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醫院手術示教系統的設計及應用

來源 : 中國醫療設備 2017第11期
update : 2018/01/03
引言
傳統手術示教是人員分批次在手術間直接觀看,不僅容易給潔淨手術室帶來污染,對術中醫生造成干擾,而且觀摩效果不佳[1-2]。為實現醫院手術的教學、轉播和技術交流以及遠端醫療擴展等需要建立手術示教系統[3]。手術轉播示教系統遠端傳輸手術室內視頻、音訊及醫療影像,實現互動式手術示教、手術觀摩、手術經驗交流,示教過程全程音視頻錄製,音視頻檔自動存儲在手術轉播示教系統中,可供授權的醫務人員隨時查閱示教檔,手術轉播示教系統成為醫院資訊化建設重要的一部分[4]。

1 系統需求
手術示教系統,是廣大醫學生和臨床實習醫生獲得外科臨床經驗的最佳途徑之一[5]。手術示教系統的發展過程根據視訊訊號的格式和傳輸處理技術的不同,手術示教系統大概經歷了3 個發展階段:① 模擬技術階段;② 模擬、數位技術相結合階段;③ 高清數位技術階段[6]。數位化手術室起源於20 世紀90 年代初,是醫學技術、工程技術、資訊技術三者融合的產物[7]。我院以16 間數位化手術室為核心的醫院綜合視頻通信網路平臺覆蓋以下幾個方面:遠程手術轉播、手術示教、手術觀摩;遠端醫療會診、經驗交流;遠程手術指導;應急手術解決方案;藥理研究視覺化平臺,線上視頻資源學習平臺。根據建設需求,方案設計為分散式建設,平臺核心伺服器具有良好的可擴展性,總體建設為模組化搭建,各模組既獨立,又彼此相容。

2 系統設計
根據醫院手術室硬體設備實際情況與使用者需求,手術室分為重點建設手術室與一般性手術室。系統模組架構,見圖1,重點手術室採集5 路視訊訊號與1 路音訊信號,1路術野視頻採集(可用固定的術野攝像機進行視頻採集),1 路手術室內全景視頻採集,1 路頭帶攝像機視頻、1 路X光機視頻採集,1 路麻醉機視頻採集、1 路主刀大夫音訊採集、播放。手術室內採集到的視音訊信號,通過數位化處理接入高清手術轉播示教系統。一般性手術室通過臨時轉播設備(移動式手術示教車)向示教室、科室、辦公室、遠端會場進行手術過程的音視頻即時轉播。

3 系統特點
系統設備採用硬體嵌入式架構技術、H.264HighProfile 編碼技術、分散式設備為系統核心[8],具有如下特點。

3.1 系統具備高度完整性
(1)智慧錄播伺服器設計,充分綜合了各路音視頻采集特點,通過智慧錄播伺服器的邏輯控制[9],指揮各路視音訊系統協調工作,真正做到高度智慧化和自動化。
(2)手術錄製系統設計,採用分散式設計思想,集成了強大的錄製功能,以適用不同的資源應用需求;多個錄播手術室集中錄製,實現集中管理目標。
(3)H.264 在幀內編碼、幀間預測、變換量化等方面採用了多種新技術,大幅提高了編碼效率,具有低碼率、容錯能力強、高品質圖像和網路適應性強等特點,最大限度的減少視頻品質損失,並以流媒體的方式進行網路傳輸,保證了大規模手術視頻的多路併發需要[10-11]。

3.2 系統具備先進性
(1)在設計理念的先進性上:引入了分散式錄播的設計理念,將錄播系統按照工作流程分為管理層、設備層和使用者層,層層相扣,相輔相成。
(2)在整體方案的先進性上:手術示教的建設和擴展方便,維護簡單,管理能夠遠端集中監控到各個手術室的視頻音訊,並集中錄製即時存儲到錄播伺服器上。

3.3 系統具有相容性
(1)所有軟硬體設計均採用模組化,對外提供國際統一的標準介面,整體配套設備相容性好。
(2)錄播系統的核心設備錄播服務器具有超強的開放性和相容性。

3.4 系統具備良好的實用性
(1)硬體安裝調試完畢,便無需再進行相應配置操作,如果需要調整,只需通過簡潔的軟體介面進行操作即可。
(2)系統軟體操作介面簡潔明瞭,使用簡單,效果卓越。

3.5 系統具有良好的擴展性,便於維護和升級
(1)系統所有硬體設備均可以無縫向上擴展,軟體均可以無縫升級。
(2)普通手術室升級改造成錄播手術室無需替換任何原已有設備,無需更換改動現場醫療設備和其它如中控系統等。
(3)系統軟、硬體介面均採用標準化的設計,擴展靈活方便,不受限於少數廠商[12]。

4 軟體功能設計
4.1 同步錄製
同步錄製視頻、音訊和電腦動態螢幕內容,即可將會議現場的圖像、聲音和所講解的報告、講稿PPT 等電腦螢幕上所顯示的內容同步錄製到一個檔中[13]。支援多路可視信號(AV、VGA、DVI 等)及聲音的任意組合錄製, 如AV×1+VGA×1、AV×2+VGA×1、AV×1+VGA×2 等模式,最多支援6 路可視信號及聲音的任意組合錄製,可滿足超大型會場多畫面錄播等更多應用的需求。

4.2 即時直播
可通過單播或組播方式將手術現場的視頻、音訊、電腦動態螢幕在網路上進行即時直播,用戶可通過IE 流覽器或解碼器登錄伺服器即時接收直播的視頻、音訊和電腦動態螢幕內容。系統獨家支援組播代理功能,無須更改網路設備設置即可實現跨網段的組播。系統獨家支援檔組播功能,可將錄製好的檔在網路上再次進行組播。在現有網路條件下可實現手術即時直播要求,圖像品質高,無明顯延遲,能保證圖像和語音同步,且能實現“雙向” 交流[14]。

4.3 VOD點播
系統內置VOD 點播功能,用戶可通過IE 流覽器或解碼器兩種方式點播。點播時可觀看到的內容包括視頻、音訊和電腦螢幕內容。支援多級點播用戶許可權控制。支持“邊錄邊點”功能,在會議錄製尚未結束的時候即可點播文件,並可前後拖動進度,方便使用者隨時點播文件而無須再等到會議結束。手術室錄播採用ASF 標準流媒體格式存儲,也可將檔上傳到協力廠商標準的VOD 點播系統發佈。

4.4 用戶端文字交互
系統在即時直播時支援用戶端間的文字交互功能,使用者在觀看直播的同時可以與主講人及其它觀看直播的使用者進行文字交流,文字交互功能的引入可以更好地滿足遠端教學、培訓、講座中交流互動的需要。

4.5 用戶管理
支援多級用戶許可權及用戶組功能,用戶可靈活進行許可權分配。支援線上用戶管理功能,可進行線上用戶統計、點名及掛斷等操作,方便用戶對遠端培訓過程的管理。

4.6 文件管理
手術室錄播系統主控台軟體可對錄製好的檔進行管理,可進行更名、刪除、下載、歸檔等操作;系統內置FTP Server 功能,用戶可通過FTP 用戶端進行遠端檔下載,下載後可將錄製檔刻成光碟以便保存。

手術示教資訊系統,基於IP 網路,可以將視頻、音訊信號和電腦動態螢幕信號進行一體化的同步錄製、直播和點播。相對于傳統的視音訊錄播產品,醫療動態影像系統在視音訊錄播的基礎上,創新地增加了對電腦動態螢幕信號的錄製直播點播功能。

5 應用效果
(1)擺脫了傳統示教模式在時間、空間、人數及安全性上的限制。傳統模式沒有直播、點播等技術設備的輔助,只能在手術室內、數量有限的人員進行學習[13]。採用數位化手術示教系統後,手術術前、術中和術後的全過程的工作流資料均記錄在數位化手術示教系統中,實現完整的手術展現和記錄及高度共用,提升教學水準使手術教學更加生動、真實。
(2)大幅提升教學效果。手術示教系統在需要的地方安裝多個攝像設備,從多個角度展現、記錄手術的細節,學習人員可以清晰無誤的看清每一步操作,同時可以通過系統軟體重播還原示教醫生的操作,不會因學習人員觀看或記憶的誤差而造成失誤,與傳統的手術教學相比,教學效果大幅提升。
(3)手術示教系統能夠實現即時錄製,這些錄製的材料除了可以做教學內容外,也是手術過程的一個記錄,在醫療糾紛、醫療事故發生時它們變成重要的視頻證據。有了手術示教系統我們可以更好的辨別事故糾紛的責任歸咎,增加醫療過程的透明度,消除公眾對醫者的負面看法,提高醫院的公信力。
(4)手術示教系統有助於提高手術室感染控制,優化教學流程[15]。觀摩手術的人員無需進入手術室,無需進行相應的消毒流程,只需在指定的示教室或者通過視頻點播終端,進行觀摩或點播,同時不干擾正常的手術進程[16]。本系統實現手術室手術術野視頻、全景視頻和其他視頻的高清傳輸,為醫院手術示教和醫療會議交流提供穩定、連續、流暢、高圖像品質的網路視頻效果。通過本系統,示教室和會議室能夠完全即時地與手術室人員進行交流,有效滿足了手術觀摩學習,專家會診、遠端指導等多種視頻應用實現即時互動功能[17],實現醫院數位化手術室規範化管理;同時擺脫了傳統示教模式在時間、空間、人數及安全性上的限制。


[參考文獻]
[1] 朱佳,劉雲,王忠,等.遠端高清手術示教系統構建[J].醫學資訊學雜誌,2015,36(7):33-35.
[2] 李旦,龔國麗,張詠波.淺談醫院高清手術示教系統的研究與設計[J].現代醫院,2016,16(2):300-303.
[3] 吳凱.醫院手術示教系統建設[J].醫療設備資訊,2006,21(2):14-15.
[4] 陳歡,李勁松,周天舒,等.全高清1080P手術示教系統的設計與實現[J].中國數字醫學,2010,5(1):43-46.
[5] 李春報,張建中,何紅.數位化臨床手術示教系統的設計與建立[J].海南醫學院學報,2008,14(5):593-594.
[6] 鄭潤如,陳鐵,劉鵬圖.高清手術示教系統在臨床技能教學中的應用研究[J].中國醫學教育技術,2015,29(1):74-76.
[7] 王國宏,鄭富強,孫文澤,等.數位化手術室手術示教系統的設計與應用[J].醫療衛生裝備,2010,31(10):84-85.
[8] 張益釗.淺談數位化手術室示教管理系統設計和建設[J].中國醫院建築與裝備, 2008,9(7):20
[9] 黃鑫,胡豔波.醫院手術室數位化轉播系統的設計與完善方案[J].中國醫療設備,(2010,25(8):36-38.
[10] 羅娟,符峰釗,唐曉東.醫院網路手術示教系統的技術設計與建立[J].中國醫學教育技術,2011,25(6):674-676.
[11] 潘新華,郭天泉,譚珂.大規模多路併發的數位化手術示教系統設計[J].中國醫學教育技術,2010,24(2):179-182.
[12] 劉紅軍,林澤,梁穎,等.基於IP網路的數位化手術示教系統解決方案[J].中國數字醫學,2011,6(2):67-70.
[13] 孫碧海,張鐵山,魯長濱.手術示教系統建設與應用[J].醫學資訊學雜誌,2013,34(1):38-41.
[14] 張博.手術示教系統的細節設計[J].中國醫療設備,2009,24(3):61-62.
[15] 張傑.數位化醫院手術示教系統的分析與應用[J].醫學資訊,2011,24(10):6677-6679.
[16] 楊霜英,於京傑,朱四海.大型醫院數位化手術觀摩示教系統設計與應用[J].中國醫療設備,2011,26(9):52-54.
[17] 劉鋒,曾凡,黃昊.基於局域網的臨床手術示教系統的構建[J].重慶醫學,2009,38(21):2656.