手术示教系统解决方案

手术示教系统解决方案

目录

1系统概述 (3)

2系统建设内容 (4)

3系统实现功能 (14)

4系统组成 (17)

4.1设备部署 (17)

5系统主要设备参数 (18)

5.1医疗影像采集单元 (18)

5.2医疗多媒体视频工作站 (18)

5.3医疗资源综合管理平台服务器 (18)

5.4多功能手术示教客户端 (19)

6系统模块 (21)

6.1直点播模块 (21)

6.2集中管理模块 (21)

6.3存储管理功能 (22)

6.4资源库模 (22)

6.5用户分权管理 (22)

6.6设备管理 (22)

6.7中控系统 (23)

7部分项目案例 (24)

1系统概述

数字化手术室系统是通过将先进的信息化技术运用到手术室的特定环境中，集成各厂家的软硬件数据信息，实现集中展现，实时传达，使得参与操作的医护人员能够及时获得大量与患者相关的重要信息，从而提高检查的质量和效率。

随着医院整体信息化建设的深入，数字化手术室建设已经成为一种趋势。从传统手术室环境来看，治疗过程中术者需要调阅患者基本信息、病历信息、PACS 影像、检查检验等大量外部信息，同时在手术过程中也会产生患者生命体征监护信息、麻醉事件、手术过程记录等大量信息，由于这些信息分别存在于医院的各种系统和硬件设备中，术者需要从医院各种软硬件甚至通过纸张、X 光片等实体媒介中获取或传达，如此大量的信息交互耗费了一定程度的人力物力成本，且无法实现实时交互，术后的资料留存、教学研究、及医疗纠纷举证也存在很大的局限性。

数字化将实时数据监测与查询和远程医学影像技术相结合，应用到手术室环境中，无论是异地对手术医生进行远程协助，还是和病理科或示教室进行实时视讯会诊，数字化手术室都能在正确的时刻，帮助医生做出正确的决定，从而提高手术的效率和安全性。数字化手术室可以对各种手术全程画面影像进行实时记录并留取资料，使之用于教学、研究以及医疗举证等。与此同时，术者可以在手术进行过程中从 HIS、LIS 和 EMR 中实时调阅患者的病历资料和医学影像。观摩学习人员在会议室、示教室和办公室等场所就能通过手术直播示教系统观看手术现场的实况，既保证了手术质量和环境要求，同时也保证了视角效果。此外，术者可通过网络，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。

通过手术麻醉实现监护仪、麻醉机等设备输出数据的自动采集，采集的数据能够如实准确地反映患者生命体征参数的变化，并实现信息高度共享，根据采集结果，综合其他患者数据，自动生成手术麻醉相关的医疗文书，以达到提

高工作效率的目的，在一定程度上减轻了医护人员书写医疗文书的压力。能够规范工作流程、实现信息数字化和网络化、自动生成各种医疗文书、完整共享HIS、LIS 等患者信息，实现医疗过程电子化管理，从而提高科室管理工作的水平。要能够全面支持相关科室的工作流管理，并满足各环节特定的功能要求。

2系统建设内容

数字化手术室系统建设需求概括本次系统项目建设范围如下:3 间手术室(OR4 千级手术室、OR6 千级手术室、OR10 普通手术室)、1 间会议室（手术示教室）、1 间主任办公室。

（1）OR4 千级手术室：术野摄像机由无影灯厂家提供，因此无需额外配置术野摄像机及安装支臂，仅需考虑安装全景摄像机、扩声音箱、显示设备及集控终端。系统功能上需要实现手术音视频采集、手术录制、语音互动、本地回显等功能。具体需要接入和处理的音视频信号包括：

1、中置于母子无影灯中的术野摄像机 1 路影像信号（无影灯厂家提供），拍摄病人手术部位的术野视频；

2、手术室角落内吊顶安装全景摄像机，提供 1 路术间全局影像信号，用于观察手术室内人员及设备的整体运行情况；

3、各类内窥镜设备的镜下影像信号 1 路；

4、超声诊断仪的检查影像信号 1 路；

5、远程示教室影像信号 1 路；

6、数字化手术室本地控制系统界面影像信号 1 路；总计以上 6 路的影像和数据信号需要接入数字化手术室系统，并在手术室本地的显示系统中任意切换显示。

根据手术室信号类型及数量，以及本手术室的净化工程设计，计划在术间部署如下的显示设备组成本地显示系统：

1、在手术床一侧(面向主刀医生)安装 1 套单臂单屏悬吊系统（医院提供），在每个吊臂上安装1 台专业24 寸医用显示器,负责在术中为主刀医生提供手术所需的视频信号；

2、在术间合适位置内嵌安装2 台42 寸多功能液晶显示器，主要负责显示远端示教室影像信号。

4、在操作间合适位置安装 1 台 19 寸触控显示器,提供数字化手术室集控系统操作界面显示和控制功能。

手术室内的音频交互和扩声系统由本地音箱和医生麦克组成，其中扩音音箱采用吸顶的安装方式，美观大方，医生佩戴头戴式无线话筒实现语音的互动；手术室内预留嵌入式信息设备机柜（需要净化公司配合），存放数字一体化手术室系统相关设备，如如无线麦克等。

（手术室建设现场图片）

根据手术室内音视频源的数量和特点部署 1 套全高清手术一体化集成控制终端系统将手术室内各音视频信号采集并编码压缩，完成 A/D（模/数）转换后形成 IP 数字流，通过网络向各示教控制点和机房服务器进行传输，最终实现高/低双码率的多流直播，和存档归档。

（手术室信号接入示意图）

手术室内部提供视频路由功能，医护人员可通过全高清手术一体化集成控制终端触屏操作方式指定各显示器的显示内容，可随时调整。具体实现方案为：

（视频源-分配器-矩阵示意图）

视频源-分配器—信号路由方式（全高清手术一体化集成控制终端系统内部实现）。信号路由输出信号可保证无延时，无损失，适合于手术室内部的视频路由切换使用。

（2）OR6 千级手术室：术野摄像机由无影灯厂家提供，因此无需额外配置术野摄像机及安装支臂，仅需考虑安装全景摄像机、扩声音箱、显示设备及集控终端。系统功能上需要实现手术音视频采集、手术录制、语音互动、本地回显等功能。具体需要接入和处理的音视频信号包括：

1、中置于母子无影灯中的术野摄像机 1 路影像信号（无影灯厂家提供），拍摄病人手术部位的术野视频；

2、手术室角落内吊顶安装全景摄像机，提供 1 路术间全局影像信号，用于观察手术室内人员及设备的整体运行情况；

3、各类内窥镜设备的镜下影像信号 1 路；

4、超声诊断仪的检查影像信号 1 路；

5、远程示教室影像信号 1 路；

6、数字化手术室本地控制系统界面影像信号 1 路；总计以上 6 路的影像和数据信号需要接入数字化手术室系统，并在手术室本地的显示系统中任意切换显示。

根据手术室信号类型及数量，以及本手术室的净化工程设计，计划在术间部署如下的显示设备组成本地显示系统：

1、在手术床一侧(面向主刀医生)安装 1 套单臂单屏悬吊系统（医院提供），在每个吊臂上安装1 台专业24 寸医用显示器,负责在术中为主刀医生提供手术所需的视频信号；

2、在术间合适位置内嵌安装2 台42 寸多功能液晶显示器，主要负责显示远端示教室影像信号。

4、在操作间合适位置安装 1 台 19 寸触控显示器,提供数字化手术室集控系统操作界面显示和控制功能。

手术室内的音频交互和扩声系统由本地音箱和医生麦克组成，其中扩音音箱采用吸顶的安装方式，美观大方，医生佩戴头戴式无线话筒实现语音的互动；手术室内预留嵌入式信息设备机柜（需要净化公司配合），存放数字一体化手术室系统相关设备，如如无线麦克等。

（手术室建设现场图片）

根据手术室内音视频源的数量和特点部署 1 套全高清手术一体化集成控制终端系统将手术室内各音视频信号采集并编码压缩，完成 A/D（模/数）转换后形成 IP 数字流，通过网络向各示教控制点和机房服务器进行传输，最终实现高/低双码率的多流直播，和存档归档。

（手术室信号接入示意图）

手术室内部提供视频路由功能，医护人员可通过全高清手术一体化集成控制终端触屏操作方式指定各显示器的显示内容，可随时调整。具体实现方案为：

（视频源-分配器-矩阵示意图）

视频源-分配器—信号路由方式（全高清手术一体化集成控制终端系统内部实现）。信号路由输出信号可保证无延时，无损失，适合于手术室内部的视频路由切换使用。

（3）OR10 普通手术室：术野摄像机由无影灯厂家提供，因此无需额外配置术野摄像机及安装支臂，仅需考虑安装全景摄像机、扩声音箱、显示设备及集控终端。系统功能上需要实现手术音视频采集、手术录制、语音互动、本地回显等功能。具体需要接入和处理的音视频信号包括：

1、中置于母子无影灯中的术野摄像机 1 路影像信号（无影灯厂家提供），拍摄病人手术部位的术野视频；

2、手术室角落内吊顶安装全景摄像机，提供 1 路术间全局影像信号，用于观察手术室内人员及设备的整体运行情况；

3、各类内窥镜设备的镜下影像信号 1 路；

4、超声诊断仪的检查影像信号 1 路；

5、远程示教室影像信号 1 路；

6、数字化手术室本地控制系统界面影像信号 1 路；总计以上 6 路的影像和数据信号需要接入数字化手术室系统，并在手术室本地的显示系统中任意切换

显示。

根据手术室信号类型及数量，以及本手术室的净化工程设计，计划在术间部署如下的显示设备组成本地显示系统：

1、在手术床一侧(面向主刀医生)安装 1 套单臂单屏悬吊系统（医院提供），在每个吊臂上安装1 台专业24 寸医用显示器,负责在术中为主刀医生提供手术所需的视频信号；

2、在术间合适位置内嵌安装2 台42 寸多功能液晶显示器，主要负责显示远端示教室影像信号。

4、在操作间合适位置安装 1 台 19 寸触控显示器,提供数字化手术室集控系统操作界面显示和控制功能。

手术室内的音频交互和扩声系统由本地音箱和医生麦克组成，其中扩音音箱采用吸顶的安装方式，美观大方，医生佩戴头戴式无线话筒实现语音的互动；手术室内预留嵌入式信息设备机柜（需要净化公司配合），存放数字一体化手术室系统相关设备，如如无线麦克等。

（手术室建设现场图片）

根据手术室内音视频源的数量和特点部署 1 套全高清手术一体化集成控制终端系统将手术室内各音视频信号采集并编码压缩，完成 A/D（模/数）转换后形成 IP 数字流，通过网络向各示教控制点和机房服务器进行传输，最终实现高/低双码率的多流直播，和存档归档。

（手术室信号接入示意图）

手术室内部提供视频路由功能，医护人员可通过全高清手术一体化集成控制终端触屏操作方式指定各显示器的显示内容，可随时调整。具体实现方案为：

（视频源-分配器-矩阵示意图）

视频源-分配器—信号路由方式（全高清手术一体化集成控制终端系统内部实现）。信号路由输出信号可保证无延时，无损失，适合于手术室内部的视频路由切换使用。

（4）院内示教端：1 间会议室、专家主任办公室 1 间、1 间谈话室，示教端需要都实现手术音视频解码播放，再根据各示教端的功能需求有针对性的提供如语音交互、设备控制、远程录制等特殊功能。

1 间会议室：

每间示教室安装高清手术观摩集成控制终端、全景摄像机、投影等显示设备和音频设备等。集成控制终端通过触摸操作的方式可以有选择的把手术室内的信号投出到显示设备显示，实现示教功能。同时也可以采集编码本示教室全景摄像机信号同步传输到手术室，于手术室进行实时的音视频双向交互功能。

1 间专家主任办公室

根据需求我们在专家主任办公室配置一套高清多路解码器系统，通过IP 网络获取前端手术室的数字信号，经过 D/A（模/数）转换后输出到投影仪或大屏幕电视显示。另外音频输出采用功放加音箱，同时安装拾音设备采集示教室内的讲课语音。专家或者主任在观摩过程中可通过无线 PAD 控制端切换当前直播或点播的手术，并与手术室进行语音讨论。

（5）中心机房：

中心机房做为系统中心节点，部署有数字化手术室系统核心部分多媒体医学影像平台服务器，存储/点播服务器。系统负责接收手术室全高清手术一体化集成控制终端发送的数字化视音频码流，将其按需转发给远程示教用户或存储在指定存储设备中。

除基本录播直播模块外，系统根据医院数字化手术室的实际需求还提供用户权限认证、手术资源管理、状态监控、节点参数配置、录像编辑等扩展功能。

同时中心机房（控制室）在部署数字化手术室集中管理控制系统，系统可以实现学术转播功能：

1、触控或拖拽操作，一键推送示教室观摩内容。

2、主席模式下 8 方混音对讲，组内成员随时切换。

3、私密对讲模式，与 8 方公开对讲互不干扰。

4、独立控制示教室端音视频内容，满足大型复杂会议转播需求。

5、支持 PC 客户端、嵌入式解码器客户端混合接入模式。

无论是手术切换、画面调节、召开讨论、私密对讲、手术录制等功能均可一键完成，大大简化了转播的操控难度，降低人员误操作带来的事故，一举解决了医院在学术会议转播领域的实际困难，帮助各级医院和卫生系统承担各类会议转播任务。

（6）远程客户端：

除院内的各示教端、集控室外，数字化手术室系统还可承担远程会诊、远程教学等业务应用。对于这部分用户，可利用 PC 通过访问录播系统来获得手术直播服务和手术点播服务。录播系统采用 B/S 结构设计，用户能灵活切换现场手术视频画面，方便地组合显示多路的手术视频画面。

（远程 PC 访问示意图）

以此搭建手术室信息化平台，并广泛用于手术示教。系统采用网络 1080P 高清传输方式，硬件编解码和一批计算机网络示教终端，用于互动操作的手术室示教。通过将先进的信息化技术运用到手术室的特定环境中，集成各厂家的软硬件数据信息，实现集中展现，实时传达，使得参与手术的医护人员能够及时获得大量与患者相关的重要信息。

一方面：通过先进的信息和通讯技术，实现空间和技术的整合，更加合理使用手术室的宝贵空间。另一方面：把腔镜、X 光机等医疗设备影像、手术视频等不同表现形式的数据集成起来，统一存储。真正为手术参与者和观摩者提供高效的手术相关数字化信息。系统中需要进行权限管理、申请许可的方式对手术的过程进行全程实时直播和互动，并可对手术过程进行全面数字化录制及档案管理。通过该系统的部署，手术的视频教学观摩可实现观众与手术室的分离，避免手术观摩对手术过程的影响，同时，也可让上级医生利用 PC 终端实时了解经授权的手术室的实时情况。手术室到手术室外部（如示教室）的视频通信不需要点对点铺设视音频线缆或光纤，而是通过医院现有的标准局域网（LAN）即可传输数字化高清视频信号；视频采集、传输、处理、存储、播放全程采用1080P 高清（可向下兼容）。采集手术过程中的各种影像信号必须采用 H.264 编码后通过TCP/IP 协议的标准网络进行通信和数据传输。系统具有简体中文操作界面以适应本地化需求。

将手术室全景摄像机信号、专用医学成像设备（DSA、X 光机、腔镜、显微镜、监护仪等）信号、术中术者语音信号等同步进行数字化集成和显示。严格录像分级管理机制，同时保护医生、患者隐私。直播中有些画面可能涉及隐私不能被现场转播，需能够随时暂停手术画面。

系统支持3D 手术在线直播技术，可立体再现3D 腔镜、达芬奇机器人等高端医疗设备影像。基于同一时间轴的多画面同时录制，完整记录手术过程全部资料，包括腔镜视频、手术室全景视频、X 光机视频等检查设备信息；日后可以以某一时间轴同时播放多画面的视频，最大限度的还原当时手术的场景。

3系统实现功能

?手术示教

通过手术直播示教，使观摩学习人员在示教室和办公室等场所就能观看手术现场的实况，手术直播期问，示教医生可以实时对手术过程进行讲解，同时也可以听到示教室所提出的疑问，从而及时解答，真正达到教学互动的功能，同时有效保证手术室秩序和洁净度。示教中心、专家办公室、远程会诊室、其它医疗机构等地点经过授权可以通过本系统远程观摩手术室实时画面，同时示教中心、可以就手术情况进行远程实时讨论。

?远程会诊

经验丰富的专家往往是稀缺资源，专家通过授权会诊账号与密码登录本系统对前端手术室医护人员进行远程手术指导，专家能够清晰看到手术室的手术细节和手术室全景，直接远程手术指导。

?主任管理

科主任可以通过访问服务器，可以在办公室查看本人权限范围内手术的进行状况，包括病人数据，手术信息和手术视频，以便对手术进行管理和指导。

?医疗设备数据采集

术期及护理系统的难点和技术的核心点，就是临床设备的接口。我们在临床设备接口技术上，可以做到自动识别设备输入分辨率、从而显示在用户界面中，方便医生全面了解病人各种生命体征的变化。每个工作站具有标配接口，可以同时连接相同型号和不相同型号的临床设备，如：监护器、术野摄像、全景摄像、血气分析仪等。可以同时自动采集临床设备视

频参数，显示在医生面前，向医护人员提供病人全面准确的术中信息，接口连结的设备可以做到相同型号及不相同型号设备的同时连结，满足了各种类型的手术需要，使得术期及护理系统更加完善准确的反映病人的全部生命体征信息，也向医生提供准确的临床科研数据术中相关的信息统计数据。另外，每个接口都可采集具有波形输出功能的监护设备中心电波形，并在主界面上显示。

?多媒体控制管理

手术室的手术观摩示教、医生会诊、尤其是医院迫切需要对手术室、危重病房等重要场所进行监控，对各手术台和各病房患者尽可能的实施全程监视，这有利于医院的规范化管理，改进对患者的诊治、护理水平，同时，将手术过程录像保存，有助于教学或解决医疗纠纷，分清责任。视音频管理分为两个部分，一是手术室内部的视频切换，另一个是与示教室的视音频互动。手术室有来自不同设备的多个视频源，如监护仪，病人影像资料等，且格式各异，而医生在手术进行的时候位置是相对固定的，很难同时观察到各个方向的视频信号。在这里只需轻轻一点，即可把任何想要的视频信号切换到医生的屏前，方便医生快速获取病人信息。系统提供的工作站可对病人影像资料、手术记录等各种信息和数据进行存储、打印等功能。系统可将内窥镜影像、术野影像、全景影像等各种视频信息存储在硬盘上或通过医用DVD 刻录机存储在DVD 光盘上或发布到医院网络上供医院教学使用。

?视频源无缝接入

手术室医疗影像采集单元能够支持VGA\DVI\HDMI\分量\CVBS 等多种不同接口的视频源接入和采集编码。支持手术室多种视音频源输入，包括但不限于摄像机、生命监视仪、内窥镜、B 超等满足医院后期扩展医疗设备需求自由接入系统。

?无延时同步传输

采用H.264 编码技术，并支持UDP\TCP\UDT 等多种网络传输协议，保证远端用户点直播延时极小。

?支持多画面组合显示手术/示教室的视音频双向交互

系统支持按需在同一时间显示多路画面信号，并支持任意画面缩放和手术室与示教室的视音频双向交互。

?资源统一管理

系统提供统一管理平台，实现了系统内软硬件资源的统一管理，包括设备管理、用户管理、音视频资料管理等等。通过信息交换中心站，将手术室、医生办公室和其他各个部门，

连接到全部网络站点以及其他地区的分院，并能够把来自各科室的综合资料，完全转换成数字影像。能够对静止图像、动态视频，进行数字化记录和编辑，并刻录到CD、DVD 或者发布到医院网络，以完善手术记录。还可以对信息进行记录、编辑，并直接保存到患者的病历中。

与周边系统的实时联动

支持于视频会议系统进行对接，实现互动。

结束语：

整体方案设计充分考虑实际医院手术室的应用环境和工作流程，本着投入低、性能高、易扩展、安全稳定的设计目的，并遵循总体设计、分步实施的建设原则。

4系统组成

4.1 设备部署

系统可采集手术室内全景、腔镜、X 光机等手术进程中重要的视频信号，并同步采集主刀医师的语音和整个诊疗室内的语音信号。采集的音视频信号经过网络实时传输到各示教中心、办公室、集控室等系统节点实现同步直播，支持各点之间的语音交互，满足教学要求。同时医疗资源综合管理平台服务器也在接收手术音视频信号，完成手术录制和手术转播工作。

本方案医疗影像采集单元和手术直/录播系统作为手术室中的核心设备，完成对前端摄像机、医疗设备等视频源和音频源的采集并编码，通过IP 网络向外传输。用户可通过访问流媒体服务器或者编码器观看手术中的实况或回放手术过程的全程录像。

设备整体部署图：

5系统主要设备参数

5.1医疗影像采集单元

采集单元用的是业界最强的嵌入式高清视频/VGA 编码器，通过全新升级硬件软件平台：支持1080P@60HZ 的采集编码；支持高达1920x1200 分辨率的VGA 信号的采集和编码；支持HDMI,DVI,VGA,YPbPr,SDI 所有主流高清接口；支持双码流；支持TS 流输出等诸多功能。产品特性

?支持1080P@60HZ 全高清视频的采集和编码

?可同时支持2 路码流同时传输，可同时实现预览和同步录制且不会产生干扰

?视频编码算法为H264 High Profile；音频算法为AAC、G711

?在前面板提供了按键和显示屏操作界面，方便对设备进行控制

5.2医疗多媒体视频工作站

?CPU：单处理器i7-4790

?内存容量：4GB DDR1600

?硬盘容量：1TB

?视频输出接口：VGA/DVI/HDMI，最大4 通道输出

?通讯接口：千兆RJ45 网口X1，USB 口X6

?信号路由：8in*6out 路由支持，支持画面自由组合

?本地存储：全画面存储/按需存储,支持CDN

?解码能力：8 路1080P 同时解码，VGA/HDMI 多通道物理输出

?摄像机控制：VISCA,PALCO_D,PALCO_P

?编码模块控制：码流模式、码率调节、图像参数、传输许可

5.3医疗资源综合管理平台服务器

硬件参数：

?CPU：E3-1220V2 *1

?内存：4G ECC DDR3 *1

?硬盘：2T 企业级硬盘*4

?RAID 性能：支持RAID 0\1\5

?电源：600W 服务器电源

功能描述：

?并发负载量：24 路1080P 医疗可视化信号接入/300 用户点直播并发/单间手术室最大8 路画面传输

?画面模式：多流多分屏模式，多流画中画模式，单流单画面模式，轮询模式

?混音模式：2-8 路混音模式，私密混音模式

?协议标准：

?应用协议-HTTP/RTMP/TLNET

?传输协议-UDP/TCP/UDT

?视频编解码协议-H.264 BP/HP

?音频编解码协议-ACC LC/HC,G.711

?第三方系统支持：HL7/DICOM/DATEBASE 控件/IE 控件

?延时:客户端延时<=300ms（网络条件正常情况下）

?物理接口：2×LAN 接口2×USB 接口1×VGA 接口

?登录与维护:WEB 远程系统升级

?支持服务器集群，方便系统扩展

5.4多功能手术示教客户端

（多功能手术示教工作站）

?通过场景区域与视频通道区域的组合可快速实现当前直播手术频道的切换

?支持单画面/多画面切换