手术视频示教网的设计与应用
张维芯a，王婷a，张伟威a，诸明a，沈宫建a，陈功b
南京中医药大学附属医院 a.信息工程部；b.经济管理办公室，江苏 南京210029
[摘 要]目的构建一套完整的视频会诊和示教网络系统，满足医院在远程会诊与视频示教方面的需求。方法系统基础网络采用星形扩散技术设计实现，核心交换层利用虚拟化技术实现。结果设计完成的网络通信环境，实现了高清视频流、数字医疗影像、电子病历信息、检验检查报告等数据在远程会诊与视频平台上高速转发。结论新构建的视频示教网络能够满足当前医疗示教需求，也为未来的医院数字化建设打下了基础。
[关键词]视频示教网；医疗设备；远程会诊；医学影像视频
0 引言
近年来，科学技术的发展和突破推动了医疗设备的不断进步，大量先进的医疗设备在各级医院得到逐步的应用和普及，如CT（计算机断层扫描）、MRI（核磁共振）、PET-CT（正电子发射计算机断层显像）、DR（数字化X射线）、DSA（血管造影）、各型内镜等[1]。先进医疗设备所获取的丰富的医疗影像信息为医生的诊断和治疗提供极大地帮助，同时也对手术示教及医疗观摩系统能否有效采集、记录、传输提出了挑战[2-3]。为此，本文提出建立医疗视频示教网，以期对促进医学教育、医学技术传承和远程医疗服务发展起到推动作用[4]。
1 视频示教网络建设原则
为适应今后很长一段时间网络和通信技术的高速发展，要求本网络系统不仅能体现当今先进技术水平，而且具有高度开放性，能为用户提供一个高效、标准和开放的基础平台[5]，建设原则归纳如下：
（1）先进性和实用性。本设计采用星形扩散网络技术与虚拟化技术来设计整体网络构架，以适应更高的数据、视频（多媒体）的传输需要。
（2）安全性和可靠性。本设计采用硬件备份、冗余等可靠性技术提高整个网络系统的可靠性，保证各项业务应用,尽量避免系统的单点故障；利用三层网络架构的不同功能，划分为安全级别不同的区域，通过防火墙插卡进行安全隔离控制互访，在不同安全区域之间进行基础网络安全隔离，既保证高效地运转，又保障网络安全。
（3）灵活性和可扩展性。本设计采用机架式交换机作为网络核心交换机，使网络系统具有良好的灵活性和可扩展性，能够根据发展需要，方便扩展网络覆盖范围、扩大网络容量和提高网络的各层次节点的功能。
（4）项目建设及功能:① 直播手术过程，包括手术台图像、手术室图像、手术室语音，直播教学在示教室进行，同时可以设定开放账号为医院各科室提供共享资源；② 录制整个手术过程，作为教学资料进行存储；③ 支持时间查询、名称查询、条件查询等多种方式点播手术视频资料，并支持录像资料的下载和转储；④ 设定用户权限控制机制，对不同用户的访问权限进行区分。
2 医疗视频示教网整体方案
2.1 视频示教信号系统组成
视频示教系统共由5部分组成：信号采集部分、信号存储转发部分、信号接收显示部分、控制管理部分、语音交互部分。整个系统视频交互示意图，见图1。
图1 视频示教系统各部分交互示意图
图2 视频示教网整体部署
2.2 视频示教网络架构设计
从物理分布结构来看，整体视频示教网以星形扩散结构设计，网络建设设定在我院南院住院大楼，主核心设定在医院中心计算机机房内，为整网的中心核心层，整个大楼网络设计采用“核心”→“汇聚”→“接入”3层结构，见图2。核心层节点的网络设备需要高速运送整个视频教学网络的流量，设备承载的压力较大，现阶段视频示教网仅需部署在医院的“南院大楼”，并在大楼内设立一个汇聚机房，部署汇聚交换机设备，汇聚交换机下连大楼内各楼层的视频示教网接入交换机，上连医院中心机房的视频示教网核心交换机。将来如还需将本网扩展至整个医院，因此将遵循相同的建设模式，每幢大楼设立一个聚会机房，负责本楼宇内的各接入层设备上连。核心层和汇聚层将采用网络虚拟化技术，实现网络节点的高可用性。通过虚拟化链路聚合提高整体转发性能和可靠性并大大简化管理。网络主干采用万兆光纤链路，包括核心-汇聚，网络接入采用千兆主干，包括汇聚-接入。
2.3 视频示教网络设备部署
核心层由2台高性能交换机构建，部署在医院中心机房内，负责整个视频示教网的组播视频流的高速交换。核心交换机配备冗余电源及引擎，保证网络健壮性与可靠性，并利用虚拟化技术，将2台核心交换机虚拟化为1台交换机，从而实现2台设备的协同工作、统一管理和不间断维护[5-6]。核心设备未来可以通过10 G万兆线缆互联，智能地进行虚拟化堆叠[7]。
2.4 视频示教网络的应用
视频示教网络主要业务类型为多媒体业务流，可分为实况流、存储流和回放流。不考虑数据传输所需要的网络协议，视频系统本身的控制流通常采用单播；存储流有可靠性要求，一般基于TCP传输，故也采用单播；回放流类似于视频点播，每个用户有各自的回放视频段需求，一般也采用单播。只有实时视频流及语音流、视频系统等应用都是基于组播的应用。
3 结语
临床教学是众多大型医院的一项重要任务，担负着培养后备医护人员的重任，教学方式通常是现场观摩，但是由于教学条件的限制，现场观摩的空间狭窄，参加人员受到限制，同时也给病人正常治疗带来了不必要的麻烦，效果很不理想。医疗视频示教网信息资源系统的建立对促进医学教育、医学技术传承和医学文化的推广起到了巨大的推动作用[8-9]。
[参考文献]
[1] 张维芯,张伟威,陈功.基于3G网络移动DR设备图像传输的应用[J].医疗卫生装备,2013,34(4):169-170.
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[3] 王雯,夏蕾,鲍玉荣,等.远程会诊在远程医学教育中的应用[J].继续教育,2015, (11):36-38.
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Design and Application of a Surgical Video Teaching Network
ZHANG Wei-xina, WANG Tinga, ZHANG Wei-weia, ZHU Minga, SHEN Gong-jiana, CHEN Gongb
a. Department of Information Engineering; b. Office of Economy Management, the Affiliated Hospital of Nanjing University of Traditional Chinese Medicine, Nanjing Jiangsu 210029, China
Abstract：ObjectiveTo set up a complete set of video consultation and teaching network system so as to meet the hospital’s demand of remote consultation and video teaching.MethodsThe system adopted star-diffusion technology in the basic network and virtualization technology in its core exchange network layer.ResultsThis well-designed network communication environment realized high-speed transmission of the data in the remote consultation and video teaching platform, including HD (High-Definition) video streaming, digital medical images, electronic medical records and inspection reports.ConclusionThe newly-constructed video teaching network could meet the needs of current medical education, and also laid a good foundation for construction of the future digital hospital.
Key words：video teaching network; medical equipment; remote consultation; medical videos
[中图分类号]TP393.02
[文献标志码]A
doi：10.3969/j.issn.1674-1633.2016.08.028
[文章编号]1674-1633(2016)08-0091-03
收稿日期：2015-12-31
修回日期：2016-05-26
通讯作者：沈宫建，研究员级高级工程师。