Besonders wichtig für die medizinische Diagnostik sind Daten, die bei der Untersuchung und Beobachtung von Patienten gesammelt werden. Mit immer leistungsfähigeren Bildverarbeitungsmethoden lässt sich der Gesundheitszustand des Patienten immer besser einschätzen. Ein bedeutender technologischer Durchbruch in dieser Hinsicht ist die Entwicklung des Ultra-High-Definition(UHD)-Videoformats. Die Klarheit und Detailtiefe von UHD bieten viele interessante Möglichkeiten für die medizinische Bilddarstellung in der Diagnostik, für die Präventivmedizin, virtuelle Operationen sowie die Nachsorge.
UHD wird auch als 4K bezeichnet, weil es eine horizontale Auflösung von fast 4.000 Pixel und vier Mal so viele Pixel pro Bild bietet, als das standardmäßige Full-High-Definition-Format (Full-HD), also 8,3 Megapixel statt 2,1 Megapixel. Zwar wird behauptet, dass der Mangel an Inhalten die Akzeptanz von Full HD beim Verbraucher anfangs behindert hat, aber die Vorteile, die diese Technologie für die medizinische Bildgebung liefert, wurden schnell erkannt. Ebenso wird die hohe Auflösung, die 4K für medizinische Anwendungen bereitstellt, die eine schnellere Akzeptanz unterstützen.
Das Erstellen von Videos mit 4K-Auflösung erfordert eine erhebliche Menge an Rechenleistung, und bis zur Entwicklung einer Art medizinischem PC ist es wohl noch eine Weile hin. Doch durch Fortschritte in der Halbleitertechnik können die Hersteller medizinischer Geräte zunehmend von mehr Rechenleistung profitieren – und zwar durch Plattformen, die eine hohe Leistung und Flexibilität bieten.
Um Fortschritte in der Display-Technologie wirklich voll ausnutzen zu können, muss die gesamte Signalkette entsprechend verbessert werden; im Fall der medizinischen Bildgebung hat dies weitreichende Auswirkungen. X-Ray ist die mit Abstand am häufigsten verwendete Technik in der medizinischen Bildgebung; zusammen mit der Computertomographie (CT) stellt sie den vermutlich modernsten Stand der heutigen Technik dar. Jüngste Neuerungen wie Multiple-Detektor-Computertomographie (MDCT) und hochauflösende CT-Scanner (HRCT) generieren enorme Mengen an Daten. Bei der Computertomographie werden scheibenweise Schichtaufnahmen erstellt, die anschließend zu einem vollständigen Bild kombiniert werden. Komplexere Bilder lassen sich auch durch die Kombination von CT- und Echtzeit-3D-Bildgebung erzeugen.
Die Avantgarde der Bildgebung
Bei geschwächten Patienten ist es oft unabdingbar, die Strahlenbelastung so gering wie möglich zu halten, und je schneller und exakter der Scan gemacht werden kann, desto besser. Daher arbeitet die Branche intensiv an der Entwicklung von CT-Scannern, die eine höhere Leistung bei niedrigerer Strahlenbelastung liefern, wie beispielsweise der Dual-Source-Computertomograph. Diese hochentwickelten Scanner arbeiten mit zwei Röntgenstrahlern und Detektoren, die um 90 Grad zueinander versetzt angeordnet sind. Damit lassen sich High-Speed-Scans erstellen, die nicht nur beide Quellen, sondern auch zwei Spannungsebenen gleichzeitig nutzen. Die Verwendung dualer Spannungs-Niveaus erleichtert die Unterscheidung zwischen Weichgewebe, Fett und Kontrastmittel auf Grundlage ihrer einzigartigen energieabhängigen Schwächungseigenschaften. Die erzeugten Bilder können dann mit Hilfe modernster Algorithmen und speziell entwickelter Software verarbeitet werden. Bei Verwendung von zwei gleichzeitigen Quellen und Detektoren lassen sich in kürzerer Scanzeit und bei niedrigerer Dosierung bereits heute weitaus mehr Daten erfassen, wobei sich hier die Technologie immer noch weiterentwickelt.
Ein weiterer wichtiger Schritt ist die Integration von Modalitäten zum Zweck der Überlagerung, auch als Soft-Fusion oder Koregistrierung bezeichnet. Hierbei werden beispielsweise Aufnahmen von Weichgewebe mit Aufnahmen überlagert, die Stoffwechsel- oder biochemische Vorgänge darstellen. Eine führende Entwicklung, von der behauptet wird, sie habe die medizinische Diagnose in einigen Bereichen revolutioniert, ist der PET-CT-Scan. Dabei werden Aufnahmen, die mit einem Positronen-Emissions-Tomographie(PET)-Scanner erzeugt wurden, mit Bildern von einem CT-Scan überlagert, um die Vorteile beider zu verknüpfen. Das Ergebnis ist so überzeugend, dass PET-Scanner zunehmend durch solche Mehrzweckgeräte ersetzt werden.
Berichte über den Einsatz von Ultra-High-Definition(4K)-Kameras in der Chirurgie sind seit einigen Jahren im Umlauf. Während anfangs noch Kritik an den höheren Kosten geübt wurde, stehen die Vorteile der deutlich verbesserten Bildklarheit außer Frage. Wie bei jeder anderen technologischen Neuerung – insbesondere einer mit vielen vertikalen Absatzmärkten – werden die Kosten von 4K-Kameras sinken, was die Technik zugänglicher machen und zu weiterer Verbreitung führen wird.
Nachfrage nach mehr Kapazität
Mit jedem neuen medizinischen Verfahren und der dazugehörigen technischen Ausstattung steigt die Nachfrage nach mehr Kapazität. Daher ist es wichtig, dass OEMs die Bedeutung der Entwicklung von Geräten, die möglichst effizient eine optimale Leistung bieten, nicht nur erkennen, sondern auch entsprechend reagieren.
Große, schwerfällige Geräte werden ständig von kleineren, schnelleren und leistungsfähigeren Alternativen ersetzt, bis Portabilität und Handheld-Geräte zur Norm werden. Ultraschallgeräte sind hierfür ein Paradebeispiel: Die Halbleiterindustrie hat eine Stufe erreicht, bei der die gesamte empfindliche Elektronik für mehrere Detektoren in einem einzigen Gerät integriert werden kann, wodurch kleinere und billigere Geräte möglich sind. Dieses Maß an Integration zieht sich durch die gesamte Halbleiterindustrie und ist ein Trend, der Vorteile für viele Märkte bringt, nicht nur für die Medizintechnik. Eine der wichtigsten Entwicklungen als Resulat von mehr Integration sind Multicore-Prozessoren. Intel bleibt der größte Prozessor-Hersteller und x86 eine der am weitesten verbreiteten und beliebtesten Architekturen. Ihre Popularität bei Entwicklern erstreckt sich auf alle Ebenen, von der Software bis zur Endanwendung.
Einsatz von Multicore-Chips
Multicore-Prozessoren treiben die Konsolidierung bei den Endgeräten voran, die immer kleiner, energieeffizienter und leistungsfähiger werden. Auch wird der Zugang zur Multicore-Technologie für die OEMs immer einfacher, da Computer-on-Modul(COM)-Spezialisten wie etwa Congatec durch eine enge Zusammenarbeit mit Prozessorherstellern wie Intel und AMD schnell Unterstützung für jeden neuen Prozessor liefern. Die jüngste Entwicklung integriert auch die Unterstützung für 4K-Video. Angesichts der rapiden Entwicklung der Prozessortechnik stößt ein Design, das auf einer bestimmten Prozessor-Variante basiert, letztendlich an eine Leistungsgrenze. Es ist sehr wahrscheinlich, dass das Endgerät eine viel längere Lebensdauer als der Prozessor hat. Prozessorhersteller bringen in der Regel alle 18 Monate eine neue Prozessor-Variante auf den Markt, die für jeden Parameter Verbesserungen liefert. Um Nutzen aus diesen Vorteilen ziehen zu können, greifen OEMs oft zu COMs, da sich diese leicht aufrüsten lassen und somit immer eine optimale Lösung liefern.
Eine aktuelle COM-Lösung von Congatec ist das Modul Conga-TC87, das in einem Format von 95 mm x 95 mm zur Verfügung steht. In Verbindung mit einem Baseboard, das weitere Anpassungen und Flexibilität ermöglicht, sind OEMs in der Lage, anspruchsvolle Geräte zu entwickeln, die riesige Datenmengen in Echtzeit verarbeiten und als ultrahochauflösende 4K-Videos wiedergegeben werden können.
Das Modul basiert auf der vierten Generation der Intel-Prozessorreihe und unterstützt somit HD Graphics, OpenCL 1.2, OpenGL 4.0 und DirectX11.1. Es kann über HDMI/Displayport/LVDS-Schnittstellen bis zu drei unabhängige Displays mit Auflösungen bis 4K (4.096 x 2.304 Pixel) ansteuern. Der bei dem Modul verwendete Intel-Prozessor verfügt erstmals über mehrere GPUs und ist ein wahres System-on-Chip. Prozessor und Chipsatz sind in einem einzigen Chip integriert, der mit Intels State-of-the-Art-Ultra-Low-Power-Technik ausgestattet ist. Ergebnis: eine leistungsfähige Prozessor-Plattform mit einer maximalen Verlustleistung von 15 W, so dass eine Anwendung in lüfterlosen Geräten möglich ist. Dies ist besonders entscheidend bei Geräten, die in der chirurgischen Umgebung beziehungsweise im allgemeinen Gesundheitswesen zum Einsatz kommen.
