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.网络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,使用相机传感器或检测器和计算机(PC)之间的点对点连接来实现实时功能。在操作剧院中,通常需要在不同区域的多个显示器上查看图像,甚至远程。通过点对点架构,这些连接中的每一个都需要专用连接,通常包括其自己的PC,帧抓取器或显示控制器。更有效的架构将减少这种安排的复杂性和成本。

图2.具有平板检测器的数字X射线系统的图。
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 Vision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

•透镜检查

•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:

容纳高分辨率图像

图3. Dexela的Gige Vision兼容CMOS X射线检测器基于创新的CMOS传感器设计,提高了速度和图像质量。
传统上用于成像设备的界面没有所需的带宽,以便在许多现代医学成像应用中携带所需的先进分辨率和高帧速率所需的带宽。

视频压缩是一种标准编码练习,用于减少视频文件的大小,同时保持图像的完整性。但是,该过程增加了图像传输的延迟,并且可以减少图像细节。延迟必须减少到显示器上的移动的点实际上与外科医生直接视觉感知的移动实际上无法区分。大多数系统设计人员旨在实现200毫秒或更少的端到端延迟,通过仔细选择界面和网络技术来实现的图,包括GigE VieS标准的优化实现。

千兆以太网(1和10 Gbps)特别适用于适应高数据速率,因此在大多数情况下不需要压缩。GigE Vision标准采用Locoverhead网络协议,并且可以从使用Jumbo以太网帧中受益,从而还可以进一步减少开销。

可靠地传输图像

患者不得暴露两次以获得图像,医生必须从准确,实时图像工作。虽然数据包不太可能在适当的架构网络中丢失或者在正确的架构网络中到达,但是GigE vision标准包括一种分组重新发送机制,其确保这种发生不会导致数据丢失。此外,Gige Vision建立在已知的,标准技术(以太网,IP,UDP)上,这些技术(以太网,IP,UDP)已被广泛使用,已被英特尔和思科等巨人投资和开发。自1999年以来,Gige已在使用中,而IEEE于2003年批准了10个Gige,并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)
灭菌要求使其风险风险,有时无法将新系统引入医疗环境。视频过度互联网通过距离解决了这一挑战。覆盖铜线(1 GigE)达到100米或甚至进一步过光纤(1或10 GigE),Gige Vision Systems可以定位并在无菌室外提供,如图1所示。每个网络元素也可以位于相应的部门,在系统设计中提供更多的灵活性。

最小化系统成本

Gige Vision标准有助于降低新系统和系统升级的成本:

•使用GigE网络接口卡(NIC)传输数据,这些卡在PC上标准。

•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,实惠的CAT 5/6布线。对于10个GigE网络,经常使用经济高效的GigE光纤连接(提供电气隔离),并且CAT 6A布线也可使用高达100米。

•系统设计人员避免了单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,可确保不同制造商设计的设备之间的无缝互操作性。

•可以将多个传感器或视频通道聚合到单个网络链路中。可以用单个连接替换多个电缆,并且可以通过相同的链路连接多个传感器。

最大化系统设计生活

医学成像系统是实质性的投资,无论是研发努力还是资本成本。为了扩展这些有价值的系统的寿命,使用GigE Vision接口使设计人员能够留下系统的成像组件,同时延长电缆距离,消除帧抓取器,以及集成更多柔性连接器和电缆。这是可以使用的Gige Vision产品可以使用CameraLink®接口使用一个或多个图像来源,并通过Gige传输它们。或者,制造商可以通过小型转换板简单地将医学成像产品的界面从专有的界面改变到Gige Vision的界面。

GigE vieion的未来临床应用

GIGE VISION为适用于医疗环境的网络视频提供技术平台。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)彼此连接。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Gige对Gige的普通愿景已经常用于医疗环境中,但由于以下实施例说明:以下实施例说明:

数字荧光透视

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。

创新的新型荧光透视系统通过使用多个移动的X射线源来最小化患者的曝光,仅在几秒钟内从多个增量角照射组织。但是,使用传统的视觉界面和连接,将是不经济和繁琐的。

使用超过10 Gige的GigE vision,可以通过以太网传输到处理器以在CMOS X射线检测器上生成3D图像的多源图像数据。如果需要,系统集成器可以从另一个制造商添加额外的Gige视觉兼容X射线检测器,以进一步增加系统的效用(参见图3)。因为所有成像组件和软件都是符合Gige Vision的,因此集成非常简单。

MRI.

MRI机器输出大量的视频数据。如今,数据通过专有的接口转移,这些接口可能是维持和昂贵的,用于研发团队首先发展。Gige Vige Over 10 Gige提供了解决这些挑战的解决方案,可以使磁共振成像更加实惠,更容易维持,并且在不久的将来更广泛地可用。

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。

本文是由Pleora Technologies的高级产品经理John Phillips(加拿大)的高级产品经理John Phillips撰写。有关更多信息,请单击这里


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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