手术图像传输在医院医疗工作中的应用及其原理

手术图像传输在医院医疗工作中的应用及其原理

　　手术图像传输在医院医疗工作中的应用及其原理

　　摘要：本文主要介绍了手术图像传输在医院医疗工作中的应用及其原理。

　　关键词：图像的实时传输；图像传输的标准和协议；MPEG-4高清晰视讯

　　马鞍山市中心医院是三级医院，其骨科在国内外享有盛名，相关教学和学术交流活动十分频繁，手术观摩和指导是交流的重要内容，手术室的特殊性决定了不可能在现场开展这些活动。采用图像传输系统，将手术图像传到观摩会议室来可以有效解决这一难题。骨科手术属于高精密、高难度手术，对于传输的图像清晰度要求非常高，传统的会议电视系统提供的图像质量远远不能满足需要，经过多次演示和实际检验，发现采用DVISION的基于IP网络的MPEG-4高清晰会议电视终端和多点控制单元（MCU），可提供高质量手术图像的远程传输。

　　1图像传输的概述

　　医院图像传输是现代电信技术在医疗系统的应用，综合了异步传输模式（ATM）、电视、快速以太网和计算机技术的优点，实现图像、声音、数据的高速宽带传输，具有双向的功能。既有可视电话的双向性，又有现场直播的时效性，且容量大、清晰度高。

　　医院手术图像传输系统有以下功能：手术室的教授通过该设备进行双向交流；一般的学生或医生，可以在资料室通过设备终端进行手术观摩；可进行手术图像的传输和过程监视；主要设备可作为多点控制用；存储服务器可以对视音频码流进行数字存储，存储功能使保存、回放、剪辑和VCD/DVD制作轻易实现。

　　2图像传输系统的结构

　　手术直播特指专家于特定会议室实时观看手术过程，给予手术医生实时指导，同医生就手术情况进行实时交流、讨论和研究的双向交互式视频会议系统。本方案中我院采用了三套终端（其中一套是只接收终端），一台MCU，一台存储服务器。设备汇接在网络交换机上，通过医院的快速以太网的千兆光纤实现互通。

　　手术室终端视频源包括：PELCO球型摄像头和显微镜，并汇接在1台视频切换矩阵上。PELCO球型摄像头可以水平方向360度旋转，垂直方向90度旋转，放置在手术室的顶角处，摄入角度可以覆盖整个手术室，观察宏观景物活动，也可以进行远端遥控。摄像机是通过无影灯的专用孔中观察，不但可以看到手术部位的手术图像。还可以远程遥控手术室摄像机的切换、摇移、拉伸、聚焦等，可以看到各种仪器的数据、主刀医生的画面、手术全景等画面，并掌握全面情况。而无线麦克风则可放置在医生身上，以便于和远端进行交流。传统远程医疗设备不能提供高清晰的手术画面，只能进行远程的会诊和交流，高清晰会议电视系统应用于远程医疗，不但可以进行一般的会诊和交流，同时可以提供高清晰的手术画面和显微画面。通过采用MPEG-4的4M码流，其高品质的图像，使显微镜下的组织结构也清晰无比。MPEG-4编码器可实现每秒约48000个宏块的吞吐率，提供了对两个逐行SDTV（720×480，60fps）视频流或14个CIF分辨率视频流进行解码的足够吞吐率。音频编码采用MPEG-4(AAC)，AAC是一种由MPEG-4标准定义的有损音频压缩格式。

　　数字化高清晰远程医疗系统不但可以提供高清晰的手术画面、高保真的语音和双向实时交流，而且可以将手术过程同步存储在计算机中，便于教学和点播，并可以作为资料文献记录在光盘上。

　　3手术图像传输功能介绍

　　3.1高清晰图像在网络中的传输

　　因为采用MPEG-4编解码，在网络中进行广播级质量的视频交流成为现实。手术室传来的手术动态图像可达352x576像素(1CIF),X光片通过图文展示台可达704x576像素(4CIF)，电脑图像可达1024x768像素(XGA)。两台显示设备分辨率自动动态调整，如CIF+4CIF(手术图像和X光片)，CIF＋XGA(手术图像+PC图像)等。同样，会议室专家亦可将会议室图像和专家提供的参考资料同时显示在手术室的显示设备上。传统的视讯系统绝大多数采用的视频编码方式的图像分辨率（352x288）就不高，从图像本身来讲比传统产品要高。由于MPEG-4算法本身的优势，可以保证高品质的视频回放质量，即使在对视频质量要求极为苛刻的`广电行业，MPEG-4也依然可以提供符合要求的广播级图像，这就是为什么MPEG-4会成为事实上的广电数字化标准的原因。医院由于要传输高质量的手术图像，所以对图像清晰度的要求非常高，尤其是显微镜下的组织图像，MPEG-4产品能够提供从标准质量图像到专业广播级的图像质量，满足了医院对图像质量的高要求。由于采用了4Mbit/s码率，使显微镜下的组织图像清晰，富有层次感。

　　3.2实时存储

　　通过在线存储系统实时将手术全过程图像画面和声音以流媒体格式存储在服务器中，方便术后重新播放，可通过访问存储服务器进行网上的点播或广播，并可制作成资料光盘存档和交流。

　　3.3双向、实时的教学功能

　　医院手术室的主刀大夫可以通过图像和声音同监视点或会议室的人员进行讨论和交流，监视点或会议室的人员可以指导手术和随时提问。

　　3.4强大的视频会议控制中心MCU功能

　　医院使用的视频会议控制中心（MCU），是能够同时支持H.261、H.263、H.264、MPEG-2、MPEG-4编解码方式的多点控制单元，可以同时支持窄带和宽带终端（384Kbit/s－6Mbit/s），具有广泛的适用性和极强的兼容性。

　　3.5操作简便

　　该图像传输系统采用WEB方式的操作界面，功能一目了然，设置方便。成功地应用MPEG-4高清晰远程医疗系统进行手术图像的传输，标志着我院在远程图像传输系统已经进入数字化、高清晰、可视化、实用化阶段。MPEG-4高清晰视讯系统也成为现代远程图像传输系统的标志性产品。

　　4手术图像传输在医院的应用及发展

　　手术图像传输系统是远程视频会议系统的有效扩展应用。应用于医疗的实时画面的远距离传输，所传输的效果、质量、画面乃至色差都直接与病人的生命及健康密切相关，系统需对其承担的任务负完全医疗和法律责任。因此，为了保证手术直播和远程医疗的效果，系统必须建立在高端视频传输设备之上。

　　手术图像传输系统是计算机、网络和多媒体通信技术在医学上的一项具体应用，主要应用在手术室、胃镜室、血管造影（DSA）室等科室的教学和会议中，是国内开展得比较多的一项医学工作。它主要是应用视音频编解码技术，通过一定的通讯手段，使身处异地的医生之间可以相互看到对方的图像及听到对方的声音，可以实现对医学图像的实时讨论，达到模拟面对面交谈的效果，并扩展到远程医疗会诊、远程诊断、远程医疗培训、疫情汇报和学术交流等其他形式的应用。其在医院医疗工作中的应用将越来越多，越来越广，发展前景不可限量。