手術影象傳輸在醫院醫療工作中的應用及其原理
手術影象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影象傳輸在醫院醫療工作中的應用及其原理。
關鍵詞：影象的實時傳輸；影象傳輸的標準和協議；MPEG-4高畫質晰視訊
馬鞍山市中心醫院是三級醫院，其骨科在國內外享有盛名，相關教學和學術交流活動十分頻繁，手術觀摩和指導是交流的重要內容，手術室的特殊性決定了不可能在現場開展這些活動。採用影象傳輸系統，將手術影象傳到觀摩會議室來可以有效解決這一難題。骨科手術屬於高精密、高難度手術，對於傳輸的影象清晰度要求非常高，傳統的會議電視系統提供的影象質量遠遠不能滿足需要，經過多次演示和實際檢驗，發現採用DVISION的基於IP網路的MPEG-4高畫質晰會議電視終端和多點控制單元（MCU），可提供高質量手術影象的遠端傳輸。
1影象傳輸的概述
醫院影象傳輸是現代電信技術在醫療系統的應用，綜合了非同步傳輸模式（ATM）、電視、快速乙太網和計算機技術的優點，實現影象、聲音、資料的高速寬頻傳輸，具有雙向的功能。既有可視電話的雙向性，又有現場直播的時效性，且容量大、清晰度高。
醫院手術影象傳輸系統有以下功能：手術室的教授透過該裝置進行雙向交流；一般的學生或醫生，可以在資料室透過裝置終端進行手術觀摩；可進行手術影象的傳輸和過程監視；主要裝置可作為多點控制用；儲存伺服器可以對視音訊碼流進行數字儲存，儲存功能使儲存、回放、剪輯和VCD/DVD製作輕易實現。
2影象傳輸系統的結構
手術直播特指專家於特定會議室實時觀看手術過程，給予手術醫生實時指導，同醫生就手術情況進行實時交流、討論和研究的雙向互動式視訊會議系統。本方案中我院採用了三套終端（其中一套是隻接收終端），一臺MCU，一臺儲存伺服器。裝置匯接在網路交換機上，透過醫院的快速乙太網的千兆光纖實現互通。
手術室終端影片源包括：PELCO球型攝像頭和顯微鏡，並匯接在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，放置在手術室的頂角處，攝入角度可以覆蓋整個手術室，觀察宏觀景物活動，也可以進行遠端遙控。攝像機是透過無影燈的專用孔中觀察，不但可以看到手術部位的手術影象。還可以遠端遙控手術室攝像機的切換、搖移、拉伸、聚焦等，可以看到各種儀器的資料、主刀醫生的畫面、手術全景等畫面，並掌握全面情況。而無線麥克風則可放置在醫生身上，以便於和遠端進行交流。傳統遠端醫療裝置不能提供高畫質晰的手術畫面，只能進行遠端的會診和交流，高畫質晰會議電視系統應用於遠端醫療，不但可以進行一般的會診和交流，同時可以提供高畫質晰的手術畫面和顯微畫面。透過採用MPEG-4的4M碼流，其高品質的影象，使顯微鏡下的組織結構也清晰無比。MPEG-4編碼器可實現每秒約48000個宏塊的吞吐率，提供了對兩個逐行SDTV（720×480，60fps）影片流或14個CIF解析度影片流進行解碼的足夠吞吐率。音訊編碼採用MPEG-4(AAC)，AAC是一種由MPEG-4標準定義的有損音訊壓縮格式。
數字化高畫質晰遠端醫療系統不但可以提供高畫質晰的手術畫面、高保真的語音和雙向實時交流，而且可以將手術過程同步儲存在計算機中，便於教學和點播，並可以作為資料文獻記錄在光碟上。
3手術影象傳輸功能介紹
3.1高畫質晰影象在網路中的傳輸
因為採用MPEG-4編解碼，在網路中進行廣播級質量的影片交流成為現實。手術室傳來的手術動態影象可達352x576畫素(1CIF),X光片透過圖文展示臺可達704x576畫素(4CIF)，電腦影象可達1024x768畫素(XGA)。兩臺顯示裝置解析度自動動態調整，如CIF+4CIF(手術影象和X光片)，CIF＋XGA(手術影象+PC影象)等。同樣，會議室專家亦可將會議室影象和專家提供的參考資料同時顯示在手術室的顯示裝置上。傳統的視訊系統絕大多數採用的影片編碼方式的影象解析度（352x288）就不高，從影象本身來講比傳統產品要高。由於MPEG-4演算法本身的優勢，可以保證高品質的.影片回放質量，即使在對影片質量要求極為苛刻的廣電行業，MPEG-4也依然可以提供符合要求的廣播級影象，這就是為什麼MPEG-4會成為事實上的廣電數字化標準的原因。醫院由於要傳輸高質量的手術影象，所以對影象清晰度的要求非常高，尤其是顯微鏡下的組織影象，MPEG-4產品能夠提供從標準質量影象到專業廣播級的影象質量，滿足了醫院對影象質量的高要求。由於採用了4Mbit/s位元速率，使顯微鏡下的組織影象清晰，富有層次感。
3.2實時儲存
透過線上儲存系統實時將手術全過程影象畫面和聲音以流媒體格式儲存在伺服器中，方便術後重新播放，可透過訪問儲存伺服器進行網上的點播或廣播，並可製作成資料光碟存檔和交流。
3.3雙向、實時的教學功能
醫院手術室的主刀大夫可以透過影象和聲音同監視點或會議室的人員進行討論和交流，監視點或會議室的人員可以指導手術和隨時提問。
3.4強大的視訊會議控制中心MCU功能
醫院使用的視訊會議控制中心（MCU），是能夠同時支援H.261、H.263、H.264、MPEG-2、MPEG-4編解碼方式的多點控制單元，可以同時支援窄帶和寬頻終端（384Kbit/s－6Mbit/s），具有廣泛的適用性和極強的相容性。
3.5操作簡便
該影象傳輸系統採用WEB方式的操作介面，功能一目瞭然，設定方便。成功地應用MPEG-4高畫質晰遠端醫療系統進行手術影象的傳輸，標誌著我院在遠端影象傳輸系統已經進入數字化、高畫質晰、視覺化、實用化階段。MPEG-4高畫質晰視訊系統也成為現代遠端影象傳輸系統的標誌性產品。
4手術影象傳輸在醫院的應用及發展
手術影象傳輸系統是遠端視訊會議系統的有效擴充套件應用。應用於醫療的實時畫面的遠距離傳輸，所傳輸的效果、質量、畫面乃至色差都直接與病人的生命及健康密切相關，系統需對其承擔的任務負完全醫療和法律責任。因此，為了保證手術直播和遠端醫療的效果，系統必須建立在高階影片傳輸裝置之上。
手術影象傳輸系統是計算機、網路和多媒體通訊技術在醫學上的一項具體應用，主要應用在手術室、胃鏡室、血管造影（DSA）室等科室的教學和會議中，是國內開展得比較多的一項醫學工作。它主要是應用視音訊編解碼技術，透過一定的通訊手段，使身處異地的醫生之間可以相互看到對方的影象及聽到對方的聲音，可以實現對醫學影象的實時討論，達到模擬面對面交談的效果，並擴充套件到遠端醫療會診、遠端診斷、遠端醫療培訓、疫情彙報和學術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越多，越來越廣，發展前景不可限量。