高清非标准医学图像在手术示教中的解决实例

[关 键 词 ] 高清非标准医学图像；转换统一标准；实现；手术示教

[中图分类号]R612 [文献标识码]B [文章编号]1673-7210（2008）11（b）-101-02

为提高手术质量,同时降低手术感染率,各级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,这就造成了许多实际困难,观摩手术的机会大大减少,不利于提高医生实际的手术操作质量.而采用先进的数字化网络手术直播和图像实录,用于研究、观摩、病例操作、协调诊断,异地专家手术中的远程指导和技术交流已经得到众多医院的重视.但由于X光机、数字胃肠机、放射介入数字减影机等医学影像设备采用的是非统一标准的图像格式, X线下非标准医学视频无法接播通用VGA、S-Video等通用视频接口,这给手术示教带来了很大的难度.

1.手术网络系统的有关技术要求

根据医院计算机网络中心关于手术网络系统的有关技术要求,采用最新的网络技术和摄像机技术,利用医院的局域网及广域网结构来实现其主要功能,保证该系统在使用过程中的稳定性,还要避免由于软件压缩而造成设备死机、性能不稳定、操作复杂等现象的发生.还要同时满足医院手术室的视频采编刻录、网络直播、手术实时操作、手术指导,远端观摩学习.系统采用了摄像机、术前准备室摄像机、交换机、怎么写作器、手术台全景摄像机、手术室全景摄像机、X光机图像采集转换设备、移动高清图像采集车,把来自于摄像机、术前准备室、手术台摄像机、手术室全景摄像机的信息通过院内局域网及广域网进行在线采集,实时播放,满足手术视频实时操作、远程专家与手术医生进行双向可视的音像交流互动,远端教学观摩学习,手术过程实时录像及刻录成DVD光盘,作为资料存档,满足系统运作的要求.

一般在手术室、示教室、会议室能随时与示教讲解老师进行对话.要求在观摩点请求发言的操作简单,多用户并发时响应及时、经典及重要的手术过程音视频信息能够实现本地异地存储、采用通用标准的格式,音频具有分布式回声消除、噪声抑制、自动增益控制、噪音自动适应模式功能,能单独调节各声道音频大小.

2.医学图像与采集医学图像的分类

在医学图像成像和采集环节上,医学图像与采集医学图像可分为4类.分别为①静态医学图像：反映某一时刻生理组织结构的图像,主要用于器质性病变诊断.如常规放射图像,X―CT、MRI及其造影图像等.②动态图像：实时显示生理运动过程,进行较长时间观察,可用于诊断和观摩手术过程.要求在观察过程中对患者无损或尽可能少损伤.如：使用影像增强器的放射成像,可用于介入治疗精细手术的定位和过程观察、手术导航等方面；超声图像可观察心血管活动情况；实时阻抗参数成像可以观察到呼吸变化、胃蠕动；内窥镜可观察到器官内部活动情况.③功能图像：通过可视特殊图像信息来反映生理过程的变化,反映的是生物组织物理、化学、新陈代谢、细胞活动的情况.如PET、γ像机可反映组织的生理、生化、代谢活动,红外成像可反映组织的温度分布,进而推知其活动(化学活动、新陈代谢活动)的强弱；微波成像可以通过组织介电常数的测定反映细胞质成分、血氧和心肌是否缺血；阻抗参数成像可以观察肺呼吸、肌肉组织的含水量、脂肪量、心肌的供血情况等.④其他人工重组的图形和图像：把各种生理信息通过计算机按一定的约定重构成一些图形或图像,使其信息内容可视化,并可给出一定的特征值.如脑电地形图、生理信号的趋势图、频谱图等.

3.现实中医院手术示教的难点

在现实医院的手术示教中,除US、CT、MRI、PEC、SPECT等数字图像外,还常将常规X光片等模拟图像信息进行数字化采集和传输.另外,计算机X线成像(Computer radiology,简称CR)和数字胃肠成像技术的发展使得传统X线诊断技术有了飞跃性的进步,也要求与手术示教系统连接,医学影像设备现存在三种接口,即非医学数字图像通讯（DICOM）标准的数字接口、模拟接口、 DICOM标准的数字接口,对于不同的接口应采用不同的连接方式.①非DICOM标准的数字接口一般要用专门设备或升级模块将其影像转换为DICOM标准数据.②模拟接口首先要通过扫描仪或视频捕捉卡采集图像,然后通过各工作站上的重建器,使其转换为符合标准的动态或静态图像.这种方法一般用于传统的X光片、超声、胃镜等设备.③DICOM标准的数字接口可以直接与PACS连接,以通信方式获取文档,数据无损,这类数字设备实际上是接入PACS的主流设备,它可以与PACS之间实现双向数据传输.在手术示教系统中模拟接口的医学影像设备使用较为普遍,针对X线下非标准医学视频无法接播通用VGA、S-Video等通用视频接口的现状,在研究建立非标准视频信号特征转换算法库的基础上,应用高速数字系统现场集成技术,采用硬件描述语言编程设计的方法,很好地实现了高分辨X线非标准医学视频的实时转换,为临床X线介入的科研、教学、会议转播提供了方便的系统平台.写作的高清黑白图像采集卡可三选一输入,可实时采集标准（非标准)逐（隔）行视频信号、最大采样频率100 M、硬件镜像反转、硬件外触发采集、输入输出查找表,可直接采集格式有8位、24位、32位、实时D/A视频输出回显、自动测量信号行、场特性、真正256灰级VGA显示实时D/A视频输出回显.

4.手术示教中的难点：高清非标准医学图像的解决办法及实例

2008年5月10日,“2008全国消化系早癌内镜诊断与治疗学术会议暨第三届河北消化内镜与消化病学术会议”在河北医科大学第二医院召开,会议使用该新型数字手术示教系统成功地完成了会议全部手术示教的任务,由该院信息中心与石家庄市华正电子公司共同研制的此数字手术示教系统是用于医院手术室手术过程的现场演播和记录,包含有数字胃肠机和放射介入数字减影机的医学高清非标准图像,该示教效果及技术的先进性目前在河北省内领先,全面满足手术示教系统音视频实时同步、高画质、高保真的要求,是提高医院教学技术的重要手段.

该系统由音视频实时采集子系统、播出控制子系统、示教室播出子系统构成.其中,音视频实时采集子系统由设置在各手术室的前端摄像机、拾音器、前端数字音视频网络怎么写作器构成；播出控制子系统由设置在总控中心及授权终端的控制主机及视频存储怎么写作器组成；示教室播出控制子系统由设置在各演示教室的示教工作站、多媒体投影仪、电动投影屏幕等组成,可以在示教室调用需要观看的手术室现场情况.

该手术示教系统在手术室采用无影灯彩色摄像机从手术部位的上方和数字胃肠机和放射介入数字减影机及内镜进行图像采集,并可在总控中心及授权终端对摄像机进行遥控操作.此系统有双向对讲通话功能,实现图像信号与声音信号同步交换,使在示教中心观摩、会诊的医护人员更有临场感,还可实现远方与手术现场的实时交互,达到远程医疗及教学的目的.工作人员操作计算机,应用先进的监控技术,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,对手术过程进行监控,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怎么写作器上,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.

此系统科技含量高,它的设计涉及到建筑学、护理学、卫生学、生物学、工程学等科学领域,优点在于：①利用医院现有网络,节省大量建设经费；②手术过程和细节信息实时而且高清晰,教学效果水平提高；③随时随地的观看想要观看的手术过程,完全摆脱了传统示教模式在时间、空间和人数上的限制；④资料的录制和备份方式先进,查询方式简便,观看方式多样、灵活、无地域限制；⑤将医学高清非标准图像转化为了国际标准的高清图像,利于广泛地与同行交流和扩接其他设备.

因此,将前端手术室中的手术情况通过网络实时直播到各示教室,并保存资料供以后查询、点播,并提供多种访问和管理方式的新一代的网络医疗数字手术示教系统成为推动医院教学研究模式改革,提升医院医疗教学管理水平的一种重要产品.

（收稿日期：2008-06-25）