手術(shù)圖像傳輸在醫院醫療工作中的應用及其原理

手術(shù)圖像傳輸在醫院醫療工作中的應用及其原理

　　手術(shù)圖像傳輸在醫院醫療工作中的應用及其原理

　　摘要：本文主要介紹了手術(shù)圖像傳輸在醫院醫療工作中的應用及其原理。

　　關(guān)鍵詞：圖像的實(shí)時(shí)傳輸；圖像傳輸的標準和協(xié)議；MPEG-4高清晰視訊

　　馬鞍山市中心醫院是三級醫院，其骨科在國內外享有盛名，相關(guān)教學(xué)和學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分頻繁，手術(shù)觀(guān)摩和指導是交流的重要內容，手術(shù)室的特殊性決定了不可能在現場(chǎng)開(kāi)展這些活動(dòng)。采用圖像傳輸系統，將手術(shù)圖像傳到觀(guān)摩會(huì )議室來(lái)可以有效解決這一難題。骨科手術(shù)屬于高精密、高難度手術(shù)，對于傳輸的圖像清晰度要求非常高，傳統的會(huì )議電視系統提供的圖像質(zhì)量遠遠不能滿(mǎn)足需要，經(jīng)過(guò)多次演示和實(shí)際檢驗，發(fā)現采用DVISION的基于IP網(wǎng)絡(luò )的MPEG-4高清晰會(huì )議電視終端和多點(diǎn)控制單元（MCU），可提供高質(zhì)量手術(shù)圖像的遠程傳輸。

　　1圖像傳輸的概述

　　醫院圖像傳輸是現代電信技術(shù)在醫療系統的應用，綜合了異步傳輸模式（ATM）、電視、快速以太網(wǎng)和計算機技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現圖像、聲音、數據的高速寬帶傳輸，具有雙向的功能。既有可視電話(huà)的雙向性，又有現場(chǎng)直播的時(shí)效性，且容量大、清晰度高。

　　醫院手術(shù)圖像傳輸系統有以下功能：手術(shù)室的教授通過(guò)該設備進(jìn)行雙向交流；一般的學(xué)生或醫生，可以在資料室通過(guò)設備終端進(jìn)行手術(shù)觀(guān)摩；可進(jìn)行手術(shù)圖像的傳輸和過(guò)程監視；主要設備可作為多點(diǎn)控制用；存儲服務(wù)器可以對視音頻碼流進(jìn)行數字存儲，存儲功能使保存、回放、剪輯和VCD/DVD制作輕易實(shí)現。

　　2圖像傳輸系統的結構

　　手術(shù)直播特指專(zhuān)家于特定會(huì )議室實(shí)時(shí)觀(guān)看手術(shù)過(guò)程，給予手術(shù)醫生實(shí)時(shí)指導，同醫生就手術(shù)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)交流、討論和研究的雙向交互式視頻會(huì )議系統。本方案中我院采用了三套終端（其中一套是只接收終端），一臺MCU，一臺存儲服務(wù)器。設備匯接在網(wǎng)絡(luò )交換機上，通過(guò)醫院的快速以太網(wǎng)的千兆光纖實(shí)現互通。

　　手術(shù)室終端視頻源包括：PELCO球型攝像頭和顯微鏡，并匯接在1臺視頻切換矩陣上。PELCO球型攝像頭可以水平方向360度旋轉，垂直方向90度旋轉，放置在手術(shù)室的頂角處，攝入角度可以覆蓋整個(gè)手術(shù)室，觀(guān)察宏觀(guān)景物活動(dòng)，也可以進(jìn)行遠端遙控。攝像機是通過(guò)無(wú)影燈的專(zhuān)用孔中觀(guān)察，不但可以看到手術(shù)部位的手術(shù)圖像。還可以遠程遙控手術(shù)室攝像機的切換、搖移、拉伸、聚焦等，可以看到各種儀器的數據、主刀醫生的畫(huà)面、手術(shù)全景等畫(huà)面，并掌握全面情況。而無(wú)線(xiàn)麥克風(fēng)則可放置在醫生身上，以便于和遠端進(jìn)行交流。傳統遠程醫療設備不能提供高清晰的手術(shù)畫(huà)面，只能進(jìn)行遠程的會(huì )診和交流，高清晰會(huì )議電視系統應用于遠程醫療，不但可以進(jìn)行一般的會(huì )診和交流，同時(shí)可以提供高清晰的手術(shù)畫(huà)面和顯微畫(huà)面。通過(guò)采用MPEG-4的4M碼流，其高品質(zhì)的圖像，使顯微鏡下的組織結構也清晰無(wú)比。MPEG-4編碼器可實(shí)現每秒約48000個(gè)宏塊的吞吐率，提供了對兩個(gè)逐行SDTV（720×480，60fps）視頻流或14個(gè)CIF分辨率視頻流進(jìn)行解碼的足夠吞吐率。音頻編碼采用MPEG-4(AAC)，AAC是一種由MPEG-4標準定義的有損音頻壓縮格式。

　　數字化高清晰遠程醫療系統不但可以提供高清晰的手術(shù)畫(huà)面、高保真的語(yǔ)音和雙向實(shí)時(shí)交流，而且可以將手術(shù)過(guò)程同步存儲在計算機中，便于教學(xué)和點(diǎn)播，并可以作為資料文獻記錄在光盤(pán)上。

　　3手術(shù)圖像傳輸功能介紹

　　3.1高清晰圖像在網(wǎng)絡(luò )中的傳輸

　　因為采用MPEG-4編解碼，在網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)行廣播級質(zhì)量的視頻交流成為現實(shí)。手術(shù)室傳來(lái)的手術(shù)動(dòng)態(tài)圖像可達352x576像素(1CIF),X光片通過(guò)圖文展示臺可達704x576像素(4CIF)，電腦圖像可達1024x768像素(XGA)。兩臺顯示設備分辨率自動(dòng)動(dòng)態(tài)調整，如CIF+4CIF(手術(shù)圖像和X光片)，CIF＋XGA(手術(shù)圖像+PC圖像)等。同樣，會(huì )議室專(zhuān)家亦可將會(huì )議室圖像和專(zhuān)家提供的參考資料同時(shí)顯示在手術(shù)室的顯示設備上。傳統的視訊系統絕大多數采用的視頻編碼方式的圖像分辨率（352x288）就不高，從圖像本身來(lái)講比傳統產(chǎn)品要高。由于MPEG-4算法本身的優(yōu)勢，可以保證高品質(zhì)的視頻回放質(zhì)量，即使在對視頻質(zhì)量要求極為苛刻的`廣電行業(yè)，MPEG-4也依然可以提供符合要求的廣播級圖像，這就是為什么MPEG-4會(huì )成為事實(shí)上的廣電數字化標準的原因。醫院由于要傳輸高質(zhì)量的手術(shù)圖像，所以對圖像清晰度的要求非常高，尤其是顯微鏡下的組織圖像，MPEG-4產(chǎn)品能夠提供從標準質(zhì)量圖像到專(zhuān)業(yè)廣播級的圖像質(zhì)量，滿(mǎn)足了醫院對圖像質(zhì)量的高要求。由于采用了4Mbit/s碼率，使顯微鏡下的組織圖像清晰，富有層次感。

　　3.2實(shí)時(shí)存儲

　　通過(guò)在線(xiàn)存儲系統實(shí)時(shí)將手術(shù)全過(guò)程圖像畫(huà)面和聲音以流媒體格式存儲在服務(wù)器中，方便術(shù)后重新播放，可通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)存儲服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)上的點(diǎn)播或廣播，并可制作成資料光盤(pán)存檔和交流。

　　3.3雙向、實(shí)時(shí)的教學(xué)功能

　　醫院手術(shù)室的主刀大夫可以通過(guò)圖像和聲音同監視點(diǎn)或會(huì )議室的人員進(jìn)行討論和交流，監視點(diǎn)或會(huì )議室的人員可以指導手術(shù)和隨時(shí)提問(wèn)。

　　3.4強大的視頻會(huì )議控制中心MCU功能

　　醫院使用的視頻會(huì )議控制中心（MCU），是能夠同時(shí)支持H.261、H.263、H.264、MPEG-2、MPEG-4編解碼方式的多點(diǎn)控制單元，可以同時(shí)支持窄帶和寬帶終端（384Kbit/s－6Mbit/s），具有廣泛的適用性和極強的兼容性。

　　3.5操作簡(jiǎn)便

　　該圖像傳輸系統采用WEB方式的操作界面，功能一目了然，設置方便。成功地應用MPEG-4高清晰遠程醫療系統進(jìn)行手術(shù)圖像的傳輸，標志著(zhù)我院在遠程圖像傳輸系統已經(jīng)進(jìn)入數字化、高清晰、可視化、實(shí)用化階段。MPEG-4高清晰視訊系統也成為現代遠程圖像傳輸系統的標志性產(chǎn)品。

　　4手術(shù)圖像傳輸在醫院的應用及發(fā)展

　　手術(shù)圖像傳輸系統是遠程視頻會(huì )議系統的有效擴展應用。應用于醫療的實(shí)時(shí)畫(huà)面的遠距離傳輸，所傳輸的效果、質(zhì)量、畫(huà)面乃至色差都直接與病人的生命及健康密切相關(guān)，系統需對其承擔的任務(wù)負完全醫療和法律責任。因此，為了保證手術(shù)直播和遠程醫療的效果，系統必須建立在高端視頻傳輸設備之上。

　　手術(shù)圖像傳輸系統是計算機、網(wǎng)絡(luò )和多媒體通信技術(shù)在醫學(xué)上的一項具體應用，主要應用在手術(shù)室、胃鏡室、血管造影（DSA）室等科室的教學(xué)和會(huì )議中，是國內開(kāi)展得比較多的一項醫學(xué)工作。它主要是應用視音頻編解碼技術(shù)，通過(guò)一定的通訊手段，使身處異地的醫生之間可以相互看到對方的圖像及聽(tīng)到對方的聲音，可以實(shí)現對醫學(xué)圖像的實(shí)時(shí)討論，達到模擬面對面交談的效果，并擴展到遠程醫療會(huì )診、遠程診斷、遠程醫療培訓、疫情匯報和學(xué)術(shù)交流等其他形式的應用。其在醫院醫療工作中的應用將越來(lái)越多，越來(lái)越廣，發(fā)展前景不可限量。