手术观摩示教系统方案.doc

高清手术观摩示教系统方案江苏省捷达软件工程有限公司2011年11月目录1系统概述31.1系统应用31.2设计原理42系统架构52.1单个手术室的系统架构示意图：5系统架构描述：63录播系统简介83.1系统功能83.2系统操作说明94系统优势105系统平台介绍115.1点播直播平台115.2资源库平台125.3在线播放平台155.4系统管理平台165.4.1用户管理模块176实时控制中心186.1概述186.2功能描述197主要设备参数218设备清单251 系统概述随着社会经济的发展和科学技术的进步，当今社会已进入了信息化的新时代。计算机技术、网络通信技术的迅速发展，使计算机多媒体技术和网络建设在教育领域中显示出了强大的生命力，多媒体技术与网络技术的结合从根本上改变了信息的传播方式。作为现代科学重要组成部分的现代医学，随着医学领域的不断发展,外科手术技术也在日新月异,利用高端计算机科学技术，对各种手术全程画面影像的实时记录,使之用于研究、教学和病例存档，已经得到非常的重视。有些具有争议的手术，也可以利用这些视频资料作为科学的判断依据。手术后对照这些影像资料进行学术探讨，提高手术的成功率。并可通过网络，得到异地专家手术中的远程指导。这样即可以提高各医院的手术水平，又可以提供手术的全部实时影像记录，使之成为提高手术技术水平的必要资料和依据。医院积累的临床资料、手术观摩录像，通常用于日常临床交流和教学，手术示教系统成为目前三甲以上大中型医院数字化建设的重点，手术示教系统将视频图像技术、网络技术、存储技术有机的结合在一起，在手术过程中通过摄像机对手术创口、手术台画面、多参数监护仪画面进行在线实时采编录像和网络直播，满足手术音像资料存档、远程观摩和专家指导、历史手术回放等功能。该系统的诞生无疑为数字手术室建设提供了一种方便可靠的手术过程图像实时采集、纪录、归档和网络直播的专用系统，功能强大而使用简单1.1 系统应用手术示教 医疗观摩 手术直播 远程手术指导远程医疗会诊 远程医疗教学 远程探视 专家会诊手术存档 医学课件制作 医学学术手术 病人家属手术观摩内镜中心观摩 超声中心观摩 放射中心观摩 磁共振中心观摩核医学中心观摩 显微手术中心观摩1.2 设计原理本系统是基于IP网络，集手术视频观摩示教、视音频实时双向交互、视频存储共享、手术录制、直播、点播功能于一体的手术示教系统。手术端与示教端视音频传输无延时，实时播放。系统需达到以下功能要求：1） 支持1080P高清医疗设备接入 提供高清视频接口，适应医疗领域高端需求，720P、1080P高清视频无损转换，完整还原手术现场。2） 手术室内所有视频源无缝接入支持手术相关的多种摄像系统以及其它视频源设备的接入，如云台、无影灯、显微镜、腔镜和各种监护仪等，手术观看者可以多角度、全方位的观看手术过程。3） 音频、视频无延时同步传输采用音频、视频同步编码、同一信道传输的技术，音视频能够完全同步。4） 实时的多方语音手术采用业界领先的音频压缩技术和语声混音技术，实现术者、手术观摩者和医师间的多方语音对讲，满足用户实时沟通的需求。5） 前端设备统一控制整合同一单元内的视频设备、音频设备、网络设备和终端设备，手术观察者可通过软件或硬件远程控制前端设备，如云台、摄像头、录像设备和编码设备等。6） 录像档案管理手术录像资料的网络化管理，支持录像数据的剪辑、维护、备份、归档、导出，系统提供同现有外部系统以及未来外部系统的数据接口，如为电子病历提供数据接口，便于形成清晰完备的医疗记录。2 系统架构2.1 单个手术室的系统架构示意图：手术室1IP网络高清编码器1中心机房录播服务器高清编码器2示教室1示教室2术野摄像机手术室2手术室n其他手术室中的设备与手术室1中设备相同磁盘阵列声音视频全景摄像机全景摄像机高清编码器麦克风声音视频拾音器视频VGA高清编码器3高清解码器视频、音频高清解码器系统架构描述：1、 手术室每个手术室有一套手术室用视频音频编码解码器。其中采集系统的设备部署包括4台高清视频/VGA编码器及视频音频前端采集输入设备。用来满足1080P高清医疗设备接入，手术室内所有视频源无缝接入，现场音视频采集，并把采集的数据上传；与示教室双向音视频交互。设备采用采用高性能DSP处理芯片实现，支持分辨率：720p/1080p的高清信号编码。视音频编码器在系统中负责视音频信号的采集，通过视音频接口将接入的视音频信号编码后通过网络发送给多媒体录播服务器。支持三路以上高清视频信号输入。可支持1路高清、2路720P和1路VGA组合的录播服务器数据接收，并可在多个手术室多个画面之间切换。手术室是整个示教系统的信息源。手术现场情景、手术结果和医生现场的语言是教学中的主要元素。本方案将手术室的多路视频采集传输到示教室并同时录制存储在服务器中，供后期点播，多路视频包括l 全景摄像机，用于采集手术室全景视频信息；l 术野摄像机，用于采集手术细节；l 可选接入手术室的医疗仪器视频；医疗图像按照成像原理，可分为六类：超声成像：A型、B型（B超）、C型、D型（彩超）、M型等；X线成像：X线机、CT、数字X线摄影（CR、DR、DSA.）等；光学成像：内镜：腹腔镜、胸腔镜、胆道镜、胃镜、支气管镜、鼻窦镜等；手术显微镜：眼科手术显微镜、骨科手术显微镜、脑外科手术显微镜等；核共振成像：MRI等；核医学成像：PET、PET-CT、SPECT、R相机等;红外成像：医用红外热像仪等；同时采用1个Polycom ip4000终端将手术室现场的语音同步采集传输。输出系统的设备部署包括一台高清视频/VGA解码器和一台高清LCD大屏幕显示屏，用于显示手术室内外、 手术室的图像和HIS/PACS等的图像。用于实时显示手术的过程，提供给手术医生电子病例和相关的信息,可与一体化手术室控制及信息整合系统连接。高清视频/VGA解码器可接收录播的直播（单播、组播）和 点播。2、 示教室每个示教室有一套示教室用视频音频编码解码器。采集系统的设备部署包括1台高清视频/VGA编码器及一台全景摄像机、Polycom ip4000，用于采集示教室内的实况。输出显示系统的设备部署包括一台实时控制主机和一台高清LCD大屏幕显示屏，用于实时观看各个手术室传来的音视频画面，通过实时控制主机能灵活切换现场手术视频画面、控制镜头和摄像机，方便地组合显示多路的手术视频画面多角度观摩和参与手术进程。采集系统与输出显示系统的协作，实现了示教室与手术室的实时音视频交互。3、 中心机房中心机房部署一套录播服务器，此为系统核心设备，不仅可实现数据的接收转发，达到实时直播交互的功能，还能将视频流存储在资源库中，实现后期的点播回放。可支持标清（CIF/4CIF）和高清（720P/1080P）图像的录制直播点播，具备扩展能力，单台服务器可扩展支持16个手术的并发录制直播，直播延时小，局域网环境下直播延时小于0.03s，服务器配有磁盘阵列，存储容量4T，确保数据的安全性。3 录播系统简介3.1 系统功能（1） 同步录制播放同步录制视频、音频和VGA信号，即可将手术室的图像、声音和演示课件同步到一个文件中。手术端与示教端视音频同步传输，实时播放。（2） 播放界面多画面显示系统支持多画面同时显示，画面大小、数量可以自定义。（3） 手术实况直播可通过单播或组播的方式将现场的视频、音频、计算机动态屏幕在网络上进行实时直播，用户可通过IE浏览器同步接收到现场的视频、音频和计算机动态屏幕信息。（4） PC点播及下载录制下来的信息保存在服务器上，供后期查看、点播及下载。（5） 用户及权限管理系统对用户实行完善的权限管理。系统根据用户不同角色分不同的组别，可根据具体的客户需求定制用户的分类和分级。例如，可分为系统管理员、科室管理员、医师用户、参会人用户等。系统管理员可对系统参数及用户权限进行设置和更改；科室管理员可以管理本科室的手术资源；医师用户可控制手术录播、上传资源等；参会人用户可观看手术、下载资源。医师在做手术录制启动时就可以对该手术的直播和点播的权限进行分别设置，在录制结束后还可以根据需要对点播的权限进行更改。系统管理员可以以组的形式对客户进行管理。（6） 断线自动存储网络出现异常，终端数据无法上传服务器时，可自动录制信息存放在本地USB存储器中，保证关键信息不丢失，这一功能弥补了分布式录播系统高度依赖网络的缺憾。（7） 实时的多方语音手术采用业界领先的音频压缩技术和语声混音技术，实现术者、手术观摩者和医师间的多方语音对讲，满足用户实时沟通的需求。（8） 前端设备统一控制整合同一单元内的视频设备、音频设备、网络设备和终端设备，手术观察者可通过软件或硬件远程控制前端设备，如云台、摄像头、录像设备和编码设备等。（9） 录像档案管理手术录像资料的网络化管理，支持录像数据的剪辑、维护、备份、归档、导出，系统提供同现有外部系统以及未来外部系统的数据接口，如为电子病历提供数据接口，便于形成清晰完备的医疗记录。3.2 系统操作说明（1） 系统管理：系统安装时，登录服务器录播系统，通过添加手术室，将终端设备添加到系统中。添加完成后，就可以直接在系统中对设备进行管理，无需再次设置。（2） 手术录制及发布：手术前，登录系统，在手术室列表中找到相应的设备，点开始直播，同时选择“录制”。手术结束后，在系统中停止录播。系统就会停止手术的直播，且自动将录制的手术发布到点播列表中。（3） 手术直播：正在直播的手术会在系统的“直播列表”中显示，客户端登录系统，选择需要收看的手术，安装一个客户端插件，即可通过WEB方式同步收看。客户端收看效果如下图所示：（4） 手术点播及下载：录制存储在系统中的手术，会显示在点播列表中。可以通过关键字搜索需要的手术，在线观看，或者下载到本地用MediaPlayer播放。4 系统优势（1） 嵌入式系统，稳定可靠目前市场上大部分的产品为PC架构，存在稳定性差、容易受到病毒攻击、功耗大、开关机时间长等缺点。本系统的终端设备基于专用的硬件平台，采用嵌入式操作系统，避免了这些缺点。（2） 分布式架构，适合大规模部署系统采用基于网络的分布式产品架构，扩展及组网方式灵活，尤其适合大规模部署和管理。如果用户以后需要扩大规模，只要在现在的网络架构基础上增加若干终端设备即可。服务器的性能和容量可根据用户需求自行定制。（3） 基于WEB的集中管理模式，操作简单服务器后台系统基于WEB管理模式，可方便的通过任何一台电脑登录服务器进行录播控制操作。客户端播放无需安装软件，只需简单的插件就可以通过WEB方式在线播放。（4） 严格安全权限系统对用户分多级权限管理，根据不同使用需求，各级用户只能使用自己权限内的系统功能。系统超级管理员用户可以对其他用户进行管理。分级权限模式增强了系统的管理功能与安全性。（5） 支持断线备份，确保了资料的安全性和完整性分布式系统高度依赖网络，所有的终端采集的数据信息都必须传输到服务器上进行存储，因此一旦出现网络故障，就有可能造成录播中断、数据丢失。5系统平台介绍5.1点播直播平台点直播平台嵌入在录播服务器中。平台采用严格的分级用户权限管理，安全可靠。管理员可以直接在平台中管理每个手术室的录播设备，控制它的直播、录制、停止；同时也可以管理直播和录制存储的视频资源；还可以管理系统平台中的所有用户。普通用户可以观看直播、检索资源、观看以前手术资源的点播、下载资源等。5.2资源库平台此模块主要解决手术视频及其相关附件的存储与检索。资源库分为两部分：直播手术列表和点播手术列表。只要开启某个手术室设备的直播功能，并设置好参数，该手术即可出现在直播手术列表中，可供有观看需求的用户在线观看直播。手术录制完成后会自动存储在资源库中，待管理者完善手术信息描述并发布后，会出现在点播手术列表中，供后期查询点播。管理者发布每一个手术资源时，除了录制的手术视频以外，还可以上传相关的资料文件。用户可以在自己的权限内在线观看或下载资源，也可以发表对资源的评论。5.3在线播放平台在线观看视频资源的界面是将视频和VGA两个画面分屏显示，画面的大小、位置可调节，也可全屏观看。如图示：5.4系统管理平台管理员在系统中添加手术室前端设备，可以方便的将任何一个已安装前端设备的手术室纳入到系统管理中来。在手术室列表可以管理每个手术室的录播、系统参数、删除手术室在设备连接后、开始录制前，可以修改设备的参数（VGA、手术室参数），针对不同的网络状况，可以适当的调整帧率、码率等参数，以获得最好的直播录播效果。5.4.1用户管理模块管理员可以对系统内的用户进行管理，包括添加用户、搜索用户、修改用户信息、删除用户等功能。6实时控制中心6.1概述实时控制中心主要用于同时监控前端编码器的所有多媒体画面。主界面画面如（图 1）所示：图 1 主画面6.2功能描述1、 功能菜单n 登录 重新登录在线管理系统 退出控制中心。n 显示 画面数量：修改控制中心画面数量、排列方式。 显示方式：全屏显示正在显示的画面（多设备画面全屏显示）。n 控制 画面显示：设置切换切换设备画面的显示方式。 声音：开启、关闭当前选中的设备声音。 对讲：开启、关闭是否需要向当前选中的设备进行对讲。n 设置 服务器信息：n 添加、删除多媒体数据采集服务器的信息。n 修改在线管理服务器网络（IP）地址、重新登录在线管理系统。2、 实时控制界面操作n 切换设备间画面 在采集终端列表中，鼠标左键单击要操作的设备项； 按住鼠标左键不放进行拖动，此时鼠标形状显示为（表示可以将此设备画面放置显示于此处）或（表示不能显示设备画面于此处），将选中的设备项拖动到左侧画面显示区某区域后，松开鼠标左键； 此设备项的画面将会显示在目标区域；n 快捷操作 快捷菜单图 2 右键菜单概述n 打开声音：打开设备声音。n 关闭声音：关闭设备声音。n 全屏显示：全屏显示此设备画面。n 退出全屏：退出全屏模式。 其他操作：双击画面空白处，即可全屏显示当前设备画面。3、 服务器、设备列表显示媒体服务器、设备列表及信息，如下图所示。图 3 服务器、设备信息4、 显示方式设置设置画面数量、布局，及设置是否自动轮循显示，如下图所示。图 4 显示方式7主要设备参数高清视频/VGA编码器(HD-EX1000)本产品同时支持一路高清视频/VGA采集编码和一路立体声采集编码，提供丰富的视频接口，支持VGA、分量、HDMI和CVBS输入。视频采用H264 Main Profile编码，广播级的视频质量。提供网络SDK开发包，方便用户进行二次开发。1、 产品特性 支持720p/1080i/1080p高清视频输入。 H264 Main Profile高效编码算法，图像清晰流畅。 立体声音频输入，支持AAC编码算法。 VGA信号以原始分辨率点对点进行采集，清晰度高。 VGA采集和编码能自适应分辨率的动态改变。 支持高达1920x1080的VGA分辨率。 支持SD卡，提供断线存储功能。 提供RS485接口。可控制云台等外围设备或接受中控等外围设备的控制。 在前面板提供了按键和显示屏操作界面，方便对设备进行控制。 可通过网络对采集和编码等设备参数进行充分设置。 提供网络SDK开发包，方便用户进行二次开发。2、 技术参数硬件参数VGA视频输入CVBS1个；BNC阴性算法支持H264 Main Profile视频环回输出CVBS1个；BNC阴性分辨率1920x1080、1600x1200、1280x1024、1280x800、1280x960、1024x768、800x600、640x480及其他指定分辨率音频输入2个；RCA 立体声帧率1 30帧/秒音频环回输出2个；RCA 立体声码率128Kbps 10MbpsVGA输入1个；D-sub(15针)视频VGA环回输出1个；D-sub(15针)算法支持H264 Main Profile分量视频输入1路；RCA; YPbPr分辨率1080p/1080i/720p/576i/480iHDMI视频输入1路帧率1 30帧/秒USB口1个码率128Kbps 10MbpsRS485接口1个音频电气指标算法支持AAC工作电压12V DC物理特性功耗20W尺寸482.6mm 260mm 44.5mm高清视频/VGA解码器(HD-DX1000)本产品支持一路高清视频/VGA和一路立体声的同时解码输出，提供丰富的视频接口，支持VGA、分量、HDMI和CVBS输出。视频采用H.264编码，广播级的视频质量。提供网络SDK开发包，方便用户进行二次开发。3、 产品特性 支持720p/1080i/1