Die durchgängige Digitalisierung und moderne, visuelle Kommunikation halten Einzug in die Operationssäle. Die Technologien müssen sich aber den komplexen Anforderungen dieses hochspezialisierten Bereichs stellen. Einerseits sollen Arbeitsabläufe optimiert werden, andererseits sollen die hierfür eingesetzten Technologien kosteneffizient, einfach zu bedienen und flexibel einsetzbar sein. Wenn man die Vielzahl der Geräte mit ihren Verbindungen, Kabeln und Schläuchen in einem modernen Operationssaal sieht, dann liegen die Vorteile einer kabellosen Funklösung auf der Hand: Sie bietet mehr Bewegungsfreiheit und Unabhängigkeit im Arbeitsbereich sowie Flexibilität durch frei positionierbare Einheiten. Durch die Reduzierung störender Kabel ist der Reinigungsaufwand geringer und Nachrüstungen sind ohne großen Installationsaufwand möglich.

Bild 1: Kabellose Funklösungen für mehr Bewegungsfreiheit und Flexibilität im OP.

Bild 1: Kabellose Funklösungen für mehr Bewegungsfreiheit und Flexibilität im OP.TQ-Systems

Zuverlässige und sichere Systeme

Voraussetzung für den Einsatz eines solchen Systems ist eine absolut zuverlässige und sichere Übertragung der Videobilder in höchster Qualität – und das in Echtzeit und ohne Verzögerung bei der Übertragung, damit Interaktionen des Betrachters möglich sind (Bild 1).

Bei solchen Szenarien, in denen sich eine Vielzahl von Personen, Geräten, Installationen und Abtrennungen variabel im Raum befinden und für Funkwellen Hindernisse darstellen, wird schnell klar, dass ein zuverlässiges System hierfür besondere Mechanismen zur Verfügung stellen muss.

Bild 2: Mehrwegeausbreitung entsteht durch Reflektion an Wänden und Gegenständen.

Bild 2: Mehrwegeausbreitung entsteht durch Reflektion an Wänden und Gegenständen.TQ-Systems

Das Frequenzband ist entscheidend

Neben anderen Faktoren bestimmt das jeweils verwendete Frequenzband maßgeblich die Ausbreitungseigenschaften im Raum. Signale mit 60 GHz haben eine deutlich größere Freiraumdämpfung und geringere Eindringtiefe als solche mit 2,4 oder 5 GHz. Bei 2,4 GHz dagegen haben wässrige Stoffe und Körper ein starkes Resonanz- und damit Absorptionsverhalten, was die Ausbreitung der Wellen dämpft.

Mehrwegeausbreitung entsteht immer dann, wenn die elektromagnetische Welle an Wänden und Gegenständen reflektiert wird (Bild 2). Dies ermöglicht am Empfänger (RX) auch den Empfang von Funksignalen, denen der direkte Weg vom Sender (TX) durch Hindernisse versperrt ist. Allerdings entstehen durch die verschiedenen Ausbreitungswege Laufzeitunterschiede, das heißt die Signale am Empfänger überlagern sich asynchron. Die ursprünglichen Informationen müssen daher über leistungsstarke Algorithmen zurückgewonnen werden.

Bild 3: Multiantennen-Funksysteme verbessern den Signal-Rauschabstand (SNR).

Bild 3: Multiantennen-Funksysteme verbessern den Signal-Rauschabstand (SNR).TQ-Systems

Erschwerend kommt hinzu, dass sich die verschiedenen ausgesendeten elektromagnetischen Wellen bei der Ausbreitung überlagern und teilweise auch auslöschen. Deshalb bietet ein Multiantennen-Funksystem mit mehreren Sende- und auch mehreren Empfangsantennen (MIMO, Multi-In/Multi-Out, Bild 3) hierfür entscheidende Vorteile und ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR). Die verschiedenen Antennen empfangen parallel die an der jeweiligen Position unterschiedlich verfügbaren Signale, woraus auch unter widrigsten Umständen noch sehr lange ein gutes resultierendes Signal durch digitale Signalverarbeitung zurückgewonnen werden kann. Dies ist also unbedingt Voraussetzung für ein robustes und zuverlässiges Funksystem.

Übertragung in Nebenräume

Für die kabellose Videoübertragung im OP werden unterschiedliche Technologien angeboten. Aufgrund der oben skizzierten Vor- und Nachteile hat sich TQ-Systems für die Entwicklung eines Funkübertragungssystems im 5-GHz-Frequenzband entschieden. Das Modul No. 1 mini kann überall dort eingesetzt werden, wo die Anwendung eine sichere Übertragung auch ohne Sichtverbindung erfordert oder die latenzfreie Übertragung der Videodaten gefordert ist. Darüber hinaus eignet sich dieses Modul, wenn eine Ausbreitung des Signals mehrere Hindernisse umgehen und sichergestellt sein muss, dass die Funkstrecke keine Störstrahlung verursacht, die andere Diagnose- oder Therapiegeräte beeinflusst.

Eckdaten

Funktechnik im OP bietet eine Menge an Chancen für die Anwender:

  • mehr Bewegungsfreiheit und Unabhängigkeit im Arbeitsbereich
  • Flexibilität durch einfacher positionierbare Einheiten
  • Weniger störende Kabel, dadurch auch weniger Reinigungsaufwand
  • Einfache Nachrüstbarkeit ohne großen Installationsaufwand
  • Optimierte Arbeitsabläufe durch Einbeziehen des ganzen Teams in verteilten Einheiten

Dabei muss die Funktechnik aber auch den Ansprüchen der Medizintechnik entsprechen. TQ stellt hier ein Funkmodul vor, das speziell für die Anforderungen im OP ausgelegt ist.

Ebenso wie das vielfach verwendete 60-GHz-Frequenzband sind die Bandbreiten innerhalb des 5-GHz-Frequenzbandes, in dem das Modul No.1 mini sendet, für den unlizenzierten Funkbetrieb freigegeben, hier insbesondere im 5,1- bis 5,8-GHz-Frequenzband. Ein ganz wesentlicher Vorteil dieses Frequenzbandes ist die Möglichkeit, das Signal auch in direkt angrenzende Nebenräume zu übertragen. Aufgrund der 128-Bit-Verschlüsselung ist die Vertraulichkeit der übertragenen Signale immer gewährleistet.

Bild 4: Multicast-Übertragung erreicht bis zu vier Empfänger, ohne zusätzliche Bandbreite zu benötigen.

Bild 4: Multicast-Übertragung erreicht bis zu vier Empfänger, ohne zusätzliche Bandbreite zu benötigen.TQ-Systems

Das Modul No. 1 mini überträgt Videodaten kabellos und unkomprimiert in voller HD-Qualität und in Echtzeit (Latenz < 1 ms) an bis zu vier Empfänger (Bild 4). Das System ist dabei mehr als nur ein Kabelersatz. Die Anwender des Systems gewinnen größere Bewegungsfreiheit, uneingeschränkte Positionierungsmöglichkeiten der Geräte, verbesserte Hygienekonditionen sowie die Freiheit einer flexiblen Übertragung über Distanzen von bis zu 40 m bei optimalen Bedingungen, ohne externe, abstehende Antennen. Der Sender verfügt über die relevante medizinische Zulassung und wurde unter der Maßgabe, höchstmögliche Ausfallsicherheit und Laufzeitzuverlässigkeit zu bieten, entwickelt. Mit dem Modul No.1 mini können die vielfältigen Möglichkeiten der modernen, visuellen Kommunikation flexibel genutzt werden. Die farbechte Darstellung der Videodaten gibt die prä- und intraoperative Situation unverfälscht wieder.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Als Point-to-Point-Lösung wird das kompakte System beispielsweise an eine Kamera oder an eine andere Bildquelle montiert und die Videodaten vom Sender an einen Empfänger gesendet, wobei bis zu vier Empfänger gleichzeitig das Signal von einem Sender empfangen können. Darüber hinaus ist der störungsfreie Einsatz von bis zu sechs Empfänger-Sender-Systemen im gleichen Raum möglich. Neben der Live-Übertragung von Bild und Ton ist deren Aufzeichnung für eine Auswertung der Daten zu einem späteren Zeitpunkt ebenfalls möglich.

Mit weniger als 50 g ist das Sendermodul deutlich leichter als bisherige Systeme und damit auch für mobile Anwendungen geeignet. Live-Übertragungen aus dem OP über die vorhandene Infrastruktur direkt in den Lehrbereich sind nicht länger nur Universitäten oder großen Lehrkrankenhäusern vorbehalten. Mit dem Modul No.1 mini kann heute jedes Krankenhaus von der Videoübertragung in High Definition mit brillanter Bildwiedergabe profitieren. Ob für Lehrzwecke, kooperative Operationen mit ortsfernen Spezialisten, zur Erstellung von Informationsfilmen oder zur Qualitätssicherung, der Kunde bestimmt den Einsatzzweck.

Bild 5: Modul No. 1 mini in der Design-in-Variante.

Bild 5: Modul No. 1 mini in der Design-in-Variante.TQ-Systems

Kundenspezifische Lösungen

Die Technologie hat sich in der Standardausführung des Modul No. 1 bereits erfolgreich bei anspruchsvollen, professionellen Filmproduktionen bewährt. Der modulare Aufbau des Gerätes ermöglicht die flexible Anpassung an kundenspezifische Anforderungen. Ohne Gehäuse kann der Sender auch als integrierter Bestandteil, sogenanntes Design-in, genutzt werden (Bild 5).

Bei der Systemintegration des Modul No. 1 mini in ein medizinisches Gerät sowie bei kundenspezifischen Lösungen auf Basis von Wireless-HD-Videoübertragung in Echtzeit ist TQ-Systems ein kompetenter Entwicklungspartner mit einem umfangreichen spezialisierten Fachwissen in den Bereichen Funktechnik und Elektrotechnik sowie langjähriger Erfahrung auf diesem Gebiet.