手術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圖像傳輸在醫院醫療工作中的應用及其原理。

關鍵詞：圖像的實時傳輸；圖像傳輸的標準和協議；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。採用圖像傳輸系統，將手術圖像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，對於傳輸的圖像清晰度要求非常高，傳統的會議電視系統提供的圖像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網絡的MPEG-4高清晰會議電視終端和多點控制單元（MCU），可提供高質量手術圖像的遠程傳輸。

　　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、快速以太網和計算機技術的優點，實現圖像、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。

醫院手術圖像傳輸系統有以下功能：手術室的教授通過該設備進行雙向交流；一般的學生或醫生，可以在資料室通過設備終端進行手術觀摩；可進行手術圖像的傳輸和過程監視；主要設備可作爲多點控制用；存儲服務器可以對視音頻碼流進行數字存儲，存儲功能使保存、回放、剪輯和VCD/DVD製作輕易實現。

　　2圖像傳輸系統的'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、討論和研究的雙向交互式視頻會議系統。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，一臺存儲服務器。設備匯接在網絡交換機上，通過醫院的快速以太網的千兆光纖實現互通。

手術室終端視頻源包括：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。攝像機是通過無影燈的專用孔中觀察，不但可以看到手術部位的手術圖像。還可以遠程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數據、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。傳統遠程醫療設備不能提供高清晰的手術畫面，只能進行遠程的會診和交流，高清晰會議電視系統應用於遠程醫療，不但可以進行一般的會診和交流，同時可以提供高清晰的手術畫面和顯微畫面。通過採用MPEG-4的4M碼流，其高品質的圖像，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）視頻流或14個CIF分辨率視頻流進行解碼的足夠吞吐率。音頻編碼採用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存儲在計算機中，便於教學和點播，並可以作爲資料文獻記錄在光盤上。

　　3手術圖像傳輸功能介紹

　　3.1高清晰圖像在網絡中的傳輸

因爲採用MPEG-4編解碼，在網絡中進行廣播級質量的視頻交流成爲現實。手術室傳來的手術動態圖像可達352x576像素(1CIF),X光片通過圖文展示臺可達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動態調整，如CIF+4CIF(手術圖像和X光片)，CIF＋XGA(手術圖像+PC圖像)等。同樣，會議室專家亦可將會議室圖像和專家提供的參考資料同時顯示在手術室的顯示設備上。傳統的視訊系統絕大多數採用的視頻編碼方式的圖像分辨率（352x288）就不高，從圖像本身來講比傳統產品要高。由於MPEG-4算法本身的優勢，可以保證高品質的視頻回放質量，即使在對視頻質量要求極爲苛刻的廣電行業，MPEG-4也依然可以提供符合要求的廣播級圖像，這就是爲什麼MPEG-4會成爲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產品能夠提供從標準質量圖像到專業廣播級的圖像質量，滿足了醫院對圖像質量的高要求。由於採用了4Mbit/s碼率，使顯微鏡下的組織圖像清晰，富有層次感。

　　3.2實時存儲

通過在線存儲系統實時將手術全過程圖像畫面和聲音以流媒體格式存儲在服務器中，方便術後重新播放，可通過訪問存儲服務器進行網上的點播或廣播，並可製作成資料光盤存檔和交流。

　　3.3雙向、實時的教學功能

醫院手術室的主刀大夫可以通過圖像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強大的視頻會議控制中心MCU功能

醫院使用的視頻會議控制中心（MCU），是能夠同時支持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操作簡便

該圖像傳輸系統採用WEB方式的操作界面，功能一目瞭然，設置方便。成功地應用MPEG-4高清晰遠程醫療系統進行手術圖像的傳輸，標誌着我院在遠程圖像傳輸系統已經進入數字化、高清晰、可視化、實用化階段。MPEG-4高清晰視訊系統也成爲現代遠程圖像傳輸系統的標誌性產品。

　　4手術圖像傳輸在醫院的應用及發展

手術圖像傳輸系統是遠程視頻會議系統的有效擴展應用。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，爲了保證手術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。

手術圖像傳輸系統是計算機、網絡和多媒體通信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。它主要是應用視音頻編解碼技術，通過一定的通訊手段，使身處異地的醫生之間可以相互看到對方的圖像及聽到對方的聲音，可以實現對醫學圖像的實時討論，達到模擬面對面交談的效果，並擴展到遠程醫療會診、遠程診斷、遠程醫療培訓、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。