议高清图像在腔镜系统中的传输

议高清图像在腔镜系统中的传输通州区人民医院设备科李超摘要：根据腔镜系统实际应用和发展，模拟信号在传输过程中的限制，提出了腔镜图像传输数字化的需要和思路。自l987年3月法国里昂的PhilipeMouret外科医师首次成功使用电视腹腔镜进行胆囊切除，现代微创外科手术技术被越来越广泛的运用。传统的腔镜手术设备由：摄像显像系统和腔镜器械组成，其中图像系统部分：摄像主机、摄像头、冷光源、监视器及气腹机等放在器械台车上。而现代化的手术室提出了数字化概念。即把手术室的设备固定在所需位置，对各种医疗设备进行有效整合，将先进的信息化技术运用到手术室，使医生在手术时能够实时获得大量与病人有关的重要图像、文字信息，从而给手术带来更高的安全性、提高了手术效率、缩短了周转时间，下图是2种手术室的对比。图1传统腔镜手术图2数字化手术室将传统的腔镜设备由台车转移到吊塔和悬吊显示屏上，手术医生更关心他看到的图像质量有没变差，我们知道，数字高清摄像是近几年的话题。以前的腹腔镜设备我们注重是单晶片还是三晶片摄像头的区别，而且因为整个成像系统安装在同一架台车上，进行的是色差分量图像传输，线长也不会超过5米，所以对摄像主机的输出视频信号究竟是：(DVI、SDI、RGB、Y/C还是Composite)都不太关注。但是若把台车上的设备移到吊塔和悬吊的显示屏上，带来了实际中的问题：1是图像传输的信号线会超过5米，2是信号线在主机、吊塔、悬吊臂、显示器各单元的途中会增加连接端子容易造成信号损失，3是模拟信号传输线过长容易被干扰，4是在实际的走线中信号线要走官腔连接端子不可能做的大。我们看一些数据图表：传统的复合（RCA）、S端子接口只能达到500线的分辨率，无法传输1280×720的高清信号；高清接口：色差(YPbPr)、DVI、HDMI、1394、USB、HD-SDI等S视频接口：(也称二分量视频接口)就是在AV接口的基础上将色度信号C和亮度信号Y进行分离，再分别以不同的通道进行传输，同AV接口相比由于它不再进行Y/C混合传输，因此在传输通道上避免了视频设备内信号串扰而产生的图像失真，提高了图像的清晰度，但S-Video仍要将两路色差信号(CrCb)混合为一路色度信号C，进行传输然后再在显示设备内解码为Cb和Cr进行处理，所以仍会带来一定信号损失而产生失真，而且由于CrCb的混合导致色度信号的带宽也有一定的限制，RGB接口：三原色输入的视频接口，日常都称之为色差分量接口。用YPbPr和YCbCr两种标识，前者表示逐行扫描色差输出，后者表示隔行扫描色差输出。色差分量接口一般利用3根信号线分别传送亮色和两路色差信号。避免了两路色差混合解码并再次分离的过程，也保持了色度通道的最大带宽，这3组信号分别是：亮度以Y标注，以及从三原色信号中的两种——蓝色和红色——去掉亮度信号后的色彩差异信号，分别标注为Pb和Pr，或者Cb和Cr，在三条线的接头处分别用绿、蓝、红色进行区别。经过反矩阵解码电路就可以还原为RGB三原色信号而成像，色差分量接口是模拟接口，支持传送480i/480p/576p/720p/1080i/1080p等格式的视频信号，不传输音频信号。DVI接口：DVI（DigitalVisualInterface）数字显示接口，是由1998年9月，在Intel开发者论坛上成立的数字显示工作小组（DigitalDisplayWorkingGroup简称DDWG），所制定的数字显示接口标准。原用于与具有数字显示输出功能的计算机显卡相连接，显示计算机的RGB信号。DVI数字端子比标准VGA端子信号要好，数字接口保证了全部内容采用数字格式传输，保证了主机到监视器的传输过程中数据的完整性（无干扰信号引入），可以得到更清晰的图像。HDMI源于DVI接口技术，它们主要是以美国晶像公司的TMDS信号传输技术为核心，这也就是为何HDMI接口和DVI接口能够通过转接头相互转换的原因，其在针脚上和DVI兼容，只是采用了不同的封装。与DVI相比，HDMI可以传输数字音频信号，并增加了对HDCP的支持，同时提供了更好的DDC可选功能。从原理上讲，HDMI完全向下兼容DVI。严格意义上讲，播放的质量不会有任何损失，因为它们根本就不需要转换！在技术规格上，HDMI到DVI是向下兼容的，因此DVI转HDMI理论上不会出现任何灰阶失真问题！RGB信号和HDMI信号在分辨率比较低的时候并看不出来太多差别。对于RGB信号，图像锐度低，在分辨率低的时候甚至看起来更暖色柔和。在高清晰度的时候，由于没有图像损失和模拟干扰，HDMI的表现度和分离度就要完全优于RGB信号。在同一显示器上HDMI与RGB接口的画质：1，理论上，1080P的显示器，在研发设计时，任何输入的画质都设定为同一水准。2，但HDMI作为数字接口，能有效防止水波纹、其他特有功能，这是模拟接口达不到的。SDI(serialdigitalinterface)接口是一种“数字分量串行接口”，标准清晰度SD-SDI、高清标准HD-SDI和3G-SDI，其根据SMPTE292M，对应速率分别是270Mb/s、1.485Gb/s和2.97Gb/s。HD-SDI主流分辨率为720p(1280x720)/1080p(1920x1080),接口大部分是采BNC接口走视频线输出,HD-SDI接口采用同轴电缆，以BNC接口作为线揽标准。理论有效距离为100M。对于HD-SDI和3G-SDI信号这样有着很高的数据传输速率的数字信号而言，正确地选择适当的电缆型号，BNC连接头，BNC头的压制都很重要。同轴线缆的选择，同轴线结构简单说，有三个基本因素：中心导体，绝缘层，屏蔽层。各种因素的优缺点如下：1)中心导体：分“实心”和“散心”（多股绞合）两种。信号衰减程度的关键部分。2)绝缘层需要采用“高发泡”的材料。3)屏蔽层需要采用编织加铝箔屏蔽的同轴线缆。S端子线DVI到VGAVGA到色差分量DVI到HDMI我院在用腔镜摄像主机视频输出施乐辉460HRGB输出卡尔.史托斯SLⅡVGA输出史塞克988SDI、DVI输出史塞克1088DVI输出在实际传输中一般以HDMI和SDI为主，市面上有可转换施乐辉460H、卡尔.史托斯SLⅡ的视频输出手术室腔镜摄像系统从传统台车变迁到吊塔高清，又因为模拟信号易受干扰等，新建手术室腔镜室在基础安装时就要预留高清图像信号线，单一室图像，HDMI与SDI选一即可，若有示教室会议室等长距离的图像信号传输就得考虑能匹配的同轴高清SDI和光纤传输。我院在新建手术室腔镜室吊塔上预留了HDMI与SDI高清线，可以驳接到不同厂家的显示屏吊臂信号线，SDI可以通过光纤扩展到远端的示教室。将此文给要扩建和新建手术室的同仁作辅助参考。