醫院不同手術轉播方式的原理及應用范文

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〔摘要〕手術轉播對醫院的外科臨床教學和會議開展有著重要作用，不同方式的手術轉播在手術圖像的處理和音視頻傳輸方式上存在原理上的差異。本研究通過對目前兩種手術轉播方式的原理分析探討解釋差異所在，希望對日益開展的手術轉播示教及數字化手術室改造提供技術參考。

〔關鍵詞〕手術轉播;傳輸方式;原理;差異

隨著互聯網行業的迅速發展，越來越多的行業受到“互聯網+”模式的影響。網絡通信技術的進步給醫療設備的網絡集成提供更加成熟的技術支持［1］。傳統的手術錄像示教招式固定，對手術中的難點與關鍵點缺乏實際感受，示教效果并不顯著。受制于手術室嚴格的無菌要求及場地規模，手術觀摩人員無法過多地進入手術室，因此開展現場手術轉播不僅能提高手術示教的生動性與互動性，更能為臨床教學及外科學術會議交流帶來較好效果及豐富體驗［2－4］。隨著手術轉播系統在國內手術示教的應用日益普遍，目前流行的音視頻實時手術轉播方式可分為專用光纖設備方式及局域網絡轉播方式［5］。光纖設備轉播和局域網絡轉播方式傳輸介質不同，但均遵循H.264標準。H.264是新一代數字視頻壓縮格式，作為高度壓縮數字視頻編解碼技術標準之一，在同等圖像質量下比MPEG2具有更高的壓縮效率。H.264的優點還包括低碼率、高質量圖像、容錯能力強、網絡適應性強等［6］。

1兩種轉播方式原理分析

1.1光纖設備轉播

目前，我國各地醫院的主流一體化手術室(如:Stryker/史塞克、KARLSTORZ/卡爾•史道斯、OLYMPUS/奧林巴斯)信號傳輸時多采用光纖傳輸［7］。光纖設備手術轉播方式需在前期布線時向所需傳輸信號的目的地事先布好光纖。在手術轉播過程中，手術現場向示教室或會議室轉播的手術術野的圖像質量在觀摩中相對更為重要，通過實時語音互動交流可提高示教及會議效果。利用光纖傳輸音視頻信號可以提高其穩定性及安全性。光端機的原理和作用:在手術實時轉播過程中，手術現場和示教室或會議室的及時互動是影響轉播效果的關鍵因素之一。主流一體化手術室廠家一般通過預埋光纖進行音視頻傳輸，在光纖線路的起止點各加光端機(光發射機和光接收機)。光發射機將音視頻信號源的信息轉化為光信號，通過耦合將信號注入光纖線路中，數字光端機通常在應用中將多路信號聚集在一根光纖中進行傳輸，從而使多路的數字信號轉換成一路高速信號，充分發揮光發射機在信號傳輸中的高效性。在光纖末端，光接收機負責將經光纖傳輸后的光信號轉化還原成串行化的電信號，通過串行轉化并按照光發射機的復接方式進行分解復用，最后進行數模轉化還原出原始的音視頻等信號［8－9］。通過光纖設備遠距離傳輸音視頻信號時，無壓縮的視頻經還原后往往能達到無損的高清晰圖像。

1.2醫院局域網轉播

基于TCP/IP協議的手術實時網絡轉播系統只需將手術室內各信號進行整合編碼，通過院內網服務器的動態或靜態IP設置即可將需轉播的信號在院內網覆蓋到的區域進行接收。手術錄制轉播車系統將手術室內全景、術野及腔鏡信號進行音視頻信號整合轉化，利用開放的院內局域網端口將信號傳輸到內網服務器，終端編解碼器通過會議室或示教室的網絡端口將相應的音視頻信號獲取轉化后輸出。為保證音視頻信號的穩定性，最低的帶寬要求為384kbps［10］。編解碼器的原理與作用:前端編解碼器通過將采集到的模擬音視頻信號進行A/D轉換，編碼后以H.264協議標準將數據流封裝成視頻文件格式(如上海艾康以mp4格式進行封裝)，此時一般會在音頻和視頻的數據流中加入元數據。終端編解碼器通過IP設置從院內網服務器中獲取相應數據流，將經壓縮的數據流信號解碼，還原成原視頻與音頻，輸出顯示。在整個信號傳輸過程中，編解碼器主要起到編碼、壓縮、解碼的作用，局域網作為音視頻信號的傳輸媒介與途徑［11］。

2兩種轉播方式的效果

光纖設備轉播通過視頻矩陣的信號切換與光端機的信號轉換，利用光纖的頻帶寬、保真度高、損耗低、工作性能穩定實現對高質量手術圖像的清晰顯示。局域網轉播通過編解碼器的音視頻壓縮轉換，利用開放的網絡端口將所需手術圖像傳輸到網絡覆蓋的區域內。網絡轉播方式得益于其便捷的實現方式，通過光纖設備方式點對點手術轉播的信號顯示更穩定且清晰度較高。光纖及光纖設備技術的不斷進步使其造價也隨之降低，隨著互聯網通信技術的快速發展，醫院手術轉播通過局域網傳輸音視頻信號將會受益于整體網絡環境及技術的提升。醫院信息化建設為越來越多的舊手術室改造提出了要求，手術示教轉播作為數字化手術室的重要組成部分必不可少。利用局域網轉播的手術轉播系統簡單的系統架構可以利用醫院現有的局域網，通過相應網絡端口的IP設置能夠較為方便地實現手術轉播功能。總之，網絡轉播系統可以減少整體造價，通過接口與醫院信息管理系統(HIS)、醫學影像信息系統(PACS)、電子病歷系統(EMR)等進行無縫對接，能夠為手術及轉播示教提供方便［12－14］。

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作者：張茫茫(通信作者)；何林祥 單位：浙江大學醫學院附屬兒童醫院醫療設備科