手术室数字视频对讲应用系统.doc

手术室教学 交流手术室教学 交流 网络视频对讲解决方案网络视频对讲解决方案 目目 录录 1 手术室场景模拟手术室场景模拟 1 2 系统概述系统概述 2 2 1 设计思路设计思路 2 2 2 设计依据设计依据 3 2 3 设计原则设计原则 3 3 系统架构系统架构 5 3 1 系统拓扑图系统拓扑图 5 3 1 1 视频采集模块 6 3 1 2 音频对讲模块 7 3 2 科室存储转发工作站科室存储转发工作站 8 3 2 1 海量存储 9 3 2 2 灵活存储与回放 9 3 2 3 录像迁移备份与智能检索 9 3 3 手术室工作站手术室工作站 9 3 4 学术交流 远程专家会诊中心工作站学术交流 远程专家会诊中心工作站 10 3 5 业务场景布局业务场景布局 11 4 系统描述系统描述 13 4 1 系统管理系统管理 14 4 1 1 统一管理 14 4 1 2 远程管理 14 4 2 智能侦测智能侦测 14 4 3 良好扩展性良好扩展性 15 5 系统规划系统规划 16 5 1 显示规划显示规划 16 5 2 存储规划存储规划 16 5 2 1 存储容量计算 16 5 2 2 存储设计 16 5 3 网络规划网络规划 16 5 3 1 网络设计 16 5 3 2 带宽计算 17 6 前端设备参数和安装要求前端设备参数和安装要求 18 7 硬件设备选型硬件设备选型 18 7 1 前端设备选型前端设备选型 18 7 2 服务器选型服务器选型 19 7 3 存储机柜选型存储机柜选型 21 8 设备清单设备清单 23 9 系统应用及前景展望系统应用及前景展望 24 1 1 手术室场景模拟手术室场景模拟 临床医学院承担医 教 研的任务 接待实习学员 培训进修人员 教学任务繁重 手术教学过程 需现场教学 但手术室空间有限 学员多 教学效果差 而且影响手术工作 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 对于提高手术的成功率能够起到很大的帮助 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 场景模拟场景模拟 场景一 手术示教是医院进行临床教学的必要手段 但为提高手术质量 降低手术感染率 医院手术 室都制定了手术室观摩人数控制指标 严格控制进入手术间人数 这就造成了实习医生学习观摩手术的机 会大大减少 不利于提高实习医生的学习质量 为了解决这一矛盾 以前在手术室设置观察台 观察台有 2 种方式 侧面观察窗和顶部观察窗 在手术室的建筑设计过程中 就预留了空间和安装结构 但以这种方式让学员现场观察学习效果非常有限 在不能看清手术细节的同时又不能进行反复观看 稍不留神就会有可能错过一个重要步骤 不能有效的领悟手术重要环节的同时还可能误导学员 场景二 医学是在不断的研究 发现中进步并逐渐完善的一个领域 医生 专家们经常要在以往的经 历中总结经验 写学术论文等 然后对其进行研究 讨论 每一次手术的本身就是一个经验 一个数据的 收集 一个成功的手术尤其对于医生 专家们进行研究 讨论甚至是对于整个学术界来说 都有可能是非 常有意义和珍贵的 因此 记录每一个手术的资料 数据显得尤其重要 但以往的资料 数据收集往往只停留在某些抽象数据及患者本身的资料 很多时候不能从中反应出当 时真实情况及医生的某些应急措施等等 由此导致了一次次宝贵的经验流失 场景三 手术是个极其富有危险和经常发生意想不到的情况发生的医疗手段 在手术进行中 随时需 要各方面的医生 或专家支援 但由于手术室空间有限 医疗设备有限或者各方面专家无法立刻到场等原 因 导致手术出错甚至失败 场景四 对患者来说 手术的成功与否主宰着自己的生命 对医生来说 手术代表着自己的责任 代 表细心 严谨和专业 双方都不希望手术出现意外 但很多时候事与愿违 由于种种不可预料的原因导致 手术失败 这种失败从患者或患者家属和医生的角度来看是有不同的理解的 经常会发生一些纠纷 但由 于缺少对当时现场除某些抽象数据以外更为直观的资料 导致患者和医院得不到公平的判决 为此 针对手术室的特殊应用需求 为了解决以上提到的各种问题 设计了这个手术室视频对讲应用 系统 2 2 系统概述系统概述 此系统为数模结合的视频对讲应用系统 由手术室视频采集子系统 手术室音频对讲子系统 学术交 流与远程专家会诊子系统以及手术过程录像存储管理子系统组成 是一个分布式存储集中管理手术室应用 系统 主要特点为视频数据实时或录像资源共享 语音与视频同步进行 清晰图像 视频数据归档方便等 手术室视频对讲应用系统中的视频信号由摄像机传感器采集后即全部数字化 包括传输 存储 分配 显示等 除手术室现场对内窥镜 肛肠镜等以外模拟输出显示外 全部为数字化方式传输和显示 减少传 统视频系统中的 A D D A 转换和图像预处理等环节 大大减少了由于转换和处理引起的图像失真和延时 切实保证了图像的质量 也保证无论是用于医学教研 还是术后取证 都能提供清晰的视频或图片 数手术室视频对讲应用系统中图像存储采用分布式存储方式 即每个科室负责对本科室所负责的所有 手术过程进行录像并整理归档 这样更方面对数据的管理及应用 大大提高系统效率 手术室视频对讲应 用系统所有视频信号走出手术室后采用全 IP 方式 区别于传统视频应用系统中摄像机点对点传输方式 采用 IP 方式组网 即每一台前端摄像机在网络内均有一个唯一的 IP 地址 以此保证大范围组网时的正 确寻址 且接线简单 无端口对应关系 系统还具有双向对讲通话功能 可使在示教中心观摩 会诊的医护人员与远方手术现场进行实时交互 达到远程医疗及教学的目的 通过工作人员操作计算机 控制手术室内环境摄像机及无影灯摄像机镜头的 变焦 云台的水平 垂直方位 对手术过程进行音视频采集 在示教室内观摩 会诊的医护人员可操作控 制主机以高清晰监视器清晰地观看麻醉师 护士 医生手术的全过程和仪器传输的图像参数 还可以将手 术室直播的内容存储在服务器上 并为用户提供手术资料查询和以流媒体方式点播的功能 以备日后教学 分析用 对于存储下来的手术内容可以进行编辑 制作成课件通过光盘或网络发布 任意示教室可以对任 意手术室进行的手术实时观看 并可实现全屏方式的投影观看 手术教学和手术对讲 局域网内的其他授 权用户也可根据自己的需要选择正在进行的手术互动交流 各学术交流中心 专家远程会诊室 护士值班 室等分别通过对应科室的视频 语音转发来实现实时的视频对讲 2 1 设计思路设计思路 1 结构简洁 应用便捷 由于手术室对环境要求非常高 如果按照传统的视频采集系统模式进行设计 施工 则很难达到手术 室这一特殊要求 且成本非常高 于是 我们便根据现有的网络资源 我们设计了这套将现有的网络进行联结的网络视频对讲应用系统 进行分布存储 统一管理的方案 不需要模拟监控的矩阵 视频分配器等中间设备 避免了视频图像信息 经过多次转发产生的信号干扰现象 对于管理部门而言 采用计算机网络的视频对讲应用系统还不受时间 地点限制 在授权的情况下可以随时按需查看实时视频和录像 实现即插即用即看 使用方式相当便捷 2 数字传输 无损转发 网络视频对讲应用系统的视频信号 是经过前端的网络摄像机或视频服务器完成数模转换后 直接在 计算机网络内进行传输 即使将视频信号经多次转发到系统各应用层 也不会出现多层转发降低图像质量 的现象 是对图像质量要求极高的应用系统的最佳解决方案 3 标准化和开放性 3 整个系统的网络协议都采用标准的 TCP IP 协议 实现在网络系统上的图像 数据传输和共享 同 时 利用计算机视频处理技术 可以为手术室的其他应用系统提供了一个层接口以实现系统的异构和集成 基于网络的视频对讲应用系统能够按照对视频质量的的具体要求 将视频对讲提高到新的管理高度 实现以视频与对讲为主线 在更多 更大的范围内创建并激发全新的应用模式 提高办事及管理效率 在 节省人力 物力的情况下 满足对手术室的各方面应用的要求 最大限度的保障了投资效益 4 可扩展性 手术室视频对讲应用系统是完全基于计算机网络和 IP 视频终端设备 模块化的 IP 智能采集设备 可 以将视频采集的触觉延伸到网络触及的各个角落 为将来扩容留下了充分的余地 手术室视频对讲应用系统是运用最新的数字视频技术 网络通信技术建立的一套软硬件相结合 崭新 的 完整的视频对讲应用系统 各应用模块可依据业务需要 部署在科室及学术交流中心等其他工作场所 使网络系统上的图像 数据得到最优的利用 2 2 设计依据设计依据 安全防范工程技术规范 GB50348 2004 视频安防监控系统工程设计规范 GB50395 2007 民用闭路监视电视系统工程技术规范 GB50198 1994 视频入侵报警器 GB15207 1994 报警图像信号有线传输装置 GB T16677 96 安全防范工程程序与要求 GA T 75 1994 视频安防监控系统技术要求 GA T 367 2001 2 3 设计原则设计原则 由于要建立一个视频与对讲综合的应用系统 对手术室其他业务及应用等进行综合管理 这就要求各 子系统除了有完善的功能外 还应该提供标准的 API 以便于系统的整合和应用的扩展 因此 在手术室 视频对讲应用系统中 将采取完全基于 IP 网络视频对讲应用方案 在系统规划设计中注意了以下一些问 题 1 注重投资效益 IP 网络视频对讲应用方案的前端采用标准化 可扩展 可升级的硬件设备 可一次投入 反复利用 由于采用了通用的 TCP IP 协议进行传输 前端设备除了用于视频采集应用外 还可以为其它的应用系统 提供标准的网络视频信息 实现一物多用 从而使总体系统具有很高的性能价格比 2 管理灵活与严谨并重 系统采取分布式多级远程集中管理与控制 系统提供分布式多级远程集中管理 控制管理机制 以数 4 字中控矩阵服务器为核心 支持 C S B S 多种运行模式 有效的进行扁平化 多层次的权限管理 彻底 解决管理机构复杂 多人多层次权限控制的问题 通过网络传输 用户可以通过客户端或浏览器 可以实 现对已授权的视频信息进行实时观看或回放图像 并可进行远程 PTZ 控制 3 可用性和可靠性 系统所选设备均是先进 成熟 可靠的产品 用户操作管理简单 易学易用 产品不仅可靠 并且实 现了对传输线路及自身的问题进行监测并报警通知用户 数字化的前端设备 可进行远程的配置和重启 智能化的应用模块均具有系统自愈功能 大大提高了系统的可用性和可靠性 4 系统的标准化和开放性 数字视频对讲应用系统要求实现在音视频应用系统上的图像 声音 数据传输和共享 本系统采用的 硬件产品均遵循网络协议和传输标准的要求 软件系统平台也提供标准的 API 接口 以便于上层业务系统 的资源调用和系统整合 整个系统每一个环节都十分重视系统的开放性 从手术室到各科室以及各显示终 端 其网络协议都采用标准的 TCP IP 协议 5 系统可扩展性 从前端设备 功能模块到软件系统的规划 整个系统的各个部分都非常重视其扩容和升级能力 手术室视频对讲应用系统的视频前端设备使用模块化的 IP 智能采集单元 只要有网络的环境 可随 处增加视频采集点 为将来扩容留下了充分的余地 在系统服务器的配置中 以实践经验为主导 以客户利益为立场 没有最好 只有最合适 提出了 有特色的高性价比设备配置方案 以保证系统持久的生命力 系统软件规范标准 标准的 API 接口 使兼容各种品牌 多种压缩格式的视频采集设备成为可能 系 统还为新的数字设备和压缩格式预留有接口 使系统的升级 扩展能更贴合用户的实际需求 5 3 系统架构系统架构 系统由包括前端数据采集层 数据传输层 控制管理层 视频应用层四个部分组成 前端的数据采集 层由新增部分数字摄像机和前期系统的模拟摄像机通过编码器进行模数转换组成 数据传输层由交换机负 责交换数据 而控制管理层则分为控制管理中心的数据中控矩阵 本地客户端以及远程客户端组成 各管 理用户以不同的权限负责不同职能的职责和不同的应用 应用管理层则通过存储转发 视频输出以及结合 第三方系统的应用组成 3 1 系统拓扑图系统拓扑图 根据手术室需求和医院网络环境 手术室视频对讲应用系统是由前端摄像机搭配录像存储模块 负责 视频的存储 转发以及录像调用 以及客户端 便于用户具体操作及远程访问 对讲 组成 如下图 6 在医院的局域网里 摄像机采集的视频信号通过局域网 接进入对应科室的存储服务器进行数字视频 存储 而终端如本地客户端服务器 学术交流中心和远程专家需要访问实时视频或者最新的录像回放视频 都是通过科室存储服务器转发 通过系统平台软件 系统可以把不同科室负责的手术的视频资料保存在相 应科室里的存储转发服务器里 科室 学术交流中心和远程专家等通过系统平台软件也可以实现多方的音 频对话以及与手术室的直接音视频通信 方案特点 系统简单 便于维护 音频和视频同步使用 不需要重新布线 项目实施时长缩短 分级和权限管理 上级比下级拥有优先权 轻松整合第三方业务系统和报警系统 实现智能管理和学术应用 3 1 1 视频采集模块视频采集模块 此子系统主要负责对手术现场音视频信息的采集 供示教室和各个远程终端观摩学习 7 前端视频采集设备集中在手术室 包括监看手术室全景的画面质量好的摄像机 建议百万像素网络摄 像机 显示手术局部细节的无影灯摄像机以及医疗设备 内窥镜和肛肠镜 的术野信号 非数字化的视频 信号将会连接视频服务器进行数字化转换 然后统一通过医院网络将数据传到相应科室的存储转发服务器 进行存储和转发 3 1 2 音频对讲模块音频对讲模块 手术示教是医院进行临床教学的必要手段 但为提高手术质量 降低手术感染率 医院手术室都制定 了手术室观摩人数控制指标 严格控制进入手术间人数 这就造成了实习医生学习观摩手术的机会大大减 少 不利于提高实习医生的学习质量 采用手术室视频对讲应用系统可以在集中的示教室通过大屏幕观摩 手术过程 进行实时教学 从而摆脱了传统示教模式在时间 空间和人数上的限制 同时提高了示教系统 的安全系数 对讲系统采用 全双工的通话模式 音视频结合 覆盖 手术室全景 无影 灯下术野 内窥镜 术野 肝肠镜术野 及各类仪表器材数 据图像 传达主刀 医生讲解过程 使 手术室现场与示教 室之间可以即时 方便的进行交流讨论 手术室到多个远程工作站的同时音视频传输 既实现了医院实例 教学 也满足了远程观摩以及病人亲属对手术过程观摩和监护的需要 此外 由手术室里的存储服务器进 8 行转发 通过控制设备以及内部局域网可以远程传输到各个领导办公室 方便领导随时视察各手术室工作 情况 3 2 科室存储转发工作站科室存储转发工作站 科室负责对本科室进行的所有手术进行录像 转发 并对录像文件进行剪切编辑等操作后归档 科室 工作人员可在实时观看或者录像回放时随时对视频信息加入标签 便于录像查找 录像文件可作日后教学 分析用 对于存储下来的手术内容可以进行编辑 制作成课件通过光盘或网络发布 科室存储转发工作站是系统平台软件的存储转发模块 具有身份认证和权限管理的功能 可通过设置 不同的用户权限来保障系统的安全性以及提高对手术录像内容的防干扰性 同时 通过客户端可灵活自由 地抓拍显示画面 并以 JPEG 的形式保存下来 方便日后的查看 存储转发工作站优化的录像文件系统 减小磁盘碎片 采用虚拟阵列存储的方法 使得存储能自动均 匀分到各个磁盘中 写入速度成倍增长 提高系统的读写能力 当需要调用录像文件来进行学术交流或者 作为教学资料等时 通过输入具体起止时间 手术名称 依据图示精确搜索或者依据标签搜索 即可快速 锁定查看的录像资料 当学术交流中心 远程专家 手术室 示教室等同时观看手术实时视频或者录像视频时 存储转发工 作站为了减轻前端设备以及带宽的压力 实现了流媒体转发功能 通过存储转发工作站进行转发视频信息 因此 客户端访问数量不再受前端设备的限制 满足多个部门需求或专家的监看要求 9 3 2 1 海量存储海量存储 对于手术过程的记录 不仅需要图像质量高 清晰度 还要求长期存储 以便学员点播回放和 医疗纠纷取证 这就对存储设备容量提出了挑战 采用标准的专业存储设备 可以在网络中按需任 意部署 所以存储容量可以灵活扩展 实现海量 存储 本方案采取分布式部署的同时实现集中管 理 当网络故障时 录像信息仍可通过本地进行 存储 实现高可靠 大容量网络存储 3 2 2 灵活存储与回放灵活存储与回放 传统的音视频大多是以时间作为唯一标签进行存储 录像回放也以时间作为唯一标识来定位翻查 手 术室视频对讲应用系统突破了时间的 枷锁 可用事件作为标识来对某一场景中一支甚至多支的摄像机 进行统一存储或回放 例如在医院中 每个手术室每天都会有多个手术进行 若没有良好的存储标识机制 手术后对录像的查找和管理将会带来很大的麻烦 而如果能采用手术事件的形式 设定特定的场景参数 以一次手术事件为单位进行归类存储 就能给日后的数据二次利用与管理带来很大的便利 3 2 3 录像迁移备份与智能检索录像迁移备份与智能检索 手术室的存储服务器对手术录像可以一个星期为单位进行导出 并通过使用手术室视频对讲应用系统 专门的数据迁移备份工具 将分散在各个科室室中的录像数据迁移到医院手术案例数据中心 方便对关键 录像的永久保存 学术交流中心及其它远程终端可通过客户端工作站随时登录到数据中心进行录像检索 并对目标录像 进行回放 保证了手术录像的安全存储和集中管理 一些具有争议的手术 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 既可以提高各医院的手术教学水平 又对提高 手术的成功率能够起到很大的帮助 3 3 手术室工作站手术室工作站 手术室工作站对科室存储转发服务器转发的实时视频进行显示和控制 包括调整摄像机的取景 光圈 对焦等 然后等医生一切准备就绪的时候通过手术室工作站发指令至科室存储服务器对手术室所有摄像机 进行录像 手术室工作站工作人员通过工作站看实时视频时 可按照医生的步骤即时对实时录像视频加入 标签 当检索录像时 便可以根据标签进行检索 方便录像查看及应用 另手术室工作站与学术交流 远程专家会诊中心工作站等可以通过平台软件的对讲功能进行实时对讲 医院数据中心医院数据中心 10 手术室工作站是系统平台软件的客户端模块 手术室工作人员通过此客户端模块对摄像机的取景 焦 距 光圈等进行现场调节 并等医生一切准备就绪时启动相应科室的存储转发工作站进行录像 录像文件 不在本手术室工作站作存储 为了方便工作人员调节视频效果 客户端模块还提供自定义视频框 自动分屏 全屏模式或窗口模式 等形式 工作人员在此客户端可以控制 P T Z 通过改变变焦倍数和视角 达到对视频场景缩小和局部放 大的效果 根据具体场景和采取不同摄像机 工作人员可以通过固定焦距和固定光圈 避免在手术过程中 因主刀医生的身体或者手部部分遮挡而造成对手术部位视频采集的虚焦等情况 而为了提高效率 客户端 模块还可以记录摄像机的预设为位 通过预设位可以快速锁定摄像机的取景范围 3 4 学术交流 远程专家会诊中心工作站学术交流 远程专家会诊中心工作站 学术交流 远程专家会诊中心工作站主要应 用于当手术进行中 组织学员进行实时观察 学 习以及学术交流 甚至远程通过网络让专家协助 主刀医生进行手术 其在系统中负责对手术室的 所有视频信息进行实时显示与回放 进行学术交 流的医生或远程专家还可以通过语音对讲模块和 手术室现场进行实时多方对讲 随着各种病体变 异的出现 部分手术需要在各地专家的共同诊断 下进行 远程专家会诊是提高临床诊断 手术成 功率的重要手段 手术室视频对讲应用系统通过 交互式 多方通话模块推出了远程医疗音视频 会诊系统 为远程医疗会诊搭建身临其境的诊疗环境 形成了医院与医院之间学术交流 医疗会诊的平台 11 专家无需进入手术室 可以在示教室或任何一个连通网络的远程终端实时观看手术的高清画面 通过 交互式 多方通话模块与现场医生一同对患者进行确诊 并进行手术指导 当现场手术较为复杂时 或 需要身在异地的专家提供协助时 借助网络通过远程终端组成手术研讨会 及时解决手术疑难问题 学术交流中心 远程专家 示教室等工作站也是系统平台软件的客户端模块 与手术室工作站的差异 在于业务需求的不同 只是通过权限管理的限制 限制了客户端对前端设备的一切参数设置 包括 P T Z 光圈 焦距以及开启 停止录像 只实现实时显示 录像回放和语音对讲三大功能 当然 在实时显示时 客户端可以按需要自定义视频框 自动分屏 全屏模式或窗口模式等形式方便 视频浏览 在同一视图中可以同时观看实时及录像回放画面 并能灵活自由地抓拍显示画面 并以 JPEG 的形式保存下来 方便对手术进行更细致和进一步的观察 了解 在做学术交流或研讨时 通过输入具体 起止时间 手术名称 依据图示精确搜索或者依据标签搜索 即可快速锁定查看的录像资料 并能够导出 AVI 格式的录像 支持 Xvid 解码方式的播放器都可以播放 方便制成光碟等教学资料 远程专家根据带宽的限制可以选择多种帧率 分辨率 有效的节省网络带宽 解决因帧率太低而无法 进行科学准确的判断与分析 而学术交流中心 示教室等可以通过显示屏拓展功能 一个视图可以输出到 多个监视器上同时显示 满足进行学术交流 研讨和教学时 在大屏显示手术画面的需求 3 5 业务场景布局业务场景布局 场景一 由于手术室空间有限 为提高手术质量 降低手术感染率 医院手术室都制定了手术室观摩 人数控制指标 严格控制进入手术间人数 这就造成了实习医生学习观摩手术的机会大大减少 不利于提 高实习医生的学习质量 数字视频对讲应用系统则从手术的各个角度进行视频采集 然后通过网络实时转发到任何一个有网络 的地方 实现了学员对手术的观摩学习 专家对手术的指导研讨等的空间延伸 更保证了手术室的环境质 12 量和手术质量 通过平台软件的对讲系统 双方还可以进行实时对话 提高学员学习效率 学员在通过客户端模块对手术视频进行学习时 可以按需要自定义视频框 自动分屏 全屏模式或窗 口模式等形式方便视频浏览 在同一视图中可以同时观看实时及录像回放画面 并能灵活自由地抓拍显示 画面 并以 JPEG 的形式保存下来 方便对手术进行更细致和进一步的观察 了解 并可以通过显示屏拓 展功能 一个视图可以输出到多个监视器上同时显示 满足进行学术交流 研讨和教学时 在大屏显示手 术画面的需求 场景二 以往的资料 数据收集往往只停留在某些抽象数据及患者本身的资料 很多时候不能从中反 应出当时真实情况及医生的某些应急措施等等 由此导致了一次次宝贵的经验流失 数字视频对讲应用系统将手术包括全景 手术细节 内窥镜内容及一切抽象数据进行统一采集并存储 手术后 可以无限制的对这些视频和数据进行反复查看 让手术起到了除医疗作用 还对实时学员和学术 研讨起到了至关重要的作用 在通过客户端模块对手术视频进行检索查看时 通过输入具体起止时间 手 术名称 依据图示精确搜索或者依据标签搜索 即可快速锁定查看的录像资料 并能够导出 AVI 格式的 录像 支持 Xvid 解码方式的播放器都可以播放 方便制成光碟等教学资料 13 场景三 在手术进行中 随时需要各方面的医生 或专家支援 但由于手术室空间有限 医疗设备有 限或者各方面专家无法立刻到场等原因 导致手术出错甚至失败 采用了数字视频对讲应用系统 专家便可以通过网络 对远在天边的手术一目了然 能及时对在场医 生以及其他进行学术研讨的医生起到了引导作用 远程专家通过客户端模块根据带宽的限制可以选择多种 帧率 分辨率 有效的节省网络带宽 解决帧率太低而无法进行科学准确的判断与分析 场景四 由于种种不可预料的原因导致手术失败 这种失败从患者或患者家属和医生的角度来看是有 不同的理解的 经常会发生一些纠纷 但由于缺少对当时现场除某些抽象数据意外更为直观的资料 导致 患者和医院得不到公平的判决 数字视频对讲应用系统将手术所有步骤及当时各个角度的视频进行存储 相关鉴证人员可以在平台软 件里通过输入手术编号 患者姓名 时间等条件进行录像检索及导出 通过当时视频及相关数据为解决纠 纷提供强有力的直观证据 4 系统描述系统描述 此方案优点有 实现集中管理 集中控制 集中调度等功能 异地以全数字方式显示和录像 图像质量稳定不降低 采用国际标准的图像处理方式 保证图像清晰有效 兼容性强 传输网络采用以太网 带宽高 保证了稳定 可靠的传输 前端传输采用星型结构 保证图像存储的可靠性 系统构成简单 没有复杂连接 运维方便 降低运维成本 取消传统电视墙 降低造价 系统更实用 14 图像数据更加人性化管理 数字图像调用便捷 灵活 可实现音视频到桌面 方便领导决策和专家指导 扩展性强 便于多级级联和扩容 稳定性高 4 1 系统管理系统管理 4 1 1 统一管理统一管理 各个科室对本科室所有手术的视频信息进行本地存储 实现本科室所有手术资料的统一管理 便于查 找手术资料及手术视频的剪切和编辑 本科室的所有医生可以通过录像文件进行学术交流和为自己的学术 论文提供素材 各学术交流 远程专家工作站等可以同时查看各个科室的录像视频 并能同时直播监看多个手术室或 会议室的情况 比如 做肾移植手术 一个手术室做摘除手术 另一个手术室做植入手术 在示教室 就 需要同时观看到两个手术室的直播图像 并且 声音可以做到三个点的交互 4 1 2 远程管理远程管理 远程客户端看通过客户端软件按权限分配对相应的手术室进行实时观看和录像回放 可以实现实时监 看视频 PTZ 控制摄像机 录像回放以及语音对讲功能 让专家在任何时候任何地点 只要有网络的地方 都能轻松进行会诊指导 4 2 智能侦测智能侦测 该系统能实现简单方便的权限管理 客户端申请加入系统时 必须先向数据中控矩阵提交验证信息 提交验证的不同的用户拥有不同的权限 验证通过后才能加入到视频对讲应用专网中 这时才能接收到摄 像机的实时视频图像 调用录像文件或者控制摄像机 由此一来便确保了整个系统的安全 整个系统由多台存储转发服务器组成 每一台机器的运行状况都应该保持良好的状态 除了系统的设 计要有较高的稳定性外 一种相对智能的监测 报警和应急机制必不可少 依据实际的运作情况 监测的内容包括 a 网络问题 包括摄像机与科室的线路 录像服务器 客户端工作站等与手术室的线路 b 服务器问题 各服务器是否运行 负载情况 硬盘使用情况 c 网络摄像机问题 是否工作 因此 需要将智能监测模块安装在各服务器上运行 通过内部协议 状态响应协议 SRP 互相检 查对方状态 并按照既定的策略进行自动调整 确保系统可持续稳定地运作 当数据库服务器通过 SRP 协议不能获得录像服务器的状态时 数据库服务器向备份录像服务器发出 接管该区域所有网络摄像机的录像工作指令 15 网络监测 包括以下两方面的监测 服务器网络 用于检查各录像服务器之间的线路 服务器任何一方在一定的时间内 例如 30 秒 不能 Ping 通对方 或者不能连接监测端口 则发生报警 摄像机网络 各科室录像服务器定期仅检查本区域摄像机 较短时间 少于 1 分钟 一次 存储转发服务器检查手 术室内全部网络摄像机 间隔稍长 少于 1 小时 一次 发现不能连接设备 则发生报警 服务器之间的相互监测 发起的通信包在加密通道中传输 监测通信采用 TCP 通道 使用 IPSec 协 议保护服务器之间的数据传输安全 服务器状态监测 这是服务器自我保护的检查 当服务器的负载或磁盘超过上限时 产生预警信号 主动报警 所有的报警信号均会发送两个地方 客户端工作站 记录报警信息 各存储转发服务器 当接收报警信号时 会弹出窗口 显示报警的来源 分类 具体信息 和 建议的操作步骤 维护人员可以定位并排除错误 4 3 良好扩展性良好扩展性 应用系统的可扩展性需求 决定了新设计的网络系统适应用户未来发展的能力 也决定了网络系统对 用户投资的保护能力 应用系统功能配置上 一方面要全面满足当前及可预见的未来一段时间内的应用需 求 另一方面要能方便地进行功能扩展 可灵活地增 减功能模块以及音视频采集点 本网络视频对讲应用平台是一个功能完善 对外开放的应用平台 一方面 其完善的功能可满足目前应用场景的需求 并充分考虑到了项目的二次开发和第三方系统的 无缝接入 平台为整个医院业务系统提供了一个标准的 API 接口层 既可以与第三方系统如收费 挂号系 统进行联动 又可以通过平台提供标准的接口 与视频对讲应用系统外的各种管理系统整合 实现决策分 析 智能管理业务系统的整合应用 满足未来现代化医院的应用需求 真正实现了系统的良好扩展性 另一方面 系统的模块化结构使系统的功能扩展非常灵活 系统可依据业务需要 在网络的任何节点 上 都可任意增 减所需或不需的功能模块以及音视频采集点 甚至可以做到任意组合 分解和更换 与 传统的视频采集传输模式最大的区别就是 模块化结构在音视频采集点的增 减上不再受如 DVR 等硬件 设备的限制 让系统的应变能力非常灵活 以实现系统功能强大的扩展 最大限度地确保投资的效益 16 5 系统规划系统规划 5 1 显示规划显示规划 学术交流中心 远程专家工作站 护士值班工作站以及各科室存储转发工作站通过平台软件的多画面 分割 同时显示多路视频信息 并能进行同时录像 移动 PTZ 和录像回放等功能 同时 在学术交流 远程专家等工作站进行显示实时画面时 还可以调用手术室里面 需进行二次开 发 如 心电图 血压等数据在客户端里面显示 方便医生或远程专家结合数据和当时画面情况进行学习 和研讨 导出录像时 可以将所有视频和相关数据显示在一个视图里面同时导出 方便手术后作为学习研 讨的资料 5 2 存储规划存储规划 5 2 1 存储容量计算存储容量计算 系统中摄像机压缩格式是 MJPEG 分辨率设为 D1 每路摄像机全实时视频流量大概为 8Mbit s 则每 路摄像机每天所需存储容量为 图像分辨率为 720 576 压缩格式为 MJPEG 按照每路 8Mbps 来计算 每路一天全录容量 8Mbps 3600s 24h 8 1024KB 85GB 路 5 2 2 存储设计存储设计 在各科室部署一台存储转发服务器 主要负责前端摄像机的参数记录和视频录像与转发 录像服务器 自带的 8 个硬盘插槽 最大容量为 8T 负责存储本科室所有手术所有视频信息的存储 如果容量不够 可另外挂一个磁盘阵列柜 值班人员可对录像分辨率进行调整 以减轻硬盘与系统的负荷 可以针对不同 的应用选择系统录像功能包括实时录像 定时录像等录像策略 当录像文件经过科室工作人员进行加标签 编号 分类 剪切 编辑等操作后便可以上传到医院的数 据中心归档 以便以后翻查进行学习研讨 更可制成光碟成为教学资料 5 3 网络规划网络规划 5 3 1 网络设计网络设计 每个手术室摄像机视频信号通过百兆链路直接介入手术室电器间里的交换机 手术室电器间里的交换 机通过局域网上联到科室的交接机 存储转发服务器通过科室交换机接收到数据便进行存储和转发 17 5 3 2 带宽计算带宽计算 在一个百兆的网络里面 其用于视音频信号传输的有效带宽只有本身的 30 40 左右 因此 其有 效带宽只有 30M 40M 一路视频流占用带宽的大小则决定于其芯片的处理能力 分辨率大小 图像效果等因素 而通常情况 下 压缩格式为 H 264 分辨率为 720 576 标准画质下的视频流是 800Kbps 按此流量计算 在百兆网 络里 D1 分辨率 标准画质下 只能同时连接最多 40 路 左右的摄像机 在千兆链路里 同理可得连接最多 400 路的摄像机 建议在网络视频对讲应用网络的整体规划时 应以此为依据 充分考虑接入层 汇聚层和核心层的链 路带宽和交换机的转发能力 18 6 前端设备参数和安装要求前端设备参数和安装要求 全景网络摄像机全景网络摄像机 参数要求 支持 PTZ 宽动态 D1 分辨率 全实时 25fps 以上 安装 安装于墙角 镜头从上往下斜射 最小变焦时能看到手术室全景 幻影灯下的网络摄像机幻影灯下的网络摄像机 参数要求 支持宽动态 调节光圈 调节焦距 可变焦 不失真 全实时 25fps 以上 高清 130 万像素以上 推 荐 安装 摄像机安装在无影灯中心 镜头由上向下直射手术部位 比较容易避开主刀医生头部的影响 安装方 便 无影灯结构变化小 由于受无影灯中心部位几何空间的限制 所以摄像机必须体积小 在使用的过程 中如要调整摄像位置 必须调正无影灯位置 所以摄像机的镜头必须与幻影灯光线直射的中轴线保持一致 内窥镜 肛肠镜编码器内窥镜 肛肠镜编码器 参数要求 不失真 全实时 25fps 以上 D1 分辨率 安装 与内窥镜 肛肠镜放置于同一台推车里面 方便设备随着医疗设备在不同手术室使用 7 硬件设备选型硬件设备选型 7 1 前端设备选型前端设备选型 19 7 2 服务器选型服务器选型 存储转发模块 标准录像模块 Vision Base 3 0 存储转发服务器 型号 HP ProLiant DL180 G5 456832 AA5 HP ProLiant DL180 G5 456832 AA5 处理器类型英特尔 至强 E5430 四核处理器 2 66GHz 处理器速度2 66 GHz 系统总线1333 MHz 前端总线 内置高速缓存12 2 6 MB 二级高速缓存 标配内存标配 2GB 2 1GB 内存 最大内存16GB 内存类型PC2 5300 DIMM DDR2 667 内存插槽6 个 DIMM 插槽 内置硬盘驱动器标配不提供 硬盘控制器智能阵列 E200 128MB 控制器 内置驱动器机架8 个 3 5 英寸热插拔 SAS SATA 硬盘托架 机箱类型2U 机架 芯片组英特尔 5100 芯片组 网络接口1 张 NC7781 PCI X 千兆网卡 嵌入式 局域网唤醒和 PXE 功能 外置 I O 端口并口 无 RJ 45 网络接口 以太网 1 个 10 100 1000 网卡端口 20 以及 1 个专用于 HP ProLiant Lights Out 100c 远程管理的可选端口 1 个串口 1 个定位设备 鼠标 接口 1 个显卡接口 1 个键盘接口 共 7 个 USB 端口 2 个正面 4 个背面 1 个内置 可选 扩展槽扩展插槽 1 个可用的薄型 x8 PCI Express 插槽 带有 8 条通道 使 用薄型扩展卡 2 个全高 高长扩展卡选件 选件 1 全长 全高 PCI Express x8 接口插槽 x4 电子 标配选件 电源类型750 瓦 冗余非热插拔 自动转换 操作系统Windows Server 2003 标准版和企业版 各客户端工作站 数字中控矩阵客 户端 Matrix 3 0 数字中控矩阵工作站 型号 H