医院数字化手术室开发实例

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1、某医院数字化手术室开发实例A Digital Operating Room Development文/麦迪斯顿医疗这家大型综合性医院的手术室，其数字化是分3个步骤实施的，实现了综合影像技术导引外科手术（IGS），手术直播满足临床教学需要并有效控制手术室洁净度，为医学研究和医疗纠纷“举证” 等功能。项目背景该院是一所集医、教、研为一体的大型综合性医院。自1996年大规模信息系统建设至今，效果显著。目前，已投入使用的有医院信息系统（HIS）、医院检验系统（LIS）、医院影像管理系统（PACS）以及医院运营系统等90多个系统。为配合手术临床教学以及手术室数字化进程，该院决定建立数字化手术室。相关工程

2、分为3期进行。本项目要实现的数字化手术室功能*综合影像技术导引外科手术（IGS）多模式成像与信息系统集成，提高医生手术效率通过CIS系统，医生可利用数字化手术室的统一界面，综合调用多种医疗影像系统以及病人信息，为手术方案的制订和手术过程的进行，提供综合、快速的参考。*满足临床教学的需要，有效控制手术室洁净度该院有繁重的临床带教任务，有见习医生、实习医生、进修医生及实习或进修护士，要满足临床教学的需要，同时，还要保证手术室空气的洁净度，减少观摩手术者对无菌区的污染。这显然是一对难以解决的矛盾。通过手术直播示教，使观摩学习人员在会议室、示教室和办公室等场所，就能观看手术现场的实况，并能够对各例手术

3、进行录制、存储，实现有效的档案管理，让学员、实习医生可以对资料进行点播观看。而且，在手术直播期间，示教医生可以实时对手术过程进行讲解，同时，也可以听到任何一间直播会场所提出的疑问，及时解答，从而真正实现教学互动的功能。这无疑是一种较好的解决矛盾的模式。另外，针对大规模国际研讨会的需要，手术直播示教系统，可将高清晰度手术信号，传输至院内任何一个直播会场，同时通过与国际互联网的连接，可以在世界任何一个地方，实现国际性的学术交流和培训。*留取资料，满足医学研究和医疗“举证” 之需该院是一个集医疗、教学、科研于一体的事业单位，在运行过程中，产生了大量的医疗技术信息档案，留取一些特殊影像记录，不仅可供日

4、后研究、观摩，而且对于易发生医疗纠纷的手术而言，手术影像资料可作为有力的“举证”材料。尤其对于“手术用物遗留在体腔”类型的纠纷来说，可通过重放数字化手术室的医学影像记录，来确定手术器械、敷料等数目不符的原因，而采取相应措施。本项目在实施过程中要解决的关键问题*综合影像技术导引外科手术（IGS）多模式成像技术从多种不同的影像设备采集的医学影像（通过PACS系统实现），可以提供互补性很强的患者信息，为IGS所用。例如，CT影像和MRI影像，在获取患者的解剖学信息方面具有明显优势；IMR影像、PET影像和SPECT影像的独到之处，则在于提供患者的功能信息。再如：同样是显示患者的解剖学信息，在针对人脑

5、时，选用MRI影像，可以很好地识别大脑灰质、白质等密度相近的软组织；而在观察密度差较大的骨组织时，CT影像的高分辨率，则使其技高一筹。将显微镜、内窥镜等外部设备的影像，输入导航系统，并显示在液晶触摸屏上，则可实现真正意义上的动态监测，有助于纠正术中影像漂移导致的误差 。即使应用同一种成像模式，在不同参数下形成的影像所包涵的信息，侧重点也会不尽相同。所以，如何为医生提供一个快速的导航装置或界面，使医生能够在多种影像模式间快速切换，并对多种影像信息进行综合应用，是要解决的重要问题之一。*手术示教、手术网播、远程手术合作等多种医学实时远程影像技术此类问题，都需要流媒体技术、覆盖层网络组播技术和VCR

6、补偿技术等多媒体网络技术的综合使用。如何创造性地使用这些信息领域的新技术，解决手术示教、手术网播、远程手术合作等多种医学实时远程影像问题，是本工程中不可缺乏的部分。*手术影像资料存储与检索技术对于一个手术影像系统而言，大规模的数据存储是必不可少的。一个病人的血管造影资料，大约为1GB。以该院业务量计算，若占该院手术室总数一半的手术室实现数字化化，那么其手术室1a产生的数据总量,可达8TB (8TB=1000GB)以上。为了存储如此海量的影像数据，必须对手术影像数据进行压缩存储。手术影像数据压缩存储技术,包含了静态和动态两方面内容。静态方面，传统的JPEG，仍是目前应用最广的压缩算法。动态方面，

7、M-JPEG、MPEC-1、MPEC-2、MPEC-4等算法，均在不同领域发挥着作用。算法的选择，主要的依据是成像的清晰度和通讯网络的带宽。如何实现更好的存储方法，既提高效率，又节省成本，也是本工程要研究的问题之一。在传统模式下，电子病案中文本和数字信息的检索，以关键词的方式实现。影像的检索，则是通过对其附加文本描述的搜索来完成。这种检索方式的不足，在于无法对影像本身的信息，进行任何分析和对比。基于影像内容相似性的检索方式，目前在数字化手术室概念下的影像系统中，尚未见使用。通过该技术，用户无需给出搜索关键词，只需给出一幅影像，系统就可以根据它所包含的特征信息，按照相似程度列出检索结果。将基于影

8、像内容相似性的检索方式，应用到数字化手术室的影像检索系统中，是基于数字化医学影像的另一研究内容。*与医院信息系统的集成将手术工作站与医院现有信息系统集成，使医生或护士在手术期间，可以通过触摸屏，实时调阅患者的病历资料（病史，病理，检验等信息）及医学影像，对本工程来说，是非常必要的。因此，数字化手术室需提供与医院信息系统的接口，为手术方案的制订和手术过程的进行，提供综合、快速的参考。HL7是现在国际通用的电子病历标准。如何在手术工作站，实现应用数据到HL7结构的转换，从而使系统具有广泛的适用性和标准性，是一项必不可少的研究内容。本项目的设计及功能实现数字化手术室，在国内尚处于应用前沿。该院建立了

9、一支以本院技术力量为主导的产、学、研相结合的研究梯队，开发了一套初步完备的数字化手术室软硬件集成系统，探索出了一套有特色的数字化手术室应用模式，并建立了一套适应数字环境的手术室操作规程和方法。该院的数字化手术室系统，采用一对多的“星”型布置：一个主控机房和多个手术室拓扑布置，即每个手术室图像全部传输到总控中心，再由总控中心把手术室图像接入视频直播服务器，通过医院的局域网传输到各收看点。*手术直播现场目前该院有8个手术室，将率先成为数字化手术室。每个手术室配备一台电脑，作为手术工作站。手术室内的显微镜、内窥镜等设备影像，通过一台视频矩阵接入手术工作站，从而实现多个影像间的调阅与切换。同时，手术工

10、作站，还肩负着实时数据监测、信息系统查询任务。每个手术室配有两个显示屏，分别位于两个吊臂。一个用于显示各类影像和视频，一个为触摸屏，用于控制手术工作站。每个手术室都配备2个彩色智能球：无影灯上的小型一体化摄像头，用于展示手术窗口细节；全景摄像机，用于展示手术台场景。手术过程的实时广播，可配备网络传输系统，将视频信号通过MPEG-4 视频实时压缩，将压缩后的视频信号利用10M/100M高速网络，传输到内部局域网上，支持网络高清晰度画面。通过授权的方式，可使远端专家医生根据权限，观看各种手术的操作全过程。为远端专家指导手术，创造了必要条件；也为医务人员网上交流，以及教学实习，提供了更大方便。手术室

11、电脑现场进行手术过程的实时录像备份，而不影响其正常的管理工作。有模拟和数字两种信号输出模式，DVD光盘直录机、硬盘录像机、PC机任意联接，并可根据对画质的要求和对刻录时间的要求，选择不同的刻录模式。本系统DVD光盘直录主机，内配有硬盘接口，可接160G大硬盘，可进行硬盘备份。远程语音双向对讲功能，能使交流更方便。*手术示教室/观摩会场/医生办公室每个示教室/会场，配备一个彩色智能球，用于展示教室/会场场景。每个示教室/会场，配备一台主机，作为手术观摩系统。该观摩系统可以进行视频会议，查询病人信息和影像，观摩远程手术，和调阅手术历史影像资料。并实现远程语音双向对讲功能，以支持视频会议。*手术总控

12、室总控室是整个系统的中心。在主控端，将手术室传输过来的音视频信号，接入中心矩阵。矩阵的环出接入到高清的录像主机。中心矩阵的8路输出再接入2台画面分割器，再接到2台IP视频直播服务器，将信号传输到局域网上。总控室可以完成以下功能：实现院内广播、示范教学及电视会议； 完成各种监看功能，可把监看重点画面，传送到大屏幕电视机上，并录像；在院长室、各科室，建立视频会议系统并进行管理；可对系统内的各科室进行监看、转播、编辑、录像；还可通过总控室，随时监看各个通道的工作情况。*软件手术工作站和手术观摩系统，采用NET进行开发。NET作为目前被广泛使用的开发平台，能提供完善的数据库与通讯控件库。手术工作站系统

13、，作为医生在手术过程中专用软件，采用win form形式，将视频会议、设备控制和数据监测融为一体，并提供与医院HIS的接口。医生通过手术室吊臂上的触摸屏，使用该工作站。手术观摩系统，采用web form形式，从而使整个数字化手术室系统，拥有了更好的可扩展性、适用性。手术观摩系统，包括了视频会议和信息系统查询功能。此外，远程医疗技术，带来了更多的病人隐私保护问题，因此，使用者需通过用户名/密码登录观摩系统，并且只能观看被授权的手术，以保护病人的隐私。本项目实施情况该院的数字化手术室，分为3个步骤实施。首先，实现总控室到各教学观摩场所的路线铺设，包络视频转播设备和网络线路。然后，进行手术室内部线路铺设，包括智能球、远程会议设备和与信息系统连接的线路。最后，是软件的实施，即手术工作站和手术观摩系统的应用。小结本项目的数字化手术室，是建立在视频会议和先进的数字图像处理的基础上的，同时集成了医院信息系统的信息，能提供高清晰的图像和实时监测数据，具有实用性和先进性，提高了医生手术的效率和安全性。同时，自行研发的软件，加上在设备的选择上具有很大的自由度，也大大提高了本项目的投入产出比