数字化手术室设计方案

数字化手术室设计方案
数字化手术室系统通过互联网实时技术和医院现有的有线视频网络进行手术现场的录制和直播，通过高清级的手术HD-SDI摄像机，或者借助ERCP，DSA，CT，X Ray等医疗设备，将摄像机的视频信号、手术麻醉监护仪参数，便携式双向通话系统等不同信号进行接入和整合，通过在示教室、各科室和网络连接的终端计算机以高清质量的图像画面提供手术过程的显示，并辅助双向的对讲语音系统。

专业的HD-SDI信号和高清级标准的视频信号图像通过光纤，高速网络等进行直播和网络直播。

并可对整个手术过程进行信号无损伤的写入储存保留，方便进行后期资料的备份保管，形成有潜在价值的医疗媒体资产，可以借助其形成手术视频点播和有线网络的整合应用。

1系统架构
数字化手术室总体设计将分别涵盖手术室以及示教端的多功能报告厅、理论授课室、会诊室。

手术室是进行视频采集的主要场景，手术室中将布置高性能摄像系统对手术局部特写、手术室全景、手术流程进行记录；会议室是举行重大学术会议和学术交流的场所，能够将手术室的场景在现场实时展示，现场画面也能在手术室内实时展示，能够实现双方的互动；理论授课室主要作为院内师生的手术教学场景，为手术提供全方位的示教，通过软件实现手术视频的管理优化；会诊室是远程医疗的主要场景，通过医联体能够直接和网络内的其医院、部门进行通信。

所有场景均统一由数字化手术室视
频管理平台进行管理。

系统总体拓扑如下： 2 系统组成
数字化手术室综合解决方案的核心是打造基于视频业务的标准化的手术室示教、直播、存储、管理系统，未来依托于各个医院打造具有多种功能的医联体网络。

目前，主要进行标准化手术室和其他示教场景的集成。

3 系统设计
（一）手术室视频系统
数字化手术视频系统以全嵌入式医疗摄录主机（手术室端）为核心，能够实现多场景的自动切换，支持点对点的互动，可以满足手术室和会议室、授课室、会诊室等进行点对点的互动，可以满足手术室和其他科室间的共同建设。

避免了传统的采用光纤传输方案带来的系统繁杂，价格昂贵，操作复杂，维护困难等多方免的缺陷。

未来伴随着更多系统接入医院信息化网络中，
数字化手术室术野摄像机无线耳麦医疗仪器设备调音台音箱大屏拼接控制器LED/LCD 拼接大屏全景摄像机
矩阵编码器高清显示器主、副刀显示器
互动终端全景摄像机话筒全景摄像机教师摄像机
摄录主机数字音频主机调音台音箱话筒
术野摄像机
无线耳麦全景摄像机
编码器
摄录主机全景摄像机
数字音频主机调音台音箱
话筒解码器会诊大屏
内窥镜摄像系统控制触摸屏
可以通过网络化的方式对手术室内的任意视频设备进行取流，方便取得授权的各部门进行资源的获取。

此外，为了集成各个手术硬件设备，设置开放性的接口方便更多的开发者开发上层的应用软件，为具有自研能力的医院提供坚实的技术基础，为未来更多功能的融入提供了可能。

应用场景如下：
系统拓扑
数字化手术室的核心控制部件为医疗摄录主机（手术室端），主要包括
摄录控制部分、手术室视频图像采集部分、直播、示教控制系统部分以及直播、示教控制系统部分
1）手术室摄录控制部分——医疗摄录主机（手术室端）
数字化手术史核心控制模块选用医疗摄录主机（手术室端），主机采用全嵌入式架构设计，功能集成度高，支持3G-SDI、HD-SDI、CVBS、VGA、HDMI及立体声与单声道音频输入等能力，可以接入教师、学员、教学电脑等多路视频资源和多媒体课件资源。

同时还可环通输出VGA、HDMI，满足手术室内包括监护仪、生命体征仪、DSA、手术显微镜、内窥镜设备、C型臂等多个设备的视频接入。

同时还能实现画中画模式、资源模式的导播。

该主机还内置了互动模块，严格遵循H.323协议，无需中心MCU，即可实现端对端的手术直播以及示教互动。

2）手术室音频采集及播放部分
针对手术室音频的采集，采用室内拾音器和无线头戴式麦克两种实现方式，其中，拾音器负责接收环境音，而无线头戴式耳麦可以采集手术室内医生的沟通和交流，完美的实现对手术过程交流声音的保真采集。

现场环境音和主刀医生的沟通声音将在采集后通过医疗摄录主机进行混音、噪声消除等处理后，并通过音频连接线将处理后的音频接入录播一体机，与视频合流，之后可以进行本地的存储和网络的传输。

手术室还能够接收来自网络的音频信息，示教室和多功能报告厅内所采集到的声音信号可以通过摄录主机（示教端）从示教室或者多功能报告厅内传输到手术室内部进行解码播放，从而达到手术端和示教端双方互动的
目的。

3）手术室视频图像采集部分
●术野相机
术野相机作为手术过程中手术特写的主要部件，需要良好的色彩还原度。

专用医疗术野相机，采用高性能机芯，搭载高性能图像算法，实现强光检测、隐私遮挡、图像防抖、镜像/翻转、图像冻结等多种功能。

外形优美，智能化集成度极高。

最大输出分辨率达到1920x1080，室内低噪度参数达
0.005Lux，能够配置搭载吊臂，实现手术室视频设备的快速添加。

●全景相机
针对手术室过程视频图像的采集，选用医疗专用全景相机，该设备采用了自主研发的高性能机芯，领先的图像处理技术，外形符合医疗行业产品美学，智能化集成度极高。

最大输出分辨率达到1920x1080，并具备自适应重力感应，安装便捷。

4）手术室显示部分
●互动显示器
医疗显示部分的核心是医疗互动显示屏。

采用55寸大尺寸智能交互一体机，融合最新的触控技术、高清显示技术、视频处理技术、计算机技术、网络通信技术、智能交互控制系统、音响控制系统为一体的智能交互产品，可广泛应用于大中小学教学课堂、远程教学融合等多种场景。

●医疗显示器
利用手术室内医疗显示器，利用专用视频接口接入系统。

5）手术室直播、示教软件系统部分
手术手术室视频管理平台采用手持PAD的形式，一方面能够简化手术室的设备，扩展手术室的空间，一方面方便手术室设备的操作。

设计上体现现代化、智能化、信息化、标准化的特点。

（二）理论授课室（示教室）视频系统
设置在标准教室，系统架构如下：
话筒
音箱
会场全景相机
互动终端(示教端)
专家特写机
拾音器
理论授课室视频教系统核心为医疗摄录主机（示教端）。

主要模块包括：视频采集模块，音频采集模块，示教直播模块以及显示模块。

1）摄录控制模块——医疗摄录主机（示教端）
核心控制模块选用医疗摄录主机（示教端），主机采用全嵌入式架构设
计，功能集成度高，支持3G-SDI、HD-SDI、CVBS、VGA、HDMI及立体声与单声道音频输入等能力，可以接入教师、学员、教学电脑等多路视频资源和多媒体课件资源。

同时还可环通输出VGA、HDMI，满足教学投影显示等用途。

该设备可支持画中画模式、资源模式的导播。

同时，该主机还内置了互动模块，严格遵循H.323协议，无需中心MCU，即可实现端对端的手术直播以及示教互动。

2）音频采集模块
针对理论授课室音频的采集，采用室内拾音器和无线头戴式麦克两种实现方式，其中，拾音器负责接收环境音，而无线头戴式耳麦可以采集理论授课室内教学医生的讲课以及和学生的沟通、交流，完美的实现对授课过程交流声音的保真采集。

为打造区域医疗精品示教课程提供硬件基础。

现场环境音和讲课医生的沟通声音将在采集后通过医疗摄录主机进行混音、噪声消除等处理后，通过音频连接线将处理后的音频接入录播一体机，与视频合流，之后可以进行本地的存储和网络的传输。

示教室同样能够通过摄录主机（示教端）与手术室和多功能报告厅进行互动交流。

音响系统采用2台主音箱+1台功放的方式。

3）视频图像采集部分
针对视频图像的采集，包含医院教师图像和学生图像两个场景信号的采集。

A.教师图像采集
教师图像的采集选用教育录播专用球机。

设备还内嵌教师跟踪智能检测算法，可以对教师的行为进行快速准确的智能检测，当教师在讲台上走动时，球机可以自动检测到教师的动作，并对其进行自动跟踪，效果平滑自然。

B.学生图像采集
针对学生图像的采集，选用全景半球摄像机，安装于理论授课室正前方左（右）侧
4）显示部分
显示部分选用了70寸智能交互一体机，该产品融合最新的触控技术、高清显示技术、视频处理技术、计算机技术、网络通信技术、智能交互控制系统、音响控制系统为一体的智能交互产品，可广泛应用于远程医疗、远程会诊等多种场景。

5）示教学控制系统部分
示教控制子系统支持B/S导播和C/S导播两种模式，用户可直接通过PC登录IE地址直接进行导播，也可在终端设备上安装C/S导播客户端进行远程导播。

（三）多功能报告厅视频系统
多功能报告厅以医疗摄录主机（示教端）为核心，主要实现手术室现场视频的播放和手术室、报告厅的交流互动，第三方直播功能。

能够满足大型标准报告厅的建设要求。

除核心的摄录主机（示教端），多功能报告厅还端配置有话筒，音箱，调音器，LED大屏，并统一由示教端视频管理软件对设备进行统一管理和配置，与传统的多功能报告厅相比，更加简单且更加便
捷，能够大大简化学术会议和学术报告的准备流程，提高医院相关资源的使用率。

系统架构如下： 音箱LED/LCD 拼接大屏互动终端(示教端)专家特写机
话筒
会场全景相机拾音器
多功能报告厅示教系统核心为医疗摄录主机（示教端）。

主要模块包括：视频采集模块，音频采集模块，示教直播模块以及显示模块。

1）摄录控制模块——医疗摄录主机（示教端）
与示教室相同配置。

2）音频采集模块
与示教室相同配置。

此外扩声前端采用数据会议系统（1主席+9代表）。

扩声前端音效部分采用数字音频处理器和音量程序控制面板，可很好的抑制啸叫声。

3）音频采集模块
音响配置：按照一级扩声系统进行规划，在学术报告厅舞台前方配置左、右共2只全频主扩声音箱、2只超低音音箱、舞台上方2只返听音响和报告厅后场2只补声音箱。

根据以上音箱设备的功率配置4台专业功放产品，可进行多功能音频处理及放大。

4）多功能报告厅视频图像采集部分
多功能报报告厅视频图像的采集，包含对报告厅全景的获取以及对报告报告专家的图像采集。

A.专家图像采集
讲解专家图像的采集选用医疗行业专用球机。

同时，该设备还内嵌讲台专家智能检测算法，可以对会场讲解专家的行为进行快速准确的智能检测。

当讲解专家在会场前走动时，球机可以自动检测到他的的动作，并对其进行自动跟踪，效果平滑自然。

B.报告厅会场图像采集
针对会场全景图像的采集，选用全景半球摄像机，安装于多功能报告厅正前方左（右）侧。

5）显示部分
显示部分全彩LED大屏进行拼接，与信息发布公用。

6）直播控制系统部分
多功能报告厅直播控制系统支持B/S直播和C/S直播两种模式，用户可直接通过PC登录IE地址直接进行导播，也可在终端设备上安装C/S导播客户端进行远程导播。

7）配套舞台灯光部分
报告、演出活动的需求。

舞台面光照明是体现演员表情效果的主要光源，安装在舞台大幕外面，有利于增强舞台人物立体效果。

采用1kW～2kW的聚光灯，光柱中心线射到大幕中心点与舞台地板水平线的夹角在45～50°为宜。

本次设计中在面光桥内安装8只面光灯，全部采用舞台回光灯，安装在台口正前方的电动灯杆上，从正前方照射台上演员。

为弥补面光灯照射的死角。

设计顶光灯照射舞台的前中区，本次设计中，顶光采用三基色灯，可满足会议和简单演出的需要。

设计逆光灯照射舞台的中后区，本次设计中，逆光采用电脑摇头灯8只，内置多种图案以及颜色，通过电脑灯控制台编程控制。

舞台常规灯具通过数字硅箱和直通柜控制，经过计算，在该会堂的控制室内安装12路硅车和12路直通柜。

电脑灯控制台采用电脑灯调光台。

4系统功能
本系统依托手术示教录播系统，形成手术视频资源的采集、制作、管理、应用、分享的一套完整应用模式以及手术视频设备，存储设备的集中管理。

手术直播、示教
承建数字化手术室的医院，尤其是一些具有医生资源的三级医院，他们本身具有教学能力，同时又时常邀请更具权威的医生执刀。

这些医生的操作手法和手术流程都是非常专业的。

因此，对手术现场的高度还原，并在院内
进行直播、示教，是具有很高的教学、科研、宣传价值的，
●便捷录制
视频管理摄录主机能够全天24小时待机，“一键式”地开始录制，支持录制过程中暂停，方便过滤掉冗余的视频部分，同时还能够将视频保存在本地，并在接入网络后，也可以上传至云平台，实现超便捷的手术视频录制。

●在线编辑
医生可以在数字化手术室视频管理平台对自己已上传的视频进行在线编辑。

通过视频裁剪功能，医生可以选取保留的视频片段，丢弃不需要的视频片段；医生还可对视频添加片头片尾。

完成编辑后，医生可以选择同时保存原视频及编辑后视频，降低医生误操作的所带来的风险。

●资源管理
随着数字化手术室的推进与发展，资源不断积累，手术室及示教室的视频资源需要采用专门的平台软件实现教育资源库的建设，为开展分级诊疗和远程医联体打下基础。

本院的手术医生可以在手术室管理平台进行身份注册，注册完成后医生可以在手术时进行身份验证，身份验证之后，手术视频资源能够自动和执刀医生进行关联，从而方便医生对视频的处理，实现手术室视频的便捷管理。

本系统支持对视频、文档等各类资源对象提供高效的存储管理，并可以对资源进行归类打包，便于用户查询应用。

●资源分享
对于有借鉴意义的手术视频，医生可以对课程视频申请发布，通过管理
员的审核后,即可分享到教学资源云平台上，可以实现视频的直播、点播、排名、点赞、点评等功能，让更多的医生享受到优质的手术教学资源。