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行業(yè)資訊

未來數(shù)字化手術室：高清示教系統(tǒng)的新紀元

轉自【IT168資訊】1895年發(fā)現(xiàn)X射線標志著醫(yī)療服務領域開始了一個新的紀元。醫(yī)生通過掃描識別問題，做出診斷并進行治療，極大地提高了醫(yī)療水平。現(xiàn)在，由于新一波的技術進步，成像系統(tǒng)再次幫助醫(yī)療機構將醫(yī)療服務提升到一個新水平。在這方面，沒有比如今使用最先進技術的手術室更加明顯的了，那里的工作人員利用攝像頭、傳感器和顯示器組成的實時網(wǎng)絡，以圖像為引導做出外科手術決定，最大程度減少對健康組織的損傷，提高治療結果并迅速復原。

　　與此同時，在手術室之外，網(wǎng)絡化成像系統(tǒng)被用于遠程專家會議，提高醫(yī)院效率以及降低成本。例如，可視化遠程監(jiān)控機器人現(xiàn)在被用來提供醫(yī)院和居家的病人護理服務，而護士站的實時視頻正在幫助簡化手術室的安排調度。

　　隨著應用日益增多，成像系統(tǒng)的設計師們面臨著醫(yī)學界獨有的一系列挑戰(zhàn)。首先，即使系統(tǒng)在進行著日益復雜的分析，它們必須足夠直觀并且讓數(shù)字化手術室、護士站以及管理部門的工作人員易于操作。第二，預算壓力意味著系統(tǒng)必須具備增強的性能但又不會浪費在專業(yè)成像裝置和處理設備上的已有投資。最后，該系統(tǒng)必須易于維護和擴展。

　　考慮到這些挑戰(zhàn)，系統(tǒng)設計者的一個早期關鍵決定，就是選擇視頻接口—把數(shù)據(jù)從攝像機或圖像傳感器傳輸?shù)接嬎銠C或顯示器的技術。雖然視頻接口只是整個醫(yī)學成像系統(tǒng)的一小部分，但是它對最終產品的可用性、成本和可擴展性上有很大影響。

　　最大限度降低復雜性和成本

　　傳統(tǒng)上，醫(yī)學成像系統(tǒng)使用攝像機或圖像傳感器和電腦之間的點對點連接。這些連接通常是以專用視頻接口或老式接口為基礎，如LVDS，HDMI / DVI，或Camera Link?，這種方式有許多局限性。專用接口在開發(fā)上成本高昂且曠日持久，而LVDS和Camera Link由于要求每個攝像機和顯示器都通過專用連接傳送，進而提高了成本和系統(tǒng)復雜性。在應用中，圖像通過多屏幕顯示時—如圖像導引的外科手術—這些連接所需的電纜會很昂貴、復雜并且難于管理和擴展。不僅如此，該接口在不使用昂貴的交換機時就不支持實時視頻網(wǎng)絡，而且他們需要在每個端點使用PCI圖像采集卡捕捉數(shù)據(jù)，限制了可使用的計算機的類型，并提高了成本。

　　為了解決這些問題，許多醫(yī)學成像系統(tǒng)設計師轉向基于以千兆以太網(wǎng)(GigE)視頻接口的網(wǎng)絡視頻系統(tǒng)。GigE 是醫(yī)學成像系統(tǒng)中視頻傳輸?shù)淖匀贿x擇。它允許設計者充分支持所需的點對點連接，同時獲得了視頻網(wǎng)絡的靈活性，與一系列計算平臺交互工作的能力，以及輕重量、低成本的電纜的優(yōu)勢。此外，機械自動化領域的用戶為了使用GigE平臺，已經實現(xiàn)了視頻傳送和視頻應用開發(fā)的標準化。GigE Vision?和GenICam?標準為系統(tǒng)設計者提供了一個為醫(yī)院管理方解決可擴展性和互操作性問題的“可選項”。

　　有了GigE接口，圖像數(shù)據(jù)通過利用多數(shù)計算機中已有的以太網(wǎng)端口來接收。由于不再需要PCI圖像采集卡來連接攝像機和計算機，設計師可以降低系統(tǒng)成本。通過向小機型、低功耗計算平臺的過渡，例如嵌入式PC、單板電腦、筆記本電腦和平板電腦，他們還能將系統(tǒng)尺寸減到最小并降低系統(tǒng)復雜程度。

　　更加靈活、可現(xiàn)場端接的以太網(wǎng)電纜成本更低，更加易于安裝和維護，同時比笨重的電纜和老式接口連接器支持更遠的距離。視頻、控制數(shù)據(jù)和電源都可以在一條電纜上傳輸。這樣就降低了組件成本，簡化了安裝和維修，并減少了“電纜凌亂”。

　　利用現(xiàn)有設備
威視愛普數(shù)字化手術室示意圖
 
　　GigE 圖像標準的一個優(yōu)勢就是符合標準的視頻和網(wǎng)絡產品在商業(yè)上可廣泛獲得。對于醫(yī)療系統(tǒng)設計者來說，這使得創(chuàng)建一個實時聯(lián)網(wǎng)的手術室相對簡便，并且不會浪費在基于專用接口、Camera Link或LVDS接口的成像設備上的已有投資。GenICam?標準，被并入了包括GigE Vision標準在內的一系列高速視頻標準當中，提供了一個通用的程序接口，能確保成像產品間的互操作性，并簡化了可在多個醫(yī)學成像系統(tǒng)中使用的軟件應用程序的設計。

　　在圖1所示的示例中，源自X射線探測器的圖像，通過現(xiàn)有Camera Link或LVDS接口，被發(fā)送到外部圖像采集卡，在這里圖像被轉換成符合GigE Vision標準的視頻流。第二個外部圖像采集卡將圖像從安裝在燈頭的索尼攝像機中轉換到同樣符合GigE標準的格式。這些圖像在一個簡單的交換機中匯總，并且多點傳送到處理、分析、顯示和記錄設備。

　　以太網(wǎng)的長距離—在Cat 5/6電纜上達到點對點100米—意味著處理和分析設備可安放在無菌環(huán)境的外面。這就減少了消毒設備的成本，降低了病人感染的風險，并使數(shù)據(jù)在多部門間輕松共享。

　　在計算機方面，視頻流從以太網(wǎng)端口流入，這就允許使用低成本、低功耗、更小型的計算平臺，包括筆記本電腦和平板電腦。視頻處理器突出了關鍵部分，包括手術前的圖像，并且包含了生命體征信息。然后，復合圖像通過以太網(wǎng)網(wǎng)絡多點播送到各個顯示器，讓終端用戶能夠輕松變更像源或終點而不必重新設置硬件或軟件。在手術室內，一個外部圖像采集卡將GigE Vision圖像流轉換成HDMI/DVI 信號，用來在高清晰度監(jiān)視器上觀看，外科醫(yī)生用該監(jiān)視器跟蹤來自不同的成像設備和系統(tǒng)的實時患者數(shù)據(jù)。

　　擴展手術室

　　將以前孤立的圖像源和患者數(shù)據(jù)整合到一個共同網(wǎng)絡，并在單一的控制面板上匯總信息，可以提高手術室工作人員的態(tài)勢認知能力，決策更迅速以及手術團隊內部溝通的改善，有助于提升病人的安全和治療的質量。將來自不同圖像源的實時視頻多點播送到各類終端而又不必重新設置硬件或軟件的能力，還能使流程加快并獲得提高治療水平的其他機會。例如，可以更容易地將手術室的實時視頻與其他部門、護理人員或遠程專家共享，他們可以在手術過程中現(xiàn)場提供專業(yè)意見。

　　基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡，在恰當?shù)膶嵤┖竽茌p松滿足實時醫(yī)療成像系統(tǒng)的“鏡對鏡”延遲要求。研究表明，當鏡對鏡視頻延遲超過300到500毫秒(ms)區(qū)間時，完成手術任務的能力開始下降。有了基于GigE的網(wǎng)絡，醫(yī)學成像系統(tǒng)的設計者能容易地實現(xiàn)200毫秒或更少的端對端延遲。此外，通過以以太網(wǎng)網(wǎng)絡為基礎，新成像源、顯示板和攝像機能輕松地加到系統(tǒng)中，而且通常具備“即插即用”的便捷性。

　　以GigE Vision為基礎的接口還能加快設計進程，并提高先進應用程序的性能，例如全動態(tài)視頻、便攜式X射線面板，以及在診所、醫(yī)院及居家護理模式中廣泛使用的機器人。

　　在全動態(tài)視頻應用中，例如，使用多個移動X射線源獲得患者實時圖像的射線透視，老實的臍接口既不經濟又復雜。用10個GigE接口—支持GigE十倍的帶寬—通過交互式以太網(wǎng)網(wǎng)絡，多圖像源能被同時傳輸?shù)?D圖像生成處理器。對于行動不便的患者，使用802.11的無線連接上發(fā)送的GigE Vision方式，允許便攜式X射線面板輕松到位，而不必擔心電纜纏繞的煩惱。

　　未來的手術室

 
　　成像技術正在日益成為一個外科醫(yī)生的電子眼，有了實時視頻網(wǎng)絡，實現(xiàn)了更高的準確性、內部觀察能力和診斷水平，改善了病患的愈后效果。在手術室內外，完全網(wǎng)絡化成像系統(tǒng)賦予的許多性能優(yōu)勢，可以追溯到非常早期的設計選擇。用現(xiàn)成的GigE Vision接口設計或升級醫(yī)學成像系統(tǒng)，能夠使制造商縮短投放市場的時間，減少風險，并降低系統(tǒng)成本和復雜性，同時具備了互操作性和性能上的優(yōu)勢，提升了其解決方案的價值。
 
威視愛普是一家供應數(shù)字化手術室，手術室示教系統(tǒng)，手術室集中控制系統(tǒng)等數(shù)字化產品的廠家，是專注于多媒體系統(tǒng)及工控系統(tǒng)的設計、開發(fā)與生產的高科技公司， 擁有完全自主知識產權的音視頻系列和智能控制領域相關產品及解決方案。產品技術處于國內領先、國際先進水平。公司擁有一支經驗豐富，高效運作的科研團隊，致力于技術創(chuàng)新和產品創(chuàng)新，為客戶量體裁衣，快速提供最適合的一體化解決方案和最優(yōu)質的產品。
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