OP-Fernsehen ohne Kabel: Mit modernen Modulen und HD-tauglichen Funktechniken senden Geräte Live-Videosignale aus dem Operationssaal.

OP-Fernsehen ohne Kabel: Mit modernen Modulen und HD-tauglichen Funktechniken senden Geräte Live-Videosignale aus dem Operationssaal.TQ-Systems

Ärzte, OP- und Pflegepersonal wollen keine Kabel: Sind die Leitungen auf dem Boden verlegt, dann stellen sie nicht nur Stolperfallen dar – sie behindern auch die freie Positionierbarkeit medizinischer Geräte. Zudem sind die Stecker und Buchsen schwer zu reinigen und sterilisieren und somit unter Hygieneaspekten bedenklich. Drahtlose Kommunikation zwischen medizintechnischen Geräten bietet aber weitaus mehr Vorteile: Sie kann dazu beitragen, die Systemverfügbarkeit zu sichern, den ergonomischen Freiheitsgrad und die Mobilität der Systeme im OP zu erhöhen. Sogar hochqualitative Bilddaten lassen sich mit heutigen Funkstandards zuverlässig übertragen.

Einerseits wollen Kliniken ihre Arbeitsabläufe optimieren und den Einsatz der oft hochspezialisierten Medizintechniksysteme flexibler gestalten, andererseits sollen die Technologien kosteneffizient sein, einfach zu bedienen und störungsfrei im Verbund mit existierenden Technologien arbeiten. Darüber hinaus sollen alle angesprochenen Endgeräten die Videodaten verzögerungs- und störungsfrei, kontraststark, original- und detailgetreu, hoch aufgelöst und somit unverfälscht darstellen. Das zu erreichen, erfordert neben einer stabilen Übertragungsverbindung und hohen Bandbreite eine Technologie, die unkomprimiert und damit in Echtzeit die Videodaten in der gewünschten Qualität überträgt.

Farbecht und störungsfrei

Für den medizinischen Einsatz sind farb- und detailgetreue Video­darstellungen dringend nötig. Die dafür eingesetzten Geräte unterliegen insbesondere im Bereich der Störstrahlung hohen Auflagen, um sicherzustellen, dass sie unter keinen Umständen andere medizinische Geräte beeinflussen oder stören. Die hierfür eingesetzte Technologie ist ebenso maßgeblich, wie das elektrotechnische Design der Funklösung, da sie sowohl elektromagnetische Felder anderer Funktechniken als auch umgebungsbedingte Einschränkungen akzeptieren muss.

Das Wireless-HD-
Video-Interface überträgt kabellos und unkomprimiert Videodaten in voller HD-Qualität und Echtzeit (Latenz < 1 ms) an bis zu vier Empfänger.

Das Wireless-HD-
Video-Interface überträgt kabellos und unkomprimiert Videodaten in voller HD-Qualität und Echtzeit (Latenz < 1 ms) an bis zu vier Empfänger.TQ-Systems

In Szenarien mit vielen Personen, Geräten, Installationen und Abtrennungen im Raum, die eine freie Ausbreitung der Funkwellen behindern, wird schnell klar, dass ein zuverlässiges System besondere Mechanismen benötigt. In der Praxis könnte das folgendermaßen aussehen: Die Quelle für die Videodaten im OP könnte ein Mikroskop, eine OP-Kamera oder ein ophthalmedizinisches Gerät sein. Diese speist das Videosignal in den Funksender ein, der es unkomprimiert und latenzfrei an den Empfänger überträgt. Dieser wiederum gibt das Signal unverfälscht an das angeschlossene Gerät aus, genau so wie es eingespeist wurde. Bei einem Wire­less-HD-Video-Interface ist eine Übertragung der Videodaten an bis zu vier Empfänger parallel ohne Qualitätsverlust möglich.

Das Funksystem planen

Wie bei der Installation kabelbasierter Systeme ist beim Einsatz von Funksystemen eine dedizierte Planung erforderlich, um die jeweiligen Anforderungen zu erfüllen. Für einen einwandfreien Regelbetrieb müssen die Anforderungen im Vorfeld eindeutig spezifiziert sein, denn die verfügbaren Funktechnologien und die jeweils genutzten Frequenzen unterscheiden sich stark in ihrer Einsatzeignung.

Auf einen Blick

Für besondere Qualitätsanforderungen gibt es mit Wireless-HD (WiHD) einen Standard, der Videodaten unkomprimiert und mit sehr geringer Latenz überträgt. TQ-Systems ist mit seinem „Module No. 1“ in diesem Bereich tätig und bei Filmkameras vertreten. Mit der Variante „Module No. 1 mini“ adressiert der Hersteller auch medizintechnische Anwendungen, um Live-Bilder aus dem OP an bis zu vier Empfänger in anderen Räumen zu senden.

Die im Rahmen der lizenzfreien Nutzung verfügbaren Frequenzbänder liegen im Bereich 433 bis 5825 MHz. Rahmenparameter wie Reichweite, Übertragungszeit (Verzögerungsakzeptanz), Umgebungssituation, Empfangspositionen, Datenmenge, Übertragungssicherheit und Koexistenz sind nur einige der Auswahlkriterien. Insbesondere die Koexistenz gewinnt an Bedeutung, da auch im Krankenhaus immer mehr Funksysteme zum Einsatz kommen und die frei nutzbaren Frequenzbänder immer stärker auslasten. Funksysteme, die am gleichen Ort zur gleichen Zeit im gleichen Frequenzband senden, können sich gegenseitig empfindlich stören und die Güte der Datenübertragung erheblich beeinflussen. Eine Funknetzplanung und die spezifische Betrachtung möglicher Technologien gemäß Anforderungsprofil ist für jeden Einsatzzweck erforderlich.

Neben der Koexistenz sind die Reichweite und damit einhergehend die störfreie Übertragungsqualität wichtige Auswahlkriterien. Diese Eigenschaften hängen neben dem genutzten Frequenzband auch wesentlich von Antennentyp und Übertragungsverfahren sowie den Umgebungsbedingungen ab. Wellenausbreitung, Dämpfung, Mehrweg-Effekte, Doppler-Effekt, Antennen, Codierung, Modulation, Störeinflüsse und Sicherheit sind Einflussfaktoren, die die Übertragungsqualität definieren.

Bluetooth, Wi-Fi und Co.

Die heute verfügbaren Funktechnologien reichen von körpernahen bis hin zum weltumspannenden Netz. In Nahbereich-Netzwerken sind Techniken wie Bluetooth, RFID, Zigbee und Z-Wave im Einsatz. Innerhalb von Gebäuden zumeist WLAN nach IEEE 802.11a, b, g und n sowie DECT. In der Medizintechnik verbreitet sind Bluetooth, Zigbee, WiHD (Wireless-HD), WLAN sowie Wireless-HD-Video-Interface.

Die langen Lebenszyklen heutiger Medizingeräte und die hohen Qualitätsanforderungen in der Medizintechnik stellen selbst für hochentwickelte Systeme eine nicht zu unterschätzende Herausforderung dar. Viele Krankenhäuser haben ihre medientechnische Versorgung modernisiert und WLAN steht bereits in vielen Operationssälen zur Verfügung. In diesen Kliniken könnte der Funkstandard 5 GHz / Wi-Fi eine kostengünstige Lösung darstellen, um Signale auch durch Wände hindurch zu übertragen. Die geringe zur Verfügung stehende Bandbreite kann hier aber den limitierenden Einsatzfaktor darstellen, gerade wenn Videosignale unkomprimiert und latenzfrei übertragen werden sollen. Darüber hinaus ist die Koexistenz mit anderen medizinischen Geräten nicht zwingend gegeben.

Als mögliche Alternative bieten sich Funksysteme an, die sich dem 60-GHz-Frequenzband und der Wireless-HD-Technologie bedienen. Allerdings wird das 60-GHz-Band auch für Richtfunksysteme und Radar benutzt. Es setzt daher eine gerichtete Verbindung voraus, die wiederum die Mobilität einschränkt. Ihre Grenzen erfahren die meisten Systeme, wenn das Signal Wände durchdringen soll. Hier hat das Wireless-HD-Video-Interface klare Vorteile. Da dieser Übertragungsstandard Reflexionen von Signalen nutzt, kann der Empfänger von der Sendequelle selbst dann störungsfrei Daten empfangen, wenn zwischen ihnen keine Sichtverbindung besteht. Ein weiterer Vorteil ist die gegenüber Wi-Fi-Lösungen verzögerungsfreie Übertragung.

Lichtwellenleiter

Ergänzend zu Funkverbindungen ist eine Übertragung über Lichtwellenleiter (LWL) denkbar. Diese Technik überbrückt auch Strecken von mehreren hundert Metern. Für die Anwendung im Operationssaal könnte das Szenario so aussehen: Das Videosignal wird von der bildgebenden Quelle an bis zu vier hochauflösende Empfangsgeräte (etwa Monitore) per Wireless-HD-Video-Interface gefunkt. Eine Weiterleitung des Signals an weiter entfernte Empfänger – beispielsweise einen Hörsaal – könnte dann über LWL erfolgen. Das System übergibt die Bilddaten unverfälscht, da selbst parallel laufende Leitungen keinen Einstrahlungseffekt ausüben und aufgrund der hohen Bandbreite erreichen Full-HD-Videosignale den Hörsaal ohne Qualitätsverlust.

Als Point-to-Point-Lösung lässt sich das kompakte System beispielsweise an eine Kamera oder einer anderen Bildquelle montieren. Es sendet die Videodaten an einen oder mehrere Empfänger, wobei bis zu vier Geräte gleichzeitig das Signal empfangen können. Zudem ist der störungsfreie Einsatz mehrerer Empfänger-Sender-Systeme im gleichen Raum möglich: Durch ein spezielles Pairing-Verfahren kann jeweils einer Sender- eine Empfangseinheit fest zugeordnet werden. Neben der Live-Übertragung von Bild und Ton ist deren Aufzeichnung für eine Auswertung der Daten zu einem späteren Zeitpunkt ebenfalls möglich.

Das „Modul No. 1 mini“ ist so kompakt, dass es sich problemlos in andere Systeme integrieren lässt.

Das „Modul No. 1 mini“ ist so kompakt, dass es sich problemlos in andere Systeme integrieren lässt.TQ-Systems

Leichtgewicht

Mit weniger als 50 Gramm ist das Sendermodul deutlich leichter als bisherige Systeme und für mobile Anwendungen geeignet. Live-Übertragungen aus dem OP, über vorhandene Infrastruktur, direkt in den Lehrbereich sind nicht länger nur Universitäten oder großen Lehrkrankenhäusern vorbehalten. Mit dem „Modul No. 1 mini“ von TQ-Systems kann heute jedes Krankenhaus Videoübertragung in HD mit brillanter Bildwiedergabe einführen.

Überall dort, wo die Anwendung eine sichere Übertragung auch ohne Sichtverbindung erfordert, die Videos latenzfrei ankommen müssen, das Signal mehrere Hindernisse umgehen muss und die Funkstrecke keine Störstrahlung verursachen darf, eignet sich das „Modul No. 1 mini“. Ebenso wie das vielfach verwendete 60-GHz-Frequenzband sind die Bandbreiten innerhalb des 5-GHz-Bandes, in dem dieses Modul sendet, für den unlizenzierten Funkbetrieb freigegeben, hier insbesondere im 5,1- bis 5,8-GHz-Band. Ein 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.

An die Applikation anpassen

Die Technologie hat sich in der Standardausführung „Modul No. 1″ bereits erfolgreich bei anspruchsvollen, professionellen Filmproduktionen bewährt. Der modulare Aufbau des „Modul No. 1 mini“ ermöglicht eine flexible Anpassung an kundenspezifische Anforderungen. So sind je nach erforderlicher Sendeleistung auch Miniaturausführungen als integrierte Bestandteile (Design-in) realisierbar. Zu den besonderen Merkmalen zählen:

  • Spezifisches Funksystem für hohe Zuverlässigkeit
  • Energiesparende 5-GHz-Funktechnik
  • Kurze Verbindungszeiten
  • Verzögerungsfreie Datenübertragung
  • Geringer Stromverbrauch
  • Koexistenz zu WLAN, Bluetooth und anderen
  • Störungsfreier Parallelbetrieb mehrerer Sende- und Empfangseinheiten

Die Technologie setzt dabei auf das Wireless-HD-Video-Interface im 5-GHz-Frequenzband von 5,180 bis 5,825 GHz, auf MIMO-Antennentechnik (Multiple Input Multiple Output) und OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing).

Für Strecken bis zu 40 m ist Wireless-HD-Video-Interface die vermutlich beste kabellose Technik, da sie robust arbeitet und nicht für eventuelle Störungen anfällig ist. Unabhängig von der gewählten Technologie ist die Umsetzung einer integrierten Lösung in ein medizinisches Gesamtsystem eine komplexe Aufgabe. Diese erfordert, um sich im täglichen Dauerbetrieb zu bewähren, die Zusammenarbeit mit Spezialisten, die neben der technologischen Kompetenz die anwendungsspezifischen Details verstehen und berücksichtigen.