ccc333 浅谈大型手术室高清示教系统的设计建设

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1、浅谈大型手术室高清示教系统的设计建设①张益钊①北京协和医院信息管理处，100730,北京东城区帅府园1号，摘要针对现阶段在建设数字化手术室时，随着高清视频设备的普及应用，需要为手术室建设一套高清示教系统。结合协和医院示教系统的建设情况，探讨从设计入手，统一建设，并保证整体的建设质量。强调依据信息系统集成、楼宇智能化以及数字化手术室的建设特点，按照整体规划、多专业融合、统一建设的原则，完成47间手术室的高清示教系统建设，提高医院整体的医教研水平。关键词数字化手术室示教系统高清楼宇智能化自动化背景音乐北京协和医院作为中国

2、医学科学院北京协和医学院的临床医学部，承担着大量临床医学生的实习教学任务，经常召开各类国内外学术交流会议，需要经常进行手术观摩表演、会场与术间同步双向讲解、同时保存高质量的音视频手术录像资料。为满足医、教、研、管对手术录制和远程转播示教系统的迫切需求，我院于2007年对18间手术室进行了手术示教系统改造，此系统从传输方式上，前端是以音视频矩阵为核心、以传统同轴线缆(SYV-75-5)为传输载体的模拟传输系统，使用标清级别的音视频服务器，采用MPEG2视频编码算法对信号进行编码，通过局域网络实现音视频信号的转播和存储。

3、2013年，随着多媒体及高清视频技术和设备的不断发展进步，高清的腹腔镜、手术显微镜、监控终端等设备逐步取代传统标清设备，大量高清设备，如雨后春笋般迅速涌入医疗领域。全高清1080p成为众多医疗显示输出设备的标配。随着周边设备的成本已大幅降低，为建设高清级手术示教系统创造了有利的条件。经过对高清一体化示教系统的用户需求、技术指标、投资成本、建设周期进行评估调研和测试，2013年，随着我院新建47间手术室，决定建设一套集成标清、高清信号，又便于管理的数字化高清示教管理系统。具体要求：融合视频示教、实时监控、流媒体存储转发

4、、集中控制和远程转播等功能，按照统一规划设计的原则，吸取标清示教系统的建设经验对细节进行改进，整体进度合理控制，保证建设质量。现已建成投用（请参考图1）。从传输方式上，新系统延续了以矩阵和音视频服务器为核心的建设思路，增加和改进了管理服务器的职能分工，高清系统采用H.264图1编码，组建高清与标清矩阵混合使用的全数字示教网络传输管理系统。本文结合新系统的建设特点，从示教系统的基本结构、高清信号及编码特点、信号管理和软件、细节设计和多专业融合等方面回顾。1图11手术示教系统的基本结构1.1前端音视频采集部分采集手术室内

5、所有与教学、会议对讲有关的视频信号（包含全景摄像、术野摄像以及腹腔镜视频等）和音频信号（含术者和学术会议的会场学员进行实时交流的双向音频等）。摄像视频设备大部分为SONYPMW10MD，以及部分医疗厂商的一体化设备，如奥林巴斯、Storz、Stryker等。音频采集选用无线麦克。2图31.2控制分发转录部分实现对前端音视频信号采集、分发和录制等功能，即示教系统的控制和调度中心，选用经测试稳定可靠的标清和高清级视频服务器。2终端示教部分由多媒体示教室和各病房内的会议室和大型学术报告厅等构成，通过TCP/IP网络传输信号

6、，使高清信号可以远距离传输，完成会场与手术室术者的实时交流和演示讲解，便于观摩学习，是教学和演示的具体实施地点。3高清信号和H.264编码特点在大规模手术室的建设中，考虑到47间手术室内大量高清级别医疗设备的广泛应用，确立了新系统的建设必须满足高清影像信号，点对点或多路同时传输为核心的首要任务。为此，系统不仅必须完全支持各种高清设备接口，如SDI、DVI-D、HDMI等接口，而且还需要前瞻性的支持高清高帧率的3G-SDI信号。现阶段，主流的HD-SDI传输1080P视频码率大致为1.485Gbps，但是3G-SDI传

7、输同样的视频信号，码率可达到2.9Gbps。这就要求对系统传输的介质提出了更高的要求，因此，每间手术室都在隐蔽施工时，铺设了多模光纤，由中控机房直接连接到术间内的麻醉吊塔内，随吊塔一同安装。并且，在吊塔上，分别配备与之相应的高清信号转换模块，便于对光纤信3号进行转换和日常维护。这样即可将各手术室的高清信号，传输到中心控制机房进行统一管理，又可以有效保障信号采集的“保真”和“无损”，并且避免外界干扰。信号采集后，如何进行音视频信号编码以进行网络传输，是摆在我们面前的首要问题，为此，我们进行了大量的调研和测试。首先，要解

8、决网络带宽占用率和解码后能否满足医疗级别手术观摩教学要求的问题。众所周知，新布设的六类线缆，实现千兆到桌面，核心网络万兆互联的性能，网络带宽不是问题。其次，国内大多数硬件厂商的编解码产品主要定位于安防监控领域，对图像的要求不及医疗行业对图像的颜色、码流、细腻度等方面指标的苛刻要求（例如：术中脂肪细节、颜色分层、腔镜进行快速移动时以及视频快速切换