【虹科】新的機(jī)器視覺技術(shù)為醫(yī)學(xué)成像帶來成本和臨床效益

從影像輔助手術(shù)到醫(yī)療診斷系統(tǒng)，實(shí)時(shí)成像技術(shù)正推動(dòng)著醫(yī)療保健服務(wù)方式的根本性變更。隨著醫(yī)學(xué)成像的廣泛應(yīng)用，工程師正在尋求新的方法，從而更加經(jīng)濟(jì)有效地傳輸高帶寬視頻。之前醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)依賴于電信、廣播、和大眾化技術(shù)傳輸視頻。這些方法需要使用專用的布線和昂貴的組件來傳輸圖像數(shù)據(jù)，使得這些系統(tǒng)變得昂貴、復(fù)雜和難以廣泛使用。為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，工程師采用統(tǒng)一的機(jī)器視覺標(biāo)準(zhǔn)，來滿足超大的帶寬、超低的延遲和實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求。虹科提供的外置式采集卡和嵌入式解決方案將為其帶來廣泛的支持。

GigE Vision技術(shù)和臨床應(yīng)用

購買醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)是醫(yī)院的重大投資，不僅表現(xiàn)在前期的設(shè)備成本，還表現(xiàn)在后期的維護(hù)費(fèi)用。遵循GigE Vision協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)視頻接口產(chǎn)品，使得工程師可以再現(xiàn)有醫(yī)療設(shè)備基礎(chǔ)上創(chuàng)建實(shí)時(shí)化的網(wǎng)絡(luò)手術(shù)室。

越來越多的設(shè)備商把GigE Vision接口硬件集成到數(shù)字平面板X射線檢測儀上，以取代以膠片成像的設(shè)備。在檢測系統(tǒng)中，圖像從X射線檢測儀傳輸?shù)浆F(xiàn)有接口，比如Camera Link或LVDS接口，然后通過外置式圖像采集卡設(shè)備，把圖像轉(zhuǎn)變成遵循GigE Vision格式的視頻信號(hào)。

利用以太網(wǎng)遠(yuǎn)距離布線的優(yōu)勢(shì)，醫(yī)療數(shù)據(jù)分析設(shè)備可以自由的放置在無菌手術(shù)室外面，這樣減少了滅菌設(shè)備的成本，降低了患者感染的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在各個(gè)部門之間的共享。

基于GigE分布的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是把先前孤立的圖像和患者資料數(shù)據(jù)集成到網(wǎng)絡(luò)上，并把這些數(shù)據(jù)整合到一個(gè)顯示終端。這樣在手術(shù)室里的顯示器可以實(shí)時(shí)顯示來自不同成像設(shè)備和系統(tǒng)的患者數(shù)據(jù)。在不需要對(duì)硬件和軟件重新配置的情況下，外科醫(yī)師可以很容易地在這些成像源之間進(jìn)行切換。比如：切換白光和熒光攝像機(jī)數(shù)據(jù)，或者對(duì)比患者手術(shù)前影像和實(shí)時(shí)圖像之間的區(qū)別等。

在傳輸層，成像設(shè)備只向網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)發(fā)送一份數(shù)據(jù)，交換機(jī)將數(shù)據(jù)復(fù)制后，分別分配給顯示器和處理平臺(tái)。該技術(shù)確保了視頻分配不會(huì)影響服務(wù)器性能。借助以太網(wǎng)的組播傳送能力，數(shù)據(jù)可以分配到一套顯示和處理系統(tǒng)中或者分配到多套系統(tǒng)中去，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。傳感器采集數(shù)據(jù)的時(shí)間戳信息，配置信息等元數(shù)據(jù)可以通過以太網(wǎng)系統(tǒng)同步傳輸到終端設(shè)備，從而可以兼容遵循醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像通訊標(biāo)準(zhǔn)的軟硬件設(shè)備。

Fig.1 更加靈活的GigE接口，使多面板X射線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得更加簡單。

高帶寬成像技術(shù)的進(jìn)步也有助于減少患者受到輻射的劑量。尤其是在透視檢查設(shè)備中，傳統(tǒng)的透視設(shè)備使用連續(xù)超時(shí)的輻射照射量來實(shí)現(xiàn)X射線信號(hào)的成像，該過程造成過量的X射線輻射。新一代透視檢查系統(tǒng)使用多個(gè)移動(dòng)的X射線源，僅僅在幾秒鐘內(nèi)就可以從多個(gè)遞增的角度對(duì)患者的組織進(jìn)行成像，從而最大程度的減少患者受到的輻射量。對(duì)于這種新型透視設(shè)備，使用傳統(tǒng)的圖像傳輸接口不但價(jià)格昂貴，而且會(huì)使得系統(tǒng)變得非常復(fù)雜和臃腫。

隨著診斷成像系統(tǒng)對(duì)帶寬的需求增加，工程師開始評(píng)估使用GigE Vision協(xié)議和NBASE-T技術(shù)，該技術(shù)支持5 Gb/s圖像傳輸或更快的10 GigE技術(shù)。使用10 GigE技術(shù)，多源圖像數(shù)據(jù)可通過以太網(wǎng)匯聚到處理系統(tǒng)上，利用這些CMOS X-射線檢測儀上生成的數(shù)據(jù)來動(dòng)態(tài)合成3D圖像。如果需要，系統(tǒng)可以添加更多的遵循GigE Vision協(xié)議的X射線檢測儀，進(jìn)一步增加系統(tǒng)的成像質(zhì)量。整個(gè)系統(tǒng)的集成非常簡便，得益于所有的成像模塊是遵循GigE Vision協(xié)議的。

簡化生物成像

隨著GigE Vision技術(shù)在診斷系統(tǒng)中日益廣泛的應(yīng)用，對(duì)于尋求降低成本，并改善生物成像應(yīng)用的工程師來說，USB3 Vision是一種有吸引力的技術(shù)。

用于眼部檢查的光學(xué)相干斷層成像掃描術(shù)，通常使用Camera Link線掃描相機(jī)生成人眼的斷層面影像。Camera Link視頻接口需要大量的專用布線，以及在計(jì)算機(jī)上安裝PCIe圖像采集卡來捕獲圖像，從而導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度增加，帶來成本的上升，并限制了相關(guān)組件的選型。

使用USB3 Vision外置圖像采集卡，工程師可過把現(xiàn)有攝像機(jī)轉(zhuǎn)換成USB3 Vision攝像機(jī)，從而降低成本、減少不穩(wěn)定性、并降低系統(tǒng)的復(fù)雜性。工程師利用現(xiàn)有的攝像機(jī)、傳感器和光學(xué)器件，把線掃描相機(jī)視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成USB3 Vision視頻信號(hào)，這樣系統(tǒng)就可以使用比較便宜的USB3.0線纜把圖像傳輸?shù)降统杀镜墓P記本端口上，同時(shí)進(jìn)行分析和顯示。

由于不需要使用帶有PCIe的Camera Link圖像采集卡，計(jì)算機(jī)平臺(tái)有了更多的選擇空間，比如選擇小體積、低功耗的計(jì)算機(jī)。較輕細(xì)的USB3.0電纜比笨重的Camera Link電纜更容易實(shí)施布線，能夠?qū)崿F(xiàn)檢設(shè)備的快速安裝和拆卸。

Fig.2 USB3 Vision技術(shù)減少了生物成像系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，同時(shí)合理利用現(xiàn)有相機(jī)、傳感器和光學(xué)器件。

明確的市場前景

成像技術(shù)日益成為醫(yī)療行業(yè)的電子眼，使用實(shí)時(shí)高分辨率的視頻圖像來診斷病情，能夠提高治療效果，同時(shí)減少患者的看病成本。視頻接口技術(shù)幫助實(shí)現(xiàn)了手術(shù)室成像系統(tǒng)和醫(yī)療診斷成像系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化。使用GigE Vision視頻接口或USB3 Vision視頻接口，有助于醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和更新，使設(shè)備商能夠縮短上市時(shí)間，減少風(fēng)險(xiǎn)并降低系統(tǒng)成本和復(fù)雜性，同時(shí)提供良好的互操作性和性能收益，進(jìn)而增強(qiáng)其解決方案的商業(yè)價(jià)值。

Fig.3 來自FPD和燈頭相機(jī)的圖像被轉(zhuǎn)換成GigE Vision格式的數(shù)據(jù)，并多路傳輸?shù)绞中g(shù)室儀表盤，計(jì)算平臺(tái)和控制室，用于圖像數(shù)據(jù)的處理、儲(chǔ)存和監(jiān)控。

虹科產(chǎn)品：嵌入式視頻接口HK-NTx-GigE

關(guān)鍵特點(diǎn)：

• 結(jié)構(gòu)緊湊、功率低，易于嵌入到小體積相機(jī)、平板X射線探測器和成像系統(tǒng)中
• 吞吐量接近1 Gbps
• 高達(dá)32位、120 MHz并行LVTTL/LVCMOS視頻輸入，以及4個(gè)交錯(cuò)Tap
• GenICam集成開發(fā)包（包含iPORT AutoGen XML生成工具和固件參考設(shè)計(jì)組成）提供一個(gè)高效簡潔的GenICam交互界面
• (有關(guān)該集成包的價(jià)格信息，請(qǐng)聯(lián)系銷售人員)
• 支持添加元數(shù)據(jù)如：圖像的預(yù)處理結(jié)果，圖像拍攝時(shí)正交編碼器的準(zhǔn)確位置
• IEEE 1588精確時(shí)間協(xié)議 將多臺(tái)相機(jī)和成像設(shè)備同步到網(wǎng)絡(luò)主時(shí)鐘，精度高達(dá)1μs（微秒） 行掃描和面掃描模式
• 自帶120MB圖像緩存，支持?jǐn)?shù)百萬像素的傳感器尺寸
• 支持PoE和外部供電選項(xiàng)
• 可通過GigE端口更新固件，便于現(xiàn)場升