Les dispositifs d'imagerie médicale, tels que l'imagerie par résonance magnétique (IRM), la tomodensitométrie (CT) et les systèmes à ultrasons, constituent une partie essentielle des soins aux patients dans les hôpitaux et les cliniques. Cependant, selon leur cas d'utilisation cible, ces systèmes nécessitent des caractéristiques de performance, de robustesse et de portabilité très différentes pour les ordinateurs de bord intégrés. En permettant un traitement intensif en calcul directement sur l'appareil, les systèmes d'imagerie médicale peuvent également fonctionner de manière fiable sans disponibilité du réseau, améliorant ainsi la sécurité des données pour se conformer aux exigences strictes de confidentialité médicale.
En théorie, les architectures monolithiques entièrement personnalisées garantissent un alignement maximal des ressources pour une application et un facteur de forme d'appareil donnés. Cependant, cette approche entrave le remplacement des pièces et la mise à jour de la conception qui soutient la durabilité, l'efficacité des coûts et les initiatives de droit à la réparation qui prolongent les cycles de vie des produits. De plus, les modifications des systèmes monolithiques nécessitent souvent une recertification coûteuse et chronophage qui augmente les temps d'arrêt.
Pour résoudre ce problème, les concepteurs d'équipements peuvent se tourner vers des solutions informatiques de bord commerciales prêtes à l'emploi (COTS). Par exemple, les ordinateurs sur modules (COM) à norme ouverte, également appelés systèmes sur modules (SOM), permettent aux architectes système de regrouper toutes les ressources informatiques de bord sur une seule carte montée sur un système de support spécifique à l'application. Cette approche favorise des réparations modulaires rentables et des mises à niveau de performance pour prolonger le cycle de vie, les normes COM ouvertes facilitant en outre les efforts d'approvisionnement en réduisant la dépendance à un seul fournisseur.
Pour les systèmes d'imagerie médicale, la décision architecturale centrale réside dans la définition de la manière dont les ressources informatiques, la fonctionnalité d'intelligence artificielle (IA) et la gestion du cycle de vie seront maintenues sur de longues durées de fonctionnement. Ce blog fournit des recommandations stratégiques sur les solutions informatiques de bord COTS pour différentes classes de dispositifs d'imagerie médicale avant de discuter brièvement des considérations de mise en réseau et de logiciel alors que les environnements médicaux adoptent l'IA.
Appareils portables – Portabilité extrême grâce à SMARC
Les dispositifs d'imagerie médicale portables incluent les systèmes d'échographie mobile et de mésoscopie optoacoustique par balayage raster (RSOM) qui permettent des diagnostics rapides au point de soins directement au chevet du patient ou dans des situations d'urgence. Ces unités combinent une haute qualité d'image avec un facteur de forme compact, mais les décisions architecturales ne se résument pas simplement à la miniaturisation des ressources informatiques. Ici, les concepteurs de systèmes doivent déterminer la quantité d'inférence IA, de prétraitement et de connectivité requise dans des contraintes thermiques et énergétiques strictes.
La norme ouverte Smart Mobility Architecture (SMARC) COM a été spécifiquement développée pour les systèmes embarqués compacts et mobiles, ce qui la rend particulièrement bien adaptée aux appareils médicaux portables. Avec une empreinte de la taille d'une carte de crédit de 82 x 50 mm, les modules SMARC s'intègrent facilement dans des boîtiers à espace restreint. En même temps, la norme offre également de nombreuses interfaces visuelles et d'affichage pour les caméras haute résolution et les écrans tactiles. La faible consommation d'énergie des modules SMARC prend en charge un fonctionnement efficace sur batterie, garantissant une mobilité totale sans compromettre les performances informatiques.
Une solution idéalement adaptée à ces applications est le SOM-SMARC-ASL de SECO. Basé sur les processeurs Intel® Atom® x7000RE, il intègre les graphiques Intel® UHD et offre une large gamme d'interfaces à haute vitesse telles que USB, PCIe, Ethernet et MIPI-CSI, ce qui le rend idéal pour les systèmes de bord puissants. Le module prend en charge jusqu'à 16 Go de mémoire LPDDR5 et jusqu'à trois écrans 4K indépendants. Le processeur Intel® Atom permet la vision par ordinateur et l'inférence IA directement à la périphérie, permettant de traiter localement les données d'image brutes plutôt que de les transmettre au cloud, permettant des diagnostics en temps réel rapides et conformes à la confidentialité. Le réseau sensible au temps Intel® (TSN) et le calcul coordonné dans le temps (TCC) garantissent également un transfert et un traitement déterministes des données d'image à faible latence, ce qui est essentiel pour une imagerie en direct sécurisée lors d'une biopsie guidée par échographie, par exemple.
Chariots mobiles – Améliorer les performances avec COM Express et COM-HPC
Les dispositifs d'imagerie mobiles, tels que les systèmes de radiographie au chevet et les unités IRM de plus en plus portables, permettent un diagnostic rapide dans les unités de soins intensifs ou d'isolement sans déplacer le patient, améliorant les flux de travail et renforçant la sécurité. Pour les chariots mobiles, les architectes système devraient envisager une approche prospective des ressources informatiques et des exigences d'E/S : comment ces dernières peuvent-elles évoluer pour prendre en charge de nouveaux modèles d'IA, des capteurs à plus haute résolution ou des accélérateurs supplémentaires tout au long du cycle de vie du produit ?
Pour ces systèmes, les normes COM ouvertes restent un excellent choix pour une haute résolution d'imagerie et un débit de données élevé. Bien que toujours compacts, COM Express et COM-HPC offrent des performances système nettement supérieures à celles de SMARC. COM Express fournit une norme éprouvée et robuste avec une large gamme d'options d'E/S, tandis que COM-HPC est spécifiquement conçu pour des exigences de calcul et de bande passante très élevées, avec beaucoup plus d'interfaces à haute vitesse.
Étant donné que les chariots mobiles sont alimentés par l'électricité du secteur ou des batteries à haute capacité, les solutions COM Express et COM-HPC sont beaucoup moins contraintes par la consommation d'énergie, leur permettant de prendre en charge des processeurs haute performance et des interfaces à haute vitesse. Néanmoins, la charge thermique résultante nécessite une gestion thermique avancée pour garantir un fonctionnement stable et sûr pendant l'imagerie en direct critique.
Pour les systèmes d'imagerie mobiles, le SOM-COMe-CT6-ASL, un module COM Express Type 6 également basé sur le chipset Intel® Atom® x7000RE, offre des capacités similaires en matière de calcul, de graphisme et d'IA de bord au SOM-SMARC-ASL. Comparé au module SMARC, cependant, le COM Express SOM-COMe-CT6-ASL offre beaucoup plus d'options d'E/S à large bande passante pour prendre en charge les flux de données d'image et de capteur à haute résolution. Ceux-ci incluent jusqu'à six voies PCIe Gen3 au lieu de quatre, jusqu'à huit interfaces USB haute vitesse au lieu de six—plus trois interfaces USB 5 Gbps et deux interfaces USB 10 Gbps en option—et jusqu'à deux canaux SATA Gen3 au lieu d'un. Bien que SMARC permette des conceptions plus compactes et efficaces, les modules COM Express présentent une empreinte plus grande de 95 x 95 mm (Type 6 Compact) avec une interface de support optimisée pour l'évolutivité des E/S et la marge de performance.
Alternativement, les modules COM-HPC comme le SOM-COM-HPC-A-RPL de SECO poussent les performances un cran plus loin en intégrant des processeurs Intel® Core™ de 13e génération, prenant en charge des capacités de calcul plus élevées, la mémoire DDR5-5200 et des interfaces à vitesse plus élevée qui incluent PCIe Gen4, USB4 et Ethernet 2,5 Gigabit. Cela rend COM-HPC idéal pour des applications telles que la reconstruction 3D haute résolution dans les systèmes CT ou IRM, le traitement vidéo multi-flux à des taux de trame élevés et les diagnostics en temps réel assistés par IA utilisant des GPU dédiés ou des accélérateurs PCIe.
Télémédecine – Les SBC accélèrent la conception et l'installation
En plus des dispositifs d'imagerie portables et mobiles, la télémédecine devient de plus en plus importante pour améliorer l'accessibilité et l'efficacité afin d'améliorer les résultats pour les patients. Sur le plan architectural, les plateformes de télémédecine sont moins préoccupées par l'interface directe avec les capteurs, mettant plutôt l'accent sur l'ergonomie et la sécurité dans des postes de travail conviviaux. En tant que tels, les concepteurs de systèmes doivent donner la priorité au support multi-affichage UHD, à la connectivité périphérique fiable (caméra/audio/HID) et à la maintenabilité à long terme, avec des E/S standardisées et des mises à jour logicielles contrôlées.
Les ordinateurs monocarte (SBC) conviennent bien à ces cas d'utilisation, offrant une simplification de l'approvisionnement et de l'intégration système par rapport aux COM, car tous les composants informatiques et d'interface principaux sont regroupés sur une seule carte. En tant que systèmes compacts prêts à l'emploi, les SBC sont idéaux pour accélérer le développement d'applications médicales à espace restreint. Cela dit, un manque de standardisation entre les solutions peut limiter la flexibilité pour les mises à niveau ou le remplacement, donc l'utilisation de normes SBC ouvertes comme Pico-ITX est essentielle pour la maintenance à long terme.
Le SBC-pITX-ASL est un exemple de SBC qui offre cet avantage. Comme le SOM-SMARC-ASL et le SOM-COMe-CT6-ASL, il est basé sur la famille de processeurs Intel® Atom™ Industrial RE et fournit les mêmes capacités de base pour l'IA de bord, TSN/TCC et les graphiques, tout en éliminant le besoin de conception de support. La norme Pico-ITX—avec son facteur de forme défini de 100 x 72 mm et ses interfaces standardisées telles que double 2,5 GbE, HDMI, USB 10 Gbps, SATA et M.2—permet des mises à niveau simplifiées et une interchangeabilité entre les générations de SBC lors du renouvellement de l'équipement. En conséquence, les architectes de systèmes de télémédecine peuvent réduire considérablement l'effort de développement et la complexité d'intégration par rapport à la conception basée sur COM ou monolithique.
Salles fixes – Les PC industriels de bord prennent en charge l'imagerie avancée
Les grands systèmes d'imagerie stationnaires comme les suites IRM et CT fournissent des images haute résolution et nécessitent des systèmes informatiques puissants pour un traitement en temps réel avec une fiabilité opérationnelle élevée. En raison de leur sensibilité aux interférences électromagnétiques et à la chaleur, les ressources informatiques doivent être physiquement séparées et médicalement isolées des scanners, ce qui simplifie la maintenance, le refroidissement et la conformité réglementaire. Par conséquent, la priorité architecturale est de découpler avec succès le matériel d'imagerie certifié des ressources informatiques en évolution rapide.
Avec des débits de données plus élevés et des budgets de puissance thermique (TDP) plus importants que les SBC, les PC industriels de bord représentent une plateforme informatique idéale pour les suites d'imagerie fixes. Ces solutions autonomes simplifient la maintenance grâce au remplacement standardisé des composants et permettent des mises à niveau de la plateforme sans modifier ni recertifier le dispositif d'imagerie lui-même. L'expansion modulaire permet également des mises à niveau ciblées, telles que l'ajout d'accélérateurs matériels dédiés pour l'inférence IA ou la reconstruction 3D.
Le Palladio 500 RPL est un PC industriel modulaire basé sur les processeurs Intel® Core™ de 13e génération, offrant des performances de calcul et graphiques nettement supérieures à celles des cartes informatiques embarquées de base. Les options d'expansion étendues incluent PCIe Gen4, plusieurs ports 2,5 GbE, deux interfaces DisplayPort, ainsi que des options USB, M.2 et sans fil, permettant de puissantes opportunités de connectivité réseau et vidéo. Mesurant environ 240 x 143 x 267 mm, le Palladio 500 RPL laisse amplement de place pour l'expansion de la suite, ce qui le rend bien adapté aux charges de travail exigeantes de bord et d'imagerie.
Intégration réseau et logicielle à l'ère de l'IA
Bien que l'informatique de bord permette un traitement local sécurisé et à faible latence qui protège les données sensibles et améliore la sécurité des patients, connecter les résultats d'imagerie à des bases de données de dossiers médicaux électroniques (EMR) plus larges est essentiel pour un flux de travail efficace au sein d'équipes distribuées. Néanmoins, la connexion directe aux EMR pose des risques de cybersécurité et opérationnels en cas de dispositifs compromis ou de transmission de données à haut volume, ce qui peut ralentir les performances des systèmes EMR. Pour cette raison, la segmentation du réseau et les tampons de données intermédiaires—tels que les systèmes d'archivage et de communication d'images (PACS) ou les archives neutres pour les fournisseurs (VNA)—sont souvent utilisés pour atténuer les cyberattaques lors du téléchargement de données d'imagerie essentielles. Lors de la conception de l'architecture logicielle de tout dispositif d'imagerie médicale, ces obstacles doivent être pris en compte pour garantir la sécurité des patients et la sécurité des données, quel que soit l'état de la connexion.
Dans les environnements médicaux réglementés, le cadre Clea OS basé sur Yocto de SECO prend en charge la traçabilité, le renforcement de la sécurité et la gestion contrôlée du cycle de vie logiciel conformément aux exigences de conformité à long terme. Cela aide à garantir que les dispositifs continuent de fonctionner en toute sécurité et en toute sécurité à la fois au niveau individuel et lorsqu'ils sont connectés à des écosystèmes médicaux plus larges. Avec l'IA à l'avant-garde de nombreuses industries, le cadre modulaire Clea offre également une flexibilité entre différentes solutions matérielles et logicielles lors du déploiement de charges de travail à la pointe de la technologie pour aider au diagnostic par imagerie. Bien qu'actuellement entravés par des barrières réglementaires strictes qui limitent un afflux rapide de fonctionnalités IA, les systèmes d'imagerie médicale bénéficient d'une approche logicielle qui anticipe une adoption plus large de l'IA dans cet espace.
Conclusion
L'imagerie médicale couvre une large gamme de dispositifs—des systèmes portables aux grands scanners stationnaires—chacun avec des exigences distinctes en matière de performance informatique, d'alimentation électrique et de facteurs de forme, rendant essentielles des architectures informatiques intégrées sur mesure. SECO soutient ces exigences à travers une large gamme de plateformes informatiques de bord COTS qui incluent des COM, des SBC et des PC industriels de bord. De plus, la certification ISO 13485:2016 de SECO garantit des normes de qualité et de sécurité élevées pour le développement et la fabrication d'électronique médicale. En outre, SECO Clea OS fournit un cadre logiciel tourné vers l'avenir pour soutenir la cybersécurité robuste et l'intégration de l'IA pour les dispositifs d'imagerie médicale de nouvelle génération.
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