Streamery ultraniskiej latencji do zastosowań w chirurgii i obrazowaniu medycznym

Przesyłanie danych i komunikacja w czasie rzeczywistym stały się nieodzowne w służbie zdrowia, zwłaszcza w chirurgii oraz zastosowaniach obrazowania medycznego. Możliwość przechwytywania, udostępniania i analizowania na żywo obrazów wysokiej rozdzielczości w trakcie zabiegów, na przykład endoskopowych, zmieniła sposób diagnozowania schorzeń przez personel medyczny, a także planowania operacji oraz szkolenia przyszłych specjalistów. Współczesne przełomowe technologie pozwalają na przesyłanie strumieniowe z ultraniską latencją, umożliwiając wymianę na żywo immersyjnych, interaktywnych danych wysokiej jakości z ogromną prędkością, znacznie poprawiając opiekę nad pacjentami.

Aby nadążyć za tym postępem firma iWave wprowadziła na rynek rejestratory i streamery o ultraniskiej latencji (ULL), stanowiące nowoczesne rozwiązanie, które integruje komunikację w czasie rzeczywistym i przesył danych z minimalnym opóźnieniem. Opracowane z myślą o zapotrzebowaniu na natychmiastowe przepływy danych, streamery ULL pozwalają na przesyłanie strumieniowe wideo z wyjątkowo niską latencją „glass-to-glass”, co umożliwia personelowi medycznemu monitorowanie, ewaluację i współpracę z zachowaniem pełnej synchronizacji podczas skomplikowanych zabiegów medycznych.

(Źródło ilustracji: iWave)

W tradycyjnych metodach obrazowania, takich jak prześwietlenia RTG, tomografia komputerowa (TK), pozytronowa tomografia emisyjna (PET), obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI), zwykle podczas przesyłania strumieniowego wideo występują opóźnienia rzędu kilkuset milisekund. Taka latencja może stanowić krytyczną barierę w zabiegach wymagających podejmowania decyzji w ułamku sekundy. W przeciwieństwie do tego, streamery ultraniskiej latencji (ULL) firmy iWave zmniejszają całkowitą latencję do zaledwie 66ms w przypadku Wi-Fi 5, dzięki czemu idealnie sprawdzają się w zastosowaniach interaktywnych. Sygnały wideo wysokiej rozdzielczości (HD) można obecnie przesyłać w czasie rzeczywistym, co pozwala specjalistom na lokalne i zdalne monitorowanie oraz podejmowanie natychmiastowych decyzji. Na potrzeby wizualizacji i analizy, streamery ultraniskiej latencji (ULL) mogą być zintegrowane z zestawem nagłownym rzeczywistości mieszanej Apple Vision Pro, który łączy funkcje rzeczywistości rozszerzonej (AR) i rzeczywistości wirtualnej (VR), oferując całkowicie immersyjne środowisko użytkownika, a także usprawnia współpracę między wieloma zespołami medycznymi.

Najważniejsze cechy rejestratorów i streamerów ultraniskiej latencji

• Sygnały wideo ultrawysokiej rozdzielczości: obsługa sygnałów wideo 4K UHD przy częstotliwości 60Hz, z jednoczesną kompresją i dekompresją w celu zachowania wysokiej jakości
• Uniwersalne wejścia i wyjścia: wejścia-wyjścia 12G-SDI oraz HDMI 2.0 umożliwiają elastyczną integrację z różnymi urządzeniami obrazującymi
• Efektywne kodowanie w czasie rzeczywistym: wideo z wejścia 12G-SDI/HDMI 2.0 jest kodowane w celu przesyłania strumieniowego na żywo lub bezpośredniego zapisu na dysku SSD M.2 lub USB, zapewniając zarówno wyświetlanie w czasie rzeczywistym, jak i wydajne składowanie danych
• Przesyłanie strumieniowego Wi-Fi 5: możliwość niezawodnego przesyłania strumieniowego z niską latencją w sieciach Wi-Fi, co zmniejsza zależność od połączeń przewodowych i poprawia mobilność
• Bezpieczna transmisja danych: wbudowane szyfrowanie AES w celu ochrony wrażliwych danych medycznych, zapewniające bezpieczne potoki przesyłania strumieniowego wideo
• Tryb przepustowy o zerowej latencji: obsługa trybu pętli o zerowej latencji, odpowiedniego zarówno dla przesyłania strumieniowego, jak i wyświetlania w czasie rzeczywistym na urządzeniach lokalnych

Streamery ultraniskiej latencji (ULL) wykorzystują wysokowydajne bezpośrednio programowalne macierze bramek (FPGA), które zawierają funkcje odbioru (RX) i wysyłania (TX) HDMI, a także obsługę Wi-Fi 5, dzięki czemu idealnie sprawdzają się w sytuacjach wymagających jednoczesnego odbioru i wysyłania danych. Sercem streamera ultraniskiej latencji (ULL) jest wieloprocesorowy układ SoC Zynq UltraScale+, który zawiera zintegrowaną jednostkę kodeka wideo H.264/H.265. Funkcja ta zapewnia kodowanie i dekodowanie sygnałów wideo z akceleracją sprzętową, co pozwala zoptymalizować wydajność zastosowań przesyłania strumieniowego sygnałów wideo w wysokiej rozdzielczości i zminimalizować obciążenia zasobów systemowych.

Zaawansowana integracja kodeków wideo w środowiskach medycznych

Zaawansowana integracja kodeków w streamerze ultraniskiej latencji przynosi znaczące korzyści w środowiskach medycznych, gdyż umożliwia uzyskanie wydajniejszych i efektywniejszych potoków przetwarzania obrazu, zaczynając bezpośrednio od urządzenia obrazującego. Po przechwyceniu surowego sygnału wideo z takich urządzeń jak endoskopy, jest on przetwarzany w bezpośrednio programowalnej macierzy bramek (FPGA), gdzie wprowadzane są niezbędne ulepszenia obrazu. Ulepszenia, jak na przykład redukcja szumów, zapewniają wyraźny obraz wysokiej rozdzielczości, a korekcja kolorów i stabilizacja obrazu zapewniają dokładniejszy i spójniejszy obraz. Te optymalizacje są niezbędne, ponieważ poprawiają klarowność strumienia na żywo, przez co umożliwiają chirurgom i personelowi medycznemu oglądanie precyzyjnych obrazów w czasie rzeczywistym, co ma znaczenie krytyczne w trakcie zabiegów. Zintegrowany kodek H.264/H.265 skutecznie kompresuje strumienie wideo wysokiej jakości, zachowując jednocześnie wierność obrazu przy jednoczesnym zmniejszeniu wymagań dotyczących przepustowości, co pozwala na bezproblemowe przesyłanie danych w złożonych sieciach opieki zdrowotnej.

Streamery ultraniskiej latencji zostały zoptymalizowane pod kątem zachowania jakości obrazu przy bardzo małych latencjach, zapewniając przetwarzanie i przesyłanie sygnałów wideo w czasie rzeczywistym do wyświetlaczy, systemów zdalnych lub pamięci masowych bez opóźnień. Omawiany usprawniony tok pracy nie tylko poprawia wydajność operacyjną w placówkach medycznych, ale także pozwala pracownikom służby zdrowia na przeglądanie, analizowanie i podejmowanie działań na podstawie strumieni wideo na żywo, pochodzących z wielu źródeł jednocześnie. Ponadto skompresowane sygnały wideo można przesyłać bez opóźnień do ekspertów lub konsultantów w odległych lokalizacjach, zapewniając bezproblemową współpracę i podejmowanie decyzji w sytuacjach medycznych wysokiego ryzyka. Praca w czasie rzeczywistym w połączeniu z niską latencją i obrazowaniem wysokiej jakości zapewniają, że streamery ULL spełniają najsurowsze wymagania nowoczesnego obrazowania medycznego i wsparcia podczas zabiegów, gdzie synchronizacja i precyzja mają znaczenie kluczowe.

Tok prac z wykorzystaniem streamera ultraniskiej latencji w zastosowaniach medycznych

Proces kodowania w streamerze ULL rozpoczyna się od przechwytywania wysokiej jakości sygnałów wideo ze źródeł 12G-SDI lub HDMI 2.0 w rozdzielczości do 4K przy 60 klatkach na sekundę (fps). W trakcie zabiegu chirurgicznego strumień wideo jest kodowany w celu uzyskania mniejszych, wydajniejszych pakietów danych i przesyłany strumieniowo. Obsługiwane protokoły Wi-Fi 5, takie jak UDP, SRP, RTMP i RTSP pozwalają uzyskać kompatybilność z szeroką gamą platform strumieniowania. Zakodowane dane są odbierane przez dekoder, gdzie są wyświetlane na szybkich monitorach i urządzeniach typu Apple Vision Pro. W celu zwiększenia elastyczności, sygnał wideo może być również przesyłany strumieniowo do platform internetowych, takich jak YouTube i Wowza, a także dostosowywany do konkretnych potrzeb użytkownika końcowego. Aby zapewnić bezpieczeństwo danych, streamer ultraniskiej latencji wykorzystuje szyfrowanie oraz deszyfrowanie danych wideo i audio przechwyconych ze źródeł 12G-SDI lub HDMI 2.0, z zachowaniem poufności pacjenta podczas przesyłania strumieniowego danych medycznych.

Przykłady użycia streamerów ultraniskiej latencji w opiece zdrowotnej

1. Integracja danych w czasie rzeczywistym w chirurgii: streamery ultraniskiej latencji umożliwiają bezproblemową integrację danych w czasie rzeczywistym, zapewniając chirurgom natychmiastowy dostęp do istotnych informacji, zwiększając świadomość sytuacyjną i wspomagając podejmowanie decyzji.
2. Telemedycyna i chirurgia zdalna: specjaliści znajdujący się w odległych lokalizacjach mogą dołączyć do zabiegów za pośrednictwem transmisji strumieniowej ultraniskiej latencji, dzięki zsynchronizowanej komunikacji między zespołami na miejscu i zdalnymi, co jest niezbędne w skomplikowanych zabiegach o wysokiej specjalizacji.
3. Symulacje i szkolenia medyczne: przesyłanie strumieniowe zabiegów chirurgicznych lub symulacji medycznych na żywo do studentów lub stażystów pozwala uzyskać immersyjne, interaktywne środowisko edukacyjne, które daje możliwość uzyskania natychmiastowych informacji zwrotnych i lepszego zrozumienia technik.
4. Monitorowanie OIOM: streamery ULL w czasie rzeczywistym przesyłają sygnały wideo i istotne dane z oddziałów intensywnej opieki medycznej (OIOM) do odległych ośrodków monitorowania, wspierając szybkie podejmowanie świadomych decyzji dotyczące opieki nad pacjentem.
5. Diagnostyka na żywo: przesyłanie w czasie rzeczywistym takich obrazów diagnostycznych jak USG lub nagrania endoskopowe, pozwala na szybkie konsultacje ze specjalistami, którzy mogą niezwłocznie interpretować wyniki i udzielać wskazówek, co skraca czas rozpoznania.
6. Koordynacja reagowania kryzysowego: w krytycznych sytuacjach związanych z opieką zdrowotną, streamery ULL pozwalają dostarczać transmisje wideo na żywo z miejsc kryzysowych do zespołów ratowniczych lub szpitali, co umożliwia natychmiastowe podjęcie skoordynowanych interwencji medycznych.

Dzięki pomyślnemu wdrożeniu przesyłania strumieniowego ultraniskiej latencji przez Wi-Fi, streamery ULL dają możliwość znaczącej poprawy wyników zabiegów chirurgicznych, udoskonalenia jakości szkoleń, a także rozszerzenia dostępu do ratujących życie zabiegów na całym świecie.

iWave: innowacje w systemach wbudowanych

Dekady doświadczeń pozwalają zespołowi inżynierów firmy iWave na sprawne projektowanie rozwiązań, które spełniają najbardziej rygorystyczne wymagania mechaniczne, środowiskowe i regulacyjne, a także dostarczać certyfikowane, skalowalne produkty o wymaganych parametrach, niezawodności i odpowiednie do długoterminowych wdrożeń. Firmy współpracujące z iWave korzystają z elastycznych, dostosowanych rozwiązań, wczesnego dostępu do najnowszych technologii i.MX, a także możliwości zdobycia pozycji lidera rynkowego dzięki produktom nowej generacji.

Aby uzyskać więcej informacji lub omówić wymagania niestandardowe, prosimy o kontakt pod adresem mktg@iwave-global.com.