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2012.1一、项目概述(一)项目建设背景数字化手术室起源于上世纪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。利用实时数据检测和远程医学影像技术的结合，医生可以实时、便捷地获取大量与患者有关的信息，并在精确导航系统的帮助下实施更为精准的手术，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宝贵的资源。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，所有关于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显著提高，因此能从整体上显著提高医院的经济和社会效益。数字化手术室的建立，不会对医生提高要求——为了提高手术的效率和安全性，触摸屏只需护士操作就可以。虽然其背后的技术含量很高，可是对用户来说，只是非常简单、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，都能在正确的时刻，帮助医生做出正确的决定，从而提高手术的效率和安全性。(二)项目总体要求1、项目基本情况介绍2、项目建设目标数字化手术室是医院数字化建设的重要组成部分，项目的建设目标是：将手术室、医生办公室、护士站、教室、病房以及医院其他各个部门，进行网络系统连接，提供具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相关资料，方便医生了解病人的各种信息，为手术方案制定和手术过程的进行提供综合、快速的参考。实现：利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，将与手术相关的信息安全、有效、清晰地传输给手术参与者（包括手术医生、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、视频后处理等功能。在满足一定带宽基础上，可以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步协调为保障，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，客户端要求操作简单，图像清晰；整个系统能实现互联互控，充分发挥整个系统的综合功能。(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具有一定规模，系统的运行可靠性是主要性能之一。本系统必须确保24小时不间断的正常运行。本系统的可靠性主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；关键设备采用成熟厂家的设备；为了保证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，以工作角色确定每个人的工作权限，使信息和数据安全可靠。(3)、先进性系统充分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，以保证系统在若干年内的先进性。(4)、开放性系统应符合国家标准和行业规划，能提供用于系统集成的软、硬件接口，使系统具备良好的灵活性、兼容性、可扩展性。可兼容已存在的主流产品和系统，保证用户投资。(5)、经济性在保证系统先进性的同时，系统在设计中还应充分考虑设备的选型，配置参数以及性能、价格等因素，同时考虑现有各种资源及设备，以减少系统重复投资。系统在同类系统中具有最优的性能价格比。其费用包括以下内容：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要求所需的费用。(6)、系统的安全性网络的安全性保证系统的正常运行，特别是手术过程中的系统的正常运行，应采取比较严密的安全措施，保证影响资料、医疗档案等的安全性，防止窃密、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级标准，可以保证不被黑客所攻击。数据库的高级用户帐号及密码由服务器的系统管理员设定，数据库的普通用户帐号及密码权限由数据库高级用户（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。应用程序的安全性所有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，核对准确后方可进入系统。所有的操作人员均授予相应的级别及权限，任何越权的操作必须被拒绝。所有的操作与登陆信息均应有记录，并可以根据工号或密码进行查询。除基本资料外，工作人员不得对用户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，用户数量会不断扩大，对新功能的要求也将不断增加。这要求系统具备良好的可扩性，因而在建设初期，除了满足现有要求之外，还必须考虑系统的可扩容性，以保证今后发展的需求。系统的各个组成部件选用标准的硬件和软件，采用模块化设计，使系统可以通过增加模块的方式进行扩容；系统的接口要求规范化，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、项目设计标准可靠性和准确性是系统建设中永远追求的目标。因此本系统建设涉及的所有设计、施工、设备、材料和工艺均符合相关的国家标准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，整个系统建设中的所有工作均满足如下规范：《视频安防监控系统技术要求》（GA/T367－2001）；《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要求》（ISO/IEC11801）；《工业电视系统工程技术规范》（GBJ115－87）；《视音频编解码标准——视听对象的编码（6部分）》（ISO/IEC14496）；《工业企业扩音通信系统工程设计规程》（CECS62－94）；《工业企业通信工程设计图形及文字符号标准》（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要求》（GB8898－2001）；《测量、控制和试验室用电气设备的安全要求》（GB4793－2001）；《信息技术设备的安全》（GB4943－2001）。另外，所有的设计、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，可以对手术室进行全方位监控和全过程记录，使用者可以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，并可进行大范围的手术示范、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，相关视频信息等。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，都可以灵活在任何一个显示器上显示，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可以完整的保存，从而有效、方便地对所有病人相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。术中学术交流系统具有真实、高效、实时的特点，实时传输视频与音频信息，使与会者可以远距离进行直观、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、功能及性能需求(1)、一体化控制功能需求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、手术床均要求通过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。实现手术室内周围环境灯带的分组开启及关闭控制操作。(2)、音视频管理功能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到720×576（D1）的广播级要求，数字摄像机应达到1280×720（720p）高清标准。图像的网络延迟不大于0.5秒，能够满足交流的要求。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，摄像机分辨率应达到720p。手术室内的触摸屏工作站，可以完成中心授权和控制、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、其他手术室、护士站等场所基于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，实现与医院其他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能需求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能。用户操作界面具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、快捷功能键定义等。触摸屏点选操作功能要求操作简捷、响应迅速。界面突出显示手术时间、进度，并定义工作状态。实现对所有摄像装置定义名称并加权控制，允许改变配置、增加设备、定义访问权限。表1客户端软件功能需求表软件模块内容分项具体要求集中控制系统手术床调节支持手术床位移（升降、平移、左右倾、前后倾、背板升降、一键复位、刹车及解锁等）调节控制。术中加权控制无影灯聚焦控制无影灯的聚焦、照度及电源开关。术中加权控制环境灯带控制要求对手术外围环境灯带的开启和关闭进行分组控制摄像头可控制摄像机位移（PTZ控制），调节摄像头焦距等参数音视频管理系统导航编辑成像预留HIS、PACS、LIS、RIS等系统接口，支持快速影像导航编辑。即允许对调取获得的患者综合信息、静态影像报告、检验报告等文本信息与术野视频影像进行混屏编排操作，并完成最终的推送操作（成像于手术显示液晶屏）实时影音交互利用手术室内的触摸屏工作站，完成中心授权和控制、本地授权、本地请求等影像操作，实现系统间的多方在线实时影像交互，保持手术室与外界的实时语音沟通，实现跨手术室间（主任办公室、其他临床科室等）的手术过程技术指导。要求实现点对点的影音交互，无需设立控制中心影像记录存储实现手术影像资料的存档、检索等工作，满足医学研究以及医疗举证的需要。术中可根据需求，动态抓取手术术野静态图像及任意选择录制手术过程影像。要求本地数据存储时附带患者信息编号等，便于今后的数据检索手术报告报表术后可自动生成患者手术影像报告，并支持打印机存储功能。报告报表信息包括：患者信息、医护人员信息、手术时间记录、手术术野电子记录、医师评价、备注等，可根据用户需要定制视教会议观摩医院内的视教会议中心可通过音视频交互系统实现教学观摩，包括手术全景以及手术术野搞清影像的播放手术中央监控支持对所有手术室全景影像的集中监控，方便获取手术的进度、状态及其他综合影像信息。（护士站要求）可任意调整画面组成结构，具备画面缩放功能远程专家会诊通过WEB进行影音传送与交互，实现远程专家会诊、教学观摩及医疗研讨。要求根据带宽调整影像的传输质量系统维护基础数据维护提供系统基础数据（如logo标识定义、手术人员信息、患者信息、存储格式质量设定、设备定义、权限设定等）的维护功能数据备份提供对过往数据的备份及清除功能，支持多种备份介质环境参数设置调整系统的桌面配置方案，提供设备通讯接口测试等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，