山灞远程医学教学系统的设计与实现

翁盛鑫，谢邦铁

海军总医院计算机中心，北京100048

1 远程医疗及信息化技术的发展现状

远程医学教育是医学教育和通信两大技术相互结合的一门交叉学科，是利用网络、多媒体等现代信息技术手段，对医务工作者进行专业知识和技能培训、对大众进行医学知识普及性教育的技术手段［1］。

国外以美国和西欧国家的远程医学教育发展最为迅速。1992年，欧洲继续医学教育系统开始实施卫星医学教育项目;1993年，英国有6所大学提供外科远程教学;加拿大于1982年开始进行护理远程教学，对护士进行学历教育及培训;美国疾病控制中心(CDC)有5 000多个卫星远程教育站点，自1993年开始远程医学教育，内容以健康教育为主，对象以社会大众和社区义务医护人员为主，开设的科目涉及护理、内科、药剂、物理治疗、实验技术及健康服务管理等［2］。

我国政府非常重视远程医学教育。国家教育部、卫生部分别制定了有关远程教育、卫生专业人员信息教育的制度和法规。1995年底，中国人民解放军“军字二号工程”开始并建立全军医药卫生信息和远程医疗会诊网;天津医科大学于1999年6月开通中加远程护理教学网，对一些郊县地区进行实时教学;上海第二医科大学于2000年9月通过上海广电健洋网络公司向上海各郊县进行全科医师培训;“中国远程病理中心”网也可接受医学知识教育和资料检索等;2005年我国的卫星卫生科技教育网，即“双卫网”也已建立，成为全国远程医学教育的典范［3］。

远程医学教育的优势在于突破了教育受时空限制的弊端。我国是一个幅员辽阔的国家，医疗水平有明显的区域性差别［4］。因此，通过现代多媒体技术、网络技术、通讯技术，远程医学教育能够实现远端教师与终端学生之间的实时互动交流;其次，远程医学教育还能够在最大程度上提高医务人员的技术水平。医学是一门实践性很强的学科，医学水平的高低也与当地人口密度及经济发展成正比关系。对于相对偏远地区的医务人员及医学专业毕业生而言，通过远程医学教育是实现其技能水平提高的重要途径;远程医学教育能够节约培训成本。远程医学教育作为医学教育的一种形式，具备其他形式教育作用的同时，可充分发挥其便利作用，为学生节省大量的时间、费用，做到工作、学习两不误。

当然，作为一门新兴的交叉学科，远程医学教育也存在自身局限性:

一方面，教育内容有待完善。远程教育是以学习者为中心，以多种现代信息技术为教学手段的一种开放性教育［5］。远程医学教育的内容需随着医学技术的革新而更新，并随着远程医学教育的逐渐开展而实现各专业、各科室的全面教育覆盖。

另一方面，教育“质量”需要提高。教育质量的提高包括教学的效果，也包括教学过程中通过技术质量的提高而提高教学效果。例如:远程手术教学等内容必然需要提高设备、网络通讯的技术质量，保证图像、操作、医学信息的真实有效，才能达到教学目的。

再者，教育管理需要强化。强化管理主要在于通过远程教育系统实现对学生学习过程的监督，同时通过严格的考核制度、认证制度实现对学生学习过程及结果的管理。在某些学科，如卫生事业管理，完全可以利用远程教育的手段;但对于实践性很强的专业，如一些实验课、临床知识等操作性很强的内容，远程教育可以是一种重要的辅助手段，但不能代替传统的面对面的教育［6］。

2 山灞远程医学教育系统的背景

各级政府对远程教育发展的重视程度是关系远程教育事业成败的重要因素［7］。山灞远程医学教育系统是2000年云南省在国家发改委支持下，依托云南山灞图像传输科技有限公司实施“远程可视医疗及PACS系统高技术产业化示范工程”建设的项目之一，建成了昆明、北京、上海、广州等4个中心站和46个终端站。在该项目实施取得技术和运行经验成果基础上，云南省政府实施了“远程可视医疗县县通工程”，建设完成了覆盖云南全省16个州市、111个县的远程可视医疗网络系统。使云南成为全国第一个实现了远程医疗服务覆盖全省，整合了全省乃至全国优质医疗资源的省份。各级医疗机构实现了互联互通、信息共享。同时，在此平台上整合了北京、上海、广州等中心城市权威医学专家5 000余名，优秀医师50 000余名，开发了80余种具有自主知识产权的远程医疗及附属设备、远程教育设备。目前已在全国形成700多个应用站点，在远程诊疗、远程教育、远程应急指挥等方面取得了显著效果。

山灞远程医学教育系统与山灞远程诊疗系统是“孪生兄弟”，软硬件系统框架大体一致，但在功能上又自成体系。山灞远程医学教育是一套建立在真正实现疾病诊疗、能看病的系统设备的基础上，能采集、实时传输、还原、显示完整的医学信息(包括各种动、静态医学影像资料、波形、图片、实验室资料、声音等)，且达到医学诊断质量要求的远程医学教育系统。该系统可形成虚拟教室，使教、学双方实现课堂式的远程实时、交互式、面对面交流，且同步传输医疗质量的所有医学教学资料，能进行讨论、点名、提问、答疑等活动。能实现点对点、点对多点的远程教学活动，各方交流都很流畅、自然。

3 山灞远程医学教育的系统框架及功能模块

3．1 系统框架

在山灞远程医疗网络平台的支撑下，山灞远程医学教育系统通过3G、4G、Wi-Fi、专网等网络提供覆盖医学各专业、医院各科室的教育科目，实现点对点、一点对多点的远程医学教育模式(如图1所示)。

图1 山灞远程医学教学系统设计框架图

3．2 业务流程

山灞远程医学教育业务流程具备灵活、简便的特点。其中预约环节可通过电话预约、网上预约、定时定期等形式。此外，山灞已建立远程医学教育专家资源库，拥有权威医学专家5 000余名、优秀医师50 000余名。在山灞远程医疗、医疗信息化技术及整合的专家资源支撑下，可以实现高水平医学专家提供的远程医学教育(如图2所示展示了山灞远程医学教育系统的业务流程)。

3．3 主要的功能模块

山灞远程医学教育系统除提供实时高质量的“面对面”交流外，还可通过远程教育软件，同步传输所有的教学资料，实现如下功能:

●动态屏幕直播:能够将计算机屏幕内容，包括讲稿、Flash动画、鼠标运动轨迹、电子白板等内容流畅地直播到客户端。

图2 山灞远程医学教育系统业务流程图

●直播图像与语音:实时直播教师的图像与声音，并保持与屏幕的同步性。直播的视频可以自适应带宽，适合于多种网络环境下的直播，即使在极小的网络环境下也能收看直播。

●基于Web的课堂直播:学生用Internet Explorer浏览器即可收看直播。

●自动化程度高:服务器端自动化程度高，完成初始化后，无需其他操作，自动启动直播。客户端自动化，无需任何操作，通过服务器端直接控制客户端收看直播。

●直播延时小:便于不同客户端收看直播时进行交流。一台直播服务器可以同时直播多个课堂教学情境。可以与学校现有的Web Server或学习管理系统进行无缝链接。

●动态屏幕捕获:能够将计算机屏幕内容，包括讲稿、Flash动画、鼠标运动轨迹、电子白板内容等完全录制下来。远程教育录制软件在录制屏幕内容时，具有三个特点:①只占用非常少的CPU资源，不影响其他程序运行;②压缩率高，占用磁盘空间小;③流畅地捕获屏幕动态效果。

●捕获图像与语音:实时采集教师的图像与声音，并进行压缩处理后存盘。录制完的课件音视频和屏幕内容保持同步，生成的课件占用磁盘空间小。

●基于Web的课件点播:无论是本地播放还是在点播服务器上点播课件，用Internet Explorer(以下简称IE)浏览器即可点播课件，无需安装其他客户端软件。

●多码流课件:用远程教育录制软件录制的课件可以为多码流课件。学生点播时，保证在多种网络环境下都能流畅的学习课件。

●窄带课件:可以改变课件样式，将照片文件取代视频图像，可以大大减少课件文件大小和网上学习课件占用的带宽。

●自动生成文字索引:能够根据教师的Powerpoint幻灯片或Word文档，自动生成文字索引。还可以对生成的文字索引进行编辑(包括:添加、删除、修改和建立树型索引目录)，还可以创建缩略图索引。

●课件管理与发布:提供了一个课件管理与发布工具COD。利用这个工具，能够很轻松地将课件发布到Web服务器上，并且生成一个树型的节目单，让学生能够很方便的点播课件。

●丰富的课件样式模板:提供了丰富的课件样式模板，可以根据自己的喜好，选择课件的外观样式模板。

●课件剪切:用远程教育录制软件录制好课件后，可以对课件进行任意的剪切，删除无用的部分，而且视频与讲稿是同步剪切。

●课件合并:用远程教育录制软件录制好课件后，可以对多个课件进行合并操作处理。

●操作极为简单:对授课老师的惟一要求是，能够将教案编写成电子文档，并能够用计算机授课。

●多种屏幕格式:可以生成多种屏幕格式，包括系统自动生成的vga格式，另外可以转成Flash和asf格式，可以适应于多种编辑软件进行编辑。

●静音检测功能:系统在录制过程中能够检测音频信号。当信号丢失时，系统会提示用户，以免到录制结束才发现没有声音，避免出现“静音课件”。

●视频水印:可在视频上添加文字或图片水印，使录制完成的视频更具个性化。

●片头片尾:可自动在视频上添加片头和片尾。

●符合Scrom 1．2国际标准:课件符合Scorm 1．2国际标准，可与符合Scorm标准的学习管理平台进行无缝链接，另外由于课件用IE浏览器即可打开，所以可以在大多数学习管理平台或学校的网站上传发布。

●控制云台:可兼容球形一体机，用软件直接可以调整云台的位置和镜头的拉伸等。

3．4 特色优势

山灞远程医学教育系统采用了视频编码、视频云计算、基于Internet的视频通讯等技术，保证了高清信号的流畅传输和再现，提高了数据的安全性和可靠性，方便了不同教学环境的应用，形成了鲜明的技术优势。

3．4．1 视频编码技术视频编码方式是指通过特定的压缩技术，将某个视频格式的文件转换成另一种视频格式文件的方式。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，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系列标准等。视频编码技术的原理在于:视频图像数据有极强的相关性，也就是说有大量的冗余信息。其中冗余信息可分为空域冗余信息和时域冗余信息。压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉(去除数据之间的相关性)，压缩技术包含帧内图像数据压缩技术、帧间图像数据压缩技术和熵编码压缩技术。

3．4．2 视频云计算技术视频云计算技术是将视频计算任务分布在大量计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取计算力、存储空间和信息服务。视频云计算技术对用户端设备要求低、使用方便，可轻松实现不同设备间的视频数据与应用共享。更为重要的是，视频云计算技术提供了最可靠、最安全的视频数据存储中心，不用再担心数据丢失、病毒入侵等。

3．4．3 基于Internet的视频通讯技术基于Internet的视频通讯技术能够实现教学视频通过3G、4G、Wi-Fi、专网等网络在iPad、智能手机、iMac、手提电脑、台式电脑等终端上的使用。

4 实施效果

截止2010年底，通过北京的山灞远程医疗网络，共开展省内远程医学教育291期、省外21期、健康知识讲座25期。各地医院积极响应，组织医护人员参加，通过远程医学教育共培训医务人员100多万人次。

如:云南省元江县人民医院于2005年开始购买了彩超设备，但由于缺乏专业操作人员而一直闲置。后通过山灞远程医学教育系统得到专家的远程指导开始使用，至今该院已开展彩超诊断6 000多例，并培养了两名合格的彩超医师。

根据相关卫生行政主管部门预测，按平均每名医护人员到昆明等中心城市培训的最低费用1 000元计，山灞远程医疗网络实现的上述结果，共为国家和医疗机构节约费用超过10亿元。更为重要的是，通过远程医学教育，极大地提高了基层医务人员的诊疗水平，同时规范了基层医师的医疗行为。

远程医学从广义上讲是使用通信技术和计算机多媒体技术提供医学信息和服务。它包括远程诊断、远程会诊及护理、远程教育、远程医学信息服务等所有医学活动［7］。从狭义上讲，是指远程医疗，包括远程影像学、远程诊断及会诊、远程护理等医疗活动。基于卫星通讯的广播式远程教育系统和基于互联网宽带的远程教育系统应用时间最长，范围最为广泛，效果最为肯定［8］。经过十多年的实践，远程继续医学教育的各个系统都有其不同的特点及良好的实用性［9］。

远程医学教育作为现代远程教育的一大组成部分，是改善医院人员工学矛盾的有效方式，也是为国家和医疗机构节约培训费用、时间的有效方式，更是提高医务工作人员医疗技术水平的必经之路［10］。

山灞远程医学教育系统具备功能强大，可实现的形式多样，且业务流程具备灵活、简便及专家资源丰富等特点，是目前国内远程医疗及医疗信息化技术的理想系统平台。

［1］张喜雨．远程影像诊疗中心建设与远程会诊流程的设计［J］．中国数字医学，2008，(6):67-70

［2］孙静．远程会诊系统原型设计实现［J］．天津理工大学学报，2008，(2):88-90

［3］解文明，陶立华．从远程医疗信息传输谈下一代远程医疗系统建设［J］．医疗卫生设备，2005，(5):12-14

［4］边玉森，韩鲁宁，刘宏波．远程医学体制的建立对军队卫生建设的影响［J］．医学信息，2003，(1):5-7

［5］李明，吕建伟，马明．我国远程教育的质量问题与对策［J］．中国医学教育技术，2008，22(6):579-582

［6］周丽君，徐旭东，刘安滨，等．卫星远程医学教育的应用和管理［J］．医学研究生学报，2007，20(11):1189-1190

［7］付焕章．现代远程教育现状及发展趋势分析［J］．青海师范大学学报:自然科学版，2001，(3):44-48

［8］郑玉英，简桂花，蒋金根，等．医院远程继续医学教育技术的发展与应用［J］．中国医学教育技术，2008，22(1):72-75

［9］简桂花，茅静芳，蒋金根．肾穿刺病理远程诊断的可行性研究［J］．中国临床医学，2007，(6):31233

［10］曹麒，李志刚，万洪云，等．我国远程医学教育教学资源的调查研究［J］．中国继续医学教育，2010，(1):17-19