医院网络手术示教系统的技术设计与建立

罗 娟，符峰钊，唐晓东

解放军第150医院全军医院信息管理研究基地，河南 洛阳 471031

医院网络手术示教系统是通过实时手术视频直播、现场语音解说同步的方式，用于常规手术教学、创新手术或疑难手术演示以及学术会议交流的一种教学形式。解放军第150医院全军医院是四所医学高等院校的教学医院，通过建立手术示教系统，彻底解决了实习学生现场观摩手术所造成手术间拥挤、影响手术者操作和层流手术室管理等问题［1］，有力地促进了临床教学质量的提高。

1 系统构架

网络手术示教系统基本分为三个部分:音视频信号采集、控制、示教终端，每部分根据具体要求在此基础上逐一扩展［2］(如图1所示)。

图1 系统结构图

1．1 音视频采集

指采集手术间内与教学内容有关的视频信号，包括手术间全景摄像、手术视野、各类腔镜视频、医疗仪器影像输出和手术操作者现场的语言音频信号。多媒体设备包括摄像机、视频编码设备和语音设备，其产生的影像信息传输到服务器。视频编码设备的功能是通过目前常用的H．264视频压缩技术将影像手术视频信号［3］、腔镜视频信号等编码成视频流媒体信号，传输到教学视频服务器。H．264视频压缩技术是ITU-T和MPEG合作制定的视频编码标准，其目标应用涵盖了有线电视远程监控、交互媒体、数字电视、视频会议、视频点播、流媒体服务等视频服务。H．264在帧内编码、帧间预测、变换量化和嫡编码等方面采用了多种新技术，大幅提高了编码效率，具有低码率、容错能力强、高质量图像和网络适应性强等特点，并可保证录像资源清晰地转换为其他视频格式，最大限度地减少视频质量损失［4］。视频服务器通过网络传送视频信息到工作站终端。语音设备对语音信号进行实时编码成音频流媒体信号，传输到语音服务器，实现语音的双向交互传送。

1．2 控制与传输

控制是系统的核心部分，是对前端音视频信号采集、分发、录制等进行控制。传输是系统的枢纽，包括线缆和交换机两部分。交换机具有千兆端口传输、远程供电和易扩充性等特点，能完成大流量多媒体数据的转发和管理。线缆采用标准双绞线，连接终端设备与交换机构造系统网络，用于实现语音、数据、视频等多媒体数据的网络传输。

1．3 示教终端

包括视频终端和语音终端两个部分。视频终端由高性能PC和显示终端构成，将视频图像进行解码，通过具有视频图像高清晰度的大屏幕和分屏显示。语音终端采用IP电话终端，具有静音选择、音视频同步、网络供电和多方交互等特点，与语音服务器连接，满足声音双向传输的教学需求。

2 系统建立

系统的建立根据医院所需而建，教学医院侧重常规教学，临床医院则是以疑难手术、学术交流和常规手术技巧为主而建立。

2．1 手术间

手术示教视频直播系统安装在麻醉科指定的手术间内，必须有网络接口。安装多少系统，可根据医院自身条件而定。笔者认为，中等医院安装一套既可［5］，手术科室需要录像时，提前上报麻醉科给予安排，这样既解决问题又节省经费。我们在手术间内设置2台摄像机，顶端安装一台带广角镜头的彩色半球摄像机，作为手术室全景摄像;主摄像机安装在手术床专用无影灯上，机座为摇臂式，作为手术特写摄像，摇臂根据手术部位随机调整，云台可随手术需求变焦，推拉镜头。如果是教学片的录制，还需备用一台可移动数字高清摄像机，由专业摄像人员操作，专门录制摇臂无法切入到深部位置的手术［6］。

2．2 学术厅

学术厅安装控制器，视频信号、双向对讲音频信号通过控制盒接入学术厅，厅内设大屏幕投影机，以展示手术全景和局部特写画面;控制器对视频图像的角度及声音进行随机调控和切换。同时，通过双向对讲系统，听课人员可实时与手术操作者互动提问、解答和讨论。2009年和2011年150医院举办了第九届全国胃肠外科学术会议和首届全军结直肠外科学术会。会上，成功地利用手术示教系统现场进行手术直播，全面满足手术示教系统音视频实时同步、高画质、高保真的要求［7］，得到与会代表的好评。

2．3 工作站终端

手术间全景和摇臂摄像机的视频信号及双向对讲音频信号通过编码器等接入医院局域网，工作站即可现场观摩。工作站终端包括所有局域网用户，可选择性地浏览视频，进行设备的控制、与术者双向语音对讲以及视频点播。一般而言，为了病区工作秩序，临床科室只配置主任办公室或一台公共视频电脑，便于教学和观摩。也可通过专线宽带(Qos等)接入医院外，如异地现场会议教学等。

2．4 管理员终端

数据管理员终端设在信息中心，除直播观摩手术全程外，重要的是为管理员提供了维护和管理界面。管理员随时通过管理端对系统的运行状态实时监控，进行手术现场、工作站终端的管理以及设备维护和录像资料的管理。

3 系统配置

3．1 硬件平台

包括应用服务器、存储服务器和视频中心PC。应用服务器和存储服务器均采用Intel Pentium 2．4 G以上的处理器，2 G以上的内存，磁盘空间为20 G以上，显示器要求在1 024×768以上，配置网络适配卡和光驱。视频中心PC的处理器配置要求和上述服务器相同，但显示器要求较高，需至少达到1 024×768以上，32 MB显存的显卡，以保证手术视频图像局部或特写的清晰，同样配置网络适配卡和光驱。

3．2 网络平台

安装并配置TCP/IP协议。有的单位只保证特定用户使用手术视频直播，需要配置新的TCP/IP协议。为了方便临床工作站能及时观摩、学习和浏览，其TCP/IP协议最好与局域网统一，满足临床工作站的需求。局域网工作站终端的配置无特殊要求，只需给固定浏览的电脑配置音响。

3．3 浏览器

使用前必须预先安装Microsoft Internet Explorer 6．0及以上版本。IE网页浏览器的安全属性，设置为支持ActiveX控件的运行;注意不要用FireFox、Opera、Netscape等其他非IE内核浏览器，否则有些页面功能会无法使用。

3．4 投影显示系统

学术厅数据投影机对分辨率要求较高，分辨率为XGA(1 024×768)兼容SX GA(1 280×1 024)。提供电子放大、漫游及电脑鼠标操控等功能［8］。

3．5 音响系统

远程手术教学时，音响系统的配置非常重要，它是传输手术操作者现场解说的通道。音响系统由功率放大器、音箱、调音台、麦克风等设备构成，它通过有机的结合把声音放大，产生一个完美的声场效果。

3．6 摄像系统

为保证视频录像画面清晰度高、操控性强，手术间内所安装的两台摄像设备，全景采用SSC-RP49P，移动数字摄像机采用索尼高清摄像机DXC-390，高性能旋转云台为RA-PH800，控制器为RA-RP608，较好地满足了学术厅现场、工作站终端的收看以及教学片的录制，且性能和效果较好。

3．7 多功能控制器

网络手术视频直播系统是计算机、影像、音响设备的多种集合，其控制器尤为重要。我们配置的控制器为RA-RP608，该系统功能强，可将多路输入输出信号以及灯光、屏幕控制集中于一体，操作方便。

手术示教系统的建立，应充分利用医院现有网络资源，基于院内局域网的千兆主干网，设计合理的系统实施方案。该系统可完成全方位的手术视频直播任务，还能解决动态影像的网络传输与资料存档。它直观、形象、生动、灵活，易于记忆、理解和运用，有助于增强教学效果和培养学生的学习能力［9］，提升临床、教学、学术交流等方面的品位和效果，为临床医护人员提供更为方便快捷的信息服务。

［1］谭珂，潘新华，郭天泉．基于P2P技术的手术视频网络教学系统设计［J］．中国医学教育技术，2008，22(4):385-387

［2］张博．手术示教系统的细节设计［J］．中国医疗设备，2009，24(3):61-62

［3］刘锋，曾凡，黄昊．基于局域网的临床手术示教系统的构建［J］．重庆医学，2009，38(21):2656-2658

［4］高山，魏周朝，贾子杰．基于H．264高清手术直播系统的设计与实现［J］．中国医疗设备，2008，23(8):34-36

［5］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，2011，28(3):279-281

［6］罗娟，符峰钊．医院手术教学片制作要求与技术处理［J］．中国医疗设备，2010，25(1):57-59

［7］刘建广．高清非标准医学图像在手术示教中的解决实例分析［J］．中国医药导报，2008，5(32):201-102

［8］王军，徐新智，吕荣，等．骨科手术多媒体实时教学系统的建立与应用［J］．中国医学教育技术，2003，17(6):382-386

［9］宋智钢，蔡郑东，卓冬兰，等．多媒体技术在外科手术学教学中的应用探索［J］．中国医学教育技术，2007，21(2):125-127