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1、三甲医院智能化数字手术示教系统设计方案1.1 系统概述 随着信息化进程的发展，社会方方面面的进步及需求，医疗对各种影像及视频方面技术的需求越来越高，应用范围也越来越广。单说手术视频方面，医疗界需要对手术中的视频资料进行采集保存，以对其进行后期分析、术后治疗、教学观摩、案例研究等多方面的应用。现也有众多医院各自采用多种方式的存储方式，由于没有行成标准化，没有专业的设计实施，使后期的应用方面受到很大的限制，存在技术落后、兼容性差、清晰度低、可操作性弱等众多问题。科学技术的进步，尤其是计算机技术和网络技术的飞速发展，为社会的进步发展提供了一个统一的、分布广泛的数字化网络系统。同时也促进了基于网络各种
2、各样的应用。百兆到桌面（其至是千兆）的G时代的到来，无线网络及应用相应而生，飞速发展，技术日臻成熟促使了又一次生产力的革命，迎来了一个全新的网络时代。二十一世纪的我们身处一个信息共享、高速传播的信息海洋里，它就如浩瀚的宇宙，无边无际。人们需要也愿意把新的信息以最快最广的方式传播。经济的发展，医疗的进步，改变了传统的医疗方式，在不知不觉中进行了一次手术革命；需要把医术经验以最快的方式，最广的范围传递增给每一个从医者或将来从医者，让他们在别人的经验基础上成长，站在一个新高度。需要我们想尽一切办法，利用最新的技术、最好的方法、最快的速度、最广的受体、最经济的手段来提供解决方案，满足信息共享的需求。1
3、.2 系统特点 广播级数字高清画质：世界上率先采用广播级数字高清设备作为该系统基础构建，基于网络传输，清晰度和色彩还原度是传统方式的几十倍，画质细腻、图像色彩还原度高。解决无影灯强光下图像失真现象：无影灯强光导致术野摄像机图像失真是困扰使用者（医院）已久的难题，我们使用术野摄像机专业控制系统有效解决了无影灯光太亮带来的图像失真问题。多设备信号的高度集成： 可以采集手术室内除术野摄像机和全景摄像机之外的医疗设备（腹腔镜、显微镜、腹腔镜、窥镜、监护仪、麻醉机等）的图像。让学员、观摩人员通过更多信息了解手术实际过程。“0”距离的教学和互动：实现院内乃至国际上任何一个地方实现实时通讯，包括手术直播、远
4、程观摩、教学、医疗会议和多方讨论，保证手术室秩序和洁净度。沟通无极限： 实现多个接入点（手术室与示教室、观摩室、其他网络客户端）之间视频、音频事实通讯，交流。IE 浏览：基于医院现有网络，可以同时支持数百个教室和医生工作站浏览，实现多方会议和讨论。安全的鉴权体系：建立权限管理体系，确保病人的隐私和医生的学术隐私。对网络的每个用户可以进行远程控制、观看、录像等的授权，也可以进行观看时段和观看手术的授权；同时可以随时了解观看的教室和个人的列表，并可以随时切断某用户或取消部分权限。场景式家属谈话：支持在实时录像传输中，用户在某一时间点要求回顾此时间点前的某段影像，并同时录制实时影像。集中储存和回放，
5、方便制作课件和资料保存。1.3 系统设计及功能本医院手术室及示教室点位统计如下：手术室（名称）所在层数数量万级2F17百级2F3骨科无级别2F1小计21 名称所在层数数量示教室2F13F14F15F16F17F18F1小计7此次设计我们仅对8间手术室设置了手术示教系统，具体数量以甲方要求为准。系统实现以下功能： 提供手术室内手术过程的视音频拾取设备及安装服务。 提供手术室内全景监控摄像机及安装服务。 提供全景监控视信号的网络化传输设备及安装调试服务。 提供手术室内对讲扩声系统。 设计并实施基于IP网络的手术数字化网络示教系统，提供相应的系统设计方案和设备。 依据手术数字化网络示教系统的设计提供
6、手术室中控室手术示教部分的相关设备和产品并进行安装调试。 依据手术数字化网络示教系统的设计提供示教室、手术室、会议室、领导办公室、医护办公室、学术报告厅和多功能厅等的手术示教设备及双向对讲设备和安装调试服务。 本医院手术数字化网络示教系统应达到如下设计目标： 8间手术室安装视频、音频拾取设备，拾取手术过程的术野视频信号和主讲医生的声音信号并传输到手术视频示教室，视频质量高，达到高清晰度、高色彩还原度的视频效果，语音清晰明朗。 8间手术室安装术野摄像机控制系统，用来远程调节术野摄像机位置，远程调整摄像机参数，达到术野摄像机远程多功能一键式控制，无需进入手术室进行任何操作，解决术野摄像机在无影灯高
7、强光下产生的图像炫白、失真的现象，保证图像质量高清晰度、高色彩还原度，不失真。 8间手术室实现全景监控，图象质量好，云台角度和镜头焦距可调。并可在总护士长和分护士长办公室通过网络进行多分屏监视、全屏监视和控制。 在中控室或示教室内对8间手术室的术野摄像机进行远程全方位控制，做到无死角术野视频拍摄。 可以实现手术室、示教室、中控室内进行双向语音对讲，可以实现多分屏预览和任意一路全屏预览，对任意一路音频信号进行监听。 通过IP网络实现手术示教、学术交流和存储录像功能，所有视频（腔镜、显微镜、内窥镜、监护仪、术野摄像机、全景摄像机等）图像都可经院内IP网络传输和存储，可同时对任意2路视频图像进行转播
8、和存储，做到音视频同步。 网络传输、存储、回放的视频采用最先进的H.264压缩算法，清晰度达到FULL HD级别，效果HD DVD画质，以符合医疗手术的需求，比如，通过色彩可清晰分辨胰腺和脂肪。网络传输、存储的码流，不得低于3Mbps，不能高于10Mbps，并在这个范围内可调整，以保证画面质量的情况下节约带宽。 手术存储录像后的数据可刻成HD DVD光盘，方便保存和携带。 在手术示教和学术交流时能够进行双向的音视频对讲，做到语音清晰、延迟低、无回声、视频清晰流畅。 实现示教室、手术室、会议室、领导办公室、医护办公室、学术报告厅和多功能厅等地通过网络进行手术示教和学术交流，要求视频回放清晰度达到
9、FULL HD级别，效果达到HD DVD画质，色彩还原度高。各需求场所可根据访问权限直播、点播、对讲、管理视音频。各处都能进行双向对讲交流功能，对讲设备要求支持视频功能，以便在有可能的情况下进行音视频双向对讲。 在院内任意网络接入点可通过IE直接根据分配的用户权限对手术过程的音视频直播、点播、对讲等管理。在有专线网络的情况下，可以实现远程手术观摩、手术指导、远程示教、远程会诊等。1.4 系统方案组成根据相关要求、上述分析和设计目标，医院手术数字化网络示教系统应完成的功能如下图所示：医院手术数字化网络示教系统总图1.4.1 手术室设备部署 每间手术室部署一台或两台（若需要采集的视音频信号过多）视
10、音频采集终端，用于采集手术室视频信号（如术野摄像机、全景摄像机、X光机、内窥镜、腹腔镜、生命监护仪、造影机等）和音频信号（领夹麦克、枪式传声器、拾音器等）；并可以实现与其他场所（如示教室、会议室、报告厅、教授家里、下属医院、分诊机构等用户端）进行语音的对讲，实现示教的功能。 每间手术室部署一台广播级3CCD或3CMOS高清晰摄像机作为术野特写视频采集设备，保证视频画质优异，达到高质量、高清晰度、高色彩还原度的视频效果。 每间手术室部署一套专业术野摄像机远程微控仪，对术野摄像机进行远程精确控制，有效控制术野摄像机的菜单、快门、白平衡、增益、场景等多项技术参数，有效精度控制术野摄像机镜头的光圈、精
11、度聚焦、精度变焦已经镜头变焦速度等功能。有效解决无影灯强光下视频采集难题眩光、太黑、失真等现象。保证图像高清晰度、高色彩还原度的实际展示。 每间手术室部署一条安装术野摄像机系统的万向臂（该臂由医院在定制无影灯时，要求无影灯厂家特殊定制），该臂安装术野摄像机之后就像无影灯一样运动自如，有效解决传统术野摄像机安装方式（吊装、壁装、三脚架安装）带来的难题录像过程中有拍摄死角和影响医护人员正常工作问题。通过和术野摄像机远程微控仪配合，保证视频拍摄过程中无死角，无障碍。 每间手术室部署一台清晰度较高的摄像机作为全景摄像机，为观摩现场的观摩人员以及学员提供手术室手术过程中医护人员整体配合的画面。 每间手术
12、室部署一套声音采集设备（领夹麦克、枪式传声器或拾音器等），用于采集手术现场医生交流或者主讲医生的声音，录制并传送到具备权限收听的观摩现场（示教室、会议室、报告厅、教授家里、下属医院、分诊机构等用户端）。 每间手术室部署一套以上声音播放设备（吸顶音箱、功放、有源音箱或无线头戴耳麦），用于收听观摩现场（示教室、会议室、报告厅、教授家里、下属医院、分诊机构等用户端）的专家指导或者学员提问。实现手术室与其他现场双向语音双向，声音清晰明朗。1.4.2 示教室设备部署 每间示教室部署一台音视频教学终端，用于手术视频的解码直播，并配备高清显示设备，做到视音频的实时观看与收听，达到手术示教的功能。 每间示教室
13、部署一套以上视频（医疗专用高清投影机、高清液晶监视器、高清液晶电视或高清拼接屏幕），用于显示手术室的各种视频画面（术野摄像机、全景摄像机、X光机、内窥镜、腹腔镜、监护仪、造影机等），使整个手术现场真实显示，学员如临其境。 每间示教室部署一套音响系统（无线话筒、有线话筒、功放、调音台、音箱），用于现场教学或与其他的场所（手术室、会议室、报告厅、教授家里、下属医院、分诊机构等用户端）进行交流。 每间示教室部署一台具备独立显卡的品牌电脑，用于对示教系统的远程管理、医学课件的展示等。1.4.3 中控中心设备部署 中控中心部署一台多网口千兆网络交换机，用于集成整个手术示教系统的网络部署，如果与医院共用局
14、域网的话，可以不部署该设备，但保证局域网分给手术示教系统的网络资源带宽（千兆）足够。 中控中心部署一台服务器，用于安装流媒体录播管理软件，实现对整套手术示教系统的录制、直播、点播、组播、转播等功能。 中控中心部署一台或多台术野摄像机远程遥控仪（视手术室术野摄像机的数量而定），用于远程控制手术室术野摄像机的各项功能，通过多个“一键式”功能实现，使术野摄像机的控制更简捷。 中控中心部署一台具备独立显卡的品牌电脑，用于对示教系统的远程管理、医学课件的的编辑以及访问用户的管理。 中控中心部署一台存储服务器（磁盘阵列），这是针对比较大的项目或者对数据备份要求严格的项目而配备的。1.4.4 其他用户终端设
15、备配置 对于只实现对手术视频的直播点播功能的场所进行设备配置： 该场所只需配置一台具备独立显卡（1G以上）的较高配置的电脑和音箱、麦克即可。前提是：该客户端必须能够上网，并且具备了手术示教系统管理员分配的登陆权限。 对于需要实现远程会诊的场所进行设备部署： 需要配置一套医疗会诊工作站。该工作站为一台车载可移动方式，该工作站安装高清摄像机、高清液晶监视器、管理电脑、多端口高清音视频交互终端、功放、有线话筒、和有源音箱。实现远程与其他场所（手术室、上游医院、下游医院、其他医疗机构、远程会诊室等）实现音视频双向交互，以实现远程会诊的目的。 对于远程的场所最好有专线网络（4M以上），只有这样才能保证视
16、频的事实流畅性，如果没有专线网络，视频的流畅性就不是我们手术示教系统所能控制的，只能依赖使用时的公网。1.5 系统方案设计根据需求分析和设计规划，我们采用的WAJELLTE手术示教软件平台系统。这一医疗示教专门开发的教学平台完全满足医院手术数字化网络示教系统的功能要求。WAJELLTE手术示教软件平台示教平台采用H.264的视音频服务器对手术过程（麻醉过程）的音视频信号进行编码压缩并在IP平台的网络上以单播、组播或多播的方式传输，流媒体录播服务器则可以对其进行解码还原和录像存储，编码、传输、解码、录像、回放都达到了FULL HD级别，HD DVD效果。流媒体录播服务器同时还支持本地视频文件的播
17、放、PPT幻灯片的播放、各类图片的切换展示，并预留了PACS、HIS、监护仪信息接口，使手术教学更专业、方便、实用。1.5.1 手术数字化网络示教子系统方案根据方案要求和上述分析，手术室系统按照如下图的部署。1.5.2 示教室子系统方案根据方案要求和上述分析，示教室系统按照如下图的部署。1.5.3 中控中心子系统方案根据方案要求和上述分析，中控室系统按照如下图的部署。1.5.4 视频网络化传输的优点1. 信号的无损传输视频信号被数字化后进行传输，无论传输距离有多远，环境有多差，在接收端得到的信号是无损的。不像传统模拟传输受传输距离、传输环境、传输介质等众多因素的影响。2. 传输介质价格低传统模
18、拟视频的传输介质价格非常贵，尤其是要求画质高、传输距离远、途经环境恶劣的情况下，传输介质的成本更是昂贵。视频数字化后传输介质只需使用普通五类的网络线缆就可以，价格非常低廉。3. 不受距离限制传统模拟视频的传输往往受传输距离的限制，距离太远，远端接收到的信号会衰减的无法使用，往往需要中间接入放大设备，但信号噪声也被一同放大了。但视频数字化后就不会受到传输距离的限制，既使超过了普通介质的传输距离，中间加入了相应设备，也不会像传统模式那样，不会给信号造成任何损失。4. 无需预设传输线缆传统模拟视频的传输往往需要预先铺设了传输介质才能进行传输，否则就不能实现，这就限制了使用空间。视频数字化网络传输是借
19、助现有的网络基础，在网络化时代，只要有网络的接入点的地方就可进行视频的传输和接收。不需再另外铺设传输线缆，节约投资。5. 投资的使用效率传统模拟视频传输的传输介质只能用作视频传输，基本上是长时间不使用，处于一种自然损耗状态，不但是一种浪费，且不易维护，非常多的地方出现过原来的视频传输突然不能使用，查找故障点维修十分困难，最后只能放弃使用。而视频的数字化传输是共享现在广泛使用的网络，在不进行视频传输时，它使可被其他应用使用，不但不会造成投资的浪费，而且维护也是与网络同时进行的，不需要额外的维护人员或费用，出现了故障，查找维修也十分方便简单。6. 易扩展传统的模拟传输要想在原有的基础上扩展，需要从
20、视频控制室进行线缆铺设的操作，这有时是不可能的；或者是在某个视频接收点处加装视频分配设备，在这个地方向外铺设线缆，不但施工麻烦而且信号也出现了损失。视频的数字化网络传输在进行扩展时不需要进行重新从视频控制室布线，只要有网络的地方就可以接收，无异这本身就是扩展，既使没有网络接入的地方，只要从最近的网络接入点布线即可，也不会造成信号的损失。同时视频的数字化网络传输还有传统方式无法比拟的向更大空间扩展的优式。7. 操作方便视频数字化网络传输使用计算机进行操作，当代计算机普及的时代，这已不是什么专业的、高难度的操作了。8. 画质高随着视频处理技术的提高，数字化后的视频信号画质非常高，达到HD DVD画
21、质，完全满足各种需求。因其传输是无损的，所以更容易提供高画质。9. 技术先进视频数字化网络传输是依附于网络的，是一种新兴事物，具有先进的技术，是未来的发展趋势。10. 远程医疗和远程示教视频的数字化网络传输采用的是网络的技术，在互联网大发展的今天，这已是远程示教和远程医疗的基础。1.6 主要设备介绍1.6.1 高清术野摄像机功能参数图像感应器1/3 英寸CMOS，297万像素水平解像度1080线液晶显示屏2.7英寸取景器0.45 英寸，约122.6万像素，100% 覆盖麦克风立体声电介体电容式麦克风镜头f=3.9-86mm，28-616，22 倍光学变焦滤光镜直径72mm自动对焦系统自动对焦或
22、使用对焦环的手动对焦白平衡自动白平衡、自定义白平衡、预设白平衡设置或色温设置光圈自动或手动设置增益自动 (AGC) 或手动 （-6.0 dB 到33.0 dB，微调可用）快门速度60i/60p：1/601/2000秒30p：1/301/2000秒24p：1/241/2000秒最低照度0.4lux视频输出HD/SD SDI：AV端子BNCx1，0.8Vp-p，75，高清/ 标清可切换HDMI OUT 端子HDMI 连接器，仅用于输出操作温度040大小(W x H x D)180195438 mm，包括握带（镜头罩和眼罩除外）重量（仅摄像机机身）2400 g1.6.2 全景摄像机功能参数成像器件1
23、/3型隔行扫描CCD有效像素976（H）582（V）扫描区域5.58 (H)4.67(V)mm扫描频率水平：15.625kHz 垂直：50.00Hz扫描线数625线水平分辨率650线最低照度彩色：0.08Lux 黑白：0.05Lux信噪比50dB（相当于AGC关，加重开）白平衡ATW1 /ATW2/ AWC背光补偿(BLC)开（自动）/ 关（带有86遮挡区域）电子快门关(1/50), 1/1201/20000,电子灵敏度关/自动(x2, x4, x6, x10, x16, x32, x64， 128, x512 )ABS开/关黑白模式自动/关焦距2.810mm镜头角度调节水平+180 -170
24、 垂直90 （图像倾斜调整范围100）视频输出1.0 V p-p / 75 / PAL复合信号 / BNC接口电源/功耗12V DC，180 mA, 24V AC 50Hz，2.1W环境温度-10+50环境湿度小于90%尺寸129.5mmx93mm(H)重量（约）430g1.6.3 术野摄像机微控仪功能参数支持摄像机类型松下多用途箱式摄像机： AW-E650MC、AW-E860MC、AW-HE870MC日立多用途箱式摄像机： HV-D30P、HV-HD30、DK-Z50、DK-H100等；索尼多用途箱式摄像机： DXC-390、DXC-990、HDC-P1等；支持镜头类型可选配富士能MD、RD
25、镜头；佳能TS、AS镜头旋转范围水平 0310；垂直：+20-70（可调整）旋转速度水平 0.240/S；垂直：0.220/S定位精度水平精度： 0.0110%（水平320度旋转范围）/0.1520%（水平400度旋转范围）垂直精度：0.0110%解码器内置高性能微控仪、摄像机、镜头解码器受控距离不大于1200米（支持光端机等传输设备）通信协议KXWELL协议、松下AW、PELCOP、PELCOD等云台速度控制镜头、微控仪全变速控制预置位100个（包含水平、俯仰、变焦、聚焦、光圈信息） 定位精度：0.01度 (无积累误差) ，一键式操作特色功能为摄像机供电，远程开关机摄像机内供电模块支持（过压
26、、欠压、过流保护）载重侧载：5kg 顶载：3kg工作电压AC/DC 1524V功率15W（不含摄像机）重量4kg工作温度-10+45工作湿度85（无结露）1.6.4 术野摄像机远程遥控仪功能参数云台/镜头控制器全变速 光圈控制自动、手动、锁定 系统容量10预置位20个高精度，一键式操作 特色功能一键式术野摄像机远程开关机远程开/关机一键式微控仪、镜头全变速远程控制、控制一键式术野摄像机镜头光圈远程自动/手动切换、调整一键式术野摄像机调节摄像机快门远程设置、调整一键式术野摄像机菜单远程调整一键式术野摄像机机位地址远程切换一键式微控仪、术野摄像机预置位远程存储和调用一键式术野摄像机场景远程切换一键
27、式术野摄像机白平衡远程调节通信方式RS422、RS232 供电DC12V10% 800mA工作温度-10+45工作湿度85（无结露）尺寸300x186x54mm（不含摇杆） 300x186x124（含摇杆）重量约1.5kg1.6.5 高清视音频采集前端功能参数视频压缩标准H264视频输入接口HD-SDI1/ HDMI1/ 分量1/DVI1 (可选其一)支持分辨率1080p，1080i，720p视频压缩帧率各种分辨率支持30帧，向下可调视频压缩编码(30帧/S)720p1Mbps 1080p/i6Mbps 图像调节亮度、对比度、色度、饱和度画面延迟小于200ms（局域网）音频输入线性输入（支持双
28、声道立体声各1路，可环出）音频压缩标准AAC-LC,G.711，G.722音频采样精度16bit采样宽度、44.1KHZ采样率，向下可调支持媒体流协议UDP/TS/RTSP/RTMP(Flash Player支持)通讯接口RJ45 10/100M自适应以太网口、RS232口、RS485口云台控制协议PELCO-D，PELCO-P，VISCA网络协议TCP/IP、UDP、RTMP、RTSP工作温度/湿度-10+55/85%RH以下机器高度标准1U1.6.6 高清视音频教学终端功能参数视频标准H264音频标准AAC网络协议TCP/IP、HTTP、RTP/RTCP、PPPoE、NTP音视频延时200
29、ms以内并发解码能力1080p/1080i 3画面720p6画面帧率30fps输出视频1/3/4/6画面输出接口VGA/HDMI(二选一)音频特性16bit、44.1KHz音频输出接口双声道立体声控制接口RS485/RS232网络接口RJ-451.6.7 流媒体录播平台软件功能参数访问形式标准B/S，客户端通过浏览器即可在同一平台上实现直播、录制、点播、编辑等Flash 10（rtmp）直播、点播存储格式MP4格式 文件封装格式AVI录制模式多路高清视频同时进行录制；其它协议Rtsp、UDP视频支持1080p/i、720p、D1手术室最大扩展25间以上每间手术室可配置音视频4路并发录制20路分
30、轨录制每路音视频信号独立录制，存储为独立的文件；单台服务器并发能力客户端直播点播200路剪辑视频文件Web上直接方便处理，支持多路智能同步裁剪暂停功能暂时停止录制；录像控制本机控制、网络远程控制、中控控制；录像备份远程软件同步备份组播用户数量支持网内所有用户以组播的方式同时观看录制现场影像；单播用户数量支持网内200位用户以单播的方式同时观看录制现场影像；点播用户数量支持网内200位用户同时点播存储在设备中的影像资料；用户权限配置5级别灵活控制其它制作索引、目录、添加字幕、封面、简介1.6.8 手持无线话筒功能参数频道992=198频率范围730-830MHz频宽200KHz频响35Hz-20
31、KHz敏感度100dB失真0.5%信噪比90dB有效距离50M发射功率10Mw振荡模式PLL调制方式FM镜像控制50dB频率偏移75 KHz发射机电源DC2.4-4.8V拾音方式手持麦克2输出平衡输出2，不平衡输出1电源AV100-240V，DC14-22V1.6.9 吸顶扬声器功放功能参数话筒输入2路话筒输入，3路AUX输入；1路AUX输出；100V、70V定压输出和416定阻输出；5单元LED电平表额定输出60W输入灵敏度300mv 信噪比70dB 输出方式70V谐波失真0.1%尺寸88430280mm输入电压220V1.6.10 专业会场功放功能参数话筒输入电平-40dB话筒输入阻抗2K带通频率特性200Hz6KHz参量均衡控制频率特性200Hz8KHz话筒频率特性50Hz18KHz（-3dB，带通关闭时）线路频率特性20Hz20KHz（2dB）失真率0.1% DSP处理器0.065%（1KHz/0dB）信噪比76 dB DSP处理器76 dB（A计权）界面话筒极化电源48V（直流DC）线路输入电平0 dB两路线路输出电平0 dB两路功率输出额定功率120W（定瓦）100W2（定阻） 工作电源AC220V10 % 50/60Hz体积480mm390mm88mm重量8Kg