周雄

淺談高清數(shù)字化手術(shù)室系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周雄

在醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)和硬件建設(shè)基礎(chǔ)上，利用高清視頻的存儲(chǔ)和傳輸技術(shù)，創(chuàng)建高清數(shù)字化手術(shù)室系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)手術(shù)過(guò)程中的語(yǔ)音和視頻的實(shí)時(shí)傳播、交互、錄制、回放和點(diǎn)播，支持教學(xué)、遠(yuǎn)程會(huì)診和手術(shù)觀摩等醫(yī)學(xué)臨床教學(xué)和醫(yī)院管理需求。

數(shù)字化手術(shù)室；系統(tǒng)集成；高清視頻信號(hào)；示教中心

1　引言

數(shù)字化手術(shù)室是近些年來(lái)出現(xiàn)的一種全新理念，它是信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物，數(shù)字化手術(shù)室能將各類(lèi)設(shè)備所獲得的圖像和視頻送至手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)，指導(dǎo)手術(shù)過(guò)程的進(jìn)行，并提供手術(shù)觀摩和遠(yuǎn)程會(huì)診。我院是一所集醫(yī)、教、研為一體的大型綜合醫(yī)院?，F(xiàn)有數(shù)字化手術(shù)室9間，7間常規(guī)數(shù)字化和2 間DSA數(shù)字化手術(shù)室，現(xiàn)就我院數(shù)字化手術(shù)室的建設(shè)過(guò)程進(jìn)行總結(jié)。

2　數(shù)字化手術(shù)室簡(jiǎn)介

數(shù)字化手術(shù)室，是通過(guò)將先進(jìn)的信息化技術(shù)運(yùn)用到手術(shù)室，從醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）中調(diào)取數(shù)據(jù)或影像信息，使醫(yī)生能夠?qū)崟r(shí)獲得大量與患者相關(guān)的重要信息，從而便于操作，提高效率。

3　數(shù)字化手術(shù)室的關(guān)鍵技術(shù)

3.1醫(yī)院信息系統(tǒng)集成

我院系統(tǒng)平臺(tái)在設(shè)計(jì)中充分注重信息集成，在手術(shù)室管理終端軟件設(shè)計(jì)中利用Ensemble集成平臺(tái)整合了先進(jìn)的醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）、醫(yī)學(xué)影像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)（PACS/RIS）、醫(yī)院實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)（LIS）、電子病歷、醫(yī)院綜合管理系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)和遠(yuǎn)程會(huì)診等系統(tǒng)［1］，有效地存取手術(shù)患者信息和教學(xué)視頻的相關(guān)資料，手術(shù)醫(yī)生全面掌握患者信息，幫助其做出正確決定，減少手術(shù)時(shí)間；而且可以與示教終端進(jìn)行病情探討，實(shí)現(xiàn)真正的遠(yuǎn)程會(huì)議與遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)。

3.2高清視頻信號(hào)的處理

在高清數(shù)字化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，最為關(guān)鍵的是視頻和音頻信號(hào)的采集與編碼、傳輸與存儲(chǔ)的處理。手術(shù)室內(nèi)設(shè)備類(lèi)型繁多，包括術(shù)野攝像機(jī)、全景攝像機(jī)等。各種信號(hào)的處理以及物理接口不統(tǒng)一，同時(shí)存在多種視頻分辨率。設(shè)計(jì)高清的手術(shù)視頻示教系統(tǒng)，需滿(mǎn)足攝像主機(jī)的全高清、圖像記錄系統(tǒng)的全高清、手術(shù)室內(nèi)視頻的全高清、手術(shù)室與示教室的視頻傳送的全高清，才能實(shí)現(xiàn)高清的視頻手術(shù)示教。

3.3數(shù)據(jù)壓縮及傳輸

我們需要處理的數(shù)據(jù)量極大，而且多媒體的聲音、圖像、數(shù)據(jù)等有大量的冗余信息，所以必須進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，數(shù)據(jù)以壓縮形式存儲(chǔ)、傳輸，既節(jié)約了存儲(chǔ)空間，又提高了通信線(xiàn)路的傳遞效率。目前我院在視頻流壓縮及傳輸中采用的MPEG系列標(biāo)準(zhǔn)。

4　系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能描述

我院的數(shù)字化手術(shù)室系統(tǒng)采取一個(gè)主控機(jī)房和多個(gè)手術(shù)室及示教室的物理布置。每個(gè)手術(shù)室的圖像及視頻全部傳輸?shù)街骺貦C(jī)房，再由總控中心集中控制，把手術(shù)室的圖像接入到視頻直播服務(wù)器，通過(guò)醫(yī)院的局域網(wǎng)傳輸?shù)礁魇窘探K端。該系統(tǒng)有以下幾個(gè)部分［2-3］組成，見(jiàn)圖1。

4.1手術(shù)工作站

每個(gè)手術(shù)室都會(huì)配置一臺(tái)電腦作為手術(shù)工作站。還有一個(gè)設(shè)備控制平臺(tái)，用以控制手術(shù)室內(nèi)的各種設(shè)備，包括手術(shù)燈、手術(shù)床、醫(yī)療設(shè)備，攝像機(jī)等。所有設(shè)備的操作都在觸摸控制屏上完成。手術(shù)工作站將接入多個(gè)設(shè)備的影像視頻，而且可以任意切換與調(diào)閱；它還可以進(jìn)行信息系統(tǒng)的查詢(xún)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控任務(wù)。

4.2手術(shù)示教中心

示教室可以觀看到高清視頻信號(hào)，并與手術(shù)室之間的音視頻進(jìn)行互動(dòng)。每個(gè)示教室配置一臺(tái)主機(jī)作為手術(shù)觀摩系統(tǒng)，手術(shù)直播期間，示教醫(yī)生可以對(duì)手術(shù)過(guò)程進(jìn)行詳解，也可以聽(tīng)到示教室提出的疑問(wèn)并做解答，達(dá)到教學(xué)互動(dòng)的功能；其他醫(yī)療機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)授權(quán)可以通過(guò)本系統(tǒng)觀摩手術(shù)室實(shí)時(shí)畫(huà)面，各會(huì)診室，各示教中心可以就手術(shù)情況經(jīng)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)討論，并可與手術(shù)室醫(yī)護(hù)人員進(jìn)行對(duì)話(huà)，了解手術(shù)情況。

4.3手術(shù)總控室（中控中心）

總控室是整個(gè)系統(tǒng)的中心，主要完成整個(gè)系統(tǒng)的管理、配置等任務(wù)?？偪厥抑饕瓿梢韵鹿δ埽和瓿筛鞣N監(jiān)看功能，對(duì)音頻和視頻進(jìn)行錄像和傳輸；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行示范教學(xué)、實(shí)現(xiàn)院內(nèi)廣播；隨時(shí)查看各個(gè)通道的工作情況［4］。

4.4軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個(gè)數(shù)字化手術(shù)系統(tǒng)的軟件部分采用JAVA進(jìn)行開(kāi)發(fā)。JAVA作為目前被廣泛使用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，可移植性強(qiáng)，跨平臺(tái)及網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大，能提供完善的數(shù)據(jù)庫(kù)與通訊控制庫(kù)，實(shí)現(xiàn)手術(shù)工作站和觀摩系統(tǒng)的功能。

5　結(jié)論

通過(guò)硬件設(shè)備的配置以及完美的軟件設(shè)計(jì)，基本完成了我院數(shù)字化手術(shù)室信息系統(tǒng)的搭建，目前整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行良好，數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)無(wú)異常。在手術(shù)端，通過(guò)一體化手術(shù)室系統(tǒng)，手術(shù)過(guò)程、手術(shù)錄像、截圖等信息通過(guò)觸摸屏可以顯示到手術(shù)室內(nèi)任意顯示屏上；示教室端，觀摩學(xué)員可與手術(shù)醫(yī)生進(jìn)行實(shí)時(shí)交流互動(dòng)；通過(guò)手術(shù)室終端，在手術(shù)過(guò)程中可隨時(shí)控制數(shù)字錄像并存儲(chǔ)于錄播一體機(jī)中。

總之，數(shù)字化手術(shù)室打破了傳統(tǒng)觀念，建立了醫(yī)院的新模式，它是廣大醫(yī)院發(fā)展的重要方向。我們相信隨著數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化手術(shù)室必將普及。數(shù)字化手術(shù)室建設(shè)促使醫(yī)院提高效率，整合資源，創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］于京杰，馬錫坤，楊霜英，等. 論數(shù)字化手術(shù)室建設(shè)［J］. 中國(guó)醫(yī)院建筑與裝備，2012，13（4）：84-87.

［2］陳妍妍，笪泓，張曉祥. 數(shù)字化手術(shù)室的開(kāi)發(fā)和建設(shè)［J］. 中國(guó)數(shù)字醫(yī)學(xué)，2008，3（4）：36-38.

［3］張益釗. 淺談數(shù)字化手術(shù)室示教管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)［J］. 中國(guó)醫(yī)院建筑與裝備，2008，9（7）：20-27.

［4］李春報(bào)，張建中，何紅. 數(shù)字化臨床手術(shù)示教系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建立［J］. 海南醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，14（5）：593-594，597.

The Design and Implementation of High Definition Digital Operation Room System

ZHOU Xiong， Computer Centre， Tongji Hospital of Huazhong University of Science and Technology， Wuhan 430030， China

In the hospital network and hardware infrastructure， using highdefinition video storage and transmission technology， create HD digital operating room system， realize the operation in the process of voice and video real-time communication， interactive， recording， playback and ondemand support teaching observations， remote consultation and surgical clinical teaching and the requirement of hospital management.

Digital operating room， System integration， High definition video signal， Teaching center

TP311

A

1674-9308（2015）33-0020-02

10.3969/j.issn.1674-9308.2015.33.013

430030武漢，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)院計(jì)算機(jī)中心