医疗机构手术现场示教系统开发建设项目综述.docx
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医疗机构手术现场示教系统开发建设项目综述
医疗机构手术现场示教系统开发建设项目综述
一、系统概述
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,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，得到专家手术中的示教指导。
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。
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、示教观摩和专家指导、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。
二、产品特色
手术示教系统通过一套系统完成复杂的手术示教、医疗会诊和手术转播等功能，从而成为特点鲜明的医疗视频通信系统，其应用特色如下：
Ø特色一：
通过平台整合多种业务，实现高清视频通信
手术示教系统通过一套综合视频通信平台，实现了视频教学，视频远程观摩、视频监控的综合应用，并接入多厂家的视频监控信号前端，实现视频共享，有效保护用户的原有投资。
Ø特色二：
高清晰的图像质量
医院手术室示教监控和医用影像的技术含量较高，需要极高的清晰度和色彩还原性，采用先进的MPEG-4/H.264数字视频编码技术及多项自有专利技术，采用医疗专用高清监控设备，图像质量可达到全动态全高清（1920x1080/30P）视频图像效果。
尤其是在手术现场演示手术创口、手术过程这种高动态图像监控场合，可为医院用户提供实时同步、高画质、高保真的视频传输要求。
Ø特色三：
开放体系架构的通信平台
手术示教系统方案充分整合了IP网络、高清视频、海量存储、信令等领域的技术，采用开放架构、标准技术来实现。
系统将信号指令控制与音视频数据交换分离的先进理念引入手术示教系统，避免了由于音视频的性能处理压力而造成的核心管理服务器瓶颈问题，从而可以实现手术室教学规模的无限扩展。
Ø特色四：
高可靠的海量存储
对于手术过程的记录，不仅需要图像质量高清晰度，还要求长期存储，以便学员点播回放和医疗纠纷取证，这就对存储设备容量提出了挑战，远程手术示教存储解决方案可采用磁盘阵列、NAS、IP-SAN作为手术监控数据存储设备，可在网络中按需任意部署，所以存储容量可以灵活扩展，实现海量存储。
三、设计原则与原理
（一）需求分析
国家建设部在2007年7月1日施行的《智能建筑设计标准》（GB／T50314-2006）9．2．10章节中对医院手术示教系统提出了明确要求：
医院宜根据需要配置展示手术、会诊等实况的视频示教系统，视频示教系统应符合下列要求：
应满足视、音频信息的传输、控制、显示、编辑和存储的需求，应具有提供远程示教功能。
应提供操作权限的控制。
应实现手术室与教室间的音频双向传输。
视频图像应满足高分辨率的画质要求，且图像信息无丢失现象。
支持双向对讲:
会议室可与手术室对话，也可和监控中心对话，所有都可和监控中心对话。
（二）传统手术教学遇到的问题：
现场学习，场地小，效果差
1.多个学生集中学习
2.救治环境不安静
3.手术过程不易交互式交流
4.录像效果有限，不能同时多路录像
5.成本高，角度难以选择
6.有价值经验不易保留
7.有学术意义的手术过程难以记录下来
8.紧急汇诊难组织
9.急症或难症手术需要多方专家同时会诊和协同
（三）手术示教系统带来的价值
1.提高医院教学质量
2.每个学生、主任医师如临现场
3.保证医疗质量
4.过程监督、多媒体观摩。
5.对于传染病例可以防止交叉感染。
6.积累宝贵的实践资料库
7.召开院级或院之间交流会议或会诊
8.迅速建立信息化医院
9.视频信息化
重要资料存档,减少医患矛盾
四、系统介绍
（一）系统拓扑图
（二）系统拓扑结构说明
手术示教系统基于医院局域网络进行传输，手术室信号采集端的高清视频信号，由高清信号采集设备对手术实况进行采集，系统可支持高清术野摄像机、各种腔镜和体征仪设备进行数据采集，全景网络摄像机信号可直接通过网络采集并传输，手术室内的医生和护士的对话声及各种设备发出的音频信号由拾音器或领夹麦克风进行采集；通过手术示教系统高清编码模组进行视频以及音频的编码及存储；采集到的高清术野视频信号、全景摄像机信号和音频信号编码后通过医院局域网传输到信号中心控制室，控制室内视频服务器将高清视频信号和音频信号进行录制和存储，通过医院局域网络传输到会议室或示教室。
同时，会议室或示教室内的专家实时授课的音频信号通过编码后网络传输到中心控制室，经中心视频服务器混音服务的汇总处理后通过网络分别回传输入到手术室和示教室的语音对讲系统中。
（三）系统组成
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：
手术室信号采集端，机房控制端，示教室输出端，网络传输部分。
1、手术室信号采集端
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全景摄像机和术野摄像机，音频对讲通讯设备，音响系统等相关设备构成。
2、机房控制端
手术示教系统机房控制端可对手术室图像声音进行压缩处理后自动存储，快捷的医疗存储系统，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。
采取加密狗，用户名口令密码授权的方式保护系统设置，防止无授权者修改系统。
系统控制端由手术示教系统中心服务器，手术示教系统视频转播服务器，手术示教系统音频转播服务器等多台服务器组成，编解码端由我公司自主研发的手术示教系统编码模组处理传来的手术端音视频信号，其中包括高清视频信号处理编解码端，音频编解码端，手术室内全景彩色半球摄像机和高清术野摄像机云台控制信号直接通过网络的形式传输至服务器，进行接口对接后，可通过控制键盘和软件云台的型式控制摄像机的镜头焦距，光圈，监控360°旋转等。
3、示教室输出端
会议室的专家，示教人员，医护人员通过实现双向、实时与手术室或者检查室的主刀大夫通过图像和声音进行讨论和交流，监视点或会议室的人员可以指导手术和随时提问。
示教人员可以通过直接来自于中心控制室的广播级医疗示教服务器输出的复合信号连接到投影仪或者等离子大屏幕，也可以同过点播客户端系统输出到投影或者等离子的VGA输入上利用点播客户端系统的复合信号输出，提供高清的，详细的，多种图像参考的综合性示教画面。
示教点播客户端：
●硬件：
高性能X86架构服务器
●操作系统：
Windows8
●性能：
支持6个高清同步画面的20个客户的并发点播（扩展万兆网卡则可支持多达100个客户）
4、网络传输部分
本系统多用于医院与外界医疗机构进行多方音视频互动、数据共享传输，医院及对外的网络条件要求如下：
◆医院内部使用原有的局域网络正常可以有4M以上带宽常备；
◆医院与需要架设系统的机构可使用专网（10M以上）；
◆单条链路对网络带宽的要求是512Kbps-2Mbps；
◆网络支持QoS（QualityofService）服务质量保障。
五、软件介绍
（一）系统管理端
系统后台的管理端以B/S架构的方式呈现在我们面前，医院局域网内的任何一台PC机只要通过IE浏览器进行访问，通过不同用户的管理权限，可以对系统后台进行管理操作。
系统后台的操作内容主要包括了：
首页、公告、手术排班、手术回放、管理。
Ø首页及公告：
信息公告模块主要以公布一些文字信息为主，通过赋予用户权限，可以通过系统后台管理界面，对信息公告模块内的信息进行添加、编辑、查看、删除等操作。
管理人员通过信息公告栏发布手术的相关信息，用户就可以通过这些信息了解有关手术的信息。
手术排班
手术排班模块主要针对有可查看权限的用户，用户通过手术排班信息了解各项手术的手术内容以及时间。
有助于用户观看或使用手术室的人进行前期准备。
手术排班模块可以查看手术的开始时间、手术类型、手术室、预计时长、医生、患者、备注信息。
Ø手术室：
手术室模块主要显示各个手术室的使用情况，赋予权限的用户通过客户端上安装的客户端播放器，观看手术直播内容。
管理员可以更改手术室的相关信息。
手术室模块显示的内容包括：
手术室、状态、手术类型、观看用户、医生、患者、开机时间、描述、操作几个部分。
Ø手术回放：
手术回放模块主要提供存储手术的录像内容，用户可以通过不同的手术观看手术的回放录像，以起到手术教学的作用，学员、专家、医院相关领导可以通过手术录像进行手术的学习、培训等工作。
手术回放模块主要的显示内容包括：
手术描述、手术类型、医生姓名、手术时长、录制时间、录制用户、状态、操作等几部分。
用户客户端观看回放录像需要安装客户端观看软件。
Ø管理：
管理模块主要是管理员用户的管理界面，一般情况下，普通用户登录后，看不到管理模块的界面。
管理模块，主要的管理内容包括：
手术室管理、编码单元管理、服务器管理、参数管理、定时录制、用户管理、日志管理、手术排班管理。
●手术室管理
手术室管理项主要是对手术室的设备进行匹配和编辑作用。
管理员用户也可以通过“添加”按钮在手术室管理项中添加手术室。
●编码单元管理
编码单元管理项是对编码单元的统一管理，记录各个编码单元的详细信息，清晰的区分好每个编码单元，方便添加在手术室中。
●服务器管理
服务器管理项中记录了每个服务器的详细信息，通过服务器管理，也可以看到服务器的运行状态。
服务器管理项中主要包括的内容有：
服务器类型、型号、地址、端口、状态、客户数量、处理负载、存储负载、处理任务、操作等几方面的编写操作内容。
●参数管理
配置系统参数，匹配各个系统后台参数。
●定时录制
定时录制功能项中有定时录制、动检录制、手动录制几项定时录制的功能方式。
定时录制：
可以对手术室设定预录制的时间，然后设定好录制时长，将状态开启后可录制。
定时录制的编辑内容包括：
状态、手术室、手术类型、医生、开始时间、录制时长、录制内容、操作。
动检录制：
通过各个手术室内的设备启动情况，进行设备录制的启动功能。
手动录制：
通过手术内、手术室外的客户端软件进行手动操控的方式，开启和录制功能。
●用户管理
用户管理项主要是对观看手术直播、手术回放、后台登录等用户的编辑管理，通过用户管理项可以实现对每位用户的权限管理与发放、用户状态的实时查看等。
用户管理项中，单独的设计了权限控制项，将各项内容权限进行划分。
●日志管理
针对用户在手术示教系统后台进行的操作，对应每一个用户进行记录、存档。
●手术排班管理
有权限的管理员可以通过手术排班管理模块对手术进行排班管理，针对计划的手术任务编写在里边，然后方便用户了解各类手术的计划。
（二）客户观看端
实时教学、会诊：
⏹一个手术室可以支持多个教室同时观看手术过程，同时进行学习。
⏹多个医学专家可以在医院局域网络任意点连接同一个手术室，每个医学专家可以在医院局域网络任意点连接多个手术室，进行手术指导和讨论。
实时视频显示：
⏹可实时显示监控网络内1-16路的实时视频图像，可以实现单画面，4画面，6画面，8画面，9画面，16画面分割显示。
⏹在权限许可范围内，通过对前端云台和镜头的控制，改变摄像机的方位，俯仰角度和焦距等。
⏹实时图像抓拍，用来实时拍摄图像的辅助功能，它将动态的图像中的单帧图像以图像格式保存下来，可以对正在监视或正在回放的图像抓拍。
实时交互通话：
⏹支持语音双向对讲功能，可以在手术过程中进行教学交流。
⏹语音对讲可以单向屏蔽，保证重要手术不受外界干扰。
⏹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。
手术记录及回放：
⏹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。
⏹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。
⏹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。
⏹手术记录可以手动下载，系统可自动将块数据转换为文件。
灵活统一管理：
⏹不同的学习终端权限可控
⏹所有设备集中配置管理
⏹设备故障自动告警
⏹所有手术记录统一管理
（三）手术控制端
手术控制端由示教编码模组上的7寸小屏显示，主要作用为控制音视频编码模组的开起关闭、录制、转播等操作。
有以下几点优势：
1、方便工作人员随时替换主讲手术室的信号接入，方便示教的随时改变功能；
2、支持多种视频接口的接入，输出功能（SDI，CVBS，VGA，HDMI，DVI等），方便手术室内仪器设备的视频信号接入；
3、支持多种音频信号的接入、输出功能，方便不同的音频信号与系统对接；
4、支持编码器的触摸控制功能，通过编码模组上的7寸触摸屏控制编码模组内各设备的开启关闭功能，并支持转播、录制的控制功能等。
5、统一网络输出信号，可灵活的移动设备。
6、支持编码视音频的应急处理功能，灵活调整示教学生观看直播时间。
主要界面有以下几个：
1）系统启动界面
2）系统配置服务器界面
3）系统连接设备界面
4）系统主界面
六、主要硬件产品技术参数
（一）编码模组
1、编码模组外观
2、编码模组说明
产品优势：
高清：
与早期普通的数字示教系统比较，系统全部采用高清模式，支持1080p、720p，色彩还原度更加，教学效果更佳。
编码：
采用H.264编码格式，效率更高。
同时支持16：
9、4：
3两种画面，分辨率随时可调。
接口丰富：
支持复合、分量、VGA、DVI、HDMI、SDI等各类信源接口支持的输入设备更加丰富。
触控小屏：
屏幕尺寸为7寸，可触摸控制，针对编码模组上的各个编码模块进行运行监控，调节编码器等功能。
低延迟：
传输画面延时问题是困扰数字系统的难题，也是唯一弱于模拟系统的技术点，而系统则成功地将网络延时控制在小于300ms，这在同行中保持领先。
组成：
●视频编码模块
涵盖了市场上常见的各类VGA、HDMI、DVI、AV等各类信号。
针对手术室我公司也可根据需求进行模块的定制添加。
●音频编码模块
针对手术室的语音信号，进行编解码处理，实现手术教学、交流等工作。
●触控模块
针对编码模组上的各类信号，进行监控、操作、控制等作用，有效合理的使用每个模块。
●高清视频编码模块
输入：
HD-SDI、HDMI、DVI-I、YUV、VGA、CVBS，组合可选，可定制。
编码：
H.264（Mpeg-4part10）
编码速率：
128Kbps-15Mbps
画面设置：
1920×1080
1280×720
720×576
传输协议：
RTSP，UDP，TCP，支持Uncast、Multicast
控制：
网络远程控制协。
●音频编解码模块
输入：
Audio-in：
非平衡音频
Video-in：
CVBS、Tuner
输出：
Aduio：
Line-out（L/R）
Video：
HDMI、YUV、VGA、CVBS
音频编码：
AAC、MP3
H音频编码速率：
10Kbps-256Kbps
视频解码：
H.264、VC-1、Rmvb、Mpeg1/2、Flv
传输协议：
RTSP，UDP，TCP，支持Uncast、Multicast
3、编码模组触摸屏
触摸屏尺寸：
7寸
分辨率：
800*480
触摸屏：
电阻屏（单点触摸）
4、编码模组工作流程
（二）医疗专用高清术野摄像机
产品型号：
索尼PMW-10MD
主要技术参数：
成像装置：
3片1/2英寸ExmorCMOS
有效象数：
1920（水平）×1080（垂直）
水平清晰度：
1000TV线
镜头接口：
C型口
输出信号：
HD-SDI复合S端子（Y/C）Y，pb,DVI-D
DVI-D输出：
1080i/1080p
（三）医疗专用高清术野摄像机
详细参数：
型号：
LMZ0812AMPDC-IR ； 规格（"）：
1/2 ； 接口方式：
C； 焦距（fmm）：
8-120； 变倍系数：
15×； 光圈（F） ：
1.8-360； 视角（水平）°：
2/3″，- 、1/2″，43.2-31、1/3″，-； 有效口径：
前（ømm）54、后（ømm） 12.5； 最小物距（m）：
2.5； 外形尺寸（mm）：
75H×87W×157L； 工作温度：
-10～+45℃； 特殊环境工作温度-40～+60℃； 重量：
800g； 特殊功能：
电动变焦.自动光圈（DC驱动）.日夜型.红外无偏焦.带预置。
（四）高清全景摄像机
型号
DS-2DF1-574D
机芯
图像传感器
1/3"ProgressiveScanCMOS
有效像素
130万像素
最低照度
彩色：
0.05Lux@（F1.4，AGCON）
白平衡
自动
增益控制
自动
信噪比
大于50dB
降噪
3D降噪模式：
关/普通模式/专家模式
背光补偿
开/关
电子快门
50HZ:
1/25-1/100,000s
日夜模式
滤光片彩转黑
聚焦模式
自动
镜头
焦距
4.3-86.0mm,20倍光学
变倍速度
大约5秒（光学,广角-望远）
水平视角
54.1-3.2度（广角-望远）
近摄距
10-1500mm（广角-望远）
光圈数
F1.4-F2.6
功能
水平范围
360°连续旋转
水平速度
水平键控速度:
0.1°~300°/s,速度可设；水平预置点速度:
540°/s
垂直范围
-10°-90°（自动翻转）
垂直速度
垂直键控速度:
0.1°~240°/s,速度可设；垂直预置点速度:
400°/s
比例变倍
支持
预置点个数
256个
巡航扫描
8条,每条可添加32个预置点
花样扫描
4条,每条路径记录时间大于10分钟
断电记忆
支持
方位角信息显示
开/关
守望功能
预置点/花样扫描/巡航扫描/水平扫描/垂直扫描/随机扫描/帧扫描/全景扫描
预置点视频冻结
支持
定时任务
预置点/花样扫描/巡航扫描/水平扫描/垂直扫描/随机扫描/帧扫描/全景扫描
输入/输出
模拟视频输出
1.0V[p-p]/75Ω,PAL或NTSC,BNC头
音频输入
音频输入（LINE输入）,音频峰值:
2-2.4V[p-p],输出阻抗:
1KΩ±10%
音频输出
线性电平,阻抗:
600Ω
网络
网络接口
10M/100M网络数据
最大图像尺寸
1280×960
帧率
50HZ:
15帧（1280×960P）、25帧（1280×720P）
视频压缩
H.264
音频压缩
G.711/16kbps
网络协议
TCP/IP,HTTP,DHCP,DNS,RTP/RTCP,RTSP,PPPoE,SMTP,NTP（FTP,SNMP可添加）
同时预览视频数
最多6路
双码流
支持
SD卡
手动录像/报警录像;支持SD/SDHC卡（最大支持32G）
用户权限
最多16个用户，分3级:
管理员、操作员和只能浏览
安全模式
授权的用户名和密码,以及MAC地址绑定
光纤接口（仅光纤球支持）
数据类型
10M/100M网络数据
物理接口
FC
光纤波长
TX1310/RX1550nm
光纤类型
单纤单模
传输距离
20km
一般规范
菜单
中、英文
云台控制协议
HIKVISION,PELCO-P和PELCO-D（可添加）,协议自适应
电源
AC24V（DC12V可选）
功耗
45Wmax（其中加热25Wmax）
工作温度和湿度
-30℃~65℃（室外）；湿度小于90%
防护等级
IP66
TVS4000V防雷、防浪涌、防突波
安装方式
多种安装方式可选根据应用环境进行选择
尺寸
Φ220×325.5mm（室外）
重量
5kg
七、施工及售后服务
（一）施工管理
对本项目的系统施工管理，我司将组织一个满足项目管理要求的强有力的项目管理部。
在整个项目的实施过程中，项目主管统管项目设计及技术支持组和现场项目经理部；项目经理下设质量管理员、材料管理员、计划管理员、安全管理员等，共同构成弱电工程项目管理小组。
（二）技术支持与服务
在有关系统设备到货前，我们将指派专门人员前往用户现场，做好设备安装的先期准备工作，以使系统设备运行在一个良好的工作环境，并将与用户协调有关系统的安装调试工作。
在系统设备到货后，我们的有关人员将与用户一起对设备进行检查验收，并实施现场的安装调试工作，以便及时解决万一在发货过程中存在的差错。
对于用户的专业人员我们将进行技术培训，使其熟悉系统运行环境，并对设备的性能和使用方法有详细的了解。
作为技术支持重要部分，我们还将为用户提供最佳的系统升级服务，并确保技术的先进性与应用适用发展趋势；随时能够为用户提供系统的扩展能力，以满足用户日益发展的要求；升级后的系统有良好的性能价格比。
（三）电话支持服务
客户的系统管理员或系统管理维护人员随时可与我公司直接电话联系，由我们的工程师和软件工程师通过电话向用户提供专业的技术咨询，以最快的速度解决用户网络系统中出现的问题，并提供全天候、无周末、1小时响应服务。
（四）现场维护服务
当我们的工程师通过电话无法及时排除问题时，我们会迅速派遣工程师并带所需一切工具来到现场进行维护工作，直到所有问题被解决为止。
标准响应时间为路途时间。
（五）设备维修服务
自终验合格之日起壹年内对该系统提供免费维护、维修、更换（非正常损坏除外）。
我们对免费维护期内的系统设备提供现场维护和更换服务，对后续保用服务合同内指定的所有设备提供保修和保养服务。
对于未包含在后续保用服务内的设备可提供优惠收费维护服务。
（六）培训支持服务
安装完成3个月之内，为用户免费培训1~2名技术工程。
我们会指定一到两名工程师负责指定用户的维护工作，这样，用户的维护请求
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