종양 수술을 위한 이미지 품질 개선
수술 중 실시간 영상 및 하드웨어 프로그래밍 없이 구현 가능한 FPGA 알고리즘
- 고객
- Quest Medical Imaging BV
- 위치
- 네덜란드
- 날짜
- 2018
수술 중 암 조직을 보다 정확하게 시각화하기 위해, 다중 스펙트럼 카메라 기반 이미지 처리 시스템을 도입하는 병원이 점점 늘고 있습니다. Quest Medical Imaging BV는 자사의 Quest Spectrum 플랫폼을 통해 이러한 수요에 대응하며, 특수 개발된 멀티스펙트럼 카메라에 프로그래머블 프레임 그래버와 전용 소프트웨어를 결합해 기능을 대폭 확장했습니다.
멀티스펙트럼 카메라 시스템은 어떻게 작동하나요?
수술 전, 환자에게 종양에 결합되는 형광 마커를 주입하면 마커가 종양 세포에 부착되고, 근적외선(NIR) 조명으로 여기됩니다. 종양 유형에 따라 사용하는 마커는 달라질 수 있습니다. 이때 멀티스펙트럼 카메라는 RGB 컬러 이미지와 NIR 대역의 형광 이미지 두 장을 동시에 HD 화질로 캡처하며, 데이터 전송 속도는 255MB/s, 최대 60fps의 프레임 속도를 지원합니다.
최종 출력 영상은 컬러 이미지와 NIR 이미지 중 하나를 결합하여 생성되며, 외과의는 수술 중 이 화면을 통해 종양 조직과 주변의 정상 조직을 시각적으로 명확하게 구분할 수 있습니다. 이 시스템은 개복 수술뿐 아니라 복강경과 같은 최소 침습 수술에도 적합하며, 수술의 정확도와 안전성을 크게 높여줍니다.
이전의 프레임 그래버 기반 이미지 처리 솔루션에서는 이미지 획득, 전처리, 후처리까지 모든 과정이 호스트 PC의 CPU를 통해 실행되었고, 고해상도 이미지가 데이터 축소 없이 그대로 CPU로 전달되어 시스템 속도가 저하되는 문제가 있었습니다.
강력한 프레임 그래버 기반 실시간 영상 솔루션
플랫폼에 통합된 새로운 Camera Link 프레임 그래버 microEnable 5 marathon VCL은 이미지 전처리부터 출력까지 전 과정을 FPGA에서 처리함으로써 CPU 부담 없이 더 빠르고 안정적인 영상 처리 성능을 제공합니다. 멀티스펙트럼 카메라로부터 수신한 이미지를 픽셀 단위로 병렬 처리하고, 두 이미지를 고속으로 병합해 실시간 출력이 가능합니다.
종양 세포 실시간 시각화
수술 중 형광 마커가 부착된 종양 세포는 실시간으로 화면에 표시되며, 건강한 조직과의 구분이 뚜렷해져 외과의의 판단을 보다 정확하게 지원합니다. 육안으로는 확인이 어려운 림프절과 혈관도 함께 시각화되어 수술의 정밀도가 향상됩니다.
유연한 듀얼 디스플레이 모드
기존에는 흑백 이미지와 컬러 이미지를 번갈아 전환해야 했다면, 이제 외과의는 컬러 이미지와 형광 이미지를 나란히 표시하거나 두 이미지를 하나로 병합하여 단일 이미지로 표시하는 두 가지 운영 모드 중 하나를 선택할 수 있습니다. 이를 통해 더 작은 종양도 명확히 식별되고, 수술 기구로 더욱 정밀하게 표적화할 수 있습니다. 프레임 그래버는 이 두 가지 모드를 모두 실시간으로 처리할 수 있을 만큼 강력한 성능을 제공합니다.
프로그래밍 가능한 프레임 그래버 기반 소프트웨어 솔루션
Basler가 선택된 가장 큰 이유 중 하나는 VisualApplets를 통한 프레임 그래버 프로그래밍의 유연성이었습니다. 사용이 쉬운 그래픽 기반 개발 환경 덕분에, 팀은 이미지 전처리 및 출력 알고리즘을 데이터 흐름 다이어그램으로 구성해 하드웨어 애플릿을 직접 생성하고, 이를 FPGA에 빠르게 적용할 수 있었습니다. 고난이도 VHDL 프로그래밍이나 외부 하드웨어 전문가 없이도 고성능 이미지 처리 로직을 손쉽게 구현할 수 있어, 개발 시간과 비용을 획기적으로 절감했습니다.
저희가 요구한 모든 기능이 완벽히 구현되었습니다. 특히, 초저지연 실시간 처리와 CPU 부하 최소화, 외과의를 위한 고화질 이미지 제공은 큰 성과였습니다. 간편한 구현으로 개발 기간이 대폭 단축되었고, 제품 출시 속도도 그만큼 빨라졌습니다.
이미지 처리 시스템이 제공하는 기능
새로운 시스템으로의 전환은 단 2개월 만에 완료되었으며, 프로젝트 팀이 제조업체의 큰 지원 없이 직접 구현하였습니다. 이 하드웨어 및 소프트웨어는 모든 형광 마커에 적용 가능하며, 따라서 모든 유형의 종양에도 활용할 수 있습니다. 필요한 색상 스펙트럼 등 약간의 수정만으로 다양한 종양 유형에 대응할 수 있습니다.
주요 장점
외과 수술의 정밀도를 높이는 고화질 영상
FPGA 기반 이미지 전처리로 분석 전 데이터 용량 최소화
전송 대역폭이나 저장 공간의 병목 없이 안정적인 운영
고속 처리와 초저지연 응답으로 실시간 진단·수술 지원
해당 솔루션용 제품들
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