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1、XX医院数字医疗手术示教系统技术解决方案设计单位：联系电话：目 录一、概述1二、手术示教系统的意义12.1、传统手术教学遇到的问题12.2、数字医疗手术示教系统带来的价值2三、功能介绍2四、系统构架44.1、系统构成图44.2、手术示教与记录系统架构54.3、音视频采集54.4、视音频显示64.5、系统控制单元74.6、音视频存储7五、方案特点85.1、开放融合的系统构架85.2、标准化的实现95.3、全局统一的存储管理95.4、智能化的部署与维护10一、概述随着社会经济的发展和科学技术的进步，当今社会已进入了信息化的新时代。计算机技术、网络通信技术的迅速发展，使计算机多媒体技术和网络建设在教
2、育领域中显示出了强大的生命力，多媒体技术与网络技术的结合从根本上改变了信息的传播方式。作为现代科学重要组成部分的现代医学，随着医学领域的不断发展,外科手术技术也在日新月异,利用高端计算机科学技术，对各种手术全程画面影像的实时记录,使之用于研究、教学和病例存档，已经得到非常的重视。有些具有争议的手术，也可以利用这些视频资料作为科学的判断依据。手术后对照这些影像资料进行学术探讨，提高手术的成功率。并可通过网络，得到异地专家手术中的远程指导。这样即可以提高各医院的手术水平，又可以提供手术的全部实时影像记录，使之成为提高手术技术水平的必要资料和依据。随着医院信息化建设的不断发展，医院对于综合视频应用需
3、求也更加广泛，例如视频会议、远程探视、手术示教、远程教学、远程监护、公共卫生突发疫情应急等，但是市场现状是各种视频应用系统自成体系，很难相互结合，也很难与医院原有HIS或PACS系统融合，对于院方来说，既增加了建设成本，又带来了管理上的不便性，因此，医院迫切需要建设一套示教与远程医疗会议系统。医院积累的临床资料、手术观摩录像，通常用于日常临床交流和教学，手术示教系统成为目前三甲以上大中型医院数字化建设的重点，手术示教系统将视频图像技术、网络技术、存储技术有机的结合在一起，在手术过程中通过摄像机对手术创口、手术台画面、多参数监护仪画面进行在线实时采编录像和网络直播，满足手术音像资料存档、远程观摩
4、和专家指导、历史手术回放等功能。该系统的诞生无疑为数字手术室建设提供了一种方便可靠的手术过程图像实时采集、纪录、归档和网络直播的专用系统，功能强大而使用简单。针对医疗行业市场需求，“高清手术示教系统”是基于IP网络的医疗行业视频应用系统，可涵盖多项远程医疗子系统，包括以检查诊断为目的的远程医疗诊断系统、以咨询会诊为目的的远程医疗会诊系统、以教学培训为目的的远程医疗教学系统、以家庭病床为目的的远程病床监护系统和以应急救治为目的的公共卫生突发疫情应急系统。二、手术示教系统的意义2.1、传统手术教学遇到的问题 现场学习，场地小，效果差 多个学生集中学习 救治环境不安静 手术过程不易交互式交流 录像效
5、果有限，不能同时多路录像 造价较高，角度难以选择 有价值经验不易保留 有学术意义的手术过程难以记录下来 紧急汇诊难组织 急症或难症手术需要多方专家同时会诊和协同2.2、数字医疗手术示教系统带来的价值 提高医院教学质量n每个学生、主任医师如临现场 保证医疗质量n过程监督、多媒体观摩。n对于传染病例可以防止交叉感染。 积累宝贵的实践资料库 召开院级或院之间交流会议或会诊 迅速建立信息化医院n视频信息化 重要资料存档，减少医患矛盾手术示教系统在医院中有着广阔的应用前景，手术观摩学习，专家会诊，都是其用武之地。除示教外，IP 监控也可广泛应用于门诊、住院大楼的安防监控，病房、监护室的24小时患者监护等
6、场所。 同时，手术示教系统的建立以与各种关键场所的监控实施，有利于医院的规范化管理，提高诊治、护理水平，同时，将手术过程记录，有助于解决医疗纠纷，分清责任。三、系统功能介绍XX手术示教解决方案基于IP网络，采用标准、开放、高质、可靠的IP技术，全分布式构架，音视频数据都采用数字化方式在IP网络上高速传输，用户可以从网络上的任意地点查看系统中任意手术的实时图像和历史图像；全分布式存储，用户可以方便快捷的扩充存储容量；开放的API增值开发包，通过与医疗领域合伙伴进行医疗系统融合，为医院用户提供更高的价值。XX手术示教方案帮助医院方便的实现如下功能： 实时教学、会诊n一个手术室可以支持多个远程教室同
7、时观看手术过程，同时进行学习。n多个医学专家可以在网络任意点连接同一个手术室，每个医学专家可以在网络任意点连接多个手术室，进行手术指导和讨论。实时交互通话n支持语音双向对讲功能，可以在手术过程中进行教学交流。n语音对讲可以单向屏蔽，保证重要手术不受外界干扰。n对讲功能内置，不需要额外集成语音会议系统，节约用户投资。 手术记录与回放n手术过程以iSICI进行块存储，提供块级数据访问，极大提高访问速度。n手术过程也可以以文件方式存储，提供文件级访问，兼容PACS等文件级应用。n手术记录可以自动备份，可以自动由块存储备份为文件存储。n手术记录可以手动下载，系统可自动将块数据转换为文件。 融合医疗信息
8、系统n通过增值开发包，可自动从HIS系统获得病人信息。n通过增值开发包，手术记录可自动转换为DIOCM格式存储。n 可以接入不同的医疗影像仪器。 灵活统一管理n不同的学习终端权限可控n所有设备集中配置管理n设备故障自动告警n所有手术记录统一管理 实时高清手术示教n 将正在进行中的手术在线直播，将高清创口摄像机、高清全景摄像机的视频和主刀医师与整个手术室的语音视频实时传送到示教室，画面清晰流畅。 医疗资源整合n 接入HIS、PACS、远程医疗等系统，实现资源共享。 示教与手术过程资料保存n 系统可对手术腔镜、手术显微镜、创口摄像机、手术室全景、C臂图像、麻醉监护仪等多路音视频进行录像并存储在本地
9、与医院磁盘阵列中，用于将来示教或发生医疗纠纷时做为证据。 手术技能考核n 手术直播后专家对手术过程进行点评，点评记录与录像资料一起保存到数据库。 手术视频点播n 局域网各科室与公网用户可以对手术视频录像进行点播，点播有相应的权限设置，通过合法授权后才能收看。 视频后期编辑n 可对录制的文件后期剪切、添加索引目录等。 远程教学n 通过公网进行远程教学。 家属观摩n 可以满足病人家属观看手术过程，音视频资料可以制作成DVD保存。 双向交互n 手术观摩者与手术现场可以进行实时语音通话。 远程遥控镜头n 远程控制镜头推拉，调节合适的视角，有效提高示教质量四、系统构架4.1、系统构成图手术示教方案由视频
10、信号接入和编码模块、IP网络传送和交换平台、解码和视频显示模块、视频图像存储模块、管理模块构成。手术现场视频编码器采集的图像采用双流技术，分作两路数据流输出，一路信号进行实时医疗业务显示，用于手术指导、现场示教和专家远程会诊，一路信号进行存储，用于课件制作、医疗事故鉴定、案件取证等。4.2、手术示教与记录系统架构4.3、音视频采集手术创面影像采集n采用微型电动变焦无影灯专用摄像机，720576 以上分辨率，安装固定于无影灯中心位置的手柄上。现场影像采集n采用一体化球机，720576分辨率，速率25帧/秒，安装于手术台取全景位置,例如手术台斜上方的天花板上； 现场声音采集n高保真吸顶拾音器，安装
11、于手术台上方；编码设备 n720576 以上分辨率，支持H.264、MPEG2MPEG4算法(用户可以选择自己认为合适的，系统不适合混合编码使用，系统同时只支持一种)，支持视频、音频编解码，单路或多路视音频输入，支持单播、组播传送，可安装于手术室楼层弱电间。4.4、视音频显示 解码器n支持H.264、MPEG2、MPEG4编码技术；支持10/100M以太网端口，图像分辨率最高可达：720*576;支持高码流（128Kbps至8Mbps连续可调）；音频输出 ：Line Input or Micophone (单声道或双声道立体声)。 显示设备n采用大屏幕显示，58人采用2535英寸液晶显示屏，8
12、10人采用4255英寸等离子电视，显示设备分辨率大于1024X768，对比度大于3000：1；n在大型试教室一般配备至少三台独立显示设备（最佳四个显示，分别显示同一手术室不同位置的图像每个手术室至少三个摄像机，在第四个显示设备上需要显示所有医疗仪器数据信息。（正/背投搭屏，或者DLP显示大屏）。 教学软件终端n采用的PC 服务器CPU工作频率 ：不小于3.0GHz ，内存 ：至少512M,推荐1G以上 ，硬盘 ：推荐配置80G，客户端软件必须兼容Windows系列操作系统；教学客户端软件支持多分屏显示，与病人生命体征数据同步显示，有直观的诊室列表，诊疗回放选择，操作员可以控制场景镜头，同时录制
13、手术过程、即时抓拍和录像等。另外在大规模的多功能会议厅，采用投影显示，教学终端PC机通过VGA 接口将画面输入到投影机，投影机至少选择3000流明以上; 分辨率1024768以上； 另外配置专业扩音设备。4.5、系统控制单元系统管理功能系统的核心是VM5000管理服务器，支持5000路视频和1500台编解码设备的管理，负责视频监控业务的调度、设备配置、设备保活和用户权限认证信息的管理。将报警信息、云镜控制、解码器输出控制指令转发到相关设备。VM5000负责自动建立教师和学习终端连接，控制业务流的流动方向。视频存储检索：同时VM5000对全系统分布式部署的NVR网络视频存储设备进行统一的资源管理
14、，包括存储资源的动态分配，提供快速精确的视频数据检索服务，控制数据访问权限，保证数据的安全性等。还可以提供数据备份功能，可通过简单的操作完成对重要手术过程数据的备份工作。VM5000最大管理100台NVR(IPSAN盘阵)，最大管理容量1200TB，满足医院对患者资料、有价值的手术影像长时间海量存储的需求。远程视频共享：根据医院的实际需求，iVS5000管理平台可以提供MS8000流媒体交换服务器组件，该服务器主要提供实时音视频流的转发、分发功能和音视频历史数据的VOD点播功能。可使远端专家医生根据权限观看各种手术的操作全过程。为远端专家指导手术创造必要条件。也为医务人员网上交流，以与教学实习
15、提供更大方便。4.6、音视频存储该系统将IPSAN技术引入NVR网络视频录像系统中，基于IPSAN技术的NVR系统比传统系统更可靠、开放和标准，NVR 采用IP SAN 存储， 64位硬件架构和软件操作系统，最高支持4G缓存，单台支持12T,多台分布式部署，统一管理，可支持1000T 以上海量存储。支持多种RAID和UPS，保证手术记录可靠完整。前端编码器应该可以直接通过iSCSI协议将压缩的数字视频信息以裸数据块的方式写入NVR的IPSAN盘阵中，实现端到端的IPSAN架构，相比传统方案中的流媒体服务器转存方式，系统架构更加简洁高效和可靠。支持SAN/NAS一体化，为医疗应用不同需求提供不同
16、的服务，手术记录采用ISCSI直接写入存储,提供块级数据访问；手术归档和PACS通过NFS协议以共享模式为服务器提供文件级访问。NVR存储设备可以和数据管理服务器、视频管理服务器无缝集成，可以在数据管理服务器中对IP SAN进行认证、注册、配置管理和实时存储状态检测。根据手术安排，管理员为不同手术预约不同存储空间；删除摄像机数据记录时，为该摄像机分配的存储资源将被回收；当摄像机需要存储的资源溢满时，系统动态地分配一个新增的资源；（手术时间延长）添加摄像机时，系统将动态地分配一个空间供其存放数据。通过数据管理服务器，把部分重要的手术视频数据转存到专用的存储系统中进行归档保存或用于后期课件制作。按
17、诊室、摄像机编号、时间等制定备份计划，可实现手动或自动的数据备份；支持视频数据格式转换，方便各种应用系统读取。五、方案特点5.1、开放融合的系统构架H3C手术示教解决方案整体架构遵循NGN（下一代通讯网络）架构，控制与交换相分离，由网络本身来承载交换存储流和实时流等业务码流，由管理服务器处理控制控制信息。适合大规模扩展应用。控制、图像、存储等全部采用国际标准技术实现，便于互连互通，整体架构采用分层、开放设计，便于与医疗机构其他业务系统的融和。5.2、标准化的实现采用标准的技术，使医院手术示教记录系统扩容方便灵活、不受限于单一厂商；实现与医院医疗业务系统、媒体通信系统的无缝融合。图像编码完全符合
18、国际标准，包括支持MPEG4、MPEG2和H.264 压缩格式，同时，图像格式标准化完全通过国际通行的第三方公司Tektronix测试仪器的严格测试。存储技术完全符合国际iSCSI标准，充分支持端到端的网络视频IP SAN存储。通过开放的API、接口协议和播放插件，本系统的业务生成和支持方式可以实现标准化，方便的实现和HIS系统、PACS 系统、以与医院其它业务系统的集成。各项标准技术的采用可以最大程度的保护用户的投资。5.3、全局统一的存储管理 存储虚拟化管理通过数据管理服务器可以对分布式部署的NVR设备的存储资源进行全局统一的存储设备与空间管理，实现存储资源的虚拟化，既与物理位置无关，可实
19、现分布式部署，同时集中管理。包括对前端编解码器的存储计划的管理，存储空间根据存储计划动态调整，对视频数据进行生命周期管理，对存储数据进行在线存储、回放、归档等处理，完成全局的存储策略管理，可以基于统一平台满足不同存储质量、容量和服务质量的客户需求（SLA）。 高效检索由于实现了基于IPSAN架构的存储资源统一管理，所有的分布式部署存储资源对于用户来说只是一个虚拟的存储池，检索时只要输入相关诊室代号和手术名称、时间等，就能自动找到相关摄像机资源，块存储允许检索时间可以精确秒而不是必须从文件头开始播放；检索的记录只有一个而不是一堆文件。相对于文件系统管理和检索的低效率，块管理更加方便高效。5.4、
20、智能化的部署与维护由于手术室对无菌环境的要求，任何人员进入里面进行设备配置等都会对环境污染，所以系统要求远端智能化管理，H3C 手术示教与记录系统彻底改变传统监控只能依靠人工进行系统管理和维护的局面，由于四大网络监控组件的平台统一，可以方便的实现编解码、存储、网络传输和业务软件（服务器）四大平台的统一网管和维护。支持分级分域的管理、灵活的用户权限管理、自动的设备批量配置、全网设备的统一拓扑视图、拓扑自动发现管理、全网设备状态管理、故障自动告警与定位管理和GIS地图功能。可以实时监视所有网络存储IP SAN设备工作状态；动态分配存储空间；禁止非法篡改以保证数据安全；控制访问权限，日志保留所有访问
21、记录确保图像隐私不被非法获取。支持统一的故障管理，故障发现并告警(告警灯、声音、Email、短信)，故障识别、定位、并且自动修复。六、系统说明医疗手术示教系统强大的数据处理能力能够对手术实况，各类图像检查设备的信号进行录制、存储、广播，形成非常有实用医学价值的医疗媒体资产。通过服务器的MPEG-2 DICOM 标准化医疗媒体服务，实现医疗手术媒体资料档案的DICOM 3标准化管理和标准化存储，以便PACS系统可充分的利用以上的医疗手术媒体资料资源提供给医师、学员、医护人员，使他们能对过去的媒体资料和手术过程进行实时和点播观看。医疗手术示教系统借助网络技术可以使不同地方的医生、学生不离开其岗位，
22、仅通过计算机即可实时观摩医院手术室的各个手术的实施情况。通过计算机键盘，医生进行询问、指导或者进行多个用户群之间的交流，最终实现远程与现场的互动，真正实现了医疗手术示教和医疗手术示教指导过程。医疗手术示教系统为医护人员随时随地通过网络的手术观摩和学术交流提高自身医术水平。它实现了与国际互联网络连接便可以进行国际学术交流和培训，以与远程医疗会诊，使异地的医生会诊跨越地域的障碍。高清手术示教技术整合现代通信技术和网络技术发展的前端技术，提出了高清手术示教系统的一整套优秀的解决方案，为现代医疗系统中手术示教的发展提供了一个正确的解决办法和发展方向。高清手术示教系统主要由四个部分构成：n 信号采集(手
23、术室) n 信号汇总处理(控制室)n 手术实况高清直播(会议室)n 网络客户端(各科办公室)手术室采集的高清视频信号和音频信号传输到控制室进行编码、转码与存储，经控制室的汇总处理后通过音视频线缆传输到会议室；同时，控制室将高清视频信号和音频信号转为数字信号，通过网络传输到各科室和会议室。手术室的监护仪视频信号和手术全景视频信号分别通过监护仪服务器和视频服务器转为数字信号，然后通过网络传输到会议室和各科室。6.1、高清手术示教系统主要特点细腻真实的数字高清图像从手术图像的采集、传输、播放，到最后的存储，均采用最新的数字高清技术，可实现19201080的高清分辨率，比传统的模拟画质清晰4-8倍，色
24、彩还原完美，清晰再现手术真实画面，完美记录手术细节。该系统不仅满足了手术观摩对于清晰度的要求，而且细腻呈现病体部位的血管、组织等肉眼难以分辨的细节，为手术医护人员提供了实时的图像参考，从而辅助医生完成准确、高质量的手术操作。稳定高效的广播级网络传输采用高清编码技术，实时将手术画面和音频信号传输到网络上，为医院的各科室、会议室提供高质量的直播或点播服务；同时，通过与国际互联网的连接，不同地方的医生、学者都可以观摩手术实况，并实时向手术室医护人员提问或进行指导。手术医护人员也可以对手术情况进行同步讲解，从而实现国际医疗学术交流和培训，以与远程医疗会诊。 全面详尽的手术辅助画面可以将手术高清视频图像
25、、监护仪数据图像、手术室全景视频图像以与其他医疗设备采集的图像（如解剖学的扫描MRI/CT、生物化学扫描PET、血管造影仪、内窥镜、眼科显微镜、B超)以多窗口的方式在同一个屏幕上显示，将病体特征信息和手术实施情况相结合，极大丰富了手术示教信息的内容，使观摩者可以了解到现场手术实施和病体特征之间的关系。 强大快捷的医疗存储系统提供在线医疗存储系统，实时将手术图像和音频数据存储在服务器中，方便手术后重新播放，可通过访问存储服务器进行网上的点播或广播，并可制作成资料光盘存档和交流。用户还可以通过外接硬盘、阵列柜、NAS等外部存储设备来进一步拓展存储空间，建立庞大而详尽的手术档案管理系统。6.2、系统
26、工作原理说明高清数字医疗手术视频示教和病理检查实况的示教系统在空间物理结构上可以划分为四大部分： 手术室信号采集系统 中心控制管理服务系统 会议室输出系统 网络远程传输等部分构成高清数字医疗手术视频示教系统运用当前先进的计算机技术和通信技术，解决了手术室现场观摩受到空间限制和视频示教效果远远达不到示教要求的难题，为医学教育提供了一个很好的解决方案和正确的发展方向。该系统可以对手术现场进行高清显示处理同时提供手术过程实时广播、录制和存储，并且转化成能够在网络上可广泛传输的支持DICOM的流媒体格式。医护人员、指导专家以与学生可以通过计算机网络进行手术直播或者录播，为手术过程分析和教学提供了详细和
27、丰富的数据分析和影像资料。手术室前端的视频信号由高清信号采集设备对手术实况进行采集和录制，音频信号由通话耳机和通话腰包进行采集，采集到的高清视频信号和音频信号传输到信号中心控制室进行编码、转码与存储，控制室将高清视频信号和音频信号转为数字信号，通过网络传输到各科室和会议室；同时，音频信号经控制室的汇总处理后通过音视频线缆传输到会议室。手术室医护人员在根据当前手术室中实际使用的设备情况，来取决通话系统中采用有线或者无线的方式进行双向的交流。音频系统中，手术室医生可以通过便携式腰包与会议室的专家或者医护人员进行双向的交流。高清手术示教系统通过无线通讯与有线通讯多点通讯的完美结合，提供了整个双向有线
28、、无线对讲、双向语音信号混合、复合视频的合成嵌入、网络信号的同步传输的功能。高清手术示教系统由音、视频实时采集子系统、播出控制子系统、示教室播出子系统构成。其中音、视频实时采集子系统由设置在各手术室的前端摄像机、拾音器、网络服务器构成；播出控制子系统由设置在总控中心与授权终端的控制主机与视频存储服务器组成；示教室播出控制子系统由设置在各演示教室的示教工作站、多媒体投影仪、电动投影屏幕等组成，可以在示教室调用需要观看的手术室现场情况。该手术示教系统可在总控中心与授权终端对摄像机进行遥控操作。并有双向对讲通话功能，实现图像信号与声音信号同步交换，使在示教中心观摩、会诊的医护人员更有临场感，还可实现
29、远方与手术现场的实时交流，达到远程医疗与教学的目的。工作人员操作计算机，应用先进的监控技术，控制手术室内环境摄像机与无影灯摄像机镜头的变焦，云台的水平、垂直方位，对手术过程进行监控，在示教室内观摩、会诊的医护人员可操作控制主机以高清晰监视器清晰地观看麻醉师、护士、医生手术的全过程和仪器传输的图像参数。还可以将手术室直播的内容存储在服务器上，并为用户提供手术资料查询和以媒体方式点播的功能，以备日后教学分析用。对于存储下来的手术内容可以进行编辑，制作成课件通过光盘或网络发布。任意示教室可以对任意手术室进行的手术实时观看，并可实现全屏方式的投影观看、手术教学和手术对讲，局域网内的其他授权用户也可根据自己的需要选择正在进行的手术互动交流。此系统科技含量高，它的设计涉与到建筑学、护理学、卫生学、生物学、工程学等学科领域，优点在于利用医院现有网络，节省大量建设经费、手术过程和细节信息实时而且高清晰，提高教学效果、随时随地的观看想要观看的手术过程，完全摆脱了传统示教模式在时间、空间和人数上的限制、资料的录制和备份方式先进，查询方式简便，观看方式多样、灵活、无地域限制等。