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醫(yī)療行業(yè)DSA手術示教系統(tǒng)錄播改造建設案例剖析

醫(yī)療行業(yè)部分醫(yī)院早期在DSA手術示教系統(tǒng)建設時,出于成本的考慮,僅僅使用NVR實現(xiàn)了高清的手術直播以及部分手術信號的錄播,并沒有解決DSA手術中相關醫(yī)療設備高清信號的錄播。本文從筆者近期參與的DSA手術示教系統(tǒng)錄播改造項目,剖析改造過程中的應注意的相關事項。

  文/劉本軍 周媛媛  楊君

  湖北三峽職業(yè)技術學院互聯(lián)網(wǎng)教研室主任

  宜昌市中心人民醫(yī)院信息科科長

  中船重工七一〇研究所高級工程師

  DSA(Digital subtraction angiography)即血管造影的影像通過數(shù)字化處理,把不需要的組織影像刪除掉,只保留血管影像,其特點是圖像清晰,分辨率高,對觀察血管病變、血管狹窄的定位測量、診斷及介入治療提供了真實的立體圖像,為各種介入治療提供了必備條件,適用于全身血管性疾病及腫瘤的檢查及治療。應用DSA進行介入治療,為心血管疾病的診斷和治療開辟了一個新的領域,主要應用于冠心病、心律失常、瓣膜病和先天性心臟病的診斷和治療。

  由于DSA手術的特殊性,在建設DSA手術示教系統(tǒng)時,利用醫(yī)院現(xiàn)有網(wǎng)絡,實時傳輸高清手術圖像和先進醫(yī)療設備所獲取的醫(yī)療影像信息,使用者可通過網(wǎng)絡觀看手術過程,觀看方式多樣、靈活、無地域限制,擺脫傳統(tǒng)示教模式在時間、空間和人數(shù)上的限制。

  醫(yī)療行業(yè)部分醫(yī)院早期在DSA手術示教系統(tǒng)建設時,出于成本的考慮,僅僅使用NVR實現(xiàn)了高清的手術直播以及部分手術信號的錄播,并沒有解決DSA相關醫(yī)療設備高清信號的錄播,如圖1所示。

微信圖片_20180702141819.jpg 

圖1 原DSA手術示教系統(tǒng)拓撲圖

  目前DSA手術示教系統(tǒng)核心設備NVR(硬盤錄像機)錄制的僅是DSA手術室攝像頭的視頻信號,DSA手術中相關醫(yī)療相關設備4路高清信號無法錄制:(1)DSA血管造影設備,輸出接口為DVI;(2)Carto 3三維標測設備,輸出接口為DVI;(3)IVUS血管內(nèi)超聲設備,輸出接口為DVI;(4)心電圖設備,輸出接口為DVI。

  醫(yī)院心血管科室由于DSA手術實際教學和科研的需要,申請對DSA手術示教系統(tǒng)進行錄播改造,要求同步錄制DSA手術室攝像頭和相關醫(yī)療設備的高清信號。原DSA手術示教系統(tǒng)承建公司提出了系統(tǒng)錄播改造的建設方案,其系統(tǒng)拓撲結構如圖2所示:

微信圖片_20180702141822.jpg

  圖2 DSA手術示教系統(tǒng)錄播改造建議拓撲圖V1.0

  改造方案核心是采用專業(yè)的錄播主機TS-0650(一體化硬件設備),同時支持4路視頻DVI信號輸入,嵌入式Linux操作系統(tǒng),B/S架構,設備集成內(nèi)嵌高清視頻采集模塊、錄制模塊、直播模塊、圖像識別跟蹤模塊、導播切換模塊、圖像分割及拼接模塊、本地回顯輸出等多個模塊,實現(xiàn)視頻直播、智能導播、高清錄制、觸屏操控、圖像識別跟蹤等功能,視頻采用H.264編碼方式,純硬件 DSP 方式采集高清視頻及 VGA信號,是最新一代多媒體信息記錄與傳播設備。

  錄播主機TS-0650導播控制臺有著比較強大的功能,例如支持電影任意切換組合特效,支持四畫面,三畫面,畫中畫和對話畫面,并支持自定義畫面組合,支持自定義添加片頭和片尾功能,滿足醫(yī)院DSA手術示教系統(tǒng)的錄播需求,如圖3所示。

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圖3 錄播主機導播控制臺

  該改造建設方案看起來高大上,但在醫(yī)院內(nèi)部技術方案討論會上,我們發(fā)現(xiàn)該方案的幾個缺點:

  1、方案建設成本過高:錄播主機TS-0650雖然功能齊全但價格不菲,再加上配套的錄播服務器、DVI分配器以及改造施工費用,成本大約是原DSA手術示教系統(tǒng)的75%左右,遠遠超出部門的預算。

  2、改造后網(wǎng)絡拓撲復雜:由于要將DVI信號輸入至錄播主機TS-0650,原先設備DVI信號是是直接從DVI光端機進入視頻矩陣,現(xiàn)在要用DVI分配器對DVI信號重新分配成二路DVI信號,一路進入視頻矩陣,另外一路進入錄播主機,信號會有一定的衰減和延時,同時網(wǎng)絡拓撲結構比以前復雜多了,不利于系統(tǒng)后期穩(wěn)定地運行和維護。

  3、新增設備需要占用一定的機柜空間:由于DSA手術室本身空間并不大,再加上DSA手術示教系統(tǒng)前期建設時使用的是2米的圖騰機柜,機柜空間所剩無已,改造項目新增設備需要占用較多的機柜空間,再增加一個機柜已不太現(xiàn)實。

  經(jīng)過醫(yī)院和公司技術人員以及相關廠商技術人員充分溝通,我們提出了新的改造建設方案,系統(tǒng)拓撲結構如圖4所示:

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圖4 DSA手術示教系統(tǒng)錄播改造建議拓撲圖V2.0

  新的建設方案和以前的思路完全不同:使用視頻編碼轉換器HDV-264E,視頻采用H.264編碼方式,支持分辨率高達1080P,支持ONVIF、UDP、HTTP、RTSP、RTMP協(xié)議,支持NVR、網(wǎng)絡機頂盒、智能手機對高清視頻的解碼,兼容HDMI、DVI視頻信號的傳輸,所以可以將DSA相關醫(yī)療設備的DVI信號轉換成IP信號,基于TCP/IP網(wǎng)絡傳輸,這樣就方便多了,可以直接將設備的數(shù)據(jù)存儲于原系統(tǒng)IP存儲設備NVR(硬盤錄像機)設備中。

  經(jīng)過系統(tǒng)實際的測試,我們發(fā)現(xiàn)該方案穩(wěn)定可靠、視頻清晰、碼流小、延時低,可廣泛應用于各種需要對HDMI、DVI高清視頻信號基于TCP/IP網(wǎng)絡傳輸、采集的場合,具體測試的效果如圖5所示。

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圖5 使用瀏覽器預覽DSA設備視頻信號

  采用視頻編碼轉換器HDV-264E改造方案的優(yōu)點:

  1、方案建設成本低:雖然每一路DVI信號需要一個視頻編碼轉換器轉碼,但該設備價格并不高,整個系統(tǒng)建設成本大約是原DSA手術示教系統(tǒng)的15%左右,為客戶節(jié)省了大量的改造建設經(jīng)費。

  2、改造后網(wǎng)絡拓撲簡單:由于DSA醫(yī)療相關設備高清視頻信號基于TCP/IP網(wǎng)絡進行傳輸,使得原網(wǎng)絡的拓撲結構改變并不大,更利于系統(tǒng)后期穩(wěn)定地運行和維護。

  3、信號錄播、數(shù)據(jù)存儲方便簡單高效:由于系統(tǒng)采用NVR進行信號錄播、數(shù)據(jù)存儲,可以和DSA手術室攝像頭的視頻信號一起存儲,通過NVR可以很方便調(diào)用相關設備的視頻信號,同時NVR擴容十分方便,只要NVR盤位足夠,通過加裝相同硬盤就可以實現(xiàn)存儲擴容。

  采用視頻編碼轉換器HDV-264E改造方案的也有缺點:

  1、視頻編碼轉換器HDV-264E解碼能力有限:錄播主機TS-0650同時支持4路視頻DVI信號輸入,而視頻編碼轉換器HDV-264E只能支持一路視頻解碼,所以需要4臺視頻編碼轉換器HDV-264E來分別轉換4路DVI視頻信號,一定程度上增加了系統(tǒng)的復雜性。

  2、NVR錄播功能有限:錄播主機TS-0650錄制的文件格式支持標準 MP4,同時支持 AVI、MOV、FLV 和 MKV 等多種格式,無縫對接其它廠家非線編工具;而NVR僅僅是將設備視頻信號錄制下來,支持的格式為MP4,需要第三方工具才能轉碼為其它格式的視頻文件,同時有些錄播功能在使用時并不方便:例如使用電腦不能直接瀏覽網(wǎng)絡錄像機NVR的錄像文件,只能使用顯示器接NVR,這樣才能查看錄相視頻文件,同時如果需要復制錄像視頻文件還要使用U盤才行,所以后期視頻文件制作的工作量較大。

  總結:不管是針對醫(yī)療行業(yè)DSA手術示教系統(tǒng)進行錄播改造時,還是在做其它系統(tǒng)集成視頻項目改造時,除了考慮系統(tǒng)先進性、實用性之外,還應注意認真梳理用戶的需求、現(xiàn)場的施工環(huán)境、視頻現(xiàn)有需求及未來可預見性的需求,根據(jù)用戶的需求和預算提出合理化的建設方案,這才是技術人員應該做到的,而不是把廠家的解決方案復制過來然后交給用戶。


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