数字化手术室 手术示教系统

手术室的数字化程度是医院数字化的重要标志。数字化手术室系统涉及医院信息

系统集成、手术室流程管理、集中控制、手术导航手术机器人、远程教学和会诊、手

术室物流管理、模拟手术系统。作为数字化手术室的建设重点,数字化手术室示教系统是指基于计算机信息技术、生物医学工程技术及现代医学技术,实现手术音视频信息高清采集、有效视频点播、术后加工、存储、检索,支持手术观摩、示教、学术交流、远程协助等功能的管理信息系统。

数字化一体化手术室带给我们的是一种一体化的集成控制服务环境，是一种人性

化的手术室建设概念和方案，就是将病人更多的信息和手术麻醉监护信息等与手术室

教学转播系统进行集成，最终实现病案管理与手术视频转播为一体的数字化手术室信

息系统。

手术示教系统建设完成后可满足医院日常手术教学、医疗学术交流、手术室管理

等业务的实际需求，基于IP网络高速传输实现实时观摩手术进程、多向语音互动、手术远程转播、手术记录、录像编辑等功能。可采集手术室内全景、术野、生命体特征、腔镜及大型医疗设备等手术进程中重要的视频信号，并同步采集主刀医师的语音和整

个手术室内的语音信号。采集的手术音视频信号经过网络实时传输到各示教中心、办

公室、中控室等系统节点实现同步直播，支持各点之间的语音交互，满足教学要求。

同时示教服务器也在接收手术音视频信号，完成手术录制和手术转播工作。

数字化手术室示教系统应用于医院手术室有助于医院开展远程医疗与视频学术会议,提高医院临床教学水平,实现基于网络的手术室监管,满足医疗领域'`举证责任倒置”需要,减少医疗事故的发生,维护良好医疗秩序。

用户需求分析：数字化手术室示教系统用户主要包括手术医生等手术人员、观摩

人员、系统管理员,三种用户分别具有不同的需求。手术人员需求包括查询手术安排、手术室内快速调阅病人的相关治疗信息、手术录制、查看手术监测设备和影像设备的

数据、控制观摩人员观摩状态。观摩人员需求包括手术实时观看及摄像头控制、观看

历史手术视频、相关视频检索及播放。系统管理员需求包括音视频分类管理、使用情

况查询与统计、审核与发布、基础数据维护、用户管理。

系统功能需求分析：数字化手术室示教系统功能可划分为三大模块,手术室医生站

功能模块、手术转播模块、手术视频档案管理模块,手术室医生站功能模块主要供手术人员在手术室内,术前、术中、术后使用,手术转播模块主要供一些相关人员观摩正在进行的或以往的手术,手术视频档案管理模块包括视频的档案管理、手术间音视频设备等基础数据的维护、用户权限管理等。示教系统还需提供远程语音双向对讲功能,方便术中交流。其他需求实时调取手术患者在医院的尸日相关信息是数字化手术的重要功能

之一,数字化手术室示教系统需要与相关应用信息系统进行集成,系统设计实施必须遵循、日等标准,实现患者信息和手术视频信息的无缝整合。数字化手术室对音视频质量有严

格要求,系统应选取实时性强、质量高的视频终端,采用成熟可靠的音视频、文本信号传输技术,同时应采取相关安全机制保护患者隐私。

系统总体架构设计数字化手术室系统在架构上采用了客户端服务器模式模式。手术室视具体情况配置高清摄像机、全景摄像机、无影灯摄像机等。服务器端包括采集直播服务器、视频点播服务器、服务器、数据库服务器、存储设备等组成。采集直播服务器为手术室提供基于网络的实时手术直播服务。视频点播服务器一方面为终端用户提供视频流传输控制服务,完善的流量负载处理机制,另一方面为核心应用提供强大的系统管理服务。服务器主要为用户提供节目浏览、检索、查询等服务。数据库服务器用于存储管理节目信息,存储管理用户信息,提供登录、认证服务,存储管理日志记录,为用户检索查询节目、查询统计和维护提供服务。其中服务器和数据库服务器可以独立应用,也可以把该功能分别嵌入到直播和点播服务器中,从而节省服务器数量。存储设备则采用磁盘阵列用于存储海量的多媒体资源。

手术室医生站子模块具有手术患者信息查询、视频录像拍照、云台控制、权限列表控制等功能。手术转播子模块具有音视频通信、观摩人员权限控制、基于权限云台控制、手术间切换等功能。手术音视频档案管理子模块具有音视频管理、音视频设备维护、音视频点播、用户权限管理等功能。

手术室端主界面设计界面包括五大组成部分,包括视频输入源按钮、视频输出端按钮；功能按钮包括选择病人、开启视频、患者信息、帮助、退出功能；来访列表记录了所有教室端观摩该手术室的用户及对用户权限信息；视频预览窗口显示当前视频输入源的视频信号,视频工具条对当前视频的云台进行上下、左右、推进、拉远等控制操作。

系统界面包括两大部分,包括选择手术室、手术观摩、患者信息、视频管理、退出等功能；显示各功能按钮打开的具体界面内容。点击选择手术室,从列表中选择其中一个手术间,再点击手术观摩即可视频观摩该手术间。点击患者信息可调阅、查看患者检验、医学影像、医嘱等相关信息,方便手术医生诊断。视频管理包括本地视频、手术室的全景视频和手术室的术野视频个视频信号。显示界面中设置工具条、提示信息区域,权限允许下可通过工具条对视频的云台进行上下、左右、推进、拉远等控制操作,提示信息区主要显示相关操作的提示信息,辅助用户操作。

设计视频信号处理技术应用于手术室内设备类型繁多,各类设备视频信号的格式、物理接口并不统一，多种视频分辨率同时存在,需满足视频源、视频传输线路、视频采集编码设备、视频回放显示设备等;视频处理全过程支持高清,才能实现高清视频手术示教。目前,部分国际一流品牌的设备如关节镜、内窥镜等逐步开始支持高清输出，医疗设备通常提供高清的视频输出接口和标准接口。手术示教系统不仅需支持医疗设备的视频接入,还需要支持用户系统接入。两个需具备的前提条件一是监护设备须具备数据

输出能力,二是软件系统能正确解析数据,而这需要系统软件掌握其通讯协议。在高清视频手术示教系统的设计中,最为关键的是视频采集与编码、传输、存储的处理,一般需要软件系统来实现。软件系统设计水平的高低和软件系统的先进性决定了手术视频转播、录播、观摩的应用效果。高质量的手术视频传输的数据量极大,而且多媒体的声音、图像、数据等有大量的冗余信息,数据压缩技术是个有效的解决办法,数据以压缩形式存储、传输,既节约了存储空间,又提高了通信线路的传输效率,同时也可使计算机实时处理音频、视频信息,以保证播放出高质量的视频、音频节目。采用不同的压缩编码技术对最终用户较为关心的清晰度、带宽存储量、稳定性和价格有很大程度的影响。目前视频

流传输中最为重要的编解码标准有国际电联的H.261、H.263、H.264系列标准,运动静止图像专家组的M-JPEG和国际标准化组织运动图像专家组的MPEG系列标准，此外

在互联网上被广泛应用的还有Real-Networks的RealVideo、微软公司的WMV以及Apple公司的QuickTime等。数据存储管理技术手术室内每天不仅产生大量的音视频

数据,还包括大量的如麻醉过程记录数据、患者的生命体征记录数据、各类检查检验数据、电子病历数据。系统设计必须能够满足数据的存储,支持以临床信息为检索条件快捷方便的检索,如支持以患者姓名、患者旧、手术医生、麻醉医生、手术护士、麻醉方法等。也就是说,需要将检索条件作为数据集成到数据库字段中或手术示教多媒体存储文件中。支持时间戳功能,当回放到某个时间点时,应能同时完整展现当前时间点的手术过程情况和患者情况。数字化手术示教系统需要能够完整记录手术术前、术中和术后

的全过程的工作流数据。实现各类医疗设备资源和信息数据资源的高度共享和完整的

手术展现和记录,提高手术洁净度,提升教学水平使手术教学更加生动、真实。

作为集医疗、教学、科研、预防保健为一体的综合性现代化医院,实现数字化手术

室示教系统建设和应用,有效满足低带宽传输,稳定、连续、流畅、高图像质量的网络视频需求,以及手术观摩学习,专家会诊、远程指导等多种视频应用需求,实现医院数字化

手术室规范化管理同时摆脱传统示教模式在时间、空间、人数及安全性上的限制。