生活,高分辨率成像越来越多地利用来增强操作程序。它可以提高医生及其乐器的精度,并尽量减少许多程序的侵犯力。越来越多的一个小部件在视觉系统中 - 接口技术 - 正在为这些挑战中最常见的答案提供答案。

图1所示。网络化医院手术室的实时数字成像图。
特别是,支持实时,高分辨率和多传感器成像的GigE视觉界面标准是赢得了医疗领域的注意。本文探讨了千兆以太网(GigE)的Gige Vision以及超过10 Gige的Gige Vision,可实现医学成像的实质性创新。

简化多传感器网络架构

最初,相机传感器或探测器与计算机(PC)之间的点对点连接是用来实现实时功能的。在手术室里,图像通常需要在不同区域的多个显示器上观看,甚至是远程观看。在点对点架构中,每个连接都需要一个专用的连接,通常包括自己的PC、帧捕获器或显示控制器。一个更有效的体系结构将降低这种安排的复杂性和成本。

图2。带平板探测器的数字x射线系统示意图。
当AIA(www.visiononline.org)标准化了一组用于通过以太网传输视频和控制数据的协议时,这成为可能的可能:Gige Vision标准。这款开放式可自由的标准提供医疗系统设计师和集成商,具有可靠,灵活,廉价的界面替代,以更加繁琐,昂贵的遗留选择。此外,随着医学成像装置的分辨率和帧速率增加,接口需要适应额外的数据吞吐量,并且10 GigE超过10 Gige提供必要的容量。

GigE视觉的临床益处

医疗系统设计师一直将传统的模拟系统转换为更强大的数字系统。这正在扩展图像引导的手术和诊断系统的应用范围。医学成像的常见应用现在包括:

计算机断层扫描(CT扫描)

•图像引导或机器人手术

•数字射线照相

•透视

•牙科成像

•兽医放射学

然而,由于医学成像技术的发展,它超出了模拟接口的能力,以及传统数字接口。视频过度互联网尤其适用于这些类型的应用程序,因为它涉及与实现高度研究,实时视频相关的以下共同挑战:

适应高分辨率图像

图3。Dexela的GigE Vision兼容CMOS x射线探测器基于创新的CMOS传感器设计,可提高速度和图像质量。
传统上用于成像设备的接口不具备携带许多现代医学成像应用所需的高级分辨率和高帧率所需的带宽。

视频压缩是一种标准的编码实践,用于减少视频文件的大小,同时保持图像的完整性。然而,该过程增加了图像传输的延迟,并可以减少图像细节。延迟时间必须减少到一个点,在这个点上,显示上的移动几乎与外科医生的直接视觉感知没有区别。大多数系统设计师的目标是端到端延迟为200毫秒或更少,这是通过仔细选择接口和网络技术实现的,包括对GigE Vision标准的优化实现。

千兆以太网(1 Gbps和10 Gbps)特别适合于适应高数据速率,因此在大多数情况下不需要压缩。GigE Vision标准采用了一个低开销的网络协议,可以从使用巨型以太网帧中获益,从而进一步减少开销。

可靠地传输图像

病人不能被曝光两次以获得图像,医生必须根据准确的实时图像工作。尽管数据包不太可能丢失或在一个体系结构良好的网络中无序到达,但GigE Vision标准包括一个数据包重发机制,以确保这种情况不会导致数据丢失。此外,GigE Vision是建立在已知的标准技术(以太网,IP, UDP)上的,这些技术已经被广泛使用了几十年,并且已经被像英特尔和思科这样的巨头大量投资和开发。GigE从1999年开始使用,而10gige在2003年被IEEE批准,在其背后有十年的广泛接受和发展。

适应无菌室

图4.每个患者的投影图像存储。(图表提供Varian Medical Systems)
消毒要求使得在医疗环境中引入新系统存在风险,有时甚至不可能。以太网视频通过距离解决了这一挑战。通过铜线(1gige)可以达到100米,甚至光纤(1gige或10gige), GigE视觉系统可以在无菌室之外定位和维护,如图1所示。每个网元也可以位于适当的部门,为系统设计提供了更多的灵活性。

降低系统成本

Gige Vision标准有助于降低新系统和系统升级的成本:

•数据通过千兆网卡传输,千兆网卡是pc机的标准网卡。

•以太网是在医疗保健设施中的标准兼容解决方案。

•对于GigE网络,使用标准的、负担得起的Cat 5/6电缆。对于10gige网络,性价比高的GigE光纤连接是最常用的(提供电气隔离),Cat 6A电缆也可以使用到100米。

•系统设计师避免了单一来源或专有架构的风险,因为GigE Vision标准是一个开放的、全球标准,确保了不同制造商设计的设备之间的无缝互操作性。

•多个传感器或视频通道可以聚合为单个网络链接。多根电缆可以用单一连接替换,多个传感器可以在同一链路上连接。

最大化系统设计寿命

医学成像系统是一项巨大的投资,无论是在研发方面还是在资本成本方面。为了延长这些有价值的系统的寿命,使用GigE Vision接口使设计师能够保持系统成像组件的原样,同时延长电缆距离,消除帧捕获器,并集成更灵活的连接器和电缆。这可以通过目前可用的GigE Vision产品实现,这些产品使用Camera Link®接口使用一个或多个图像源,并通过GigE传输它们。或者,制造商可以简单地通过一个小型适配器板将医疗成像产品的接口从专有接口更改为GigE Vision。

GigE vieion的未来临床应用

GigE Vision提供了适合在医疗环境中使用的网络视频技术平台。在网络视频架构中,所有元素(图像传感器、摄像机、计算机、视频接收器、视频服务器、控制单元和显示器)都相互连接。通过这种简化的方法,每个组件都使用相同的标准框架来传输或接收视频和控制数据。虽然在GigE之上的GigE Vision已经在医疗环境中广泛使用,但超过10gige的GigE Vision的日益普及将为增强医疗成像应用和患者护理开辟进一步的机会,如下面的例子所示:

数字透视

X射线成像的进展,例如图像强化器和平板数字检测器,正在降低患者暴露的辐射剂量(参见图2)。这在荧光镜中特别有益,它通过使用辐射曝光随着时间的推移,提供了具有患者解剖学的实时X射线图像的医生。然而,该过程导致更大的累积辐射暴露。

创新的新型透视系统通过使用多个移动的x射线源,在短短几秒内从多个增量的角度照射组织,将患者暴露的程度降到最低。然而,使用传统的视觉界面和连接来实现这一点既不经济又麻烦。

使用超过10gige的GigE Vision,多源图像数据可以通过以太网传输到处理器,在CMOS x射线探测器上生成3D图像。如果需要,系统集成商可以从其他制造商增加一个额外的GigE Vision兼容的x射线探测器,以进一步增加系统的实用性(见图3)。由于所有成像组件和软件都是GigE Vision兼容的,集成非常简单。

核磁共振成像

MRI机器输出大量的视频数据。如今,这些数据是使用专有接口传输的,而这些接口的维护成本和研发团队的开发成本都很高。超过10gige的GigE Vision为这些挑战提供了解决方案,并可能使磁共振成像更经济、更容易维护,并在不久的将来得到更广泛的应用。

明天的医院

由于医学技术在复杂性中生长,成像所需的带宽,分辨率和帧速率将平行增长。例如,在三到五年内,平均放射肿瘤学部门将在医学图像的规模,复杂性和体积上遇到指数增长,如图4所示。增加是由于图像的成功 -引导oncogology程序,在治疗过程中的每个步骤中生成新图像 - 诊断,分期,规划,验证,设置,响应和随访。

随着这些类型的医学成像系统继续发展,实时视频网络将是医学界的重要技术元素,因为它扩展到Imageged手术和诊断的新领域。

本文由Pleora Technologies (Kanata, ON, Canada)的高级产品经理John Phillips撰写。有关详细信息,请单击在这里


成像技术杂志

本文首先出现在2012年9月期刊上成像技术杂志。

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