Medizinische Bildgebung in Echtzeit
OP-Video fast ohne Latenz
Im OP entscheiden Millisekunden: Ultra-Low-Latency-Streaming überträgt medizinische Livebilder nahezu verzögerungsfrei. Ob robotergestützte Chirurgie, AR-/VR-Verfahren oder Telemedizin – ultraschnelle und sichere Videotechnik hebt die klinische Präzision und Kollaboration in eine neue Zeit.
Die Datenübertragung in Echtzeit ist auch in der Medizin unverzichtbar geworden – gerade mit Hinblick auf robotisch unterstützte Operationen oder die medizinische Bildgebung als Realtime-Unterstützung für Ärzte. Hochauflösende Livebilder kommen beispielsweise für eine kamerabasierte Endoskopieführung und eine sofortige KI-Analyse mit Overlay für chirurgische Entscheidungen zum Einsatz – ob Gewebe gutartig oder »zu entfernen« ist, wird in Millisekunden von einem Computer entschieden und beeinflusst den weiteren OP-Verlauf. Auch die OP-Planung und das Training künftiger Chirurgen setzen auf immersive, echtzeitgestützte Technologien und werden die Art und Weise, wie Mediziner arbeiten, nachhaltig verändern.
Eine Schlüsselrolle für diese Echtzeit-KI-Chirurgie spielen jüngste Technologiesprünge für das Streaming mit extrem niedriger Latenz: Der im Gesundheitswesen benötigte qualitativ hochwertige, unmittelbare, interaktive und immersive Livedatenaustausch wäre ohne aktuelle Technikdurchbrüche nicht möglich. Erst das Echtzeit-Streaming ohne Verzögerung führt zu den beschriebenen Fortschritten in der Patientenversorgung.
| ULL-Streamer im Gesundheitswesen |
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Medtech-Baustein für Realtime-Video
Doch welche Bausteine helfen Medtech-Entwicklern, Realtime-Applikationen im OP zu designen und umzusetzen? Ultra-Low-Latency-Streamer und -Recorder (ULL) sind aktuelle Komponenten, mit denen Echtzeitkommunikation und -datenübertragung mit nur minimaler Verzögerung in Applikationen integriert werden kann. Eine Referenzkomponente ist der i-ULL-Streamer von iWave-Systems, der entwickelt wurde, um dem steigenden Bedarf an Echtzeitdaten in medizinischen Umfeldern gerecht zu werden. Der Streamer ermöglicht Videostreaming mit einer außergewöhnlich niedrigen Latenz für Systeme und Applikationen, die komplexe medizinische Verfahren mit nahtloser Synchronisation überwachen, bewerten und kollaborativ bearbeiten.
Bisher kommt es beim Videostreaming von bildgebenden Verfahren wie Röntgen, der Computertomographie (CT), Positronenemissionstomographie (PET) oder Magnetresonanztomographie (MRT) in der Regel zu Verzögerungen von mehreren Hundert Millisekunden. Diese hohe Latenzzeit kann bei medizinischen Verfahren, die Entscheidungen in Sekundenbruchteilen erfordern, ein kritisches Hindernis und damit ein »No Go« in Bezug auf Patientensicherheit und Zertifizierung sein.
Der ULL-Streamer von iWave reduziert die Ende-zu-Ende-Latenz auf nur 66 Millisekunden über Wi-Fi 5, womit er sich sogar für interaktive Anwendungen eignet. High-Definition-(HD-)Video kann damit in Echtzeit übertragen werden, sodass Spezialisten sowohl vor Ort als auch remote Therapien und Operationen überwachen und sofortige Entscheidungen treffen können. Für die Visualisierung und Analyse in immersiven medizinischen Applikationen lässt sich der ULL-Streamer mit der Apple Vision Pro integrieren, einem Mixed-Reality-Headset, das Augmented-Reality-(AR-) und Virtual-Reality-(VR-)Funktionen kombiniert und den Fachanwendern ein vollständig immersives Arbeiten bietet und über diese neue Form der Echtzeitkollaboration die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen medizinischen Teams an einem Fall verbessert.
Hauptmerkmale des ULL-Streamers und -Rekorders
- Ultrahochauflösendes Video: Unterstützt 4K-UHD-Video bei 60 Hz mit gleichzeitiger Komprimierung und Dekomprimierung, um die hohe Qualität zu erhalten
- Vielseitiger Eingang und Ausgang: Ausgestattet mit 12G-SDI- und HDMI-2.0-Eingängen/Ausgängen, die eine flexible Integration mit verschiedenen Bildgebungsgeräten ermöglichen.
- Effiziente Echtzeitkodierung: Video vom 12G-SDI/HDMI-2.0-Eingang wird für Livestreaming oder direkte Aufzeichnung auf M.2-SSD oder USB-Speicher kodiert, was sowohl Echtzeitanzeige als auch effiziente Speicherung gewährleistet
- Wi-Fi-5-Streaming-Funktionen: Ermöglicht zuverlässiges Streaming mit geringer Latenz über Wi-Fi-Netzwerke, wodurch die Abhängigkeit von kabelgebundenen Verbindungen verringert und die Mobilität erhöht wird
- Sichere Datenübertragung: Integrierte AES-Verschlüsselung zum Schutz sensibler medizinischer Daten, die eine sichere Pipeline für das Videostreaming bietet
- Latenzfreies Pass-Through: Unterstützt einen Schleifenmodus ohne Latenz, der sich sowohl für Streaming als auch für die Echtzeitanzeige auf lokalen Geräten eignet
Der ULL-Streamer wird von einem Hochleistungs-FPGA angetrieben, das HDMI-Empfangs- (RX) und Sendefunktionen (TX) sowie Wi-Fi-5-Fähigkeiten umfasst und sich damit ideal für die gleichzeitige Verarbeitung von Datenempfang und -übertragung eignet. Das Herzstück des ULL-Streamers ist der MPSoC Zynq UltraScale+, der eine integrierte H.264/H.265-Video-Codec-Einheit enthält. Diese Funktion gewährleistet eine hardwarebeschleunigte Videokodierung und -dekodierung, optimiert die Leistung für High-Definition-Video-Streaming-Anwendungen und minimiert die Auswirkungen auf die Systemressourcen.
Erweiterte Videocodec-Integration in der Medizin
Die fortschrittliche Codec-Integration des ULL-Streamers bringt in medizinischen Umgebungen erhebliche Vorteile mit sich, da sie eine effizientere und effektivere Videoverarbeitungspipeline ermöglicht, die direkt mit dem bildgebenden Gerät beginnt. Sobald das Rohvideo von Geräten wie Endoskopen erfasst ist, wird es in der programmierbaren Logik des FPGAs verarbeitet, wo wesentliche Bildverbesserungen vorgenommen werden.
Verbesserungen wie die Rauschunterdrückung sorgen für ein klares, hochauflösendes Bild, während die Farbkorrektur und die Bildstabilisierung für eine genauere und einheitlichere Darstellung sorgen. Diese Optimierungen sind von entscheidender Bedeutung, da sie die Klarheit des Livestreams verbessern und Chirurgen und medizinisches Fachpersonal in die Lage versetzen, präzise Echtzeitbilder zu sehen, die für ihre Eingriffe entscheidend sind. Der integrierte H.264/H.265-Codec komprimiert diese hochwertigen Videoströme derart effizient, sodass die visuelle Wiedergabetreue erhalten bleibt und gleichzeitig die Anforderungen an die Bandbreite reduziert werden, was eine nahtlose Datenübertragung über komplexe Netzwerke in Klinik und Gesundheitswesen erlaubt.
Netzwerk-Streaming ohne Verzögerung
Der ULL-Streamer von iWave ist so optimiert, dass die Videoqualität bei sehr geringen Latenzzeiten erhalten bleibt. So wird sichergestellt, dass das Video in Echtzeit verarbeitet und ohne Verzögerungen an medizinische Displays, Remote-Systeme oder Speicher übertragen wird. Dieser gestraffte Arbeitsablauf verbessert nicht nur die betriebliche Effizienz in OP-Sälen, Kliniken und medizinischen Einrichtungen, sondern ermöglicht es dem medizinischen Personal auch, Livevideobilder aus mehreren Quellen gleichzeitig anzuzeigen, zu analysieren und darauf zu reagieren.
Darüber hinaus kann das komprimierte Video ohne Verzögerung an remote zugeschaltete Ärzte oder andere medizinische Fachkräfte übertragen werden, was eine nahtlose Zusammenarbeit und Entscheidungsfindung in hochsensiblen medizinischen Szenarien ermöglicht. Diese Echtzeitfähigkeit in Kombination mit niedriger Latenz und hochwertiger Bildgebung stellt sicher, dass der ULL-Streamer die strengen Anforderungen moderner medizinischer Bildgebung und Verfahrensunterstützung erfüllt, bei denen Präzision und Timing von größter Bedeutung sind.
ULL-Workflow für Echtzeit-Medizin
Der Codierungsprozess des ULL-Streamers beginnt mit der Erfassung hochwertiger Videos von 12G-SDI- oder HDMI-2.0-Quellen mit einer Auflösung von bis zu 4K und 60 Bildern pro Sekunde (fps). Während eines chirurgischen Eingriffs wird die Videoübertragung in kleinere, effiziente Datenpakete kodiert und über Wi-Fi 5 gestreamt. Unterstützte Protokolle wie UDP, SRP, RTMP und RTSP erleichtern die Kompatibilität mit einer Reihe von Streaming-Plattformen. Die kodierten Daten werden von einem Decoder empfangen und auf Highspeed-Monitoren und -Geräten wie dem Apple Vision Pro angezeigt. Um die Flexibilität zu erhöhen, kann das Video auch auf webbasierte Plattformen wie YouTube und Wowza gestreamt und an die spezifischen Bedürfnisse der medizinischen Endanwender angepasst werden. Um die Datensicherheit zu gewährleisten, bietet der ULL-Streamer eine Ver- und Entschlüsselung für Video- und Audiodaten, die von 12G-SDI- oder HDMI-2.0-Quellen erfasst werden, sodass die Vertraulichkeit der Patientendaten beim Streaming gewahrt bleibt.
Mit dem Streaming mit extrem niedriger Latenz über WLAN bietet der ULL-Streamer das Potenzial, chirurgische Workflows und Ergebnisse deutlich zu verbessern, die digitale und interaktive Ausbildung zu fördern sowie den Zugang zu lebensrettenden Verfahren über Remote-Access weltweit zu erweitern. (uh)
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