视频系统在医院手术转播、网络示教中的应用 - 安防知识网

在医疗行业，应用于安防的视频监控已经相当普及，但随着科技的发展和医院网络环境的大幅改善，各类医学应用的诉求不断被提到议事日程。本文所介绍的“网络视频及语音处理系统”就是一个应用于医院、解决大范围、大规模音视频监控联网、多层次复杂管理的系统应用实例，并已经被应用到医疗业务领域，为医疗行业客户解决了多种实际业务需求。

系统需求
医院担负着医疗、教学等多项医务任务。目前的教学方法主要是通过学生现场观摩的方法进行学习，即与操作医生、病人在同一个场所进行学习。由于病患人员多，现场环境对组织学习和学习效果都会产生一定的负面影响。

另一方面，过多的学生与病患在同一个诊室，会对病患造成情绪上的不安定。因此，从教学和医疗的要求来看，需要建立一个能改善现有教学和诊疗状况的、新的教学环境。这样的教学环境有以下几个需求：
1、建立集中的学习课室，进行集中教学或分组教学；
2、将诊室的现场场景和医疗结果传送到课室，供学习使用；
3、提供语音通道，让学生与操作医生进行通话；
4、支持录像事后回放；
5、同时可进行多组现场教学（相同或不同内容）；
6、保持诊室安静，减少对操作医生的影响。

系统概述
整个系统主要由三个部分组成，即现场前端信息采集、信息数据处理和学习环境（音视频终端）。

系统在现场采集场景和语音信息，分别将语音视频传送给语音服务器和视频服务器，完成数据处理和管理工作。学习环境完成现场场景和语音环境的重现工作，并提供语音的交互功能。

该系统结构清晰，通过语音和视频两组服务器分别对采集的音视频信息进行专业化的数据处理，提高了视频和语音质量。两组服务器间通过同步通讯协议，控制同步，协同工作。学习者通过网络可同时监视现场多路（多视角）视频图像，并能同步地听到现场的声音信息，从而达到现场教学的目的。

系统组成
该系统设计采用模块化组合的方法，把系统涉及到的各组成部分按功能分类为各种模块，系统按功能需求进行设计和各种模块组合。这样设计的优点是： ·由点到面，全面考虑所有角色和场景；
·系统模块化，使整个系统容易理解；
·优化组合设计，可针对系统的特殊性进行优化设计；
·框架稳定，在系统功能和范围扩充的情况下，保证系统框架不变。 [nextpage]

一、前端诊室系统
诊室是整个系统的信息源，其包括诊疗现场的图像和语音信息，是教学中的主要元素。本方案在诊室中安装摄像机、视频编码器和IP电话设备。现场摄像设备将诊疗室中的全部场景，包括病患、医生、设备等的影像全部传送到学习终端上。网络IP摄像机把现场实况影像进行实时编码，通过网络上传。诊疗影像是主要的教学内容，本方案中利用诊疗机（B超机）上的标准视频输出端口，将诊疗影像通过视频编码器进行数字化编码压缩，并透过网络传送到学习终端机上。

医生诊疗过程中与病患的交流语境也是真实现场再现的重要因素，同时作为教学作用，必须允许学生与教师之间可进行交流。本方案在诊室中设置IP电话终端，用于现场语音传送以及教学过程的交互。语音终端功能和特性如下：在诊室中安装的硬件设备，不需要改变医生操作规程，透明实现现场学习功能。

二、网络传输系统
网络系统是整个系统的枢纽，所有视频、语音、数据均通过网络设备实现端到端的传送。网络系统包括两个部分，即线缆和交换机。交换机完成数据的转发和管理工作。线缆完成传送数据信号，连接终端设备与交换机。本方案中传输线缆采用标准UTP-5双绞线。网络交换采用开放的系统设备和标准的器材，以保证系统的可维护性和更好的性能价格比。

三、服务器管理系统
服务器是整个系统的核心部分，其功能是完成整个系统的管理、数据交换、信息转发、数据存储等工作。

服务器由两个部分组成，即语音服务器和教学（视频）服务器。

语音服务器完成所有语音管理、服务，实现诊室的语音终端和学习终端的话音双向通讯。其功能和性能如下：
1、自动建立教师和学习终端的连接，可完成一个教师多组学习者之间的共同学习过程。
2、控制语音的流动方向，如单向流动，保证在学生讨论过程中，不会把学生的声音传送到诊室，影响医生工作。
3、通话质量保证，控制话路上的语音质量。
4、传送文字信息，在学习终端和教师终端间传送文字信息。

教学服务器完成所有视频流的管理、分发、存储以及教学终端支持功能。所有视频流均通过它来接收（诊室视频）或发送（学习终端）。其功能如下：
1、接收和管理视频流，每台服务器可同时接收64路视频流输入。
2、视频流分发，将一个视频流分发到一个或多个学习终端上，或将多个视频流转发到同一个终端上，分发流数量受到网络带宽的限制。
3、视频录像，根据要求完成视频录像，可同时对多路视频进行录像。
4、用户管理，只有授权的终端用户能够进入学习系统，进行操作。
5、学习终端支持B/S结构应用程序，应用程序存储在教学服务器中，终端用户可利用浏览器进行学习。 [nextpage]

服务器与网络交换机间的连接，可根据带宽需求、课室或诊室数量，选择接入方式，以提供最好的服务质量。

四、后端学习系统
后端学习系统包括分组学习系统和会议教学系统两种：
1、后端分组学习系统。分组学习系统用于小组学习。分组学习系统的主要关注点是显示图像要清晰、双向语音通讯，以及学习系统软件。

分组学习系统包括视频终端和语音终端两个部分。视频终端由一台高性能PC机和一个显示终端构成，运行学习软件，并解码视频图像，通过显示设备显示出来。视频终端主要功能和设备要求包括：
·可同时解码16路视频图像，允许学习者同时观看多个诊室的现场场景和诊疗影像（根据有效显示效果而定）；
·通过软件界面自由选择诊室，控制场景放大或缩小；
·回放教学录像内容；
·高清晰显示视频图像，采用显示设备分辨率大于1024X768，对比度大于3000：1，亮度大于1200 cd/m2；
·采用大屏幕显示，5-8人采用25-35英寸LCD显示屏，8-10人采用42-55英寸等离子电视；
·视频终端主机采用标准PC，CPU: Pentium V 2.0GHz以上，1GBM，独立内存显示卡。
语音终端采用IP电话终端，完成医疗场景声音播放和交互教学。其主要功能如下：
·与视频终端同步，当学习者改变观看诊室时，语音终端自动接通诊室中的语音终端，不需要人工操作；
·具有静音功能，当学习者要向现场医生提问时，才发送学习环境语音；
·话音质量高，维护简单，操作方便；
·采用网络供电，电话终端连接方便；
·允许多方同时加入学习小组。

2、后端会议教学系统。会议教学用于集体学习，其功能与分组学习系统类似。其组成部分包括语音终端、视频终端和显示系统。视频终端运行学习软件，解码视频图像，由教师操作，功能与分组学习系统相同。语音终端用于诊室现场语音环境再现和与诊室医生的交互，功能与分组学习系统相同。根据集体教学人员的多少，可以将语音通过扩音机进行放大。其显示可选用投影仪将视频终端的视频信号显示到超大面积屏幕上，以适应于多人学习的情况。

图1 系统框架图

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系统扩展
本方案采用的系统是一个模块结构的、开放的系统，它能够很容易地接入到医院主干网上，共享资源，成为整个医院信息化建设的一部分，不再是一个独立的系统。

该系统允许将学习功能延伸到诊疗室医生的工作桌面上而不需要改变目前的网络环境。通过这种扩展，可进一步实现多方参与的学习功能，并可实现远程的工作指导。通过系统的授权可以允许医院其他部门的医生进入到该系统，观察或访问诊疗现场的状况。示意图参见图2。

图2 医院网络示教拓扑图

该系统方案设计中已包含了外部网络的接口，当需要连接到医院主干网络时，只需要链路连接，并通过配置即可实现。配置的基本原则是：
1、安全性，保护本身系统的网络安全。
2、服务质量，保证本系统高码流应用不影响其他网络应用。
3、透明性，当允许外部网络用户使用本系统时，用户是透明地跨过网络进行访问。

该系统在应用方面具有开放的接口，可与医院HIS系统或PACS系统连接。连接接口包括数据库或过程调用或Web Service。利用该系统到桌面的扩展性，可以方面地实现院内协同会诊功能。

系统功能
学习者在视频终端上进行学习操作，能够完成以下功能：
1、四分屏分割显示多路视频信息和数据信息。在学习界面上可同时显示指定诊室中的场景视频和诊疗影像。同时可以调出显示病患病历（来自HIS系统）和相关的静态图片，便于教学。根据需要可同时显示两个诊室的四组视频影像。

2、全屏显示视频。可选择切换一路视频影像在全屏显示，便于观察。

3、控制场景镜头。通过鼠标移动放大局部影像，便于仔细观察医生操作手势或控制台操作方法。

4、控制录像。对诊疗影像和场景视频同时进行录像，用于日后学习。

5、即时拍摄。对教学过程中的关键动作通过拍摄方法记录下来。拍摄后的图片以JPG文件保存，可转存后进一步分析。学习者可以将这些图片下载后学习使用。 [nextpage]

6、诊室列表。系统将有效的学习地点以诊室名称列表出来，供学习者选择。列表采用树型结构，列出每个诊室的视频点信息。

7、录像存储。该远程诊疗学习系统支持录像功能。录像以长文件形式存储在磁盘系统中。这种存储方式的优点是：长度没有限制（仅磁盘总容量的限制）；检索方便；备份或转存容易。

录像数据量约为每分钟30MB，每小时约为2GB(包括诊疗影像和现场影像两部分)。建议根据所需要的录像时长，选择独立存储设备NAS或磁盘组来保存录像数据。

结语
医疗行业现在已经不仅仅局限于安装传统的安防监控，正如本文所介绍的，网络视频及语音处理系统已经深入到医疗业务的各领域，以实现医院远程手术直播、医院网络示教、医院影像数据库等多种类的应用。

通过本案例可以看到基于网络的集视频、音频、数据多媒体流的通信已被应用于各行各业、各个领域，本文仅以医疗应用为实例，供业内同行参考。