1、医院远程医疗系统建设技术方案LOGo北京医科大学口腔医院远程医疗(教育)示教系统解决方案深圳沃德-领先的远程视频通信系统提供商沃德市场部2014-10-31深圳沃德信息技术有限公司1. 概述远程医疗是指通过计算机技术、通信技术与多媒体技术，同医疗技术相结合，旨在提高诊断与医疗水平、降低医疗开支、满足广大人民群众保健需求的一项全新医疗服务。远程医疗技术已经从最初的电视监护、电话远程诊断发展到利用高速网络进行数字、图像、语音的综合传输，并且实现了实时的语音和高清晰图像的交流，为现代医学的应用提供了更广阔的发展空间。远程医疗使用远程通信技术、新电子技术和计算机多媒体技术，发挥大型医学中心医疗技术和设
2、备优势，对医疗卫生条件较差的及特殊环境提供远距离医学信息和服务。它包括远程诊断、远程会诊及护理、远程教育、远程医疗信息服务等所有医学活动。远程医疗按应用范围的不同可划分为：以检查诊断为目的的远程医疗诊断系统、以咨询会诊为目的的远程医疗会诊系统、以教案培训为目的的远程医疗教育系统和以家庭病床为目的的远程病床监护系统。2. 需求分析人类社会正经历着一场愈演愈烈的技术风暴的洗礼。以网络技术、多媒体技术为代表的新兴信息技术正以前所未有的速度改变着人类生活的方方面面，人类的学习模式也因此在这场风暴中发生重大的改变，信息化环境中，研究性学习、协作学习、个性化学习等基于技术的新型学习模式得到了越来越广泛的应
3、用，教案模式发生了巨大的变革。远程教育史师生凭借媒体所进行的一种不同于学校面对面教育的教育，是随着科学技术的发展，为了满足那些无法进入学校而又想接受教育的人们的需求而产生的教育形式。远程教育的开展让更多的人可以通过这个崭新高效的渠道获得更多更公平的教育机会。研究新技术条件下人类的学习过程有着巨大的社会意义。现阶段的远程医疗教案系统使用的视频图像编解码技术（H.264）处理图像占用的带宽过大，解决不了现阶段远程医疗的视频图像传输瓶颈。NVCT编解码技术以其独特的技术优势，将视频图像压缩至H.264的四分之一，以超窄带宽视频图像处理技术可以在200kbps的带宽条件下传输清晰流畅的D1动态画质图像
4、。真正解决传统的医疗模式，借助现在高速发展的信息技术，充分运用计算机、通信、医疗技术与设备相结合，通过数据、文字、语音和图像资料的远距离传送，真正实现专家与病人、专家与医务人员之间异地“面对面”的会诊。该工程的主要需求如下： 数字化手术室建设中，要针对手术室视频源多而复杂的特点进行处理，要求所有音视频应基于网络传输，降低施工和维护难度，符合技术发展趋势。 针对口腔手术室内有多个不同接口的视频源，需配备多个高、标清编码器，用于同时处理多个信号源；需在手术室吊顶下的两个角落分别固定一个半球形摄像机，用于观察手术室人员的整体活动；另需一台观察局部摄像机，以便找到一个最佳观察患者病患以及术者处理动作的
5、位置。控制室内墙壁上安装液晶电视（1080p），在墙壁或配置触摸控制屏或PC控制，实现各种信号（术中术野视频信号、病人信息HIS、LIS、PACS等）的切换，在液晶电视上展现。 建立高清数字化观摩室，分别在贵宾室、学习室、谈话室等。建立基于1080P高清观摩室，能够实现对病人各种资料的浏览（HIS、LIS、PACS等），多视频画面的选择，双向语音，远程控制手术室内的云台、焦距、光圈等。可以实现多方会场的学术交流。 在医院局域网内，建立视频示教终端，可以任意安装在医生工作站上，医生可以通过耳麦进行交流和指导，并能够实现对病人各种资料的浏览（HIS、LIS、PACS等），多视频画面的选择，双向语音
6、，远程控制手术室内的云台、焦距、光圈等。 建立远程（专网或互联网）示教平台系统，手机APP推送服务，可以使授权用户（多用户）在远端实时浏览病人各种资料，观摩学习口腔手术的实时视频（D1或720P画质）。 建立权限管理体系，确保病人的隐私和医生的学术隐私，要求凡是请求视频示教的科室或个人，要经过网络上的申请和审批，同时医生在开展手术时，随时可以知道来访观看的用户情况，并可以随时关闭或剔除来访者，并可以对录象、拍照、控制等进行授权。 建立视频海量存储服务器，通过各个授权终端可以进行视频的录象和拍照，并可以对录制的文件进行编辑，文件持有者有权对其进行网络发布方便教案，对于发布的视频和相片可以由授权观
7、看的用户进行点播。要求视频和照片均为通用格式，方便今后的音像教案的制作。3. 建设原则远程医疗系统的建设必须从实际出发，尽可能利用现有的网络条件和已有投资，在满足现有需求的同时，能够保证随着网络和技术的发展，支持平滑升级和扩容，有效保护投资。并能根据后续需求的变化和业务的发展，灵活支持各种业务的叠加和融合，满足未来业务的需求。因此，远程医疗系统的建设应遵从以下原则：1、经济、合理原则 应依据现有网络的实际情况，尽可能利用现有的网络条件 尽可能的保护已有的投资 尽可能利用已有的设备 对现有网络基本无改动，有很好的网络适应性2、先进性原则 系统严格遵循国际标准、国家标准和国内通信行业的规范要求 符
8、合行业的发展趋势，并确保采用当前成熟的产品技术 所有的设备采用最先进的技术，确保今后相当长的时间内技术上不会落伍3、开放、兼容原则 完全符合标准框架协议，采用业界协议 采用开放式标准设计，能够兼容其他医疗系统和设备 满足今后的发展，为未来业务扩展留有充分的扩充余地4、安全、可靠原则 系统具有高度的安全性，具有分级权限管理和高级加密机制 对工作环境要求较低，环境适应能力要强 系统设备安装使用简单，无需专业人员维护 系统具有很好的备份机制，满足高可靠性需求 对于端到端的业务故障，有很好的备份、应对机制5、网络、业务灵活原则 系统应该能够和现有的各种网络如内部IP网络，Internet网络有良好的互
9、通能力 系统应该可以和现有的e-mail、短信、彩信等应用有较好的互通能力 系统应该可以支持和已有的OA办公系统等融合4. 建设目标 整合医疗信息、建立数字化平台，方便手术医生在手术室调阅病人资料； 实现高清晰双向音/视频通信，将局域网内双方或多方的音视频进行共享，对各方摄像机的角度和焦距可以控制； 对手术室给出数字化建设规划，并给出布线方案，方便前期建设之用。 建立全面的授权鉴权机制，建立手术音视频互动教案网络和医患交流体系； 实现手术过程的海量存储和管理，方便音视频教材的制作； 方便实现远程医疗与视频学术会议； 利用计算机网络的计算机终端，上级医生轻松实现手术室监管和指导。5. 设计方案5
10、.1硬件部分5.1.1硬件要求1） 口腔手术室在每个手术室内安装3个摄像机，其中两个为半球摄像机，分别固定在手术室吊顶下的两个角，用于观察手术室人员的整体活动；而另一个摄像机为可调节式局部摄像机，安装在手术台附近不影响术者的地方。2） 手术室控制室控制室内墙壁上安装液晶电视（1080p），在墙壁上配置触摸控制屏或通过PC控制，实现各种信号（术中术野视频信号、病人信息HIS、LIS、PACS等）的切换，在液晶电视上展现。同时安装有吸顶音箱、音量控制器、噪音抑制器、功放等。3） 手术室机房交换机和控制机柜放在这里，机柜主要用于存放编、解码设备，负责所有信号（音频、视频、控制）的接入和调度，主要包括
11、高清控制矩阵、视频信号转换器、音频控制单元、多路高清编解码、计算机主机。4） 主机房部分主控制室建议设在计算机中心的机房内，主控制机柜主要包括主控制单元（与六个手术室的分矩阵相连）、MCU媒体交换平台、录播服务器等。对于网络传输部分，手术室和示教终端基于快速以太网络，即医院的内部局域网络，要求骨干为1000M,到桌面为100M。网络并发观看数量为64个用户。5） 示教室和终端部分教室和PC终端用户均要求有场景摄像机或摄像头，与手术室及会议室实现语音和视频的双向通讯，需要足够的带宽以达到高清晰度和不延时的效果，教室机柜包括用于与信息平台沟通的计算机主机、46寸高清液晶电视、音频套件、场景摄像机、
12、控制台等，采用网络传输方式；医院有2类需要观看手术直播的人员，一是学生或观摩医生，主要在教室或会议室中观看手术过程，并可以对话交流和操控手术室摄像机，主要通过高清电视机和投影仪来观看，要求电视机和投影仪具有HDMI高清端子；二是上级医生，在办公室随时利用PC观看任何手术室的状况和手术过程，主要通过桌面PC来观看，要求PC配备摄像头和耳麦。考虑到会议和分会场的互动以及多方的讨论互动，要求系统的音视频支持三方或多方，以呼叫请求方式加入。网络传输的码流要求25KB可以满足D1画质传输，以满足窄带环境下远程受教或指导人员的实时观摩交流与学习。不同的教室、会议室或主任办公室可同时观看同一个手术室的图像，
13、即系统支持一点对多点的并发，且通过合理压缩算法使得基于网络能正常运行。5.1.2设备配置清单（1）口腔手术室设备配置(单间)序号名称数量性能1局部摄像机1台（采用高清可调节摄像机 水平清晰度540TVL）2全景摄像机2台（采用半球定焦型摄像机） 水平清晰度480TVL）3吸顶音箱1只（定压:70-100V 功率5W）4无线话筒1套（UHF波段 一拖二）5NVCT高清编解码器3-4台 （高清分量/模拟复合/VGA）（2）口腔手术控制室设备配置（单间）序号名称数量性能1吸顶音箱1只（ 定压:70-100V 功率5W）2音量控制器1只3噪音抑制器1台4功放1台（定压：70-110V 功率100W）5
14、液晶TV/液晶显示器1台（3）手术室机房机房设备配置序号名称数量性能1千兆交换机2台（每台12口 带光纤模块接口）2机柜2台（容积32U 深度800mm）（4）计算机信息室设备配置序号名称数量 性能1媒体交换单元MCU2台（单台MCU 支持最大64位同时在线）2管理PC1台（品牌主流配置）3文件服务器1台4高速存储服务器群1套5机柜2台（容积42U 深度1000mm）（5）学习室（会议室）设备配置序号名称数量性能1观摩终端1台（高清编解码）2高清液晶TV（投影机）1台3无线话筒1套（UHF波段 一拖二）4音箱1对5功放1台6调音台1台7高清会议摄像机1台8机柜1台（6）谈话室设备配置序号名称数
15、量性能1观摩终端1台（高清编解码）2大尺寸触摸屏1台 3全景摄像机1台4对讲话筒1支5多媒体音箱1套6机柜1台（7）贵宾室设备配置序号名称数量性能1观摩终端1台2大尺寸触摸屏1台3全景摄像机1台4无线对讲话筒1套5高清液晶TV1台6高保真音箱1套7功放1台8机柜1台 注：各个房间（手术室）具体的设备配置可能会根据现场具体情况而更改。5.2软件部分系统权限管理业务逻辑：长期观看权限申请（主要用于主任、院长等管理层在办公室观看），确定某个观看类别手术医生在手术室的电脑界面上可以看到此手术是否在示教模式手术排班日志（时间、手术室号、手术类别、手术医生）手术排班系统手术过程中，可看到当前观看本手术的所
16、有观众列表，可选择是否接受来自观看方的对话申请，在多方同时观看时，可选看任何一个观看者图像，可发起与观看者的对话。可将显示器在手术本地信息和远端图像之间切换临时观看权限申请（主要用于教室、会议室的手术直播观看），确定某个手术和某个观看教室登陆手术示教管理系统，输入鉴权信息后即进入手术直播用户控制界面（可选择某个已授权的手术室，进行相应操作）观看手术直播过程中，可进行摄像机选看操作，可发起对话申请（临时观看权限可设置有对话权限或无对话权限）用户可根据授权对手术进行全程录像和拍照数字化手术室系统主要由下面四个子系统组成： 手术室工作站系统：是数字化手术室系统的核心部分，是整个系统的基石，负责管理和
17、调度本手术室内的所有的视频资源。可以调阅病人的各种信息资料，可以与手术工作站系统进行音、视频互动。 手术观摩系统：观摩授权手术间的手术，可以调阅病人的各种信息资料，可以与手术工作站系统进行音、视频互动。 直播/点播系统：对各种信号源通过编/解码，借助于网络，在系统内进行播放；对录制的视频文件进行管理，包括上传、发布，编辑等；对录制好的视频文件采用系统提供的播放器或通用播放器进行回放。 远程视频中心与分发系统：对各手术室以及交流互动的摄像机进行中心录入与分发服务，以满足远程用户通过PC与手机在窄带宽传输实时视频，多用户实时观看同一视频画面。 视频后台管理系统：定义用户，各种权限的设定，手术观摩申
18、请、批复，设置MCU，基础数据的维护等。5.2.1手术室工作站系统是数字化手术室系统的核心部分，是整个系统的基石，负责管理和控制本手术室内的所有的视频资源的调配。考虑到手术室人员及操作的特殊性，系统的界面直观、简洁，医生通过触摸的方式来完成各种操作，可以在各个功能之间进行灵活切换。通过与HIS系统的整合，手术室工作站系统登陆时自动显示当天本手术间的安排的手术列表，手术医生选择自己的手术病人后即可进入系统。在这里，系统同时提供了允许/禁止观摩的选择，主要是由手术医生来决定自己手术间的视频信号是否发送出去，如果选择的是禁止，观摩客户端即使已经得到了可以观摩本手术的授权也将无法看到该手术间的视频。系
19、统的主界面：图画1视频源的输入和输出选择：手术医生可以灵活选择视频源，将工作信号、手术室实时信号、术中术者语音信号等，调度和安排到各个视频输出设备上，并可任意指定把某些信号，通过手术直播系统进行对外广播。系统同时支持将同一个画面输出到多个屏幕显示。病人的医疗信息：通过采用信息系统的标准协议，系统实现与HIS、LIS、PACS等系统的无缝整合，医生可以在术前、术中方便、快捷地调阅病人的各种医疗信息，从而为手术提供更加安全、更加效率的保障。观摩人员列表：当系统发现有观摩人员进入后，会自动在观摩人员列表中显示出该人员，并同时把此人的各种权限列出。当手术医生对某个观摩人员使用“打开”后，直播系统会把观
20、摩人员所在的信号源立即“解读”在视频预览窗口中。手术医生可以了解观摩室情况，并可以根据实际情况来允许/禁止观摩人员的各种权限，一旦禁止后，系统立即通知观摩客户端，该人员则立即失去对应权限的功能。此时即使观摩客户端重新登陆也无法获得这些权限，直到被手术医生重新授权或本手术结束。云台控制：手术医生可以灵活的在触摸屏上来调整云台的上、下、左、右的偏转以及拉近、推远等操作，这样就可以避免去手工调整物理云台。音、视频的录制和拍照：为了保留一些有价值的手术资料，手术医生可以在手术过程中进行音、视频录制和拍照。各种设置：这里面包括了一些系统设置，包括音频、视频、云台控制等。根据需求，系统可提供一些相关查询功
21、能，如本手术间的当天的手术安排情况。5.2.2手术观摩系统主要接收来自于指定手术室的音、视频，也可把自己的视频信号传递给手术室端。并可在得到授权的情况下，对音、视频进行录制、拍照以及云台控制等。成功通过手术观摩系统的用户校验后，系统会自动显示出该用户的获得观摩授权的手术列表，选择后即可进入观摩系统。观摩系统主要有视频观摩、控制部分和病人医疗信息组成。视频观摩、控制：成功登陆后，系统除了自动打开本地的视频外，还打开登陆手术室的所有对外播放的视频。一个手术间可能存在多个视频源，或多方参加一个手术讨论，这个时候就可能需要将多路视频集成到一个画面上显示，系统提供了多个显示模板选择，用户可以把任意一个画
22、面切换到主画面，并可以通过双击该画面放大至整个显示窗口，继续双击该画面即可恢复成原始状态。系统同时支持将同一个画面输出到多个屏幕显示。如果观摩用户在用户管理系统中被定义具有云台控制、音、视频的录制和拍照的权限，则这些权限对应的功能就变为可用。云台控制：观摩人员可以对云台进行控制，包括上、下、左、右的偏转以及拉近、推远等，以满足多方位观摩或会诊的需要。观摩人员可以在手术过程中进行录制和拍照。录制可以在任意时候开始，任意时候结束。一旦开始进行录制，为了防止干扰，系统会立即锁定该云台，这时候所有对这个云台的控制立即失效。在观摩或控制、录制的过程中，如果手术医生禁止了这些权限，相应的操作会立即失效。设
23、置：这里面包括了一些针对本地或远端的设置。本地设置不受任何限制，但远端设置会受到用户权限的限制。病人的医疗信息：通过采用信息系统的标准协议，系统实现与HIS、LIS、PACS等系统的无缝整合，在观摩过程中，通过与手术室的音、视频的交互，可以达到更好的示教或会诊效果。5.2.3直播/点播系统通过对各种信号源的编/解码，借助于网络，可以实现实时直播的需求；对录制好的视频文件进行可以点播回放；同时包括了音、视频的录制、资料的编辑，音、视频的发布定义等。编码器在工作时不会对原有医疗设备的独立工作，包括成像质量造成任何影响；编码器忠实于原始信号，不降频，不缩小原图像大小；音频信号送入标准视频编码器，全景
24、视频一起混合编码为音视频信号传输。直播是数字化手术室系统的一个重要部分，将手术期间的各种音、视频信号实时在网络上传输。观摩用户为了达到更好的观摩效果，在得到授权的前提下，可以对手术室的云台进行一定的控制。在手术直播的过程中，用户可以进行录制和拍照（前提是得到相应授权）。录制可以在任意时候开始，任意时候结束。一旦对某个视频通道开始录制，为了防止干扰，系统会立即锁定该云台，这时候所有对这个云台的控制立即失效。系统支持同时可以多个通道进行录制。视频文件的自动上传与信息匹配：系统支持视频文件自动上传。一旦系统发现产生了录制文件，将根据预先的配置把文件上传到指定的文件服务器。如果上传失败的话，系统将会再
25、次上传，直到成功。即使发生计算机意外关机的情况，再次开机后，系统将自动侦测是否有未上传的文件。文件上传成功后，系统自动把文件同病人信息、手术医生信息、手术信息进行关联，为以后的点播做好数据准备。在点播时可以通过时间、术者、患者、手术名称、手术室等条件查找视频资料。音、视频编辑：为了防止自动上传的数据出现失误，以及必须要对一些数据进行调整，允许用户对资料信息进行编辑处理。这里的用户分为两类：超级用户和一般用户，超级用户拥有对所有资料编辑的权利，普通用户（手术人）则只能编辑自己做的手术的文件。音、视频发布：音、视频文件必须通过发布，才能被其他用户所点播。普通用户通过IE登陆后，只能看到跟自己相关的
26、音、视频文件。只有经过发布的文件，才出现在点播列表中，只有得到了授权的用户才可以播放，但文件拥护者（手术人）可以不受这些限制，可以直接播放。系统支持在线播放和离线播放。点击播放后，即自动使用系统提供的播放器或通用播放器进行回放，播放中的视频可以进行暂停、继续、快进、快退等操作。5.2.4视频后台管理系统包括了各种基础数据的维护，用户的建立，各种权限的授予，手术观摩申请、批复等。为了保护手术医生、病人的隐私和数据的安全，在数字化手术室系统内几乎所有的操控都需要得到相应的授权，例如观摩、录制、拍照、云台控制、点播等，用户所有的操控都只有权限满足的前提下才可以进行。基础数据维护：手术申请：用户若需要
27、观摩手术，必须预先提出申请。如果权限较高的用户则不需要提出申请，可以直接进行观摩。只有得到了同意批复的申请在手术开放期间才可以进入。经过有关人员的审核批复后，只有得到允许的用户才能进入申请手术间进行观摩。考虑到数据安全，系统采用了一些独特的处理方式：文件格式：视频文件提供了加密性质的系统独有的格式，必须使用系统提供的播放器才可以播放，这么做主要目的保护资料的安全性。1 文件存放：所有的音、视频文件集中保存在文件服务器上。支持离线保存、恢复。2 文件访问：所有的音、视频文件只有在发布后，才能被其他用户访问，特殊用户除外。1. 用户管理：系统会为每一个用户分配全局唯一用户名。无论登陆任意系统都采用
28、相同的用户名和密码。不同权限的用户进入同一个系统所见到的内容也不同。日志记录：系统会自动记录下一些用户特殊操作，如下载等，用于日后跟踪。5.3系统的环境要求手术室和示教终端基于快速以太网络，即医院的内部局域网络，要求骨干为1000M,到桌面为100M。MCU必须接驳在网络骨干上。每个手术室必须有两个RJ45网络接口，网络速度不小于100M；每个示教教室必须有RJ45网络接口；MCU接入的网络速度不小于1000M。每个手术室内机柜需要提供220V/20A交流电源；每个示教教室也需要提供220V/20A交流电源。示教教室外接投影需要有高清接口，且必须有足够的亮度。6. 系统功能设计6.1远程医疗以
29、往医院对于病人的流量控制很难，病人都倾向于去大医院看病，造成大医院人满为患而小医院门可罗雀的情况，病人往往得不到及时的治疗，也浪费了医疗资源。使用NVCT编码远程医疗系统后，各大小医院能方便地进行实时的交流、会诊，病人在任何联网的医院都能接受大医院级别的诊断，改善了地域的限制。这样很多轻微患者就可以在就近的小医院甚至社区医院就医，极大提高了医疗质量和效率，医疗资源也更加合理。6.2手术示教研讨利用NVCT远程医疗系统，通过医院的局域网，医院的领导及专家在不进入手术现场情况下，就可以实时观摩医院手术室的手术实施情况，并实时地向现场医生及相关人员进行提问或指导；同时也突破了手术室的空间限制，可以让
30、更多的学员能够实时观摩手术过程。并在超窄带宽的网络条件下，可以将手术现场的情况实时传输到其他任何地方。6.3实时监控门诊、住院大楼的安全保卫，病房、监护室的患者24小时监护，危重急救病房和手术室的监控等等，都离不开网络监控系统，NVCT远程医疗系统除了本身包含了强大的监控系统外，还能把医院原有的监控系统接入到视频会议中心来。在开会时，可以通过切换看到监控点的情况，并能在会议室掌握监控视频的切换。并能提供完整的权限控制方案，避免保安资料外泄。6.4数据会议NVCT远程医疗系统除了可提供电子白板、共享文档、文字即时消息和共享播放多媒体资源，还能方便的接入如X光机、CT、电子显微镜等专业设备视频图像进入视频会议系统内，为远程手术、远程诊断和远程培训，进行流视频的实时传输、播放和分享。专业级的视频采集和编解码能力使NVCT编解码设备支持外部设备输入动态视频影像的实时信号，具备分辨率为1024*768的高速（25帧/秒）VGA视频采集输入，实现数据内容实时分享。6.5全国共享医疗资源NVCT远程医疗系统基于IP网络
