曾 永，童 斌，朱滨海，陈 莉，占伊扬

南京医科大学第一附属医院教育处，南京 210029

·资源开发与应用·

数字化多功能手术示教系统的功能设计

曾 永，童 斌，朱滨海，陈 莉，占伊扬

南京医科大学第一附属医院教育处，南京 210029

根据住院医师培训需求，我们在临床技能培训中心构建了一套数字化多功能手术示教系统。文章详细介绍了该系统的设计思路、软硬件配置、特点、成效和存在的不足。实际应用表明，该系统具有高清手术示教、课件存储、播放和课后评估、场景监控、远程会议、多媒体教学等应用效果，可满足临床技能培训多方位需求。

数字化；手术示教系统；功能设计

医院手术示教系统通过网络视讯技术进行手术视频转播教学，现在已经成为提高医护人员技能培训质量的有效途径，是医院信息化建设不可或缺的重要组成部分。综合实地考察和网上公示情况显示，几乎所有新建医院手术室都建有高（标）清手术转播示教系统／远程医疗会诊系统项目［1］。然而，临床技能培训中心是集手术示教、模拟医学教学和技能考核等一系列功能的综合性培训、考核场所，建立一个功能完善、实用性强，适合临床技能培训中心日常所需的系统是我们值得研究和探索的课题。笔者在该文以南京医科大学第一附属医院临床技能培训中心数字化多功能手术示教系统作为研究对象，对其进行了全方位功能设计。

1 设计思路

根据教育部、卫生部发布的《关于实施临床医学教育综合改革的若干意见》（教高［2012］6号）和国家卫计委发布的《住院医师规范化培训内容与标准（试行）》（国卫办科教发［2014］48）号）的文件要求［2］，该院临床技能培训中心（以下简称技能中心）考虑长远发展，结合自身教学特色，通过已开展的手术示教、日常培训、多站式技能考核、教学评估等一系列工作，新建了集手术示教、各技训室场景监控、课件和场景录播等功能于一体的数字化多功能手术示教系统。

2 系统配置

2.1 中控室配置

中控室全部由防静电地板铺设，人造大理石操作台，安装标准机柜一个，包含：CVS-Medical服务器、大屏拼接器、录播服务器、编解码器、电源管理设备、功率放大器等硬件以及相配套的手术示教系统、大屏拼接系统、录播系统、监控系统等软件组成。

2.2 软件配置

手术示教系统：B／S架构，支持对整个示教平台、视频终端等设备管理及用户权限管理，可将单一或多路信息传输至所须技训室，实现手术示教、场景教学、专家指导等功能。

大屏拼接系统：采用独创GPU硬件级图像处理算法、色彩反校融合处理算法、多点像素级贝赛尔曲面几何校正，8通道高清解码拼接显示系统，用于阶梯教室8台液晶拼接屏控制，可自定义应用模式，如单画面、双画面、多画面、画中画，等。

录播系统：嵌入式系统设计，采用国际标准流媒体格式，兼容H.323标准的MCU、终端，满足7×24的运行需求，主要用于音视频资料的录制、点播、存储等功能。

监控系统：采用国际H.264压缩算法，低码率2／ 4 Mbps传输，通过监控平台客户端软件或键盘实时操作球机进行变焦变倍、云台转动，等，可单画面、双画面、多画面（至多64路）同时调看手术室、技训室、阶梯教室、机房等场景。

2.3 硬件配置

CVS-Medical服务器：平台主机（19＇2U），1000／Mb／s以太网接口，全高清支持手术室、示教室、会议室等视频接入，单机支持4组手术视频同时进行。

大屏拼接器：I7 3700KCPU，8G内存，最高分辨率3 840×2 160＠24／25／30 fps，8 ms响应时间，内置8路数字采集卡，高清电视墙实时解码插件，实现8路高清解码显示。

录播服务器：数字化录像存储，1TB*2硬盘，2 200 h 2M录像存储，200路音视频同时点播。

编解码器：丰富的音视频接口，DVI-I、HDMI、3GSDI可选模块，专用数字音频，卡农、RCA、6.35 mm支持双声道立体声，采用H.264视频压缩算法，1 080 P分辨率，支持高达60帧／s的流畅度和8 Mbps的超高码流处理能力。

监控互通网关：2个千兆网口双网段接入，6个USB口，1 080 P分辨率，支持多路监控图像同时调看、PTZ控制、录像回放及下载、语音呼叫、电视墙浏览及告警联动功能，等。

功率放大器：立体声8Ω200W，4Ω300W，桥接8Ω 600W频率响应，信噪比（20Hz-20KHz）XLS 202：＞100 dB。

操作主机：I74790 CUP、16 G内存、1T硬盘、GTX 760显卡、ANTEC VP500电源。

2.4 外设配置

该系统外设由6台高清6 000流明投影仪、10台46寸高清液晶屏、1台85寸高清液晶电视、26台高速球型网络摄像机、8台高清半球型网络摄像机、3台高清术野摄像机、3台19寸高清终端、10套语音终端等组成，所有设备分辨率或清晰度均为1 920*1 080 P。

其系统结构图如图1所示。

图1 系统结构图

3 系统特点

3.1 安全性

全面采用嵌入式软件操作系统，遵循电信级安全可靠的原则，传输网络安装网络加密机，保障所有数据在传输时都是密文，能有效防止病毒、黑客的攻击，具有极高的安全性。

3.2 高清晰、高保真性

模拟门诊室、模拟手术室、模拟ICU、阶梯教室等输入、输出设备均支持1 080 P的视频分辨率、48 KHz音频采样率，所有的图像和音频资源采用动态采集、编解码，通过音视频信息处理终端，把数字技术和音视频技术完美结合，实现中央控制系统的无缝连接和实时双向音视频交互，改变了传统示教系统单一的平面信息或单向信息传递，为教学提供高清晰画面和CD级音质效果［3-4］。

3.3 可监控性

监控系统由高清高速球型网络摄像机（清晰度为1 920*1 080 P，20倍光学变焦、4倍数字变焦，全方位旋转）与IP网络相连传输至系统平台。教师需要观察技能中心各技训室学员动态时，通过监控系统调取各技训室摄像机便可实现。

3.4 可录播性

采用数字化录播系统，可自动接收来自媒体处理平台的音视频码流，录制后的文件以ASF格式存储在录播服务器本地硬盘中。该系统支持多路同步进行，后续可通过播放器、视频终端进行点播、回放、拷贝，等，为今后课程制作、教学评估、学术交流等提供有力支持。

3.5 兼容性

支持手术室、阶梯教室、技训室、电脑机房等全方位信号接入，具备HD-SDI、VGA、HDM、摄像机及各类医疗影像设备高、标清信号兼容接入，包括HIS系统、监护仪、麻醉机、核磁共振设备等信息。

3.6 分级分权管理

为满足不同教学需要，采用多级权限架构设计，支持超级管理员、普通管理员、操作员等多种用户权限的划分，可根据不同用户需求，申请开通不同权限用户使用。

3.7 存储扩展

系统自身的硬盘容量有限（4T），为满足日益增加的录制内容，对部分视频录制完成后可刻录成蓝光DVD盘，便于长期保存［1］。还可支持云存储，满足长远教学视频需求，为海量数据提供可扩展的、安全可靠的存储解决方案［5］。

4 应用成效

4.1 高清手术示教

该院内镜诊疗技术培训基地是卫生部、国际外科学院（ICS）指定的国内惟一培训基地。每期全国高级腹腔镜外科技术培训班开班时，18、21号手术室同时或单独将术野信息及医疗设备的数据信息实时传输至技能中心基础腔镜室（亦可至其他技训室）。教师可根据需要，在讲课过程中申请观摩正在进行的手术，征得同意后，可自行选择观看手术室内的高清手术视频及各类医疗设备的数据情况，并据此对学员讲解手术内容。主刀医师也可通过无线耳麦向学员指导手术过程，并可与技训室教师、学员语音互动，学员如有疑问可随时向主刀医师提问。实现了在技训室高清晰、全方位、立体化地观摩学习手术过程，从而提高了培训效果。

4.2 课件存储、播放和课后评估

2015年开展国家级、省级继续教育培训班等各类培训915.5 h，6 648人次。技能中心会议室、阶梯教室、计算机室等其他21间技训室通过录播服务器可以同步录制高清音视频课件和教学场景，共录制教学课件、影像资料、医学图像等1.5 TB。课间，可在不同的技训室调看录制的课件；课后，教师或学员通过申请审批后可以拷贝这些课件。同时，教师和学员可对课件进行探讨和评估，也可请相关专家进行讲评。

4.3 场景监控

多站式技能考核因考核站点多、参加人员多，很容易造成考场混乱的局面。技能中心自2014年8月正式投入使用以来，采用多站式已承办2期医院住院医师年度考核（每期300多人），2期江苏省住院医师结业考核（每期200多人）。组织者依托监控系统在中控室查看所有考点和人员情况，并根据考核进程合理安排考生参加考试，使得考场井然有序。

4.4 远程会议

医院本部和技能中心直线距离0.6公里，教师平时医疗工作繁忙往返不便。该系统信号基于IP网络传输，采用高效的音视频编解码技术，实现远程手术室、会议室、技训室等相互之间高清音视频信号传输，且图像清楚，声音清晰，无延时［6-7］。

4.5 多媒体教学

多媒体教学在医学教学中的成效早已显而易见［8-9］。医院技能中心各技训室均配置高清投影仪、液晶屏和语音终端等设备，不仅具有多媒体教学的功能，而且每间技训室都可申请调阅系统中存储的大量教学课件、医学图像、手术视频，等，还可实时与手术室、其他技训室音视频互动。

5 讨论

当前，国内众多大型医疗机构已建或在建技能中心，临床医学非常注重个人技能以及实际操作能力，这一特性也就决定了临床医学人才的培养必须以临床技能的训练为核心，以便胜任临床工作岗位［10］。现在面临的一个课题是—有什么好的信息系统能帮助提高技能培训的质量。我们需要：使用效果好、操作简单、运行稳定、维修方便、维护成本低，能接入多种医疗设备信号，满足各类教学、评估、考核适合技能中心使用的系统，而不仅仅是转播手术视频，播放幻灯片而已。“路漫漫其修远兮，吾将上下而求索”，只有不断优化现有的系统，通过长期实践和探索，以人性化、实用性为基准，发现并完善其中的不足，才能达到不断提高教学质量和促进技能中心长远发展的目的。经过两年的运行，目前该系统还存在着一些不足之处：

5.1 单路电源供电

该系统由多套系统组成，完全满足现在技能中心日常工作需求。但该系统共用一个电源管理设备，一旦故障其他所有功能将无法实现，然而电源模块在高压下长时间工作较易损坏。因此，操作人员需要一定的维修技能和储备一些零配件，以备不时之需。

5.2 带宽不足

系统基于电信网络实现高清音视频信号传输，目前带宽8M，只传输两间手术室信号。在医院即将落成的新大楼中，80间手术室具有手术示教功能，8M带宽无法满足将来更多手术室音视频信号同时传输的需求。因此，必要时可将带宽扩容，以满足今后教学所须。

与传统教学相比，该系统具有很强的安全性、实用性、高清晰性、可监控性、可录播性等功能，能满足不同教学的需求。它打破了枯燥的照本宣科授课方式，以贴近临床的实景画面、高清呈现的细微动作、要点重现的录放功能，使得每一位学员身临其境，真正懂得临床医学的实际操作手法及关键细节处理，又避免了培训人员众多而带来拥挤、交叉感染等风险隐患，深受广大带教教师、学员及参观人员的好评。该系统探索了依托网络视讯技术开展模拟医学教学的路子，为网络化医疗培训系统的深化应用提供了重要的借鉴意义，使得医院在数字化、现代化、信息化建设方面迈上了一个新台阶［11-13］。

［1］赵惠康，杨爱华，刘博.我国高清手术转播示教系统的现状与发展趋势［J］.中国医学教育技术，2013，27（2）：185-190

［2］国家卫生计生委.住院医师规范化培训内容与标准（试行）（国卫办科教发［2014］48号）［EB／OL］.http：／／www.cmda.net／yishizhiyexinxi／zhengcefalv／2014-08-28／13623.html，2014-08-25

［3］华程，张飞飞.科达医疗云视讯解决方案让医者不再“独行”［J］.中国公共安全，2014（6）：50-52

［4］郑文剑，吴成.全高清手术示教系统在数字化医院中的应用［J］.智能建筑，2009（7）：31-34

［5］张艳铃，徐海峰.浅谈云存储在医院信息化中的应用［J］.医疗卫生装备，2012，33（8）：40-41

［6］邹陆曦，胡广禄，孙玲.数字化高清转播和示教系统设计与实现［J］.医疗卫生装备，2016，37（1）：62-64

［7］陈欢，李劲松，周天舒，等.全高清1080P手术示教系统的设计与实现［J］.中国数字医学，2010，5（1）：43-46

［8］刘立东，刘开明.医学多媒体教学研究［J］.中国医学教育杂志，2006，26（3）：77-79

［9］吴敬医，王涛，王箴，等.医学模拟教学在中心静脉穿刺置管多媒体教学中的应用［J／CD］.中华临床医师杂志：电子版，2016，10（2）：303-306

［10］王虹，陈琪，朱滨海，周建伟.构建以临床技能训练为核心的“5＋3＋X”临床医学人才培养体系的探索与实践［J］.学位与研究生教育，2013（4）：11-15

［11］杨新光，石秀兵，吴志刚，等.基于数字网络通讯技术的数字化手术示教系统［J］.中国医疗装备，2015，30（7）：93-95

［12］李春报，张建中，何红.数字化临床手术示教系统的设计与建设［J］.海南医学院学报，2008，14（5）：593-597

［13］罗娟，唐晓东，符峰钊.医院手术示教直播系统的建立与效果评价［J］.实用医药杂志，2011（2）：179-180

Function design of the digitalmulti-functional operation teaching system

Zeng Yong，Tong Bin，Zhu Binhai，Chen Li，Zhan Yiyang
Education Section，the First Affiliated Hospital of Nanjing Medical University，Nanjing210029，China

According to the requirements of resident training，we created a set of digitalmultifunctional operation teaching system in the clinical skills training center.This paper introduces the ideas for designing the system，hardware and software configurations，its characteristics，outcomes and shortcomings.Practical application shows that the system has achieved a satisfactory application effect.It can be used in high-resolution operation teaching，storing and playing courseware，teaching evaluation，scene monitoring，remote meetings，and multimedia-assisted teaching，which meets the all-round demand of clinical skills training center.

digitization；operation teaching system；function design

G434

A

1004-5287（2017）01-0026-04

2016-08-25

曾永（1981-），男，浙江临安人，本科，助理研究员，主要研究方向：医学教育与管理。

朱滨海（1974-），男，江苏滨海人，研究员，硕士，主要研究方向：医学教育与管理。电话：025-68136971；E-mail：zhubinh＠sina.com

【DOI】：10.13566／j.cnki.cmet.cn61-1317／g4.201701008