8K अल्ट्रा-हाई-डेफिनिशन एंडोस्कोप मदरबोर्ड बैंडविड्थ बाधा को तोड़ते हैं

8K अल्ट्रा{{1}हाई-डेफिनिशन एंडोस्कोप मदरबोर्ड आ रहे हैं

एक 8K छवि में 33 मिलियन पिक्सेल होते हैं, जो 4K इमेजरी के रिज़ॉल्यूशन का चार गुना है। यह डेटा की एक धार है, जो 24 जीबी मेमोरी बफर को केवल दो सेकंड में भरने के लिए पर्याप्त है। उस डेटा का अधिकतम लाभ उठाने के लिए, मेडिकल एंडोस्कोप कैमरे को प्रत्येक छवि को एक अल्ट्रा-स्लिम केबल के माध्यम से प्रसारित और प्रदर्शित करना होगा। सर्जनों के लिए, 8K शरीर में देखने का एक नया आयाम लाता है।

8K अल्ट्रा{{1}हाई-हाई डेफिनिशन एंडोस्कोपी के बहुकेंद्रीय परीक्षण के सर्वेक्षण परिणाम आंखें खोल देने वाले हैं। वर्तमान प्रणालियों की तुलना में 97.8 प्रतिशत ऑपरेटरों और 91.5 प्रतिशत पर्यवेक्षकों द्वारा उपस्थिति की भावना को 'श्रेष्ठ' आंका गया। 93.5 प्रतिशत ऑपरेटरों और 82.6 प्रतिशत पर्यवेक्षकों द्वारा ऊतक की दृश्यता को 4K और HD सिस्टम की तुलना में बेहतर माना गया था। K सर्जन को सर्जिकल उपकरणों में बारीक विवरण देखने की अनुमति देता है, जैसे कि यह 0.02 मिमी धागा, जो 4K एंडोस्कोपी का उपयोग करके दिखाई नहीं देगा।

लेकिन डेटा की यह बाढ़ एक दोधारी तलवार है। 8K मेडिकल एंडोस्कोप कैमरे से प्राप्त डेटा की विशाल मात्रा संभालना बहुत बड़ी है। डेटा को बहुत कम या बिना किसी देरी के संसाधित और प्रदर्शित किया जाना चाहिए, और फिर भी 8K को आज के एंडोस्कोपी सिस्टम की तुलना में कम से कम चार गुना बैंडविड्थ की आवश्यकता होती है। 8K एंडोस्कोपी को वास्तविकता बनाने में असली चुनौती 8K एंडोस्कोप मदरबोर्ड जैसी नई तकनीक के विकास में है। इसका कारण समझने के लिए, आइए एंडोस्कोप के अंदर इस महत्वपूर्ण घटक को देखकर शुरुआत करें।

 

सिस्टम के केंद्र में मदरबोर्ड

एंडोस्कोप मदरबोर्ड मेडिकल एंडोस्कोप कैमरा मॉड्यूल से डेटा प्राप्त करता है, इसे इमेज प्रोसेसिंग एल्गोरिदम का उपयोग करके संसाधित करता है, और इसे सर्जन के डिस्प्ले पर भेजता है। इस लघु कंप्यूटर के अंदर वीडियो प्रोसेसिंग को तेज करने और अनुकूलित करने के लिए विशेष सर्किट हैं। लेकिन इन सर्किटों को क्या करने की ज़रूरत है? और वे कितनी बिजली की खपत करते हैं?

8K एंडोस्कोपी प्रणाली के विकास में पहली बाधा बैंडविड्थ है। 8K वीडियो प्रसारित करने के लिए, यदि वीडियो संपीड़ित नहीं है, तो सिस्टम को 48 जीबीपीएस से अधिक की दर पर डेटा संसाधित करना होगा। फिर, विलंबता की चुनौती है, एक छवि को कैप्चर करने और उसे स्क्रीन पर प्रदर्शित करने के बीच समय की देरी। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि एंडोस्कोप मदरबोर्ड में सर्किट्री होनी चाहिए जो सर्जिकल एंडोस्कोपी प्रणाली के लिए आवश्यक छवि प्रसंस्करण और संवर्द्धन को सक्षम बनाती है। पारंपरिक ग्राफ़िक्स प्रोसेसर 8K के कार्य के लिए उपयुक्त नहीं हैं। चुनौती का सामना करने के लिए, इस कार्य में नवीनतम विषम कंप्यूटिंग तकनीकों को लागू किया जा रहा है।

 

विषम कंप्यूटिंग: आगे का रास्ता

इसमें कोई संदेह नहीं है कि अपेक्षाकृत कम बिजली खपत पर नियतात्मक प्रदर्शन प्रदान करने की उनकी क्षमता को देखते हुए, एफपीजीए वीडियो गहन अनुप्रयोगों के लिए सही विकल्प हैं। हालाँकि, FPGA प्लस GPU का संयोजन 8K एंडोस्कोपी सिस्टम के डेवलपर्स के लिए एक विजयी फॉर्मूला साबित हो रहा है। ये सिस्टम न्यूनतम विलंबता के साथ 8K वीडियो के लिए आवश्यक जबरदस्त प्रसंस्करण शक्ति प्राप्त करने में सक्षम हैं।

इस दृष्टिकोण का उपयोग करके, एफपीजीए मेडिकल एंडोस्कोप कैमरा मॉड्यूल से डेटा प्राप्त और संसाधित कर सकता है और संसाधित वीडियो को ग्राफिक्स प्रोसेसिंग यूनिट (जीपीयू) में भेज सकता है। जीपीयू फिर उन्नत इमेज प्रोसेसिंग एल्गोरिदम चला सकता है जो ऑपरेटिंग रूम में मॉनिटर पर प्रदर्शन के लिए वीडियो को बेहतर बनाता है। इस विषम वास्तुकला का वास्तविक {{2}विश्व कार्यान्वयन पहले से ही 8K छवि सेंसर, 50 एमएस से कम की अंतिम विलंबता के साथ 3डी इमेजिंग और 50 फ्रेम प्रति सेकंड पर एआई आधारित ऑब्जेक्ट पहचान के साथ काम करने में सक्षम है।

मेडिकल एंडोस्कोप कैमरा मॉड्यूल से एंडोस्कोप मदरबोर्ड तक डेटा का प्रसारण भी एक बड़ी चुनौती है। वर्तमान दृष्टिकोण 8K वीडियो के लिए आवश्यक प्रदर्शन या विश्वसनीयता प्रदान करने में असमर्थ हैं।

इस बाधा पर काबू पाने के लिए फाइबर ऑप्टिक्स का उपयोग करके एक नए दृष्टिकोण की आवश्यकता है। सक्रिय ऑप्टिकल कनेक्टर पर्यावरण से पूर्ण विद्युत अलगाव के साथ, आठ गीगाबिट प्रति सेकंड पर आठ लेन की जानकारी ले जा सकते हैं। इस तकनीक को 8K एंडोस्कोपी द्वारा प्रस्तुत बैंडविड्थ और विलंबता चुनौतियों का समाधान करने के लिए एंडोस्कोप सिस्टम में लागू किया गया है। इन ऑप्टिकल लिंक का उपयोग वीडियो प्रोसेसर के भीतर, साथ ही नियंत्रक और कैमरा हेड के बीच बोर्ड से {{5}बोर्ड इंटरकनेक्ट के लिए किया गया है। इस तरह, ऑप्टिकल लिंक एक ही केबल पर 8K वीडियो, साथ ही संचार और नियंत्रण चैनल ले जा सकते हैं।

इन लिंकों पर उपलब्ध बैंडविड्थ का उपयोग अधिकतम निष्ठा के लिए, बिना किसी संपीड़न के वीडियो को उसके मूल रूप में प्रसारित करने के लिए किया जाता है। आधुनिक ऑप्टिकल मॉड्यूल एक लिंक पर 48 जीबीपीएस वीडियो बैंडविड्थ प्रदान करते हैं। आवश्यक ऑप्टिकल फाइबर की संख्या को कम करते हुए, इस बैंडविड्थ को एक ही केबल पर वीडियो, संचार और नियंत्रण संकेतों को ले जाने के लिए विभाजित किया जा सकता है।

 

फोकस एक चुनौती है

8K एंडोस्कोपी प्रणाली के विकास में सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक फोकस से संबंधित है। 8K एंडोस्कोप का उपयोग करने वाले चिकित्सा कर्मियों के एक सर्वेक्षण में, 60.9 प्रतिशत कैमरा सहायकों ने कहा कि फोकस समायोजन वर्तमान प्रणालियों से कमतर था। यह इतना चुनौतीपूर्ण क्यों है? ऐसा प्रतीत होता है कि 8K के साथ सही फोकस चूकना बहुत आसान है। बड़े मॉनिटर पर, छोटी फोकस त्रुटियाँ अधिक स्पष्ट होती हैं।

बहुत से लोग उम्मीद करते हैं कि वीडियो एंडोस्कोप में ऑटोफोकस हो, लेकिन यह दृष्टिकोण इस सेटिंग में काम नहीं करता है। एंडोस्कोप के साथ, रुचि का क्षेत्र एक क्षण से दूसरे क्षण में बदल सकता है। यह दृश्य क्षेत्र के केंद्र में नहीं हो सकता है, इसलिए कैमरा इस पर ऑटोफोकस नहीं कर सकता है। और यहां तक ​​कि अगर यह केंद्रित है, तो ऑटोफोकस के लिए एंडोस्कोप को स्थानांतरित करने की आवश्यकता होगी, जिससे रोगी को असुविधा हो सकती है।

इस चुनौती का एक दृष्टिकोण सुपर-रिज़ॉल्यूशन प्रसंस्करण के नए रूपों को विकसित करना है जो वास्तविक समय में संचालित होते हैं। यह 8K एंडोस्कोप को फोकस से बाहर होने पर भी उच्च {{4}रिज़ॉल्यूशन इमेजरी प्रदर्शित करने की अनुमति देगा। ये सुपर रिज़ॉल्यूशन (एसआर) एल्गोरिदम नए और अद्वितीय उच्च आवृत्ति तत्वों को उत्पन्न करने के लिए नॉनलाइनियर सिग्नल प्रोसेसिंग (एनएलएसपी) का लाभ उठाते हैं जो मूल दृश्य में मौजूद नहीं थे। यह सर्जन को छोटे विवरण देखने की अनुमति देता है, जैसे कि ऊपर दिखाया गया 0.2 मिमी सर्जिकल धागा, जो अन्यथा दिखाई नहीं देगा। एसआर प्रसंस्करण वास्तविक समय में एंडोस्कोप मदरबोर्ड पर किया जाना चाहिए।

 

आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस की शक्ति

आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस इस क्षेत्र में क्रांति लाने के लिए तैयार है। एआई एल्गोरिदम का उपयोग दृश्य क्षेत्र में पॉलीप्स, ट्यूमर और अन्य वस्तुओं का पता लगाने और वर्गीकृत करने के लिए किया जा सकता है। लेकिन ऐसा करने के लिए, एल्गोरिदम को पूर्ण वीडियो स्ट्रीम तक पहुंच की आवश्यकता होती है।

दुर्भाग्य से, संपीड़न अक्सर अवांछित कलाकृतियों का परिचय देता है जो एआई एल्गोरिदम के लिए आवश्यक दृश्य जानकारी को अस्पष्ट या नष्ट कर देता है। इस प्रकार, जब AI सहायता प्राप्त एंडोस्कोपी की बात आती है तो वीडियो संपीड़न प्रतिकूल होता है। इस समस्या को दूर करने के लिए, डेवलपर्स एआई प्रोसेसर को मूल वीडियो स्ट्रीम की पूर्ण निष्ठा प्रदान करने के लिए काम कर रहे हैं। इसके लिए आवश्यक है कि मेडिकल एंडोस्कोप कैमरा मॉड्यूल एंडोस्कोप मदरबोर्ड पर उच्च गुणवत्ता, उच्च रिज़ॉल्यूशन वीडियो स्ट्रीम कैप्चर और वितरित करे। साथ ही, एंडोस्कोप मदरबोर्ड इस वीडियो स्ट्रीम को सीधे एआई प्रोसेसर तक पहुंचाने में सक्षम होना चाहिए।

कुछ हालिया फ्रेम ग्रैबर्स 12जी एसडीआई केबल पर 60 एफपीएस पर 4K रिज़ॉल्यूशन वीडियो और 30 एफपीएस पर 8K वीडियो कैप्चर कर सकते हैं। इन फ़्रेम ग्रैबर्स का उपयोग GPUDirect तकनीक का उपयोग करके PCIe पर सीधे GPU मेमोरी में वीडियो भेजने के लिए किया जा सकता है जो CPU की भूमिका को कम करता है।

यह दृष्टिकोण भविष्य में AI सहायता प्राप्त एंडोस्कोपी को सक्षम करेगा। और यह हमें पूरी तरह से स्वचालित एंडोस्कोपिक सर्जरी के लक्ष्य के करीब लाएगा।

 

2026 में 8K लैंडस्केप

मेडिकल एंडोस्कोप इमेज प्रोसेसर का बाजार तेजी से बढ़ने वाला है, 2024 में इसका मूल्य 1.6 बिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंच जाएगा, 2030 तक 2.1 बिलियन अमेरिकी डॉलर तक पहुंचने का अनुमान है। इस प्रवृत्ति के पीछे एक प्रेरक शक्ति 4K और 8K सिस्टम को तेजी से अपनाना है, साथ ही कृत्रिम बुद्धिमत्ता जैसी उन्नत क्षमताओं का परिचय है। विकास में योगदान देने वाला एक अन्य कारक पारंपरिक एंडोस्कोपी से रोबोटिक सहायता प्राप्त और वीडियो आधारित तकनीकों में संक्रमण है।

परिणामस्वरूप, निर्माता 8K-विशिष्ट एंडोस्कोप छवि प्रोसेसर तैयार कर रहे हैं। ये सिस्टम 8K वीडियो प्रदर्शित कर सकते हैं और 60 एफपीएस पर 4K वीडियो रिकॉर्ड कर सकते हैं, जिसमें एचडीएमआई और 8K@60 हर्ट्ज आउटपुट शामिल हैं। मानक एंडोस्कोपी सुविधाओं के अलावा, इनमें से कुछ प्रोसेसर में अस्पताल सूचना प्रणाली और पीएसीएस के लिए डीआईसीओएम समर्थन भी शामिल है।

8K एंडोस्कोपी अभी शुरू हो रही है। आख़िरकार, 8K का मान स्थापित करने वाले नैदानिक ​​अध्ययन अभी भी चल रहे हैं। लेकिन नतीजे आशाजनक हैं. जापान में 8K एंडोस्कोपी मेडिकल एप्लिकेशन के फोरम के चिकित्सा पेशेवरों का यह सर्वेक्षण शुरुआती 8K उपकरणों के लिए मजबूत सकारात्मक प्रतिक्रिया दिखाता है। हमें 8K के मूल्य के और अधिक प्रमाण देखने में ज्यादा समय नहीं लगेगा।

 

8K एंडोस्कोपी के लिए आगे की राह

अगर हमें 8K एंडोस्कोपी के वादे को पूरी तरह से साकार करना है, तो कई अलग-अलग तकनीकों को एक साथ लाना होगा। मेडिकल एंडोस्कोप कैमरा मॉड्यूल के परिप्रेक्ष्य से, इसमें अत्याधुनिक छवि सेंसर का होना आवश्यक होगा। ऑप्टिकल ट्रांसमिशन सिस्टम को न्यूनतम विलंबता के साथ उच्च वीडियो बैंडविड्थ का समर्थन करने की आवश्यकता होगी। अंत में, एंडोस्कोप मदरबोर्ड को वीडियो डेटा पर इमेज प्रोसेसिंग और सुपर{7}रिज़ॉल्यूशन कार्य करने की आवश्यकता होगी, साथ ही वास्तविक समय में एआई प्रोसेसिंग को भी तेज़ करना होगा।

इनमें से प्रत्येक घटक चुनौतियों का अपना सेट प्रस्तुत करता है। जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, ऊतक दृश्य और शारीरिक परिभाषा में वांछित सुधार प्राप्त करने के लिए पर्याप्त बैंडविड्थ और निष्ठा के साथ 8K वीडियो वितरित करना आवश्यक है। लेकिन कैमरा शारीरिक रूप से इतना छोटा होना चाहिए कि वह एंडोस्कोप कार्यशील चैनल से गुजर सके।

कनेक्शन के दूसरी तरफ, ऑप्टिकल ट्रांसमिशन सिस्टम को कैमरे से एंडोस्कोप प्रोसेसर तक डेटा की इस विशाल मात्रा को न्यूनतम विलंबता और सिग्नल गिरावट के साथ ले जाना चाहिए। निर्बाध वीडियो स्ट्रीम देने के लिए उच्च गति और अधिक विश्वसनीय ऑप्टिकल तकनीक की आवश्यकता होगी।

लेकिन यह मदरबोर्ड है जो इस प्रणाली के केंद्र में स्थित है। इसे कई अलग-अलग आवश्यकताओं को संतुलित करना होगा। नवीनतम प्रोसेसर को सपोर्ट करने के लिए एंडोस्कोप मदरबोर्ड में पर्याप्त शक्ति और कूलिंग होनी चाहिए। दूसरी ओर, इसे एंडोस्कोप के कार्यशील चैनल से गुजरने के लिए पर्याप्त छोटा और हल्का होना चाहिए। ये बाधाएं एंडोस्कोप डिज़ाइन में कुछ आकर्षक नवाचारों को चला रही हैं।

 

8K एंडोस्कोपी का भविष्य उज्ज्वल है

8K वीडियो का मूल्य प्रदर्शित किया गया है। इस तकनीक को अपनाने वाले शुरुआती लोगों में से एक के सर्वेक्षण के नतीजे उपस्थिति की भावना के साथ-साथ ऊतकों की दृश्यता में जबरदस्त सुधार दिखाते हैं। लेकिन ऊतकों को अधिक विस्तार से देखने का वास्तव में क्या मतलब है? इसका मतलब है कि सर्जन के पास शारीरिक संरचनाओं में बारीक विवरण को समझने का बेहतर अवसर है।

यह न्यूनतम इनवेसिव सर्जरी में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जहां लक्ष्य चीरों के आकार को कम करना और पुनर्प्राप्ति समय को कम करना है। न्यूनतम इनवेसिव दृष्टिकोण के साथ, सर्जन के पास सर्जिकल साइट तक सीमित पहुंच होती है। परिणामस्वरूप, यथासंभव अधिक से अधिक दृश्य जानकारी प्राप्त करने के लिए एक मजबूत प्रोत्साहन मिलता है। और यही वह चीज़ है जो 8K एंडोस्कोपी प्रदान करती है।

एंडोस्कोप मदरबोर्ड में नवीनतम विकास के लिए धन्यवाद, ऐसा कोई कारण नहीं है कि 8K एंडोस्कोपी को वास्तविकता नहीं बनाया जा सके। और यह सिर्फ शुरुआत है। हम ऑटो{3}फ़ोकस, इमेज प्रोसेसिंग और सुपर{4}रिज़ॉल्यूशन में और सुधार की उम्मीद कर सकते हैं, साथ ही एआई सहायता प्राप्त एंडोस्कोपी के लिए नए दृष्टिकोण की भी उम्मीद कर सकते हैं। आज हम जो 8K एंडोस्कोपी सिस्टम देख रहे हैं, वह उच्च रिज़ॉल्यूशन और अधिक अंतर्दृष्टि की दिशा में केवल एक कदम का प्रतिनिधित्व करता है।