Medische beeldvormingsapparatuur, zoals endoscopen, stuurt gegevens via kabels door naar monitoren en ziekenhuisinformatiesystemen. In samenwerking met partners werken Fraunhofer-onderzoekers in het OWIMED-project eraan om datakabels in de operatiekamer van de toekomst overbodig te maken. Het projectteam heeft een prototype ontwikkeld voor een endoscoop die gebruikmaakt van licht om de beelden van een laparoscopische ingreep in de buikholte door te sturen.
Zonder rondslingerende kabels kunnen operaties efficiënter verlopen en kunnen medische apparaten gemakkelijker worden gereinigd en gedesinfecteerd. De radiosystemen die tegenwoordig gangbaar zijn, voldoen echter niet aan de eisen die de medische technologie stelt op het gebied van betrouwbaarheid, veiligheid en latentie. „In plaats van radiogolven gebruiken we gemoduleerd ledlicht voor draadloze communicatie. Door de lokaal beperkte voortplanting van licht is draadloze overdracht via licht (LiFi) ideaal voor de medische technologie. We kunnen nu al voldoen aan de eisen voor hoge datasnelheden over korte afstanden”, zegt Anagnostis Paraskevopoulos, onderzoeker bij het Fraunhofer-Institut für Telekommunikation, Heinrich-Hertz-Institut (HHI), die het project leidt.
Draadloze endoscoop
In het OWIMED-project (Optical Wireless Communication for Medical Imaging Devices, zie hieronder) onderzoeken wetenschappers manieren om LiFi-technologie in de operatiekamer mogelijk te maken. In nauwe samenwerking met IT Concepts GmbH en het St. Joseph Krankenhaus in Berlijn-Tempelhof ontwikkelen ze een draadloze endoscoop die kan worden gebruikt bij laparoscopische ingrepen. De onderzoekers integreren de LiFi-technologie in operatielampen en gebruiken de optimale line-of-sight-verbinding om de gegevens van de endoscoop te ontvangen en door te sturen naar de monitor, waar de beelden uit de buikholte in 4K-kwaliteit worden weergegeven.
Een einde maken aan de kabelwirwar
In de handel verkrijgbare endoscopiesystemen vereisen twee kabelverbindingen. De ene, een glasvezelkabel, dient voor de verlichting, terwijl de andere zorgt voor de stroomvoorziening en de dataverbinding waarmee de camerabeelden of videostream op de monitor kunnen worden weergegeven. Deze kabelverbindingen zijn niet hygiënisch. Ze moeten met een hoes worden afgeschermd en worden over de patiënt of over de vloer gelegd. Dit verstoort het werk in de operatiekamer aanzienlijk.
Batterijen en LiFi
“Onze draadloze endoscoop lost dit probleem op. We integreren de optische lichtbron in de vorm van een LED direct in de endoscoop, die op batterijen werkt. We bouwen ook een batterijgevoede LiFi-module in de endoscoop in, die de gegevens optisch naar de OK-omgeving en naar de monitor verzendt. Hiervoor zijn slechts enkele extra LiFi-modules op de operatielamp boven de operatietafel nodig,” legt Paraskevopoulos uit. Een modulator schakelt de LED aan en uit met een frequentie die te hoog is om waarneembaar te zijn voor het menselijk oog. Een fotodiode detecteert deze lichtpulsen en zet ze om in elektrische signalen. De optische draadloze verbinding is bidirectioneel, waardoor ook wijzigingen in de instellingen van de endoscoopcamera vanaf de monitor mogelijk zijn.
Robuuste dataverbinding
De LiFi-modules zijn ontworpen om compact te zijn en zorgen voor een gelijkmatige, halfronde signaalverspreiding over een straal van 180 graden, waardoor een robuuste, snelle dataverbinding wordt gegarandeerd. De geïntegreerde camerachip en de bijbehorende microprocessor zorgen voor datacompressie met lage latentie, waardoor gegevensoverdracht met een laag stroomverbruik mogelijk is.
Betrokkenheid chirurgisch team
Het chirurgische team van het St. Joseph Krankenhaus in Berlijn-Tempelhof speelde een sleutelrol door gedurende het hele project continu advies te geven over de technische ontwikkeling. Uiteindelijk testten zij het prototype van de draadloze endoscoop en de bijbehorende LiFi-infrastructuur in een echte OK-omgeving met behulp van een chirurgische simulator in de vorm van een medisch fantoom. “Met de tests konden we aantonen dat onze LiFi-oplossing zeer goed functioneert wat betreft latentie evenals betrouwbaarheid, datasnelheden, lichtkwaliteit en ergonomie. De feedback van het chirurgische team was volledig positief. Zodra ons systeem volledig is ontwikkeld, zouden de artsen er de voorkeur aan geven boven de bekabelde variant,” zegt Paraskevopoulos.
Openingsfoto: Optische draadloze communicatie (LiFi) zorgt voor een betrouwbare gegevensoverdracht van de endoscoop naar de monitor, zelfs onder ongunstige omstandigheden. (foto: Fraunhofer HHI)
Lees ook: Medische beeldvormingstechniek brengt zowel weefsel als bloedvaten in beeld
