数字视频采集技术在显微神经外科手术中的应用
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[关键词] 数字视频采集; 显微神经外科; 电子手术记录
显微神经外科的发展始于上世纪六七十年代，目前显微神经外科技术的发展已较为成熟。随着计算机技术的发展,视频采集技术日益成熟,并业已应用于临床医学领域,但对于显微神经外科手术过程的视频记录目前还没有得到广泛应用,相关报道较少,常常导致许多与手术相关的重要资料无法得以保存,从而对进一步研究和教学造成很大损失。本研究通过对显微神经外科手术过程进行实时记录、数字转换、采集编辑,旨在研究数字视频采集技术在显微神经外科手术中的应用。
1 材料和方法
1.1 研究对象
选取2004年7月~12月在我院神经外科进行显微神经外科手术病例15例作为研究对象,其中脑肿瘤切除术9例,脑血管疾病手术4例,脊髓手术2例。
1.2 原 理
利用视频采集装置可以接收PAL制式的模拟视频信号并转换成数字视频信号输出,经过图形工作站的编辑加工,最终以数字视频文件格式存储。这种模拟数码转变是通过视频采集装置上的采集芯片进行的。通常在采集过程,对数码信息还进行一定形式的实时压缩处理,较高档的采集装置上的视频压缩处理芯片进行硬件实时数据压缩处理，而那些没有实时硬件压缩功能的采集装置,可通过图形工作站进行软件压缩的处理。
Zeiss OPMI Vario/S88型手术显微镜具有一个SVideo模拟视频输出端子,可以将显微手术过程中镜下所见的实时内容以PAL制式模拟信号输出,通常用来连接监视器,在本研究中可以连接到视频采集装置上。
利用Pinnacle视频采集盒自带的Pinnacle Studio 8非线性视频编辑软件可以将采集的数字视频信号编辑加工并存储。其工作流程见图1。[] 图1 视频信号转换流程示意图
1.3 材 料
Zeiss OPMI Vario/S88神经外科手术显微镜1台(德国Carl Zeiss公司),Pinnacle MovieBox DV视频采集装置1台(美国Pinnacle公司),HP高性能图形工作站1台(美国惠普公司,操作系统为Windows XP Professional),视频采集编辑软件采用Pinnacle视频采集盒自带Pinnacle Studio 8非线性视频编辑软件。
1.4 方 法
1.4.1 连接设备 将Zeiss OPMI Vario/S88神经外科手术显微镜上的模拟视频输出端口(SVideo型端子)连接到Pinnacle MovieBox DV视频采集器的SVideo端子视频输入接口上。将Pinnacle MovieBox DV视频采集器通过USB接口与HP图形工作站连接。
1.4.2 软件安装与调试 在HP图形工作站上安装Pinnacle MovieBox DV视频采集器驱动程序以及Pinnacle Studio 8非线性视频编辑软件,软件安装成功后打开Pinnacle Studio 8非线性视频编辑软件,应预览窗口中看到预览的图像。如果不成功需要重新安装软件。
1.4.3 术中视频采集与记录 在手术过程中需要记录时,打开Pinnacle Studio 8非线性视频编辑软件,当在预览窗口中看到手术图像时,点击“开始捕捉”就可以了,此时会弹出“视频选项”对话框,可以设置视频的分辨率、帧数、存储格式等参数,默认为768像素×576像素×25帧,AVI格式,也可以自己更改这些设置,文件格式支持MPEG1、MPEG2、AVI或流式视频文件(RealVideo和Windows Media)。记录完成后点击“停止捕捉”,此时会弹出“保存文件”对话框,键入文件名就可以保存。此外,还可以对保存的视频文件进行编辑,例如加入语言解说、删除不要的部分、加入字幕等。最终可以通过DVD刻录机将文件刻成DVD光盘而永久保存。在本研究中对15例显微外科手术过程进行了实时采集、编辑和记录。
2 结 果
对15例显微外科手术过程进行了实时采集、编辑和记录,最终得到数字视频文件,格式可以是MPEG1、MPEG2、AVI或流式视频文件(RealVideo和Windows Media),分辨率为768像素×576像素×25帧,文件大小和记录时间成正比,平均大小为1216 MByte/min，如表1所示。
3 讨 论
数字视频采集技术用于显微神经外科手术在国表1 对15例显微外科手术视频采集记录结果内尚罕见报道,在欧美日本等发达国家已有相关报道。2000年Houkin K等[1]最早报道神经外科手术中的数字记录技术,报道了神经外科手术中的数码照相机以及摄像机的应用,着重于数码照相机的应用以及对术中静态图像的编辑存储,对于视频部分,仍只是用传统的模拟摄像机对术中影像进行记录,并以传统的录像带的形式存储。2003年Wurnig PN等[2]报道了微侵袭外科手术中数字视频技术的应用,在研究中采用了自己构建的视频采集系统对术中视频影像进行采集编辑和存储,对65例手术进行了记录,记录时间为45 s~21 min,平均4 min25 s,数字视频文件大小为3～360 MByte,平均49 MByte,但是采集时间较短,视频质量一般。
在本研究中,采用了自己构建的视频采集系统,对15例显微神经外科手术中的影像进行采集编辑,并以高质量清晰流畅的数字视频格式存储,达到768像素×576像素×25帧,可以用作电子手术记录,并可在出现医患纠纷时作为重要证据,还可以用于手术技术改进以及进一步科研和临床教学使用。但是也存在视频文件过大的不足,一个小时的手术记录约需要6 GByte左右空间,然而随着大容量存储设备的不断出现以及更先进的视频压缩技术的更新,这一问题并不难解决。
[参考文献]
[1] Houkin K, Kuroda S. Digital recording in microsurgery： Technical note[J].J Neurosurg, 2000,92(1):176-180.
[2] Wurnig PN, Hollaus PH, Wurnig CH, et al. A new method for digital video documentation in surgical procedures and minimally invasive surgery[J]. Surg Endosc, 2003,17(2):232-235.
(南京医科大学第一附属医院神经外科, 江苏 南京 210029)
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