Bildqualität und Datenübertragung im OP

Der Einsatz von digitaler Bildgebung und Videomanagement in der chirurgischen Praxis ist zwar nur eine Komponente des modernen OPs, erfordert in dieser hochkomplexen Umgebung jedoch  ein benutzerfreundliches System, das verschiedene Technologien nahtlos integriert, um Fehler zu minimieren und die Effizienz des OPs zu steigern.

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Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten zur Übertragung von Videosignalen, die zu unterschiedlichster Qualität des Videos führen. Video-over-IP (VoIP) ist eine Technologie zur Übertragung von Videosignalen zwischen zwei oder mehr Standorten über ein IP-Netzwerk. In einem Video-over-IP-System werden Standard-Videosignale - wie DVI (Digital Visual Interface), VGA (Video Graphics Array) und SDI (Serial Digital Interface) - in Netzwerk-Internet-Protokoll-Paketen (IP) kodiert. Diese werden dann übertragen und wieder in ein Standard-Videosignal zur weiteren Verarbeitung, Aufzeichnung und Anzeige dekodiert. Die Übertragung von Video über ein IP-Netzwerk hat viele verschiedene Facetten. Es ist üblich, Inhalte live oder auf Abruf gemeinsam zu nutzen, indem Daten in der Regel komprimiert als Netzwerkstrom gesendet werden.   

Die Bedeutung von unkomprimierten Signalen
Um jedoch im OP Best-in-Class-Leistungen zu erzielen, sind höchste Bildqualität und schnellste Übertragung erforderlich. Stellen Sie sich die negativen Auswirkungen auf Auge-Hand-Koordination bei einem Schnitt ins Gewebe vor, wenn das Bild eine erhöhte Zeitverzögerung aufweist bzw. unterschiedliche Gewebearten nur eingeschränkt voneinander unterschieden werden können.  Unsere Video-over-IP-Lösung bietet eine Ende-zu-Ende-Übertragung von Videosignalen mit ultra-niedriger Latenz von weniger als 5 Millisekunden Verzögerung. Die Übertragung von nativen Videoauflösungen bis zu 4K (4096 x 2160 bei 60 Hz) setzt den aktuellen Standard. Das bedeutet eine Datenübertragung von 4096 x 2160 Bildpunkten und das 60 mal pro Sekunde, ohne wie bei anderen Lösungen Bildzeilen auszulassen bzw. zu überspringen.  Durch diese hochwertige Performance erhalten Chirurgen genaue Echtzeitinformationen, welche die erfolgreiche Beurteilung und Behandlung des Patientenzustands unterstützen. Aus diesem Grund ist unkomprimiertes Video-over-IP die geeignete Echtzeitlösung für die OP-Umgebung.

Wie Video-over-IP-Systeme funktionieren
Es gibt vier Hauptelemente eines Video-over-IP-Systems in Krankenhausqualität: das zentrale Netzwerk, IP-Encoder, IP-Decoder und das Basissystem. Jeder spielt eine Schlüsselrolle beim nahtlosen Videorouting innerhalb des OPs.

Video-over-IP-Systeme für medizinische Anwendungen erfordern eine hohe Robustheit gegenüber äußerer Einflüsse auf das Netzwerk zum Datenaustausch zwischen den Systemkomponenten. Das betrifft zum einen Datensicherheit, zum anderen die Auslastung der im Netzwerk zur Verfügung stehenden Bandbreite. Werden die selben Datenbahnen zur Übertragung von mehreren Systemen gemeinsam verwendet, sind Engpässe nur schwer vorherzusagen und das Risiko für z.B. Zeitverzögerung ist nur schwer einzuschätzen. Daher verwenden wir für unsere Lösung ein zentrales Netzwerk getrennt vom LAN des Hauptkrankenhauses -. Ein 10-GB-Switch ist die Kernkomponente dieses Netzwerks. Switches sind in verschiedenen Größen mit z. B. 10, 16 oder 48 Ports erhältlich. Die gemeinsame Nutzung eines Switches für mehrere OPs bzw. die Verbindung mehrere Switches der einzelnen OPs untereinander ermöglichen den Datenaustausch zwischen den zentralen OP-Netzwerken. Kameras, Computer und andere Bild- und Videoquellen bieten standardisierte Schnittstellen. Die Vielzahl der unterschiedlichen Schnittstellen (VGA, SDI, DVI, HDMI, etc.) , erfordert einen jeweils entsprechenden Encoder zur Umwandlung des Signals zur Übertragung via Glasfaserleitung. Hierzu werden die Videosignale vom Encoder in IP-Pakete umgewandelt und ans Netzwerk übergeben. Während die Signalqualität bei Übertragung in Kupferleitung bereits nach wenigen Metern teils deutliche abnimmt, sind mit Glasfaserleitungen deutlich längere Übertrgungsstrecken ohne Einschränkungen möglich. Weiterhin wird durch elektrische Entkopplung durch die Glasfaser eine höhere Sicherheit bei der Kombination der einzelnen Komponenten erreicht. Für mobile Geräte bietet sich an, den entsprechenden Encoder direkt am Gerät anzubringen, um dann mit einer Einsteckerlösung in jedem OP einheitliche Anschlussdosen mit nur einer Kabelverbindung verwenden zu können. Encoder sind als Einzel- (1x Full HD), Doppel-Encoder (2x Full HD) sowie als Quad- Encoder (1x 4K) erhältlich. IP-Decoder sind mit dem zentralen Netzwerk verbunden. Sie konvertieren die empfangenen IP-Pakete wieder zurück in Standard-Videosignale, die dann auf einem beliebigen mit dem Netzwerk verbundenen Monitor angezeigt werden können. Die Decoder sind als Dual- (2x Full HD) und Quad-Decoder (1x 4K) erhältlich.  Einige Monitore sind mit integrierten IP-Decodern erhältlich. Diese Monitore können die Planung, Verkabelung und Implementierung des Video-over-IP-Systems optimieren.

Das "Basissystem" ist das zentrale Gerät, das zur Verwaltung des Netzwerks und der Verteilung aller Routen zwischen angeschlossenen Encodern und Decodern dient. Es ist die zentrale Komponente für andere Integrationsfunktionen wie Aufzeichnung, Gerätesteuerung und IT-Integration. Die Anzahl der Ein- und Ausgänge für das Video-Routing ist nur durch die Anzahl der verfügbaren Ports am Netzwerk-Switch begrenzt. Durch Kombination mehrerer Switches kann die Anzahl der Ports theoretisch erweitert werden. Dabei ist jedoch die Bandbreite zwischen den Switches entscheidend, da diese nun wieder für mehrere Systeme (Switch-1 und Switch-2) verwendet wird.

Gute Planung sowie bedarfsgerecht integrierte Lösungen sind der Schlüssel, um von den Vorteilen der OP-Integration profitieren zu können.

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