开发具有自主特色的数字一体化手术室系统的思考

王云龙

上海医疗器械股份有限公司，上海200093

·医疗器械园地·

开发具有自主特色的数字一体化手术室系统的思考

王云龙

上海医疗器械股份有限公司，上海200093

提高医院手术室的效率、改善医院手术室流程一直是医院手术室设备发展研究的热点。该研究结合所承担的上海市科委重大科技攻关项目“数字一体化手术室的研发与产业化”项目，根据企业现有的产品情况，提出了通过对公司现有手术室设备的数字化端口改造，并设计新的中央控制系统，实现对术中所有手术设备的控制，形成具有自主特色的数字一体化手术室的设计方案，为临床手术提供更好的支持。

一体化手术室;数字式;手术室方案

数字一体化手术室是医院数字化、信息化建设的重要组成部分，数字一体化手术室的使用更加符合当今手术室操作规程，也更加适合微创手术等现代手术技术的开展，是医疗技术发展到一定程度的产物。

欧美等发达国家在20世纪90年代初就开展了数字化手术室的研发。调查显示，使用数字一体化手术室，可以使手术效率提高5%～10%，同时也提高了手术室的洁净度，降低了手术室内的交叉感染。国际上著名的医疗器械厂商如美国的史赛克公司、德国的卡尔史托斯公司及日本的奥林巴斯公司等借助自身在骨科、内窥镜和泌尿外科等专业领域的优势，推出了一系列数字一体化手术室方案。

近年来我国医疗机构数字化建设发展迅猛，医院手术室硬件数字化建设已达到相当高的水平，包括PACS系统、HIS系统和RIS系统在内的医院信息化系统已得到充分使用。随着我国医疗信息化建设速度的加快和数字一体化手术室技术的不断成熟，可以预计未来数字一体化手术室的建设也会快速增长。目前，国外先进的数字一体化手术室产品在国内的应用和推广，受到了越来越多医院的关注。在一些经济发达地区，数字一体化手术室建设已经呈现出由三级医院向二级医院扩展的趋势。

上海医疗器械股份有限公司是国内最早从事医院手术室设备生产的企业。进行数字一体化手术室产品的开发，既是对公司现有产品技术的全面提升，使产品技术从模拟技术向数字技术转化;同时也是对现有产品门类的拓展和延伸，注入更符合现代特征的高端手术室产品。因此开展“数字一体化手术室的研发与产业化”项目研究，非常有必要。

该研究在公司现有的产品技术基础上，探索如何形成一个既能满足医院数字一体化手术室需要，又具有自主特色的数字一体化手术室的设计方案，为临床提供稳定的、具有较高技术水平和竞争力的数字一体化手术室产品。

1 传统手术室模式存在的主要弊端

传统手术室的模式是:手术室的中间安置手术台，手术台上方是手术无影灯;在手术台四周摆放着各种设备，连接设备的线路密密麻麻地分布在手术台周围，设备之间不能够很好地做到相互联结，医师在手术操作过程中还要时刻警惕不要被脚下的各种线路绊倒，以免出现安全和医疗事故。

传统手术室的模式存在的主要弊端:(1)场地拥挤，洁净物与污染物的处理困难，手术环境容易受到污染。(2)设备控制单元大多是独立的单元，术中医师需要通过其他人员来操作和监控各种设备，极不方便。(3)设备布局比较混乱，地面线路密集，医护人员操作和活动范围受限。(4)信息网络化比较差，不能做到与医院数据和影像及时共享。(5)远程医疗和教学通讯配置不高，无视音频系统，手术观摩和学术交流比较困难。

传统手术室的弊端已经制约正常手术的开展。传统手术室不仅影响手术时间和手术效率，而且容易产生手术安全事故，不能最大限度充分共享医院数据和影像等信息，方便地开展各种远程医疗和手术观摩交流活动。

2 技术进步促进了数字化手术室的发展

计算机和其他新技术的发展促使手术室进入了科学引导下外科的数字智能化时代。数字化手术室是20世纪90年代后出现的集成医学系统，是临床医学工程的重大成果。但在我国，初期的数字化手术室主要以视频示教和麻醉信息管理为主，而且大多数医院的手术信息系统只是一个相对独立的系统，并没有与医院的信息系统相集成［1］。具体表现为数字化手术室配套的各种信息系统，多由不同公司开发完成，由于没有采用统一的DICOM、HL7协议，给各个系统相互间的信息共享带来问题。此外，大多数数字化手术室系统还不能与其他厂家的设备完全兼容，致使数字化手术系统的部分功能无法实现［2］，达不到数字化手术室实现集中控制的预期目标。

发达国家在数字化手术室的研发方面领先中国。国际上许多著名医疗器械厂商借助于在骨科、内窥镜、泌尿外科及设备控制等领域的优势，推出了一系列更高水平的数字化手术室整体方案。这些公司开发的数字化手术室有许多共同的特点:(1)以信息网络为平台，集数据存储与传输技术、数据转换与接口技术、图像处理与分析技术及机电设备自动控制技术等于一体。(2)将信息化与医学影像、医疗设备等各种系统进行融合设计，实现了设备的集中控制。(3)通过高清医用影像信息系统对手术进程进行监控和储存，并且采取实时交互的形式与医院信息系统实现对接，实现信息共享。(4)开展远程演示、教学，为整个手术提供更加高效、舒适、安全和便利的环境，形成数字一体化手术室整体方案。

3 自主特色的数字一体化手术室系统方案的思考

数字一体化手术室是一个系统，它可以根据临床的不同需求及不同医师的使用偏好进行量身定做，因此数字一体化手术室也是个性化的产品。但尽管数字一体化手术室根据使用方向的不同，有各种不同的配置，但其基本功能主要包括一体化手术室影音管理系统、一体化手术室集中控制系统、一体化手术室存储系统和一体化手术室交互式示教系统四个组成部分［3］。

如何根据临床的需要，结合公司自身具有的优势，扬长避短，开发具有自主特色的数字一体化手术室系统，实现差异化竞争，这是企业在制定开发方案时必须考虑的问题。

上海医疗器械股份有限公司是国内生产医院手术室设备最早、门类相对比较齐全的企业之一。多年来始终以国际先进水平为目标，自主研制系列手术室设备，多项单机设备具有自主知识产权，已经达到国际先进水平或国内领先水平。通过走访医院、与国际上许多同行进行交流沟通，借鉴国际上数字一体化手术室技术发展的经验，结合公司现有的技术基础，提出了以自主创新为主、以市场需求为出发点的开发原则，通过对公司现有产品进行集成创新，使之成为具有自主特色的数字一体化手术室系统。具体研究内容为:研发一款数字一体化集成控制系统，同时通过对现有手术室设备(包括高频电刀、呼吸机、麻醉机、监护仪、无影灯和手术床等)进行数字化接口改造，使传统手术室设备具备信息集成的能力，实现对手术室设备的集中控制;进行医学图像、患者信息及视音频信息集成开发，并使其能够与医院的PACS系统、HIS系统和LIS系统等信息系统实现对接，满足临床信息共享和开展远程教学的需求。其特点主要包括以下7个方面。

3．1 全新的数字式一体化集成控制系统

研发一款具有自己特色的独立数字式一体化集成控制系统，针对手术室设备集中控制的难题，方案采用CAN总线及CPLD结构，通过CAN总线协议实现与控制主机之间的通信联系，实时接受主控机的操作信号并向其反馈设备的显示数据，实现对医疗设备的集中控制。系统包括三部分的内容:①通过对企业现有的手术室设备控制端口进行数字化改造，实现各设备与主机的通信联系，完成对手术床、无影灯、医用电子内镜、呼吸机、麻醉机和监护仪等手术室设备一屏式数字化集成控制;②通过改造和升级内窥镜成像系统，能够实现对图像信息进行路径计算等后处理功能，通过基于DICOM、HL7标准的医院信息系统接口，实现中央控制器对医院PACS系统、HIS系统和LIS系统信息随时调用和存储;③开展视音频系统控制切换技术研究，能够实现对手术术野和手术室全景摄像的调整、控制和切换，实现手术教学和远程医疗服务等功能。

3．2 新型偏柱型数字遥控电动手术台

手术台是手术室主要设备，为了使手术台能够开展包括介入手术在内的各种手术，本方案结构上采用具有自主特色的偏心立柱结构，保证能够进行全体位C臂X线机的摄片，为开展影像引导下的各类手术提供方便;同时通过采用微处理控制系统对四个角度传感器的监测与记忆，实现手术台体位的复位功能;采用红外遥控的方法，实现对手术台的无线遥控控制，避免医护人员操作和活动时受地面连线干扰而带来的不便。

3．3 无影灯视频图像

本系统采用新型LED光源的无影灯，配备了中置高清视频系统，通过视频图像的显示切换与光源控制功能的开发，实现无影灯的开、关及亮度调节等功能数字化控制，同时实现对电视无影灯视频图像的术野调整、亮度调整、聚焦调整及多画面显示与切换等功能。

3．4 独立的医用吊塔系统

医用供给吊塔是支撑一体化手术室(系统)主要部件之一，是为手术室提供各种医用气体、供电和通信，放置各种医疗仪器的一种设备。此次创新研发主要解决高可靠性的气密技术、设备挂架超强的承载能力的问题;为确保产品转动自如、定位简便，采用机械、气压双重刹车设计;采用独到的综合布线布管方式，将所有线路、管路直接纳入所属吊塔，使供电、供气、通信、器械盘和仪器架等通过一体化的医用供给吊塔实现，保证手术室内除手术台落地以外，其他所有手术室设备的连线通过医用供给吊塔悬空，改变了以往手术室布局凌乱、地面线路密集的状况，给医护人员操作和活动带来极大的方便。

3．5 呼吸机的输出接口数字化改造

本系统呼吸机采用涡轮增压技术，实现有创与无创通气的完美结合，替代原来气动电控呼吸机，对呼吸机的通气模式、监护参数、报警及波形显示等主要技术指标的输出接口进行数字化改进，实现生理监护和麻醉监护参数的集中大屏或分屏显示功能。

3．6 电子内窥镜系统的接口数字化改造

通过数字化改造，能够实现中央控制器对电子内窥镜的集中控制和近台控制的切换，能够与医用电子内镜的医用冷光源、内镜图像处理系统进行对接，能够与医用电子内镜的彩色摄像机、彩色打印机进行输出连接，能够实现中央控制器对电子内窥镜操作和手术中图像的存储、冻结、轮廓增强、色彩分离调节等数字后处理和控制功能。

3．7 新型多功能麻醉机

多功能麻醉机采用彩色大屏幕、高亮度显示器和中文界面，并能够实现与中央控制器的对接，可实时显示压力波形、监护数据和报警内容等信息。蒸发器具有低流量麻醉技术，并可实时监测呼吸波形和所有参数，实现了临床工程学与人体工程学的良好结合。

面对严峻的安全管理形势，高速公路安全管理模式面临升级的需求与压力. 2016年4月，国务院安委会办公室印发了《标本兼治遏制重特大事故工作指南》(安委办〔2016〕3号文)，强调坚持标本兼治、综合治理[3]，提出了“把安全风险管控定在隐患前面，把隐患排查治理定在事故前面，扎实构建事故应急救援最后一道防线”的安全管理要求.

方案考虑到国内手术室医疗设备普遍存在种类繁多、控制面板硬件设计差异较大的状况，同时考虑到数字一体化手术室也是个性化的产品，为了未来能够对数字一体化手术室系统中的设备进行各种组合的方便，设计时特意采用了基于CAN总线及CPLD的硬件结构，其目的就是考虑未来能像模块化地对系统进行各种组合，以方便手术室系统按临床要求进行个性化设计。

此外，在完成上述整体的数字一体化手术室系统设计的同时，也充分考虑到随着医院数字化建设进程的推进，未来对传统手术室的改造，也有非常巨大的市场空间。所以本方案将原来技术进行简化，开发出另一款移动式数字一体化手术室集中控制系统，这对于已有的传统手术室来讲，不需要进行重新改造，只要通过引入移动式一体化手术室集中控制系统，就能够成为简易的数字一体化手术室，这既给医院推进数字一体化手术室发展提供方便，同时也为企业推广数字一体化手术室产品创造更大的发展空间。

4 结论

在设计上述产品开发方案过程中，重视对现有产品进行数字化能级提升，将各类手术室设备进行优化、整合、集成和再创新，提出符合企业实际的数字一体化手术室开发方案，有利于加快产品研发的速度，提高产品的技术成熟度，为未来的市场宣传和推广奠定更好的基础。在选择的产品优化方案中，又提出标准、移动两种配置，以满足医院全新数字一体化手术室建设和对传统手术室的改造提升需要。目前两种配置的产品都已经开发完成并进入三甲和二甲医院的临床，为企业进一步发展创造了条件。

数字一体化手术室需要根据临床不同的个性化要求，结合医院信息资源整合和各相关科室之间管理的要求进行优化，并没有一个完全固化的模式，本方案也只能根据自身拥有的资源，提出符合自身特色的数字一体化手术室方案。随着先进医疗设备的不断涌入，数字一体化手术室的技术也将不断发展，可以预期手术导航、手术机器人等前瞻性技术未来都将成为手术室设备的重要组成部分。数字一体化手术室将朝着设备的密集度越来越高、信息资源越来越丰富的方向发展。

［1］查光彦，王克文，毕杰华．数字化手术室系统模型(上)［J］．世界医疗器械，2011，17(8):72-73．

［2］张强，刘胜林，李明航．数字化手术室的现状和发展［J］．世界医疗器械，2010，16(9):20-28

［3］何红昱．数字一体化手术室的应用前景［J］．建筑工程技术与设计，2015，10(29):1937-1937

［4］杨国华．一体化手术室是设备数字化集成的新模式［J］．中国医学装备，2007，4(10):20-22．

Thinking in systems on developing characterized digital integrated operating rooms

WANG Yunlong
Shanghai Medical Instruments Co．Ltd．，Shanghai200093，China

The focus of operating room(OR)development has always been to improve OR workflow and efficiency．In this paper，we analyzed our OR equipment based on“Development and Industrialization of Digital Integrated Operating Rooms”project which was funded by Shanghai Science and Technology Comm ission’s Key Technology R＆D Programme．We also proposed to have a centralized control across operation devices from different manufactures by redesigning the digital ports and central control systems in ORs，and finally formulate a characterized design plan of digital integrated OR，aiming for a better support to clinical surgeries．

Integrative operating room;Digital;Operating room design

R197．39

A

2095-378X(2017)02-0137-03

10．3969/j．issn．2095-378X．2017．02．019

2017－04－28)

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王云龙(1959—)，男，总工程师，从事医院手术急诊室设备研究

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