数字化手术室设计方案

数字化手术室设计方案数字化手术室设计方案中国航天科工集团二院七○六所.1一、项目概述(一)项目建设背景数字化手术室来源于上世纪90年代初，与传统的“封闭式”手术室相比，数字化手术室实现了信息的开放与流通。运用实时数据检测和远程医学影像技术的结合，医生能够实时、便捷地获取大量与患者有关的信息，并在精确导航系统的协助下实施更为精确的手术，从而大大提高手术的效率和成功率。同时，实时的视频传输也为手术室内外的交流以及手术观摩和远程教学提供了可靠的通道。除此之外，大量的术中资料也为科研以及循证医学提供了贵重的资源。相对于传统的手术室，数字化手术室的革新意义显而易见，它使得原来的“信息孤岛”变成了名副其实的信息中心，全部有关患者的信息都在这里得到了最佳的融合。一项美国的调查报告显示，数字化手术室能使手术效率平均提高5％-10％；同时，在数字化手术室中医生做出最佳决定的几率也得到了明显提高，因此能从整体上明显提高医院的经济和社会效益。数字化手术室的建立，不会对医生提高规定——为了提高手术的效率和安全性，触摸屏只需护士操作就能够。即使其背后的技术含量很高，可是对顾客来说，只是非常简朴、人性化的操作，不会增加医生手术的难度。数字化手术室，无论是查看PACS影像，在异地对手术医生进行远程协助，还是和病理科或重症监护室进行实时视讯会诊，都能在对的的时刻，协助医生做出对的的决定，从而提高手术的效率和安全性。(二)项目总体规定1、项目基本状况介绍2、项目建设目的数字化手术室是医院数字化建设的重要构成部分，项目的建设目的是：将手术室、医生办公室、护士站、教室、病房以及医院其它各个部门，进行网络系统连接，提供含有高度兼容性的设备以及一套手术室信息集成与控制平台，有效存取手术病人信息数据库和教学视频的有关资料，方便医生理解病人的多个信息，为手术方案制订和手术过程的进行提供综合、快速的参考。实现：✓运用高清视频和网络技术，实现手术室信息采集、整合与传输上的突破，将与手术有关的信息安全、有效、清晰地传输给手术参加者（涉及手术医生、护士、会诊专家等）和手术观摩者。✓可与手术医生实现实时语音视频交互。✓与现有医疗系统集成。✓通过海量数字化存储技术，对手术进行高清录制、存储，并提供有效的视频点播、视频后解决等功效。✓在满足一定带宽基础上，能够与接入互联网的远端医生进行互动和培训。3、项目设计原则(1)、实用性以现实需求为导向，以有效应用为核心，以技术建设与工作机制的同时协调为保障，确保系统能有效服务于医疗工作，提高医护人员的工作效率。同时，客户端规定操作简朴，图像清晰；整个系统能实现互联互控，充足发挥整个系统的综合功效。(2)、可靠性本系统无论在网络、系统平台，还是在系统应用方面都含有一定规模，系统的运行可靠性是重要性能之一。本系统必须确保24小时不间断的正常运行。本系统的可靠性重要体现在采用行业内的最新技术和高品质设备和软件，设备和软件选型以专业生产厂商为主；核心设备采用成熟厂家的设备；为了确保系统的联动性和稳定性，必要时需考虑联网设备采用统一品牌。系统以严格的权限控制机制，以工作角色拟定每个人的工作权限，使信息和数据安全可靠。(3)、先进性系统充足考虑到技术发展对行业带来的变化，在系统的建设中，应用较为前沿的技术，采用全数字高清、IP网络、一体化集成控制等先进技术，以确保系统在若干年内的先进性。(4)、开放性系统应符合国标和行业规划，能提供用于系统集成的软、硬件接口，使系统含有良好的灵活性、兼容性、可扩展性。可兼容已存在的主流产品和系统，确保顾客投资。(5)、经济性在确保系统先进性的同时，系统在设计中还应充足考虑设备的选型，配臵参数以及性能、价格等因素，同时考虑现有多个资源及设备，以减少系统重复投资。系统在同类系统中含有最优的性能价格比。其费用涉及下列内容：系统本身的价格；系统运行、系统升级及维护费用；对系统实施现场的特殊规定所需的费用。(6)、系统的安全性✓网络的安全性确保系统的正常运行，特别是手术过程中的系统的正常运行，应采用比较严密的安全方法，确保影响资料、医疗档案等的安全性，避免窃密、泄密事件的发生。✓软件系统的安全性操作系统的安全规范必须满足国际C2级原则，能够确保不被黑客所攻击。数据库的高级顾客帐号及密码由服务器的系统管理员设定，数据库的普通顾客帐号及密码权限由数据库高级顾客（数据库管理员）设定。系统定时自动将主数据库服务器的数据备份到备份服务器中。系统维护人员可随时方便地对数据进行备份和恢复。✓应用程序的安全性全部的操作人员进入系统前应通过工号和密码进行登录，并通过认证，核对精确后方可进入系统。全部的操作人员均授予对应的级别及权限，任何越权的操作必须被回绝。全部的操作与登陆信息均应有统计，并能够根据工号或密码进行查询。除基本资料外，工作人员不得对顾客的其它资料或数据进行篡改，除非是系统的授权人员。(7)、系统的可扩展性随着系统的扩容，顾客数量会不停扩大，对新功效的规定也将不停增加。这规定系统含有良好的可扩性，因而在建设早期，除了满足现有规定之外，还必须考虑系统的可扩容性，以确保此后发展的需求。系统的各个构成部件选用原则的硬件和软件，采用模块化设计，使系统能够通过增加模块的方式进行扩容；系统的接口规定规范化，从而使软、硬件能够平滑升级或更新，网络节点的增减对网络性能没有影响。4、项目设计原则可靠性和精确性是系统建设中永远追求的目的。因此本系统建设涉及的全部设计、施工、设备、材料和工艺均符合有关的国标和信息产业部的规定。特别是本系统将直接应用到医疗、会诊、远程教学等场合，它也同样应满足有关规定。具体来讲，整个系统建设中的全部工作均满足以下规范：《视频安防监控系统技术规定》（GA/T367－）；《民用建筑闭路监视电视系统工程技术规范》（GB50198－96）；《中国电器安装工程施工及验收规范》（GBJZ32－90－92）；《信息技术客户通用电缆铺设规定》（ISO/IEC11801）；《工业电视系统工程技术规范》（GBJ115－87）；《视音频编解码原则——视听对象的编码（6部分）》（ISO/IEC14496）；《工业公司扩音通信系统工程设计规程》（CECS62－94）；《工业公司通信工程设计图形及文字符号原则》（ECS37－91）；《广播传音电缆线路工程建设技术规范》（GY5053－94）；《音频、视频及类似电子设备安全规定》（GB8898－）；《测量、控制和实验室用电气设备的安全规定》（GB4793－）；《信息技术设备的安全》（GB4943－）。另外，全部的设计、施工和设备均应满足数字化手术室系统建设的实际需求。(三)项目需求分析1、应用需求通过本系统，能够对手术室进行全方位监控和全过程统计，使用者能够在多个图像采集点之间进行实时的语音和图像交互，可通过触摸屏对手术室内的设备如手术台、无影灯、环境灯带、摄像机等的控制，为手术室的工作提供了便利，并可进行大范畴的手术示范、教学以及远程会诊。1、提供显示手术必须的医疗信息，如病人信息，有关视频信息等。2、对灯光、影像、手术信息等进行集中控制和管理。3、手术排班信息管理。4、无论监控仪器的视频，还是摄像头输出信号，都能够灵活在任何一种显示屏上显示，使影像脱离了机器的束缚。5、手术过程中的动态影像、静态的照片及语音信息均能够完整的保存，从而有效、方便地对全部病人有关文本和图像数据进行归档。亦可在院内网络实现对此部分的调用。6、远程教学，远程交流。术中学术交流系统含有真实、高效、实时的特点，实时传输视频与音频信息，使与会者能够远距离进行直观、真实的视音频交流，是一种便捷而有效的医学学术形式，远程学术会议使各方与会人员身临其境，并进行“面对面”的对话。7、全触摸屏操作，方便快捷：无菌区里语音或触摸屏遥控手术室医疗设备、音响等外围设备。2、功效及性能需求(1)、一体化控制功效需求通过触摸屏实现对无影灯、手术床及环境灯带的集中控制。✓无影灯、手术床均规定通过RS485连接控制。✓实现控制无影灯的一、二次聚焦及电源开关。✓实现控制手术床的多位移（升降、平移、左右倾、前后倾、背板升降、一键复位、刹车及解锁等）动作。✓实现手术室内周边环境灯带的分组启动及关闭控制操作。(2)、音视频管理功效需求摄像机可根据实际需要选配，系统支持的模拟摄像机应达成720×576（D1）的广播级规定，数字摄像机应达成1280×720（720p）高清原则。图像的网络延迟不不不大于0.5秒，能够满足交流的规定。✓通过手术室内悬挂的高清液晶电视墙将手术中患者的术野高清影像进行放大呈现。术野影像的拍摄采用高清IP摄像机，摄像机分辨率应达成720p。✓手术室内的触摸屏工作站，能够完毕中心授权和控制、本地授权、本地请求、本地推送等影像操作，实现手术室与医生办公室、其它手术室、护士站等场合基于H.264、G.711的音视频通讯。✓实现集图像、影像、文本数据的混合编辑和显示。可将编辑后的综合图文、视频影像信息推送至高清液晶电视墙上，辅助医生进行术中导航操作。✓预留HIS、PACS、LIS、RIS等系统接口，实现与医院其它医疗系统的信息集成。✓护士站可实现各手术室全景视频影像的集中监控。✓医院内的视教会议中心可实现现场教学及观摩。✓通过WEB实现网上影音传送与交互，用于远程专家会诊建议、教学观摩应用及医疗研讨等需求。(3)、触摸屏客户端软件功效需求✓集成一体化控制系统和音视频管理系统，并支持热键快速切换功效。✓顾客操作界面含有最佳的可视化效果，如界面布局、字体及文字描述、色彩及对比度、快捷功效键定义等。✓触摸屏点选操作功效规定操作简捷、响应快速。✓界面突出显示手术时间、进度，并定义工作状态。✓实现对全部摄像装臵定义名称并加权控制，允许变化配臵、增加设备、定义访问权限。表1客户端软件功效需求表3、数据需求医院信息系统的建立，在为医院提供大量的基础数据的同时，也会逐步积累大量的医疗信息，例如患者的就诊信息、治疗方案、生命体征统计、检查统计、影像诊疗统计等构成患者的病案信息，而这些病案信息是为患者后来再进入医院的参考信息。大量病案和典型病历的积累也是医生从事医学研究和对其它患者进行诊疗参考的根据。与手术有关的信息源涉及：病人基本信息、图像（X光、超声、MRI、病理等）、检查参数、生理监控参数、麻醉参数、手术视频、手术环境、手术器械等，这些信息存在形式涉及文本、信号、图形、图像、视频等，其特点是信息量大、信息源多、价值高。本系统实现基于上述信息的采集、传输、显示、管理与控制。二、总体方案设计(一)系统构成构造网线DVI/VGA视频线485控制线模拟音频线模拟视频线图1数字化手术室集成与控制平台的系统架构数字化手术室集成与控制平台涉及一系列的硬件设备：✓医疗设备涉及手术台、无影灯、环境灯带等固定安装在手术室中的医疗设备，以及其它移动式的医疗设备。医疗设备通过485控制线连接到安装在手术室内的医疗设备集控器上。✓医疗设备集控器（EIC：EquipmentIntegrateController）用于对医疗设备进行一体化集成控制，例如控制手术台移动、倾斜，控制无影灯聚焦、以及环境灯带的分组开关等。✓影音设备涉及数字或模拟摄像机、语音对讲设备（麦克风/拾音器、扬声器/音箱）、液晶显示大屏等。这些设备或者直接入网（如IP数字摄像机），或者通过音视频线、485控制线连接到影音控制设备（如DVS、显控终端、触摸屏工作站），实现手术室监控、影音交互等各项功效。✓视频服务器DVS若手术室内安装有模拟摄像机，需同时选配视频服务器DVS，DVS的功效是对模拟视频信号进行采集编码，将解决过的数字视频流传送到网络中，供媒体服务器进行解决；同时，DVS还承当了对模拟球机或云台的控制任务，负责控制模拟摄像机变换监控角度，调节摄像机的参数等等。✓触摸屏工作站安装集成控制与影音管理客户端，是顾客向系统内其它设备发出控制和交互指令的重要工具。完毕设备管理和控制，音视频的播放、编排和推送等工作。✓显控终端（DCC：DisplayControlClient）提供H.264解码和图文混排功效，与触摸屏工作站通讯，实现推送内容在高清液晶显示屏上的显示。在视教会议中心，显控终端还含有播放声音的功效。✓媒体服务器（MediaServer）用于控制授权其管理的监控设备，完毕数字视频流的接入、转发、和存储，并集成了数字摄像机的控制功效。✓其它设备涉及控制机柜、千兆网主交换机、WEB服务器、数据库服务器、集中存储设备等用于支持系统正常运行的基础设施。✓其它客户端应用于不同场合的集成控制与音视频管理客户端，需要参加交互的能够配臵为C/S模式，本地示教采用C/S模式，远程示教、远程观摩配臵为B/S模式。(二)系统功效构造图2从另应用功效角度阐明了数字化手术室各构成部分之间的关系以及功效模块构成。图2数字化手术室系统构成框图系统功效构造可概括以下：1、集成控制与影音管理是系统与顾客进行交互的重要途径，能够安装在触摸屏工作站、普通PC机、笔记本电脑等含有解决能力的设备上，布署在手术室、护士站、医生办公室等需要进行交互的场合，重要涉及以下功效模块：✓影音管理：控制视频监控设备、语音对讲设备（扬声器、麦克风）实现各场合内医护人员的实时影音交互；还支持视教会议观摩、影像统计存储等功效；✓导航编辑：将从多个渠道获取的图像和文字资料混合编排，即在屏幕上指定位臵、指定大小的区域内显示指定的内容，这些内容能够是来源于其它医疗系统的文字、影像信息，也能够是来源于本系统的实时或历史影像资料，以及顾客输入的文本信息等；✓实时监控：基于手术室分布平面图查看手术室的基本信息、状态信息、手术信息、全景视频；可是同时对多个手术室的全景画面进行实时监控，对视频播放画面进行布局管理，支持对视频播放窗口的位臵、大小随意调节，对齐调节；✓信息查询：支持准时间、按设备、按手术室、按手术、按类型等多个历史资料查询方式，查询成果先列表显示，顾客能够通过点选成果列表中的某项来观看历史视频，对历史视频的播放同样支持快进、慢放、暂停、转存等功效。支持最多4路历史视频同时播放；✓信息维护：维护手术室基本信息、状态信息、手术信息、手术人员信息、患者信息；✓系统维护。涉及顾客管理、日志管理、系统配臵管理等功效。✓设备管理。涉及监控设备和医疗设备管理两部分，支持对两类设备的增加和删除，以及对设备信息的更改；支持基于电子地图的设备布署；✓设备控制：实现手术台、无影灯、环境灯带等手术时医疗设备的控制，重要指发出控制指令，与设备集控PLC交换信令，完毕顾客指定的控制操作；✓音视频解码：完毕向流媒体转发功效模块申请媒体流，并对获取的媒体流进行解码输出的功效。支持H.264视频解码，G.711音频解码；2、通讯模块为了确保数字化手术室各子系统之间的独立性，在集成控制与音视频管理客户端与系统其它构成单元之间设计了通讯模块。通讯模块总是成对出现，分别运行在需要进行信息交互的单元之间，承当起在系统间传递信令和数据的工作。根据承当的通讯任务，本系统设计实现3类通讯模块：✓监控通讯模块。运行于媒体服务器MediaServer上，完毕监控指令的传递，监控设备状态的收集工作；✓集控通讯模块。运行于客户端与各医疗设备集控单元EICU上，实现设备控制指令的传递、解析和转发功效；✓显控通讯模块。运行于客户端与显控终端DCC上，承当显示数据的推送和接受解决任务。3、医疗设备集成控制单元接受客户端指令，实现对手术室内的医疗设备的自动控制。设备集控单元重要实现以下控制功效：✓无影灯的一、二次聚焦及电源开关；✓手术台的升降、平移、倾斜、背板升降、一键复位、刹车及解锁等；✓手术外围环境灯带的分组启动和关闭；✓集控通讯模块预留与其它医疗信息系统（如PACS的）的通讯接口，用于与其它医疗信息系统交换医患信息、影像资料等。4、媒体服务接受客户端指令，实现对手术室内的监控设备，涉及数字摄像机、DVS的控制。监控设备代理单元重要实现以下控制功效：✓摄像机监控角度调节；✓摄像机镜头缩放倍率调节；✓摄像机镜头聚焦；✓摄像机参数（如对比度、照度、快门、光圈等）调节。5、显控终端接受客户端指令，将图文混排的成果显示到液晶大屏上。涉及：✓音视频解码；✓显控信令的解析和解决；✓成果的输出显示——影音播放。6、示教终端安装在示教室，实现对本地手术室和远程手术室的实时手术示教、手术观摩，对历史录播视频实现示教功效。✓实时示教：示教申请，直播视频回放，音频交互，音量调节，云镜控制，视频抓拍。✓录播示教：手术有关信息查询，视频信息查询，视频播放、暂停、回放、停止。✓视频显示：视频多个分屏模式显示，视频关闭，视频比例调节。✓视频下载：可将历史视频下载到本地。✓视频上传：对本地视频上传到示教系统中，并能够在系统中进行播放等控制。三、系统应用软件介绍(一)手术室集中控制系统安装在手术室内，实现对手术室的监控，医疗设备的集中控制，手术信息的统计，信息查询，含有视频录像和图像抓拍功效，另外能够实现影音交互，远程视教，视频推送，视频切换，音量控制等功效。(二)示教系统安装在示教室，实现对本地手术室和远程手术室的实时手术示教、手术观摩，对历史录播视频实现示教功效。具体涉及示教申请，获取手术视频，多个分屏模式显示，关闭视频，视频比例调节，直播视频回放、暂停、恢复直播，摄像机云镜控制，实时视频抓拍，语音对讲，音量调节。录播示教提供手术有关历史视频的查询和浏览，并提供对历史视频进行播放、暂停、回放、抓拍、下载功效，多屏模式显示视频。系统工具栏播放面板视频控制分屏模式(三)集中监控系统安装在护士站集中监控站，显示各在线手术室的状态信息，向在线手术室进行视频申请和语音交互申请，同时能够进行视频切换、音量大小控制，视频播放模式切换；可在手术室外对手术室视频进行录像，监控各手术室与示教室的交互状态；手术安排。四、安全体系设计(一)安全性设计规定从体系构造来看，安全体系应当是一种多层次、多方面的构造。通过对公安系统业务所面临的安全状况的分析，可将整个网络的安全性在总体构造上分为四个层次：网络层安全、应用层安全、系统层安全和管理层安全。网络层安全是指在网络的下三层(物理层、链路层、网络层)采用多个安全方法来保障网络平台的安全；应用层安全是指通过运用各应用系统和数据库本身的安全机制，在应用层确保对网络上所承载的多个网络应用系统的信息访问正当性；系统层安全重要是通过对操作系统的安全设臵，避免不法分子运用操作系统的安全漏洞对网络构成安全威胁；管理层安全重要是从网络所涉及的各分局和各派出所各级网络顾客内部安全管理和计算机病毒防备两方面来保障网络的安全。(二)数据访问的安全性登录验证机制：顾客登录时，需要输入系统分派的顾客名和密码。授权机制：系统提供完善的授权机制，能够灵活地分派顾客能够查看的摄像机、可执行的功效模块，可执行的具体功效等。因而顾客只能查看权限范畴内的摄像机和执行被授予的功效。顾客访问视频监控系统时都将进行身份认证，顾客输入顾客名和密码后，认证系统对其进行验证，以判断顾客与否有权使用此系统。认证系统对顾客进行安全认证，身份验证的资料来源于集中规划的数据库，数据库管理着业务运行管理系统的全部顾客的身份资料。顾客使用顾客名和密码对的登录门户系统后，门户将会维护该顾客的会话信息，顾客由此使用系统提供的视频监控服务。高效的认证机制使非法顾客无权使用视频监控系统。完善的权限管理：顾客登录到视频监控系统中后，系统提供应顾客使用界面，通过使用界面，顾客能够对监控点的设备进行管理和配臵、实时查看可监控点的视频图像、控制对各监控点视频图像的录像日程安排、管理、查看和检索保存在硬盘中的视频文献。系统含有完善的权限管理系统，数据库中统计了各个顾客对各监控点的使用权限，权限管理系统根据这些数据对顾客使用权限进行管理，并对顾客使用界面进行定制，使顾客只能管理和使用品有对应权限的监控点的设备和视频文献，而不会随意管理和查看其它监控点的设备和视频文献，保障系统的安全性。(三)平台运行的安全性本系统涉及到非常重要资料信息和平台管理信息，因此，必须采用方法确保其安全性。系统设备层从安全性角度考虑应当采用安全性比较高的操作系统，采用一定的冗余备份方案，对于客户资料、费用资料等重要数据要有可靠的存储方案；系统采用模块化构造，模块之间的通信按规定接口进行。任何一种模块的维护和更新以及新模块的追加都不影响其它模块；系统参数、顾客数据与解决程序应有相对的独立性。任何视频监控管理平台版本的变更都不应影响顾客数据；系统含有运行故障的监视功效。一旦出现死循环等重大故障，能自动再启动，并能即时报告故障信息；对外接口中，屏蔽具体的视音频编解码方式，含有良好的通用性和兼容性；1、数据信息的安全本方案中为数据安全进行了进一步的考虑。为了确保数据的存储安全同时兼顾读写效率，存储设备采用了可靠的RAID5技术进行磁盘冗余，同时设臵了一块全局热备盘，对数据进行了全方面保护。支持磁盘漫游功效，方便维护人员做磁盘阵列迁移和维护，避免磁盘插拔过程中由于插回原位臵而造成数据不可用。五、培训及售后服务顾客培训是确保整个社会治安监控系统项目成功的重要环节之一：培训的组织和计划是项目成功实施的核心因素，也是我们项目管理与质量保障体系的重要部分。为了让有关技术人员更加好地对系统进行管理和维护，云南电信将负责对有关技术人员进行全方面的培训，使之能尽快地熟悉掌握有关系统的操作、顾客配臵、运行、故障解决及日常测试维护，从而确保系统能正常安全的运行。(一)人员培训1、培训的目的和意义培训的目的：使有关设备使用人员不仅对整个网络有足够的认识，并且能够完全胜任所承当的工作，确保整个系统安全可靠地运行，并达成最大效益。为此，我们将针对社会治安动态监控系统项目的特性提供有针对性的培训。我们将会编制专业、完善、可操作性强的指导教材，使得操作人员通过培训这个环节就将技术、使用和管理有机地结合起来，确保项目的维护人员对系统的良好维护和管理。因此本次培训的重要对象是系统管理员，系统的使用者，系统的维护人员：即熟悉基本计算机知识；熟悉基本网络知识，基本网络数字化监控技术。这部分人员通过培训，重要能达成下列目的：✓掌握系统的日常使用的技巧；✓对整个系统中的硬件设备、系统软件、数据库、应用系统进行管理和维护；✓掌握系统的初始化和重要参数的设定办法；✓对普通性故障进行诊疗、定位和排除；✓掌握系统故障后的恢复办法；纯熟查阅多个系统操作和维护手册。2、培训的类型和方式针对本项目的培训方式重要有下列几个：顾客现场培训现场培训可觉得顾客提供