连接，高清与VGA任意组合视频源（包括电脑中的电子资料信息、音频信息等）[3]。

（4）系统在手术室直接完成各项会诊工作[4]。

2 系统设备配置及拓扑结构

手术室内分别放置了2～3台高清编码器和1套语音交互终端设备。高清编码器用来采集术野摄像机信号、内镜图像、高清全景摄像机信号；语音交互终端设备用来和示教终端医生以及手术室内医生进行语音交互使用[5]。手术室内的信号经过编码后传输到录播服务器上并存储，录播服务器将信号转发到示教室或者内网的计算机上，具有相关权限的用户就可以用分配给自己的用户名和密码访问录播服务器，接收手术室的图像及声音，或者点播录制好的音视频文件。系统拓扑结构图，见图1。

图1 系统拓扑结构图

3 系统组成

手术示教系统由5部分组成：信号采集部分、信号存储转发部分、信号接收显示部分、控制管理及语音交互部分、远程会诊。

3.1 信号采集

信号采集部分主要负责采集医疗活动中所需要传输和记录的各种信号，编码压缩后通过IP网络发送给录播服务器。信号采集部分采集的信号包括全景摄像机信号、医护仪器信号、PC视频信号、音频信号。信号采集部分主要的设备为高清编码器、标清编码器、高清摄像机、音频交互设备[6]。信号采集编码流程，见图2。

图2 信号采集编码流程图

3.2 信号存储转发

信号存储转发部分主要设备有录播服务器、磁盘阵列等。

信号存储转发主要负责将网络接收到的前端各种编码器信号，发送到录播服务器。录播服务器接收网络中编码器发送的视频流后进行多路组合录制，同时将直播手术室的多路视频流，通过录播服务器处理后直接存储到扩展的IP-SAN内。通过网络发送直播视频流到接收客户端，同时还响应接收多客户端的点播请求，手术完毕后即可点播。

3.3 信号接收显示部分

信号接收显示部分，主要负责从网络接收前端多媒体录播服务器发送的视频流解码，然后输出给各种显示设备。客户端通过授权PC使用REACH.CL600多媒体录播服务器（软件/硬件），就能接收手术直播、点播、远程会诊等需求。

3.4 控制管理及语音交互部分

控制管理主要通过PC及软件提供给用户直观、便捷的系统管理方式，再通过IP网络对各种设备进行管理控制以及系统的功能扩展等。

语音交互主要通过IP语音终端完成手术室与示教观摩端之间的语音交流功能，通过IP网络实现手术室与示教室的语音交流。两个IP语音终端即可实现手术室与示教室间点对点的语音交流，通过多方语音交互系统可扩展三方及以上的语音交互。语音交互示意图，见图3。

图3 语音交互示意图

3.5 远程会诊

主刀医生在手术过程中碰见疑难问题，可以在手术室内网PC访问REACH.CL600客户端，填写会诊申请单保存到REACH.CL600视频服务器。审批部门通过访问REACH.600服务器，第一时间对会诊申请单进行审批，并组织专家到远程会诊中心进行会诊。远程会诊中心接到会诊通知单，访问REACH.CL600视频服务器建立远程会诊。远程会诊流程示意图，见图4。

图4 远程会诊流程示意图

4 结论

该系统运用数字网络通讯技术，解决了现有模拟信号在手术示教直播录制过程中不能随意变更视频接受终端等问题。与同类系统相比，可以更加便捷地增加视频接收终端，提高手术转播录制视频的清晰度和语音质量，实现视频互动直播，并同步完成视频与语音的编辑合成。该系统很好地满足了医院围绕医疗、教学、科研为目的的数字化建设[7-8]，有效地缩短了患者救治时间，促进了临床医生之间的学术交流，进一步推动了向未来数字化医院迈进的步伐。

[1]韩乾.我院数字化手术室音视频通讯网络及应用[J].中国医疗设备,2012,27（1）：68-72.

[2]朱晨雁,施华强.远程病理诊断的现状与发展趋势[J].诊断病理学杂志,2010,（1）：49,53.

[3]陈欢,李劲松,周天舒,等.全高清1080P手术示教系统的设计与实现[J].中国数字医学,2010,（1）：43-46.

[4]符峰钊,罗娟,唐晓东.中小型医院手术示教系统的建立及问题处理[J].实用医药杂志,2011,（3）：279-281.

[5]王国宏,郑富强,孙文泽,等.数字化手术室手术示教系统的设计与应用[J].医疗卫生装备,2010,（10）：84-85.

[6]吴正启,陈晓芳.区域超声影像远程会诊网络平台的构建及质量控制[J].信息化研究,2010,（1）：9-11.

[7]张鹏.远程病理学的发展现状及展望[J].浙江临床医学,2004,（7）：633-634.

[8]彭毅,张宏阳.数字化手术室的基础设施建设与讨论[J].中国医学装备,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 [文献标示码]A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.07.029

1674-1633（2015）07-0093-03及远程会诊。

2015-03-27

修回日期：2015-05-29

本文作者：杨新光，工程师，主要从事计算机软件、计算机网络、远程教育方面的研究。

王德宇，主治医师，主要从事医院管理研究。

通讯作者邮箱：42344020@qq.com