Bildverarbeitung im Krankenhaus
High-Speed Kameras revolutionieren Ganganalyse
Branche: Life Science | Kunde: Simi Reality Motion Systems GmbH
Die Simi Reality Motion Systems GmbH entwickelt, produziert und vertreibt Produkte für Bewegungs- und Verhaltensanalyse. Die Firma wurde 1992 gegründet und beschäftigt sich seitdem mit Fragen der Datenerfassung und -analyse von Bewegungen in Medizin, Sport, Industrie und Entertainment.
Die Situation
Eine präzise Planung von Operationen, Hilfsmittelversorgungen und physiotherapeutischen Maßnahmen bei komplexen Gangstörungen oder belastungsabhängigen Schmerzen ist durch die Anwendung einer Ganganalyse möglich. Gänge, infrarotbasierte 3D-Messungen benötigen hierfür bis zu 120 Minuten und sind aufgrund der vielen, anzubringenden Marker - vor allem für Kinder oder Patienten mit Parkinson - sehr aufwändig.
Die Herausforderung
Ein bildbasiertes System soll das Verfahren und die Anzahl der Marker reduzieren. Die Kameras sollen sowohl robuste wie handliche sein und eine Auflösung von mindestens 1920 x 1080 Pixel haben. Da die geplante Länge der Bahn mindestens 15 m betragen soll, ist die Entfernungen von mindestens 7,5 Metern zwischen Auswerte-PC und Kameras zu überwinden, würde der Auswerte-PC in der Mitte platziert werden.
Die Lösung
Das bildbasierte Verfahren zeigt durch den Einsatz von acht High-Speed-Kameras, über die künstliche 3D-Rekonstruktion hinaus, zusätzlich das Gangbild der Patienten in Echtzeit. Mithilfe des bildbasierten Verfahrens ist es, neben dem Einsatz einzelner und damit weit weniger Markern als im Vergleich zum infrarotbasierten Systemen, auch möglich, eine markerlose Ganganalyse mithilfe des sogenannten Silhouettentrackings durchzuführen. Damit entfällt das Anbringen von Markern und die Prozedur der Ganganalyse ist somit insgesamt schneller und und unkomplizierter durchführbar. Während das menschliche Auge auf rund 20 Bilder pro Sekunde beschränkt ist, erfassen die High-Speed-Kameras ein Vielfaches davon. Ursachen und Auswirkungen einer Gangstörung können erfahrene Orthopäden somit auch dann identifizieren, wenn die klinische Untersuchung darüber keine ausreichende Aussage zulässt. Zwar ist die gesammelte Datenmenge aufgrund der HD-Kameras enorm, durch die mittlerweile preisgünstigeren und schnelleren Speichermöglichkeiten ist es möglich, diese Daten zu sichern und auch im Klinikalltag zu nutzen.
Wie funktioniert das?
Bei einer Netzwerk-basierende Lösung ist zwar genügend Puffer bei der Kabellänge vorhanden, jedoch ist die verfügbare Nettobandbreite von etwa 120 MB/s bei acht Gigabit Ethernet HD-Kameras schnell überschritten: 8 x 1920 x 1080 x 30 (Bilder pro Sekunde) x 8 (Bit Bilddaten) = ca. 500 MB/s.
Eine Lösung bieten die Dual-GigE-Kameras BVS CA-GX2, die zwei Gigabit Ethernet Leitungen durch Link Aggregation bündeln und dadurch ca. 340 MB/s als Nettobrandbreite zur Verfügung stellen können. Darüber hinaus bieten die Kameras einen Bildspeicher von 256 MB, welcher die fehlende Bandbreite mit den richtigen Einstellungen kompensiert.
Ihre Vorteile
Was sind die wichtigsten Merkmale Ihrer Anwendung?
- FGPA (Field Programmable Gate Array)
- 256 MB Bildspeicher
- Link Aggregation
- Smart Feature: Bandbreitenbremse
Die Produkte
Ein Blick in das Portfolio von Balluff ergab die BVS CA-GX2-0024ZC als Lösung. Im BVS CA-GX2-0024ZC kommt der Pregius Sensor IMX174 von Sony zum Einsatz. Mit einer Auflösung von 1936 x 1216 Pixel unterstützt dieser Full HD, hat eine maximale Bildwiederholfrequenz von 105 Hz und ist ein Global Shutter Sensor.