馬少華蔡偉東郭 偉

手術(shù)室示教系統(tǒng)的數(shù)字化改造

馬少華①蔡偉東①郭 偉①

結(jié)合醫(yī)院手術(shù)部整體改造工程，介紹多種示教系統(tǒng)的設(shè)計、建設(shè)方案；提出了示教系統(tǒng)的創(chuàng)造性改造不僅提升了手術(shù)室的潔凈等級，還滿足了人性化的手術(shù)室管理、舉辦國際會議設(shè)置分會場、日常教學觀摩演示等實際需求，總結(jié)了數(shù)字化手術(shù)室示教系統(tǒng)在設(shè)計、建設(shè)、維護過程中的經(jīng)驗并提出了建議。

數(shù)字化手術(shù)室；數(shù)字化；演示系統(tǒng)

[First-author's address]Department of Equipment Management, Taihe County People’s Hospital, Taihe 236604, China.

1 數(shù)字化手術(shù)室的簡介

1.1 數(shù)字化手術(shù)室

數(shù)字化手術(shù)室的理念，起源于20世紀90年代初，其設(shè)計建設(shè)的要求和目標在不斷擴充。當前，主要是采用網(wǎng)絡(luò)、信息和影像技術(shù)，從醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）中調(diào)取數(shù)據(jù)或影像信息，并將手術(shù)室內(nèi)與患者有關(guān)的重要信息，實時多向傳輸。同時，可以采取實時交互的形式進行遠程演示、教學，并對手術(shù)進程進行監(jiān)控和儲存，對手術(shù)室的人、財、物進行統(tǒng)一調(diào)度和管理的一整套完整的解決方案。

數(shù)字化手術(shù)室的建設(shè)主要涉及到：影像的實時采集儲存與傳輸、影像壓縮與解壓縮技術(shù)、綜合布線系統(tǒng)施工、視頻監(jiān)控安防施工、背景音樂等內(nèi)容。

1.2 數(shù)字化手術(shù)室的改造背景

由于傳統(tǒng)手術(shù)室存在無法進行手術(shù)遠程示教、無法統(tǒng)一儲存信息資源、無法避免二次污染及進行醫(yī)學影像集中顯示及調(diào)取等諸多問題,醫(yī)院決定對手術(shù)室進行徹底改造。改造后的手術(shù)室可以實現(xiàn)示教、視頻采集、背景音樂等功能的數(shù)字化管理；手術(shù)室內(nèi)的控制情報面板可以對電源、氣體、空調(diào)、時間、燈光及手術(shù)信息傳遞等進行集中控制和顯示。

1.3 數(shù)字化手術(shù)室的建設(shè)目標

數(shù)字化手術(shù)室的設(shè)計、建設(shè)需要融合手術(shù)室管理、臨床醫(yī)學、基建施工、綜合布線、視頻編碼解碼、視頻傳輸、設(shè)備遠程控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸與管理、HIS信息共享、視音頻交互、監(jiān)控安防等多學科的專業(yè)知識,需要各相關(guān)科室及專業(yè)負責人通力合作,并保持有效的溝通和配合,只有這樣才可以在規(guī)定時間內(nèi)完成施工。

圖1

數(shù)字化手術(shù)室不僅可以滿足醫(yī)院及進修生的臨床教學、實時視頻示教、學術(shù)交流、手術(shù)觀摩的需求,達到國家教學評估的基本標準要求,而且,傳輸效果可以滿足臨床醫(yī)生對色彩、分辨率、擴展性等諸多要求。

2 數(shù)字化手術(shù)室的設(shè)計

2.1 數(shù)字化手術(shù)室調(diào)研

在進行綜合布線、數(shù)字化建設(shè)方案確定及示教設(shè)備選型、安裝等各個階段,首先需要調(diào)研手術(shù)室管理科室的實際需求。通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，目前醫(yī)院一旦有手術(shù)轉(zhuǎn)播或錄象任務(wù)時，需要聯(lián)系專業(yè)人員攜帶攝像設(shè)備進入手術(shù)室，對手術(shù)過程進行攝像，此舉難免會造成污染。并且，一旦有臨床教學課程時，數(shù)名學員圍在主刀大夫周圍教學效果和質(zhì)量難以保證。當進行學術(shù)會議實況轉(zhuǎn)播的時候，需要直播實時影象，為達到最高圖象質(zhì)量避免會議失敗，需要高價租用電信公司的“野戰(zhàn)”光纖和昂貴的設(shè)備，經(jīng)室外鋪設(shè)光纖進入手術(shù)室，不經(jīng)任何壓縮直接由光纖傳輸視音頻信號到會場，這樣不僅耗資巨大，而且技術(shù)人員全部進入手術(shù)室，無法避免二次污染問題，同時會后資料的留存也很困難，這一切，給手術(shù)室的管理和使用人員帶來很多問題?？梢?，傳統(tǒng)手術(shù)室的固有功能，已無法滿足當前日益頻繁的會議、示教教學、手術(shù)室管理等各方面的需要，急需改造升級。

在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，醫(yī)院最終確定以TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)為傳輸途徑，所有視音頻信號均編碼轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號，在局域網(wǎng)上傳輸，在遠端經(jīng)解碼還原為視頻或音頻信號的方案。同時，確定數(shù)字化手術(shù)室示教系統(tǒng)內(nèi)容包括：視音頻高質(zhì)量采集、有效存儲、系統(tǒng)級分權(quán)限管理、數(shù)字化遠程傳輸、管理監(jiān)控、背景音樂、HIS系統(tǒng)集成等諸多功能模塊，具體的改造內(nèi)容包括：（1）針對手術(shù)室內(nèi)部，安裝視音頻采集設(shè)備，包括：手術(shù)吊臂攝象機、拾音無線麥克、音箱、視音頻輔助接口等。（2）手術(shù)室內(nèi)安裝全景監(jiān)控攝象機，麻醉恢復室、等候區(qū)等共六處區(qū)域安裝全景監(jiān)控攝象機。（3）全景監(jiān)控信號通過局域網(wǎng)進行網(wǎng)絡(luò)化傳輸和控制不同的權(quán)限進行顯示。（4）手術(shù)室內(nèi)可以播放統(tǒng)一或個性化的背景音樂，麻醉恢復室、等候區(qū)等三處分區(qū)播放個性化背景音樂。（5）手術(shù)室內(nèi)各區(qū)域覆蓋對講擴聲系統(tǒng)。（6）實施基于TCP/IP協(xié)議的手術(shù)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)示教系統(tǒng)。（7）HIS、LIS、PACS與手術(shù)示教平臺信息集成，手術(shù)中可調(diào)取重要診療相關(guān)信息。（8）餐廳/示教室、接待室、醫(yī)護辦公室、麻醉科辦公室、學術(shù)報告廳和多功能廳均安裝固定或移動的手術(shù)示教設(shè)備及雙向?qū)χv設(shè)備，按功能要求，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)轉(zhuǎn)播需求。

2.2 工程設(shè)計階段

首先,在確定手術(shù)室改造的土建基礎(chǔ)方案時,意識到弱電系統(tǒng)綜合布線工作具有非常重要的意義。因此只有明確了手術(shù)室各區(qū)域的使用功能、信號傳輸介質(zhì)及設(shè)備選型，才可以進行統(tǒng)一的數(shù)字化手術(shù)室的施工組織安排，各專業(yè)施工才可以有序開展，從而有效保證總工期和質(zhì)量?；谝陨弦蛩?，信息中心總結(jié)調(diào)研結(jié)果，初步擬訂三種手術(shù)室改造方案：

（1）所有手術(shù)室安裝模擬視音頻線纜，按照調(diào)研結(jié)果提到的功能性區(qū)域，如各手術(shù)室、主任辦公室、護士長辦公室、會議室、貴賓接待室直接鋪設(shè)手術(shù)室至該區(qū)域的視音頻線纜。該方案的優(yōu)勢在于：傳統(tǒng)的模擬信號傳輸，使用效果可以很好的滿足手術(shù)室使用要求；傳統(tǒng)視音頻設(shè)備采購成本和集成費用均比較低，在投資規(guī)劃上可以有效把握；錄制視頻資料使用普通設(shè)備即可達到，比較方便，只要有基本電器常識即可操作設(shè)備，培訓和管理成本較低。不足之處在于房間的功能改變，需要重新鋪設(shè)模擬視音頻線纜，但手術(shù)室一旦投入使用，這一工作將影響日常繁忙的手術(shù)室工作；視頻會議時，手術(shù)室內(nèi)視頻對外轉(zhuǎn)播仍需鋪設(shè)電信公司的“野戰(zhàn)光纖”臨時解決，線路、設(shè)備租用和管理支出耗資巨大。同時也會打亂手術(shù)室內(nèi)的正常工作次序和人員安排。由于該方案應(yīng)用于手術(shù)室數(shù)量較少，對本地的影象質(zhì)量要求苛刻的環(huán)境，且手術(shù)室內(nèi)的功能和分區(qū)非常固定，視頻線端到端長度不超過350米范圍內(nèi)，因而不利于使用中擴展。

圖2

（2）手術(shù)室內(nèi)鋪設(shè)網(wǎng)線，在每間手術(shù)室內(nèi)安裝（或臨時放置）視音頻采集及編碼（或直接安裝網(wǎng)絡(luò)攝像機）在手術(shù)室內(nèi)直接進行模擬信號的編碼，然后經(jīng)局域網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h端，在遠端進行解碼播放。該方案的優(yōu)勢在于：每個手術(shù)室的設(shè)備安裝可以按需安裝，部分設(shè)備不安裝而選擇移動中使用，這樣可以節(jié)約設(shè)備購置費用并提高設(shè)備使用率；設(shè)備使用的靈活性較強，可以根據(jù)需要更換不同檔次的采集、編碼、解碼設(shè)備測試質(zhì)量，按需使用相應(yīng)檔次的產(chǎn)品，投資較低。不足之處在于：采集和解碼一體的設(shè)備對色彩還原和分辨率指標難以達到臨床的要求，如果更換設(shè)備來提高質(zhì)量，設(shè)備采購成本將非常高；手術(shù)室內(nèi)放置較多的設(shè)備和臨時連線，給使用中和使用后的消毒工作帶來較大的困難，同時存在二次污染問題；設(shè)備操作管理人員需要有豐富的連接、操作實戰(zhàn)經(jīng)驗，對出現(xiàn)的接口及連線故障可以自行維修，否則將延誤會議使用。該方案可用于臨時應(yīng)急及對轉(zhuǎn)播圖象質(zhì)量要求不高的視頻會議轉(zhuǎn)播，對于手術(shù)室未經(jīng)數(shù)字化改造的，可臨時鋪設(shè)網(wǎng)線直接完成視頻會議的使用需求，但擴展性和效果并不理想。

（3）所有手術(shù)室模擬線纜到中控機房，由中控機房統(tǒng)一進行編碼，通過網(wǎng)絡(luò)向遠端進行轉(zhuǎn)播。該方案的優(yōu)勢在于：手術(shù)室內(nèi)只需安放遙控攝像機，避免污染和無關(guān)人員進入手術(shù)區(qū)域，所有視音頻信號質(zhì)量在采集、傳輸、編碼、解碼各個環(huán)節(jié)均可以有效保證最終效果滿足臨床要求；通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，不僅可以針對手術(shù)室的管理要求，靈活安排視頻轉(zhuǎn)播，而且可以向手術(shù)室外部或異地進行視頻轉(zhuǎn)播，這樣對房間功能的改變，方案可以第一時間做出調(diào)整，而不必重新鋪線應(yīng)急。不足之處在于：要求手術(shù)室建設(shè)初期統(tǒng)籌考慮，線纜、設(shè)備安裝要求統(tǒng)一施工調(diào)試，改造的基礎(chǔ)建設(shè)、設(shè)備采購的投資較大；要求網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開放而且互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)管理達到一定水平，網(wǎng)絡(luò)控制水平較高；需要建立一個設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)管理的技術(shù)團隊，對視頻矩陣、視頻編碼解碼等復雜設(shè)備的使用能熟悉掌握。

該方案可滿足大型視頻會議轉(zhuǎn)播的要求，在視頻采集、傳輸鏈路、編碼、解碼、顯示、交互的各個環(huán)節(jié)，均可以保證最終圖象的效果和質(zhì)量，使轉(zhuǎn)播、存儲、交互的質(zhì)量可控，對出現(xiàn)的效果差異便于及時排查。最終手術(shù)室改造項目就是選用本方案進行實施。2.3 手術(shù)室綜合布線設(shè)計

為滿足以上第三種示教方案要求,綜合布線施工計劃分為:線纜數(shù)量、位置、價格及余數(shù)。吊臂攝像機、吊塔腔鏡、全景監(jiān)控、音箱均預埋模擬線纜，并直接連到中控室，統(tǒng)一由機房內(nèi)的視頻矩陣進行切換選擇，經(jīng)統(tǒng)一編碼后傳輸。

3 設(shè)備選擇及要求

3.1 設(shè)備參數(shù)選擇

設(shè)備選擇應(yīng)考慮三方面問題：（1）采集端：視頻源是關(guān)鍵，影響視頻采集質(zhì)量的關(guān)鍵因素有：攝像機的鏡頭、CCD大小及攝像機的影像處理能力。（2）傳輸非常重要，選擇模擬傳輸或數(shù)字傳輸均應(yīng)分清利弊得失，即模擬傳輸受線纜質(zhì)量、傳輸距離和環(huán)境的影響；數(shù)字傳輸受編碼器的檔次（專業(yè)廣播級或普通安防監(jiān)控級的區(qū)別）、編碼方式（MPEG2、MPEG4、H.264）的差別,傳輸帶寬（2M-10M或低于512K）等諸多因素限制。（3）顯示設(shè)備也不可忽視，技術(shù)指標要求控制顯示分辨率和顏色還原質(zhì)量，即解碼器的檔次影響畫面效果。硬件解碼可以有效提升顯示效果，不同的顯示設(shè)備（等離子、液晶或投影機）效果有差別，如常見的“拖尾”現(xiàn)象。當攝像頭快速運動時，圖像出現(xiàn)嚴重的延遲，看后讓人“頭暈眼花”，最終的效果不能滿足要求。

3.2 設(shè)備選型

經(jīng)多次實際測試比較,本次數(shù)字化手術(shù)室的改造,視頻源至少達到3CCD,850線的水平清晰度,最終選定專業(yè)廣播級的攝像機SONYDXC-990P;編碼設(shè)備采用MPEG2編碼技術(shù),分辨率可以達到DVD效果,色彩失真少,2M-10M碼流,適合用于局域網(wǎng)或遠程視頻傳輸，最終選擇OPTIBASE MGW-2000E專業(yè)編碼設(shè)備，為很好的與AD（Active Directory活動目錄）集成,進行身份證和授權(quán)，支持視頻、PPT（幻燈）文件、胸片、PACS資源，監(jiān)護儀及腔鏡等信號信息，集成平臺最終選定CREATON MEDEX示教終端系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)及功能設(shè)計分析

4.1 手術(shù)室監(jiān)控系統(tǒng)

通過在各手術(shù)室設(shè)置彩色半球攝像機,進行全景攝像?？芍苯语@示手術(shù)室內(nèi)醫(yī)護人員的手術(shù)配合情況。通過局域網(wǎng)絡(luò)，護士長根據(jù)需要可以在任何地點、任何時間，對各手術(shù)室進行最直觀的監(jiān)控。了解手術(shù)房間的使用情況，對于手術(shù)室的各種術(shù)前準備進行統(tǒng)一安排，提高了手術(shù)室的使用率。通過室內(nèi)音箱，可以及時與室內(nèi)人員進行溝通。

4.2 背景音樂系統(tǒng)

在手術(shù)室不同區(qū)域,均設(shè)置背景音樂（選用BOSE吸頂定壓音箱）,各手術(shù)室均設(shè)置可調(diào)音量的背景音樂開關(guān),實現(xiàn)每個手術(shù)室個性化播放背景音樂功能,同時,醫(yī)護人員可以自助的播放自帶的MP3音樂等個性化音樂,為醫(yī)護人員和患者創(chuàng)造輕松的醫(yī)療、工作環(huán)境。當出現(xiàn)火情，可以自動立刻轉(zhuǎn)換（強切）與醫(yī)院的消防緊急廣播系統(tǒng)連通。

4.3 數(shù)字示教系統(tǒng)

通過手術(shù)室吊臂上安裝帶變焦鏡頭的彩色攝像機，從手術(shù)部位的上方進行圖像采集。對大型手術(shù)、搶救手術(shù)或具有疑難雜癥的手術(shù)過程，留下必要的影像資料，用于醫(yī)學研究、遠程手術(shù)指導。有教學任務(wù)和臨床教學活動時，學生可在示教室進行。通過大屏幕專業(yè)等離子或投影機觀摩手術(shù)的實況。

4.4 數(shù)字化手術(shù)室網(wǎng)絡(luò)示教系統(tǒng)功能

各個子系統(tǒng)方案確定后,即可設(shè)計總體的示教系統(tǒng)解決方案。其中，最為關(guān)鍵的設(shè)備是：吊臂攝像機（SONY 990P），視頻服務(wù)器（OPTIBASE MGW-2000E），視音頻矩陣（CREATOR AV64-48），專業(yè)等離子（PANASONIC TH-42PH9C）。

4.5 布線系統(tǒng)及相關(guān)值得注意的問題

4.5.1 弱電綜合布線系統(tǒng)。綜合布線的內(nèi)容包括：信息線纜（超5類雙絞線，長度控制在95 m內(nèi)，國家規(guī)范要求超5類網(wǎng)線的兩端長度不超過100 m，上配線架前預留5 m），語音線纜（3類4芯線），呼叫對講線纜（3類4芯線），視頻線纜（SYV-75-5-1，長度控制在350 m內(nèi)），音頻線纜（帶屏蔽的RVVP-2 ×0.7,長度控制在200 m內(nèi)）,控制線纜（帶屏蔽的RVVP2×28/0.15）。如果進行統(tǒng)一綜合布線施工，建議將電話線與網(wǎng)線均鋪設(shè)超5類雙絞線，實現(xiàn)信息與語音的互用。需要特別注意的是：在布線過程中，需提前考慮各類攝像機的本地取電方式，提前布管，并且在手術(shù)室內(nèi)走線時，管徑最好不小于25 mm；而且音箱如果選擇定壓音箱，需提前選定符合規(guī)格要求的定壓功放。

4.5.2 相關(guān)專業(yè)需協(xié)調(diào)的內(nèi)容。手術(shù)室改造中，不應(yīng)忘記對手術(shù)室內(nèi)部的中控室的建設(shè)質(zhì)量要求。即：機房要求24 h制冷，保證濕度水平，配電輸入由UPS（不間斷電源）供電，UPS帶隔離變壓器，0.5 ms切換,帶設(shè)備運行流程圖,至少1 h后備電池；中控室安裝防靜電地板，配電柜輸入端實現(xiàn)雙路供電，安裝機房溫濕漏水監(jiān)控報警等。如果布線完成后，機房內(nèi)的相關(guān)設(shè)施未提前安排妥當，機房的建設(shè)和施工將會延誤整個手術(shù)室改造項目的工期。另外，手術(shù)室內(nèi)的監(jiān)控對講音箱，需要在應(yīng)急情況時，“強切”到消防喊話狀態(tài)，這需要在安防設(shè)備安裝時，預留接口。局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)管理方面，應(yīng)提前為手術(shù)室中控室留有VLAN（虛擬子網(wǎng)）及IP地址規(guī)劃方案，否則手術(shù)示教平臺大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)使用，勢必與原有的業(yè)務(wù)應(yīng)用相互影響。預留中控室至院外電信公司機房的光纖（建議單模ST24芯，共2根互作備份），便于進行院內(nèi)外視頻直播傳輸。

4.5.3 示教系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)驗。在手術(shù)室示教平臺的設(shè)計建設(shè)過程中，由于涉及到相關(guān)各專業(yè)部門、專業(yè)知識和施工計劃非常龐雜，建議提前做好各專業(yè)項目負責人溝通方案，以便于提前協(xié)調(diào)解決問題，避免返工、浪費或延誤工期。

4.5.4 信息共享平臺的建設(shè)將有效滿足術(shù)中診療需求。目前，我院正在進行手術(shù)示教平臺與HIS、LIS、PACS接口的后續(xù)工作，近期將與放射科設(shè)備完成國際標準接口的圖象、數(shù)據(jù)、視頻資源信息共享。

5 總結(jié)

本次手術(shù)室改造施工，最終達到了數(shù)字化手術(shù)室具有現(xiàn)場視頻、音頻資源進行直播、轉(zhuǎn)播、存儲音視頻資料等功能。使需要對手術(shù)過程進行學習、觀摩的專家可以通過局域網(wǎng)絡(luò)查看手術(shù)詳細過程的目的，并可以進行手術(shù)視頻的在線錄制或教學。選用的廣播級轉(zhuǎn)播設(shè)備保證了臨床醫(yī)護人員對手術(shù)圖像高色彩還原度和高清晰度的質(zhì)量要求。

總之，數(shù)字化手術(shù)室的建設(shè)，對提高手術(shù)室的日常管理水平、節(jié)約管理成本、保證臨床手術(shù)的安全和質(zhì)量、滿足國際會議演示或教學觀摩的需要，意義深遠。

[[11]]GB 50174-93，電子計算機機房設(shè)計規(guī)范.

[2]GB 50311-2007，綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范.

[3]GB 50333-2002，醫(yī)院潔凈手術(shù)部建筑技術(shù)規(guī)范.

[4]冉梓垠, 韓乾.數(shù)字化手術(shù)室的應(yīng)用[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2008,23(10).

[5]蔣協(xié)遠.醫(yī)院全新數(shù)字化手術(shù)室改造方案淺析[J].中國醫(yī)院建筑與裝備,2008,9(6).

[6]張強,謝文,王國宏.臨床工程部門在數(shù)字化手術(shù)室建設(shè)中應(yīng)關(guān)注的問題[J].中國醫(yī)學裝備2008,5(1).

Analysis on digitalization of surgery demonstration system

MA Shao-hua,CAI Wei-dong,GUO Wei

This paper introduces a variety of design and implementation plans, with combination of the whole reconstruction program of digitalized demonstration system in the surgery department. It puts forward that the creative digitalization of demonstration system not only improves the surgery cleanness, but also satisfies many practical needs including personalized surgery management, international conference sub-venues, and daily teaching observations. A summary of design, implementation, and maintenance process of digitalization of surgery demonstration system is also given in the paper.

Digital operating room; Digitalization; Demonstration system

1672-8270(2010)04-0007-05

TH 772

B

馬少華,男,(1974- ),1996年畢業(yè)于安徽工學院，機電工程專業(yè)，本科學歷，工程師?，F(xiàn)為中國醫(yī)學裝備協(xié)會CT工程技術(shù)專業(yè)委員會委員。

2010-02-18

①安徽太和縣人民醫(yī)院設(shè)備科 安徽 太和 236604

China Medical Equipment,2010,7(4):7-11.