医疗手术示教系统方案.docx
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医疗手术示教系统方案
上海矽思医疗手术示教
系统方案
系统方案文档
文档名称上海矽思（SMISYS）医疗手术示教系统解决方案
所属类别系统方案
文档作者矽思信息
文档密级客户公开
文档页数59页
完成日期2007年12月20日
电子文件名上海矽思（SMISYS）医疗手术示教系统解决方案.DOC
文件版本1.0.0
发行类型PDF
文件编号SMIS-SN-20071220UD01A
文件审核R&D
审核日期2007年12月20日
作者邮件support@
版权所有上海矽思（SMISYS）信息技术有限公司
阅览对象最终用户
上海矽思（SMISYS）信息技术有限公司
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系统背景
随着计算机技术和远程通信技术的飞速发展，并与传统医学相互结合产生了一门新兴的综合学科——数字医学图像技术。
它已渗透到医学的各个领域，并可以利用数字医学图像技术，在最大的可能范围内共享全国乃至全世界的医疗卫生资源，在医疗诊断、教学、会诊、后期资料判读上具有不可估量的潜力和发展前景。
数字医学图像技术从广义上描述是使用和借助通信技术以及计算机多媒体技术的发展和应用来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涵盖了所有医学相关的活动。
从狭义上讲，是指远程医疗，包括远程影像学、远程诊断、远程护理等医疗活动内容。
SMARTVIEW手术高清示教系统是数字医学图像技术和最新计算机通信技术的合成，通过高清级别医疗摄像机，实时现场总线技术和依靠现代医院的现有网络基础设施，进行手术现场的录制和直播。
通过高清级/标清级的广播级手术摄像机或ERCP，DSA，CT，XRay，内窥镜，核磁共振仪等医疗系统设备，全景智能快球摄像机的视频信号，手术麻醉监护仪参数，便携式有线/无线双向通讯系统，PACS医疗图像系统，通过SMARTVIEW示教系统将串行数据，DICOM，HL7等信号接入并整合，通过在示教室、各科室和任意网络连接的终端计算机、投影屏幕、等离子屏幕、大屏幕液晶屏等输出系统，以广播级别高质量手术图像画面，麻醉监护信号，手术室全景信号，DICOM图像文件复合输出整个医院的网络范围内提供手术过程，细节，全景，病理DICOM图像的显示。
并辅助双向语音对讲系统、专业的HD-SDI信号和高清/标清广播级标准的视频信号图像通过光纤，高速网络等进行直播和网络直播。
并可对整个手术过程进行信号的写入与DICOM兼容的媒体文件格式储存保留，方便进行后期资料的备份保管，形成非常具有潜在医学价值的医疗媒体资产，可以借助其形成手术视频点播和有线网络的整合应用。
问题提出
医院的各类手术室和内窥镜，CT室等检查区域担负着各类手术现场教学，观摩和会诊任务，由于手术室/检查室空间相对狭小，不足以容纳足够的学员进行观摩学习，再者如果大量人员进入手术室观摩，观摩效果很差，同时更不利于手术洁净工作的保证，形成对手术安全的潜在威胁因素。
并且手术现场教学，观摩和会诊的信息资料不能保存为后期提供图像记录，分析，查询等功能。
整个医院广大科室的医护人员不能从高水平的教学中获取有益于自身专业水平的能力和资源。
使各类医学专家，医护人员和病症病例的宝贵医疗媒体资产白白浪费。
但是当前大多医院常采用模拟视频技术来完成医疗的教学功能。
常用的医疗手术示教系统采用原始的模拟视频和安保级别的图像处理过程，低分辨的图像画质、双向通话的困难、缺乏与PACS系统显示和手术监护仪器数据网络集成功能。
无法充分发挥医疗手术示教系统的应用功能，无法做到为学员，医学专家，医护人员提供能以医疗画质细节和辅助信号显示为目的功能应用。
不能为医护人员提供快捷的，第一手的医疗检查和手术的细节资料。
医院迫切需要可随时地通过网络解决这这些问题，期望实现能提供高清画质、PACS系统集成、全景画面，双向语音，病患人员的DICOM医疗图像文件集成，符合DICOM3标准格式的专有MPEG-2文件，高速实时网络视频观察，手术麻醉监护仪信号的网络输出，手术室运行集中观察系统用户管理，网络中计算机系统的医疗手术图像，全景图像浏览，监护信号的显示，DICOM文件整合，双向语音的显示、监听，合成观察不同功能的完整系统解决平台和方案。
同时医院也需要一个手术观摩和学术交流借以提高自身医术水平的系统平台。
通过国际互联网络与国际接轨进行国际学术交流和培训，对于疑难杂症实现远程医疗会诊，使异地的医生会诊跨越地域的障碍实现异地医疗完美合作平台。
现有系统
现有医疗手术示教系统的教学不便，手术观摩和病情会诊的医疗媒体资产的浪费。
于是通常在医院的手术室的设计和实现中应用基于安全监控产品的监视系统和记录存储系统。
但是这种采用监视系统和记录存储系统的设计结构上，并没有应用到计算机技术和远程通信技术的最新发展成果，使整个系统的使用效果，后期的数据处理上，信息的还原度，手术安全性上存在不完美因素。
同时系统上缺乏多种医疗数据的协同的处理能力。
1.图像信息的缺乏
当前普通手术室大多采用的是无影灯携带的摄像机进行手术实况的录制，但是这种摄像机的分辨率通常在550线左右，有时甚至采用安保监控级别摄像机。
手术实况，内窥镜，CT，B超等医学检查图像的诊断需要高清晰的图像细节，这是当前医院安保级别的视频系统所无法实现和保证的。
安保级别的摄像机通常采用所关注的图像重点在于画面整体的显示和诊断行为的捕捉，但是对于作为医学诊断和医疗示教用的医学图像，则重点是关心患者的医学图像细节。
同时其数字记录存储系统通常采用高压缩比的安保级别的MPEG-4DVR等来实现其长期的图像存储和传输。
由于MPEG-4的设计中对高频信号的消除处理过程造成其图像在细节性上大量的损失。
尤其是对于脑外科手术微血管的清创，辨别动静脉血管的处理，创口的细小部位，脏器的细节，骨骼的创口处理时。
安保级图像系统基本上不能在这些微细节上提供清晰的、可辅助手术的、可放大显示的、详尽的现场手术清晰图像和检查图像。
当放大这些图像在投影器，PDP屏幕，大尺寸液晶屏幕上显示时，物体的边缘性细节会由于设备的视频带宽峰值所限制而被极大的简化，造成医疗图像细节的缺乏。
2.信息协作缺乏
现代化的医院中PASC系统已经成为其基本配置，在手术和内窥镜等实况手术教育和会诊中。
普通的视频系统只能提供单幅，或者画面处理器和多监视器构成多画面的信息组合。
不能提供基于手术或者检查时所需的患者的综合信息，只能提供单独的视频图像。
对于手术，内窥镜，ERCP，麻醉手术监护仪等设备的图像，信号和PASC系统提供的DICOM医疗图像文件不能同时提供排列对比的显示。
对于教学指导，手术示教，专家会诊，远程医疗不能提供完整的医疗图像资料来支持现代化医院的信息化服务。
3.信息可传播性较低
在安保级别的视频系统中，由于数字化的视频信号需要遵守国家关于数据化数字化证据的要求，其原始数字图像是必须被加密不可被修改的，并且采用不开放的数字化媒体格式。
对于医院而言，所有的医疗手术治疗的资料通常除需要被修改外，还需要能够提供诸如插入字符，伴音，提示，插图等非编的功能。
甚至有些资料需要增加数据并转换为支持DICOM的数据格式提交到PACS系统中。
同时也需要支持HL7等协议的监护数据。
在医院现有的医疗系统中，虽然这些视频格式的文件可以被保存，但是市面上常用的图形图像编辑软件并不能支持医疗格式的编辑处理。
但是在现有大多数医院中，各科室、院系、以及在医院之间也不可能提供一个支持标准的通用DICOM3的高清晰视频格式。
在医院的多种设备，医疗系统之间和不同广播国际标准的媒体格式之间，同样也存在不能提供统一的数字化医疗示教系统的一个标准。
这样，信息的不能共享最终导致对于整个医院的教学、手术、医疗过程的医疗媒体资产的浪费。
4.安全性和便捷性问题
手术室和检查室通常具有高度的清洁要求。
众所周知，医院汇集着各种各样的病人，被看作为病原微生物的聚集中心。
空气中浮游的致病菌种类多、浓度高，不但病人本身而且医护人员都有可能携带病菌，进而成为病菌的传播源。
医院内所有的人员都暴露在这样的环境中，随时随地受到交叉感染的威胁。
病人在入院时并无某疾病，如受到其他病人、医护人员、探望者携带病菌的感染，以及被仪器、设备、器械、敷料等直接感染，或经过院内空气途径间接感染等称为院内感染，它明显与住院状况无关。
病人在外科手术中表皮或粘膜被划开，失去了抵御病原微生物的最好的屏障。
无论何种途径带入的病菌都可长驱直入到机体的内部，很容易引起感染。
通常认为手术切口的污染来源于内外两个方面：
内部感染源：
是通过术前皮肤清洁不当引起病人自身感染。
外部感染源：
途径则是
1、直接接触未经消毒的器具、污染表面，或与病人接触的院内人员产生的液滴的扩散；
2、空气中的液滴和灰尘，把微生物粒子传到手术切口。
可见在医院诸部门中手术环境的潜在危害最大，其控制要求也理应最高。
通常的安保方式的视频系统是不注重考虑消毒问题的，然而手术后的手术室通常需要进行消毒，当采用化学气体熏蒸的方式对手术室的进行消毒处理时，这种消毒方式对暴露在手术室内的视频监视设备具有很强的腐蚀性和破坏性。
5.无线通讯问题
现代化的医院通常采用无线数据网络和无线通讯系统作为内部移动通讯方式，对于医护人员而言采用无线的语音，视频，数据通讯在医院环境中有利于设备的使用和提高提供设备的效率。
但是在现代手术室的设计中常需要采用X光屏蔽，利用铅屏蔽层作为辐射保护层，同时在手术室中常采用心肺监视仪器，电子心电图（ECG），注射泵，体外呼吸器，心脏起搏器等具有对外界电磁干扰具有敏感性的设备。
通常在危重病人区域，例如重病特别护理部或手术室，除非无线设备的安全性得到证实。
在关键的手术，监护医疗区域应该预防性的禁止无线设备使用。
由《MayoClinic学报》提供的相关研究测试显示在使用17部手机进行了526次试验后，临床研究者指出在外部心肺监视仪器的最敏感区域的1到2英寸内使用手机将会发生最严重的干扰。
在41%的试验中测得了不同程度的干扰，7.1%的试验对临床有严重影响。
当在仪器的6到33英寸内使用手机的话，将会对仪器上显示的电子心电图（ECG）产生相关的影响。
严重影响的定义是可以对检测数据有反方向的影响或是引起监测器的失灵。
当手机在人工呼吸装置附近使用时，会检测到与手机使用有关的干扰。
当手机在其背后的信息端口2英寸以内时，设备将会关闭，重启。
其它的研究结果证明了在使用数字电话产生的噪音会干扰读数的基线并造成基线的移动，而模拟信号的手机会对读数产生影响。
研究表明在患者的房间中或中心护理站内，在60英寸外使用手机基本不会造成严重的设备故障。
研究指出，虽然无线通信技术对医护工作的影响已经研究的很多了，射频幅射功率受到了严格的控制，并在零至满幅值可程控，但最大辐射功率依然可能超过100mW。
同时在医院手术室或者部分检查室中通常使用X射线屏蔽层作为标准配置，对于无线系统而言这样的屏蔽层是不能够为医院提供可靠的安全的通讯能力。
问题解决
为了保证手术质量，提高学员的观摩效果。
同时保证手术和检查的质量和安全，在一定的层次上兼顾医院数据的标准信息化和数据网络化。
上海矽思（SMISYS）信息技术有限公司通过建立SMARTVIEW手术高清示教系统为医院提供了高清采集，病理检查实况，高清信号的处理，PACS系统，网络直播，符合DICOM3标准的高清视频文件存储和相关DICOM3标准患者数据病理资料察看，支持多点会议通讯的综合手术信息视音频屏的综合性示教平台。
这种全新概念的手术和病理检查的医学示教系统，可以使观摩学习人员在会议室、办公室，甚至其他的单位就能利用高清规格的视频图像观看手术现场的实况，同时利用系统自带的病理图像察看子系统通过2D或者3D察看和编辑NEMA，Siemens，GE，Philips，Picker，Elscint等设备的DICOM格式图像，并可识别Siemens，Philips，GE等DICOM图像文件的相关数据。
利用在手术室的信号转化器将手术麻醉监护仪的生理参数通过RS-232端口或者通过网络接口的HL7协议（不同厂家协议需定制）方式实时的通过网络提供到中心控制服务器中。
通过中心服务器中的SVTM-SMG手术麻醉监护仪服务系统、AS-50/60系统、SN-VIS101MD服务系统、矩阵系统、双向音频对讲、手术全景摄像、远程网络控制技术、OPC服务等技术和设备以协同的方式上传到网络上，可以为被系统授权的医护人员提供服务，并且被授权的网络用户只能查看相关的授权信息，诸如进行实时同步查看患者的高清创口图像，图像检查设备信号，麻醉监护设备的监护信息，手术室全景图像以及双向对讲混音复合的一体化复合集成显示终端平台。
SMARTVIEW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，同时通过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-2DICOM标准化医疗媒体服务，实现医疗手术媒体资料档案的DICOM3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来提供给医师、学员、医护人员对过去的媒体资料和手术过程进行实时和点播观看。
SMARTVIEW医疗手术示教系统借助网络技术可以使不同地方的医生、学生可以不离开其岗位，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，并通过计算机键盘医生进行询问或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。
SMARTVIEW医疗手术示教系统为医护人员可随时地通过网络的手术观摩和学术交流提高自身医术水平。
与国际互联网络连接便可以进行国际学术交流和培训，以及远程医疗会诊，使异地的医生会诊跨越地域的障碍。
上海矽思（SMISYS）信息技术有限公司架构的SMARTVIEW医疗手术示教系统通过探索高清手术示教技术的发展方向，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。
特点
SMARTVIEW医疗手术示教系统和SONY和DS合作提供了从前端采集，传输，存储，广播，DICOM，HL7信号协同的协同平台。
1.高清医疗图像信号的采集
SMARTVIEW医疗手术示教系统的图像信号处理采集采用广播级别的标准。
在医疗图像上图像信号细节高度清晰辨别和高度后期还原保真的是医疗图像分析和现场应用的关键。
SMARTVIEW医疗手术示教系统采用可达1080线广播级的高清摄像系统进行前端的图像的采集。
采集到的视频图象的物理分辨率可达到1440x1080。
信噪比到达惊人的54dB，清晰度是普通的无影灯摄像机清晰度的4-8倍以上。
在脑外或神经外科手术中可清晰地分辨微细血管的静脉与动脉类型，辅助手术人员清晰容易的辨别定位血管。
最高达64帧/秒的可变快门为手术的每一个细微动作过程提供了详细的记录。
手术或者图像检查设备信号的高清晰图像为示教和诊断提供了完美的关键细节图像保障。
2.高清医疗图像信号的传输
SMARTVIEW医疗手术示教系统全程采用图像和语音采用数字信号作为传输，广播级别的HD-SDI，SD-SDI，无损SDI视频采集，传输技术，广播级别最高MPEG-280M/S的基于无损的图像编码和现场的高达380K范围的杜比数字立体声的CD音质的数字化通讯的设计，尤其是显微镜下的脑组织，内窥镜，造影仪等图像扫描线数超过850线以上的图像同样可媲美或者超过原厂的完美细节的还原表现能力。
SMARTVIEW医疗手术示教系统能够提供从标准图像质量到专业广播级的医疗图像质量，最大限度地满足了医护人员和示教人员对医疗图像质量的苛刻要求。
通过高清的数字化医疗示教为后端的医护人员以高清晰投影和高清监视器上进行诊断和分析提供了更精确的诊断和治疗服务。
3.高清医疗视频标准的兼容
上海矽思（SMISYS）信息技术有限公司架构设计的SMARTVIEW医疗手术示教系统的图像信号传输采用广播级别医用的DICOM3标准MPEG-2信号。
尽管MEPG-2作为广播标准的图像标准，但是通常在系统的广播级别的MPEG-2中，SMARTVIEW系统的视频编码广播信号采用DICOM3为标准，可直接支持以DICOM3为标准的PACS系统，利用SMARTVIEW手术示教系统可为用户提供最高达80M/秒MEPG-2无损标准图像。
被广泛使用医疗信息化PACS系统中采用标准的DICOM3格式的MPEG-2图像文件已为医学教学，诊断和广泛的医学交流提供便利。
4.多种医疗信号的统一集成
SMARTVIEW医疗手术示教系统图像以网络化的数字信号，标准的复合DICOM3的图像标准和支持HL7通讯标准的复合界面集成来自于手术细节，内窥镜，CT，DSA造影设备，手术麻醉监护信号，多种不同医疗设备的系统数据在同一个界面中为用户提供综合的统一的综合信息界面。
以往的多个画面，多个设备的医疗信息分离显示合成为一个简洁的，综合的画面。
原先示教系统中的示教医护人员用户的被动，残缺的交流，缺乏的医疗信息被统一的多窗口的医疗的综合信息界面替代。
通过网络任何远程客户都可以对授权的手术信息，病患者的信息，手术全景，监护设备的实时生理参数进行全面的监视，察看和云台的控制。
不同的用户间甚至可以通过在各自办公桌上的PC系统进行相互的文字和语音的交流，通过各自不同的分组建立各种不同的手术示教的环境。
5.可扩展的后台存储
SMARTVIEW医疗手术示教系统具有丰富的可扩展后端存储服务，系统可通过简易的增加硬盘，磁带机/库，DVD-RW，RAID，SAN，NAS或HNF等存储模式来支持日益增长的各类不同规模的媒体信息存储容量。
通过使用高容量，低成本的理想解决方式来实现医院中产生的大量的医疗媒体文件的存储，管理和检索要求。
医院医生可以在网络能通达的任何地方，通过SMARTVIEW医疗手术示教系统内置的DICOM服务可与医院的PACS系统进行数据交流和数据共享。
用户也可采用开放、成熟的多级网络存储方式，保证整体系统的无缝扩容。
6.医疗标准的资料查询分析
SMARTVIEW医疗手术示教系统可为服务中存储视音频示教的医疗多媒体资产提供丰富的查询和分析能力。
医护人员可通过PACS系统服务中查询和回放具有DICOM3标准的文件，用户也可通过移动存储设备和网络进行手术资料和资料的视音频资料检索，回访。
同时可利用系统自动记录的监护信号，通过对医疗媒体资料进行多种医疗媒体的比对检查发现，判读来改进手术和检查过程，加快患者病情的分析和识别，提供医院的工作效率。
增强和提高医科学生和医护人员的对实际现场情况的案例分析，处理和操作能力。
7.医疗媒体资产的建立
SMARTVIEW医疗手术示教系统的生成的媒体资料和过程资料对于医院而言是一笔重要的医疗媒体资产，具有相当的医学价值意义。
医院每天都要产生大量音像和视频的病患者资料，伴随这些信息数据产生的，以及大量的相关处理数据，病患处理、医治过程和医治经验等附属信息。
它们是极具价值的宝贵医疗资源，它们的完好保存、全面管理以及日后的充分再利用具有极大的社会效益和经济效益，并且关系到整个医院教学能力和应对技术提升和多种业务开展的战略性行为。
系统描述
SMARTVIEW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。
SMARTVIEW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，解决了手术观摩受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、指导专家以及学生可以通过计算机网络进行手术直播或者录播。
同时为手术过程分析和教学提供了详细和丰富的数据分析和影像资料。
系统构成
SMARTVIEW高清数字医疗手术示教系统根据的现场的情况，示教系统可分为四个部分来进行工程技术实施：
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。
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、转码及存储，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。
手术室信号采集系统
医院的手术室通常包括门诊手术室，住院手术室和各类ERCP手术室，内窥镜手术室，B超，内窥，造影检查手术室等诸多不同类型的手术室。
同时根据消毒指标的要求分为
-
级的消毒标准。
不同的手术室具有不同的消毒标准要求，同时由于各个医院手术室的，性质，设备配置，地理位置的具有不同的消毒标准。
系统前端的手术室中设备的选配和调整通常根据系统用户的要求进行配置。
在通常的高清示教系统中，系统前端的手术室中的设备采用高清级别的摄像采集系统，麻醉监护信号处理系统，音频对讲通讯系统，手术室内高清图像辅助显示系统，手术室内全景彩色半球，全景图像实时网络传输等设备构成。
高清摄像采集系统来源根据图像质量按照高到低的进行分类
1.高清广播级摄像系统
2.标清广播级摄像系统
3.医疗检查设备摄像系统
4.无影灯自带摄像系统
高清广播级摄像系统
高清摄像机系统
通过数字高清摄像机SONYHDC-X310K利用其性能达到1080扫描线的强悍画质可为手术细节提供接近完美的手术细节表述和再现。
HDC-X310K配备了三片1/2吋150万像素的HDCCD，因此提供了绝佳的分辨率、灵敏度及讯号噪声比能力。
为满足更加丰富的表现，HDC-X310K内配置多种先进的功能，有逐条扫瞄模式（Progressivescanmode）、慢速快门模式（Slowshutter）。
HDC-X310K配备VCL-719BXS镜头，具有自动对焦功能（Auto-focusfunction）。
HDC-X310K可透过长达1000米的光纤与HFU-X310连结控制，特别适用在远距离手术示教作业使用。
在控制器方面可依照使用者习惯而选择搭配RM-B150/B750手持式遥控器或RCP-750控制面板。
HDC-X310K性能参数规格
HDC-X310K性能参数规格
电源消耗
19W（cameraheadonly）
重量
1.3kg（不含镜头）
尺寸（宽×高×深）
95×95×160mmwithoutprojection
感光器件
3-chip1/2-inchtype1.5-megapixelCCD
像素
采用3片1/2吋，150万像素CCD
有效像素
1440×1080（H×V）
灵敏度
F10（typical）
最低照度
0.003lx（F1.4，+48dBgain，64-frameaccumulation
调变深度（20MHz）
45%（typical）
Smearlevel
-120dB（typical）
信号/噪声比
54dB（typical）
讯号系统
59.94i/23.976PsF/29.97PsF50i/
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