Optical fiber technology for data transmission in operating rooms and analysis of medical imaging systems
Viitala, Santtu (2024)
Viitala, Santtu
2024
Bioteknologian ja biolääketieteen tekniikan maisteriohjelma - Master's Programme in Biotechnology and Biomedical Engineering
Lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunta - Faculty of Medicine and Health Technology
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2024-10-09
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202409188797
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202409188797
Tiivistelmä
In the operating rooms of the hospital environment, data transfer methods are divided into copper cabling and fiber optic cabling. Copper cabling brings cost savings in the construction phase while integrating optical fiber into operating rooms offers different benefits to the surgical processes and image transfer to teaching rooms. This study looked at the application of optical fiber technology to data transfer in operating room environments and assessed the future of utilizing optical fiber in hospitals. In addition, the work dealt with imaging devices used by hospitals, especially the magnetic resonance imaging device, and the technical requirements of these rooms. The study implemented a mixed-method approach and gathered information for the needs of hospital designers. For imaging devices, the study excluded specialist medical devices from the topic. One key challenge in procuring operating room image transfer systems is the high price of large and comprehensive systems, which may hinder such investments in new construction projects. This work presents digital operating rooms and related components from the perspective of fiber optic technology.
As for imaging devices, no products are available on the Finnish market yet that can directly utilize optical fiber with compatible interfaces. Data transfer is carried out in such a way that copper cabling is used in the space of the device, but the data is then transferred to the fiber using its converters. In the operating room, the benefits of optical fiber technology, such as the speed of data transfer and non-interference, are currently well utilized and in the future, the number of these will increase. The work will also address the operating differences between optical fiber systems and copper-based systems, such as the fast data transfer rate and long transfer distances of optical fiber. The advantage of the copper-based system is the lower cost of the system. According to interviews implemented in the work, Finnish hospitals make use of optical fiber technology in the operating room environment. The device suppliers offer several different possibilities for the implementation of an operating room based on an optical fiber system, and hospitals also take advantage of the opportunities. Suppliers offer also the combination of an image transfer system and modular surgical systems parts of a shared system, but this method of implementation is not popular with hospitals, since control panels easily become complex. Hospitals of the future will face many challenges in increasing data transfer speeds, utilizing artificial intelligence, and reducing maintenance costs. Collaboration between designers, device suppliers, and hospital staff is emphasized when implementing future smart hospitals. Sairaalaympäristön leikkaussaleissa tiedonsiirtomenetelmät jakautuvat kuparikaapelointiin ja valokuitukaapelointiin. Kuparikaapelointi tuo kustannussäästöjä rakennusvaiheessa, kun taas valokuidun integrointi leikkaussaleihin tarjoaa monia etuja leikkausprosessiin ja kuvan siirtämiseen opetustiloihin. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin optisen kuituteknologian soveltamista tiedonsiirtoon leikkaussaliympäristöissä ja arvioitiin valokuidun hyödyntämisen tulevaisuuden näkymiä sairaaloissa. Lisäksi työssä käsiteltiin sairaaloiden käyttämiä kuvantamislaitteita, erityisesti magneettikuvauslaitteita ja näiden tilojen teknisiä vaatimuksia. Tutkimuksessa toteutettiin monimenetelmällinen lähestymistapa ja kerättiin tietoa sairaalasuunnittelijoiden tarpeisiin. Kuvantamislaitteiden osalta tutkimuksessa rajattiin erikoissairaanhoidon laitteet aiheen ulkopuolelle. Yksi keskeinen haaste leikkaussalien kuvansiirtojärjestelmien hankinnassa on laajojen ja kattavien järjestelmien korkea hinta, mikä saattaa estää tällaisia investointeja uusissa rakennushankkeissa. Tässä työssä esitellään digitaalisia leikkaussaleja ja niihin liittyviä komponentteja valokuituteknologian näkökulmasta.
Kuvantamislaitteiden osalta Suomen markkinoilla ei ole vielä saatavilla tuotteita, jotka pystyvät suoraan hyödyntämään valokuitua yhteensopivilla liitännöillä. Tiedonsiirto toteutetaan siten, että laitetiloissa käytetään kuparikaapelointia, mutta tämän jälkeen tieto siirretään valokuidulle sopivaksi omilla muuntimilla. Leikkaussalissa valokuituteknologian etuja, kuten tiedonsiirtonopeutta ja häiriöttömyyttä, hyödynnetään tällä hetkellä hyvin, ja tulevaisuudessa näiden käyttö tulee lisääntymään. Työssä käsitellään myös valokuitujärjestelmien ja kuparijärjestelmien toimintaeroja, joita ovat esimerkiksi valokuidun nopea tiedonsiirtonopeus ja pitkät tiedonsiirtomatkat. Kuparijärjestelmän etuna taas toimii järjestelmän alhaisempi kustannus. Työssä toteutetun haastattelututkimuksen mukaan suomen sairaaloissa hyödynnetään valokuituteknologiaa leikkaussaliympäristössä. Laitetoimittajat tarjoavat useita eri mahdollisuuksia valokuitujärjestelmään pohjautuvan leikkaussalin toteuttamiseen ja sairaalat myös hyödyntävät mahdollisuuksia. Toimittajat tarjoavat kuvansiirtojärjestelmän sekä saliohjausjärjestelmän osien yhdistämistä, mutta tämä toteutustapa ei ole sairaaloiden suosiossa, sillä ohjauspaneeleista muodostuu helposti monimutkaisia. Tulevaisuuden sairaalat kohtaavat jatkossa monia haasteita tiedonsiirtonopeuksien kasvussa, tekoälyn hyödyntämisessä hoitotyössä sekä sairaaloiden ylläpitokustannusten vähentämisessä. Suunnittelijoiden, laitetoimittajien ja sairaalan henkilökunnan yhteistyö korostuu toteutettaessa uusia älykkäitä sairaaloita.
As for imaging devices, no products are available on the Finnish market yet that can directly utilize optical fiber with compatible interfaces. Data transfer is carried out in such a way that copper cabling is used in the space of the device, but the data is then transferred to the fiber using its converters. In the operating room, the benefits of optical fiber technology, such as the speed of data transfer and non-interference, are currently well utilized and in the future, the number of these will increase. The work will also address the operating differences between optical fiber systems and copper-based systems, such as the fast data transfer rate and long transfer distances of optical fiber. The advantage of the copper-based system is the lower cost of the system. According to interviews implemented in the work, Finnish hospitals make use of optical fiber technology in the operating room environment. The device suppliers offer several different possibilities for the implementation of an operating room based on an optical fiber system, and hospitals also take advantage of the opportunities. Suppliers offer also the combination of an image transfer system and modular surgical systems parts of a shared system, but this method of implementation is not popular with hospitals, since control panels easily become complex. Hospitals of the future will face many challenges in increasing data transfer speeds, utilizing artificial intelligence, and reducing maintenance costs. Collaboration between designers, device suppliers, and hospital staff is emphasized when implementing future smart hospitals.
Kuvantamislaitteiden osalta Suomen markkinoilla ei ole vielä saatavilla tuotteita, jotka pystyvät suoraan hyödyntämään valokuitua yhteensopivilla liitännöillä. Tiedonsiirto toteutetaan siten, että laitetiloissa käytetään kuparikaapelointia, mutta tämän jälkeen tieto siirretään valokuidulle sopivaksi omilla muuntimilla. Leikkaussalissa valokuituteknologian etuja, kuten tiedonsiirtonopeutta ja häiriöttömyyttä, hyödynnetään tällä hetkellä hyvin, ja tulevaisuudessa näiden käyttö tulee lisääntymään. Työssä käsitellään myös valokuitujärjestelmien ja kuparijärjestelmien toimintaeroja, joita ovat esimerkiksi valokuidun nopea tiedonsiirtonopeus ja pitkät tiedonsiirtomatkat. Kuparijärjestelmän etuna taas toimii järjestelmän alhaisempi kustannus. Työssä toteutetun haastattelututkimuksen mukaan suomen sairaaloissa hyödynnetään valokuituteknologiaa leikkaussaliympäristössä. Laitetoimittajat tarjoavat useita eri mahdollisuuksia valokuitujärjestelmään pohjautuvan leikkaussalin toteuttamiseen ja sairaalat myös hyödyntävät mahdollisuuksia. Toimittajat tarjoavat kuvansiirtojärjestelmän sekä saliohjausjärjestelmän osien yhdistämistä, mutta tämä toteutustapa ei ole sairaaloiden suosiossa, sillä ohjauspaneeleista muodostuu helposti monimutkaisia. Tulevaisuuden sairaalat kohtaavat jatkossa monia haasteita tiedonsiirtonopeuksien kasvussa, tekoälyn hyödyntämisessä hoitotyössä sekä sairaaloiden ylläpitokustannusten vähentämisessä. Suunnittelijoiden, laitetoimittajien ja sairaalan henkilökunnan yhteistyö korostuu toteutettaessa uusia älykkäitä sairaaloita.