如何克服临床教学资源相对不足，加强临床技能教学，提高医学院学生操作能力和临床思维能力是各医学院校面临的共同课题。随着现代信息技术的研究开发和应用，尤其是数字视频技术的高速发展，使临床技能教学发生了翻天覆地的变化。
传统手术教学以师徒相承形式进行，由于受临床手术室场地大小、手术部位视野的限制，只能由手术者和助手2-3人观察操作，而手术教学不但要使学生看整个手术的操作过程，更要看清手术部位的详细情况，这在一般情况下是很难实现的，即使学生站在手术台旁，也不可能与手术者看得同样清楚。同时由于众多的观摩学生争抢有限的手术视野，对手术者操作及手术质量也产生一定的负面影响。这使得传统手术教学形式在手术教学人数、教学效果方面均不理想。
视频反馈教学系统就是利用摄像机等设备进行技能操作的记录，然后学生对记录的视频进行自我反馈评估，解决了学生人数过多、视野角度等问题，不仅适用于医学院校的学生，而且适用于住院医师临床技能的规范化训练和高年资医师新技能的训练，在医学教育中应用越来越广泛。
某大学医学院临床技能训练中心现有35间临床手术教学教室，其中四楼7间护理技能训练教室由于教学的需要，成为此次视频反馈教学系统一期建设的内容，预算资金20万元。笔者有幸参与了该中心视频反馈教学系统设计与施工，现就系统核心设备摄像机的技术选型，以及设备安装过程中要注意的相关事项来谈谈自己的感受。
摄像机镜头的选择
由于手术教学的对视野角度要求非常特殊，传统的枪式、半球、球形摄像机在使用时都会受限，我们在设计和施工时使用了鱼眼镜头的摄像机，可以实现大范围无死角的全景摄像。
鱼眼摄像机即是搭配了鱼眼镜头的摄像机，鱼眼镜头是一种超广角的特殊镜头，其构造仿照鱼类眼睛成像，是可以独立实现大范围无死角监控的摄像机。我们知道鱼类眼睛与人眼构造类似，但是其水晶体为圆球形，人眼为扁圆形，鱼类虽然只能看到较近处的物体，但是却拥有了更广阔的视角，其视角甚至可达180°;具备同样特性的鱼眼摄像机通过吸顶安装，可视范围可达到360°，可监控大范围场景中的所有物体，所以也被称为全景摄像机。
由于全景摄像机本身的特点，在很多环境和场合具有不可替代的作用。相对于枪型摄像机，虽然全景摄像机宽阔的观测视角使其具有无可比拟的成本优势，但它的画面畸变问题让使用者总感觉画面有些怪怪的，如图1所示，为室内鱼眼画面监控效果。
然而随着摄像机技术的不断发展，这个问题正在得到解决：首先系统在图像的处理过程中，通过对成像特点、光线摄入以及透光量等环节的分析，调整不同区域的图像均衡，从而最大化保持成像的清晰和准确性，然后摄像机可对全景画面进行分割，通过嵌入的画面矫正算法，可实现分割画面上图像畸变较小。甚至有些全景摄像机还嵌入了虚拟PTZ算法，可以在单画面时进行拖动实现角度调整，有的还可以实现电子放大甚至巡航功能，实现了高速球型摄像机的部分功能。
图1 室内鱼眼画面监控效果
摄像机的选型是整个视频反馈教学系统的设计难点，有集成商推荐使用高清术野摄像机，可以采用松下的AG-HMC43MC+KX-EX308C2或者是日立的HV-D30P-S4+KX-EX308C设备，这是3CCD的专业广播级的摄像机，其色彩还原度和清晰度都非常清楚，在教室的显示屏幕上可以很清楚的将病变部分和正常部分的颜色分清楚，但高清术野摄像机每部三万元左右的价格让人望而却步，仅适合有充足预算的医疗临床部门。
摄像机型号的选择
综合各方面的需求我们选择了a&s 2015年度TOP 10安防产品(全景/半球摄像机)推荐上榜的某康的1200万CMOS ICR鱼眼全景日夜型网络摄像机DS-2CD63C2F-I，采用的是1/1.7英寸逐行扫描CMOS，最大可输出4000×3072@20fps图像，并支持3072×3072@25fps实时图像。
登录该型号鱼眼摄像机的管理界面，如图2所示，此摄像机预览模式可选鱼眼全景、鱼眼+3PTZ和自定义模式等。鱼眼全景模式视角宽阔，而PTZ分割画面畸变较小，并可进行电子放大，可提供更多画面细节，是鱼眼全景画面的有效补充。此外鱼眼+3PTZ的分割画面可根据需求进行拖动选择角度，红色数字1、2、3代表三个不同的PTZ画面，拖动鱼眼画面中红色数字1、2、3来转动改变角度。或者可以通过虚拟云台PTZ功能进行操控，其虚拟云台功能、预置点功能操作与高速球型摄像机一样，操控灵活，而预置点的反应更为快速，几乎与调用操控同步。
图2鱼眼摄像机的管理界面
该型号摄像头分辨率高，全景画面视角宽阔，分割画面细节丰富，画面清晰锐利。如图3所示，这是通过手机拍摄的系统通过NVR( DS-8664N-I8)的管理，在其连接的22寸液晶监视器上预览摄像头画面的效果。
图3 鱼眼摄像机画面监控效果
如图4所示，这是通过高清解码器DS-6404HD-T将其中一个鱼眼摄像头码流解码至55寸液晶监视器上，在会议室现场教学的场景。
图4 视频反馈教学系统现场教学
摄像机安装位置
鱼眼摄像机安装方式有吸顶式安装和壁装两种，在壁装条件下可实现180°的摄像范围，吸顶安装则可实现360°摄像范围。由于视野角度限制等问题，在安装鱼眼摄像机要特别注意以下几点。
安装位置的确定
鱼眼摄像机在吸顶安装时，位置要尽量位居监控区域的中心位置。如果监控区域是四边形，鱼眼摄像机的安装最佳位置就是两条对角线的交点位置;如果监控区域是圆形，网络摄像机的最佳安装位置自然就是圆心位置。之所以选择中心位置，主要是由于鱼眼摄像机，采用的是鱼眼式短焦距镜头，视角范围是360°，摄像机成像是360°的一个圆形，为了符合人眼视觉习惯的需求，摄像机成像后往往将圆形图像矫正还原为正常的矩形画面或是2-4个以上的平面画面。若鱼眼摄像机安装位置没有处于居中位置，其还原的图像将会产生边缘图像不对称，而且还会出现有重点监视区域偏移的情况。
尽量避免灯具及强反光物体
为了保证鱼眼摄像机的成像质量及画面亮度的均匀性，在安装时应避免强光物体及高反射物体反光，应避开紧靠天花板灯具或吊灯上方。鱼眼摄像机在前景有强光之下，容易将灯光光域扩散为一个曲体图像，虽然鱼眼摄像机具有宽动态及强光抑制功能，但在宽动态及背光动作下，经常会使图像边缘明暗度不如无强光照射下的效果，而且灯具的启动变压器频率，有时也会对鱼眼摄像机造成一定程度的干扰，因此应避开此情况。
避开冷气机及空调通风口
鱼眼摄像机安装时应避免装设于空调通风口边缘或前方，这样会因为温差而使摄像机镜头产生冷凝水滴或水雾凝结的情况，从而影响鱼眼摄像机的成像。
采用膨胀螺丝固定
鱼眼摄像机在安装于屋顶天花板时，必须要采用膨胀螺丝固定，不可以简单用一般的螺丝固定。全景摄像机为了隔离天花板内电磁干扰，结构都有相当的重量，如果在天花板吸顶固定上没有采用膨胀螺丝固定，又没有预置安全钢索，工程完工一段时间后，就会发生鱼眼摄像机坠落问题。
在安装的过程中，我们曾经设想过将鱼眼摄像机安装在万向臂上，只需要在手术之前将鱼眼摄像机对准手术者即可，手术过程中可以远程对摄像机等进行控制，从而不影响医生的手术工作。但在实际的安装过程中，由于万向臂和鱼眼摄像头不配套不好固定，所以我们打算在二期工程中定制一部分万向臂，这样就可以更清晰地观察手术细节。
音频解决方案
鱼眼摄像机DS-2CD63C2F-I本身带有音频输入、输出接口，可实现外部音频输入和语音交互音频输出，但由于教室内未进行装修，拾音效果较差，回声和杂音特别大，建议不使用自带的拾音功能，可以使用其它方式来解决音频拾音和扩声的问题：
通过无线耳麦实现拾音和扩声：手术医生佩戴耳挂式无线耳麦，无线耳麦可实现本地声音的采集并通过语音交互终端接收远端示教室的声音，这种方式适合用于手术室术者或发言者需要移动的示教观摩场合，如图5所示。采用无线耳麦方式拾音稳定、准确、清晰，但实际应用时需确认无线频率对医疗设备有无干扰，遵守医院对无线设备的管理规定。
图5 无线耳麦实现拾音和扩声
通过全向麦克实现拾音，通过专业音响系统实现扩声：对于大的会议室或手术室需要使用音响扩音，声音通过调音台到音箱播放出来，手术室或示教室的声音采集采用全向麦克采集。考虑到大会议室、手术室有可能声音采集会有回声的情况，根据实际情况可能还需要增加回声反馈抑制器。
图6 全向麦克实现拾音和专业音响系统实现扩声
在医学院临床技能训练中心视频反馈教学系统项目中，系统核心设备7个摄像头均采用了某康公司的1200万 CMOS ICR鱼眼全景日夜型网络摄像机DS-2CD63C2F-I，项目在完工的第一周就投入使用，多门护理技能课程的教学在视频反馈教学系统的配合下开展的有声有色，本项目也顺利地通过校方的验收!
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作者：刘本军
