Alle Fotos mit freundlicher Genehmigung von McSquared

Extrons NAV Pro AVoIP und Steuerungssysteme ermöglichen umfangreiche medizinische Simulationsanwendungen an der TRU

Die Konzeptüberprüfung verhindert, dass das Kundenprojekt als Testplattform genutzt wird. Extrons NAV Pro AVoIP und die Steuerungssysteme der Pro-Serie wurden unter realen Bedingungen getestet und unterstützen nahtlos und zuverlässig die medizinischen Schulungsszenarien auf dem konvergenten Netzwerk ohne nennenswerte Latenz oder Signalabbau.

Marcel Schoenenberger Principal Consultant
McSquared System Design Group, Inc.

Die Herausforderungen

Da die Thompson Rivers University (TRU) mehr Platz für die Erweiterung ihres Krankenpflege-Programms benötigte, planten sie den Bau und die Ausstattung eines neuen Gebäudes mit hochmodernen Lehrmitteln. Sie hat gerade erst den Bau des Chappell Family Building for Nursing and Population Health (NPH) auf dem Campus in Kamloops, Columbia abgeschlossen. Diese Einrichtung für Gesundheitswissenschaften war auf die Anforderungen des aktuellen Krankenpflege-Programms ausgelegt. Darüber hinaus sollten die Rettungssanitäter- und Feuerwehr-Trainingsprogramme für externe Absolventen erweitert werden.

Zusätzlich zu einem AV-Präsentationssystem und kabelloser Funktionalität in jedem Lehr- und Meeting-Bereich benötigte die TRU ein umfangreiches Übertragungssystem zur Verteilung von HDMI- und Audiosignalen im 4552 m² großen multidisziplinären Gebäude. Eine der Top-Prioritäten war die Integration und volle Kompatibilität mit aktuellen und zukünftigen Lehrmethoden, Geräten und Systemen. Das Konzept wurde ein Jahr lang getestet.

Die Lösung

Die TRU arbeitete zusammen mit der McSquared System Design Group, Inc., um nachweisen zu können, dass die Konzeptinstallation voll funktionsfähig ist. Die Pilot-Installation und die eingesetzten Systeme beinhalteten ein Extron NAV® Pro AV über IP-System zur Signalverteilung und ein mit Extrons Python-basierter Entwicklungsumgebung Global Scripter® programmiertes Steuerungssystem der Pro-Serie.

Das POC-Konzept umfasste mehrere Räume und Etagen. Es beinhaltete ein Simulationslabor mit zwei Stationen, einen angrenzenden Kontrollraum für beide Stationen, zwei Overflow-Klassenräume für Übungen mit vielen Studenten und zwei Räume für die Nachbesprechungen. In jedem Raum befanden sich abhängig von der Raumfunktion ein bis sechs professionelle Displays.

Die zwei Stationen des Labors waren voll funktionstüchtig und verfügten über das gesamte spezielle Equipment für modalitätsbasierte medizinische Szenarien zur Aus- und Fortbildung. Jede Station hatte einen CAE®-Patientensimulator, eine roboterähnliche Prüfpuppe mit integrierter Technologie zur Simulation von Krankheiten. Zusätzlich kann der Dozent die Reaktionen der Puppe auf medizinische Anwendungen steuern. Eine Station bestand aus einer Hi-Fi-Anlage mit mehreren PTZ-Kameras, Eingängen für Inhalte, professionellen Displays, Shure® Array-Mikrofonen, einem Deckenlautsprecher, einem Lernmanagementsystem, einem In-Ear-Monitoring-System für Ohrhörer und einem Augmented/Mixed Reality System zur computergestützten Erweiterung der Realitätswahrnehmung. Sitzungen wurden mit einem speziellen System zur Aufzeichnung von medizinischen Vorlesungen archiviert, das die Aufzeichnung und Wiedergabe der Inhalte von bis zu fünf eigenständigen Kanälen ermöglichte. Die Station verfügte zudem über Audiofunktionen für Szenarien mit standardisierten Patienten und anderen Akteuren. Die zweite Station war eine geringer qualifizierte Einheit mit ähnlicher, aber reduzierter Funktionalität, wie z. B. ein System zur Aufzeichnung von Vorlesungen mit zwei Kanälen.

Um das Konzept und verschiedene Systeme zu überprüfen, wurden Schulungsszenarien erstellt, um Belastungstests in Bezug auf die Leistungskompetenz der Installation durchführen zu können. In den Szenarien wurden alle medizinischen und AV-Geräte integriert, um deren Funktion, Betriebsweise und Kompatibilität zu validieren. Wie bei allen AVoIP-Lösungen waren eine entsprechende Netzwerk-Topologie und professionelle aktive Hardware für die Systemeffizienz notwendig.

AV-Verteilung

Jede Station war mit einem NAV Pro AVoIP-System, einem ShareLink Pro 500-Gateway für kabellose Präsentationen und mehreren HDMI-Eingängen am Kopfteil und der Stirnwand der Station ausgestattet. Einer der Eingänge an der Wand war für den Laptop des Dozenten reserviert. Die anderen Eingänge konnten für den Simulator, Headsets für die computergestützte Realitätswahrnehmung, Computer für die vitalen Lebenszeichen des Patienten, Narkosestadium und zum Abruf der Gesundheitsdaten sowie mobile medizinische Geräte, wie z. B. einem Notfallwagen mit einem Defibrillator, genutzt werden. Die Inhalte wurden auf einem oder mehreren Wanddisplays präsentiert. Zusätzlich wurden sie aufgezeichnet und/oder zu entfernten Standorten geleitet, wie z. B. einer Präsentationskreuzschiene der Extron DTP CrossPoint® 4K-Serie in jedem Nachbesprechungsraum. Die meisten AV-Komponenten wurden in einem Rack im Labor installiert.

Die AV-Signalverteilung in und zwischen den Räumen erfolgte mit dem NAV Pro AVoIP-System von Extron. Die Kodierer und Decoder vereinfachten die Übertragung der Live-Inhalte von den Stationen zu verschiedenen Raumkombinationen bei einer großen Teilnehmeranzahl oder zu Analysezwecken. Die NAV10 101-Kodierer streamten Video und Audio zu den Decodern über das 1 Gbps-Ethernetnetzwerk der TRU. Die NAV SD 101-Decoder skalierten die Videosignale auf die native Auflösung des jeweiligen Displays. Beide NAV-Modelle nutzen die auf Wavelet basierende Kompressionstechnologie PURE3®-Codec für die erforderlichen HDMI 2.0-kompatiblen Videosignale mit Auflösungen bis zu 4K und ultra-niedriger Latenz bei einer Videodatenrate von 18 Gbps. Für die Audiowiedergabe unterstützt der Kodierer den AES67-Standard, der die Interoperabilität von Audio über IP gewährleistet.

Die NAV-Geräte wurden über PoE+ mit Strom versorgt, sodass kein lokales Netzteil oder Adapter an der Laborstation oder dem Display erforderlich war. So blieben genügend Stromanschlüsse für die medizinischen Geräte und AV-Quellen übrig. Darüber hinaus war das herausragende Bandbreitenmanagement im NAV-System vorteilhaft für die Kostenkontrolle der Netzwerkinfrastruktur.

Steuerung

Das AV-Steuerungssystem spielte eine Schlüsselrolle beim Testen und Validieren der Gesamtnutzbarkeit, Zuverlässigkeit und betrieblichen Nachhaltigkeit der Pilot-Installation der TRU. Jede Laborstation verfügt über ein 10 Zoll großes Extron TLP Pro 1025T TouchLink® Pro-Touchpanel zur Tischmontage, ein kabelloses Tablet mit der Extron Control-App und einen Extron IPCP Pro 360 IP Link® Pro-Steuerungsprozessor im Rack. Dasselbe Touchpanel-Modell befand sich an jeder Kontrollraum-Station.

Für die Testphase hatten das Touchpanel und Tablet an jeder Station dieselbe Benutzeroberfläche und Funktionalität wie das Touchpanel im Kontrollraum. Der Anlagenbediener oder Dozent konnte eine Aufzeichnung starten und den Patientenfall sowie das gewünschte Schulungsszenario vom AV-Steuerungspanel auswählen. Für manche Szenarien war niemand im Kontrollraum erforderlich, da mit einem Steuerungspanel im Raum oder einem Tablet die Aufzeichnungen erstellt und verwaltet sowie das System betrieben werden konnte.

Mit der individuellen Schnittstelle waren zudem das Signalrouting mit unabhängigem Audio Breakaway, Pegeleinstellungen für Master- und Programm-Audio sowie das Management der Mikrofone mit und ohne Kabel möglich. Das eingesetzte Steuerungssystem erleichtert das Management des gesamten Systems vom Kontrollraum aus, einschließlich der Präsentation der Inhalte in den Remote-Räumen.

Das Steuerungssystem der Pro-Serie wurde mit Extron Global Scripter (GS) programmiert. Der Programmierer war von der Python-basierten Entwicklungsumgebung begeistert, da hiermit das Projekt dynamisch blieb. Es konnte leicht modifiziert werden, wenn Funktionen hinzugefügt werden mussten und Anforderungen sich änderten. Ein Beispiel hierfür ist die Verwirklichung der sogenannten Overflow-Räume. Hochqualitative Quellenbilder mussten auf dem Touchscreen beibehalten werden, wenn sie für die Verteilung an die entfernt liegenden Räume immer wieder gezeigt und ausgeblendet werden mussten. Mit GS konnte er eine „Box zu Box-Kommunikation“ schaffen, die den Einsatz der Overflow-Funktion erleichterte. Die Programmierungsumgebung machte es zudem einfacher, die Verbindung umzuleiten oder zu unterbrechen, wenn die vorherige Quelle akzeptiert wurde.

Die Programmierung mit GS ermöglichte ein leistungsstarkes und zuverlässiges, aber gleichzeitig leicht zu bedienendes Steuerungssystem, das nahtlos medizinische Geräte und AV-Quellen von vielen verschiedenen Herstellern in ein zusammenhängendes und verwaltbares System integriert hat. Hierdurch wurden die Anforderungen der TRU an die Integrationskompatibilität jetzt und in der Zukunft erfüllt.

Die Ergebnisse

Das auf NAV Pro AVoIP basierende AV-Routingsystem bot zusammen mit dem Steuerungssystem der Pro-Serie die geforderte Flexibilität und Beständigkeit für die Weiterleitung der Inhalte von jeder Eingangskombination zur Quellenerfassung und Verteilung in der Pilot-Installation. Das geprüfte Konzept wurde fachmännisch im gesamten NPH-Gebäude von AVI SPL® umgesetzt.

Die in Betrieb genommene Installation umfasst mehrere auf der Nutzerberechtigung und dem Standort basierende Betriebsmodi. Diese Modi berücksichtigen die Nutzererfahrung und den Level der Zugänglichkeit/Automation für die verschiedenen Bediener. Die NAV- und Steuerungssysteme zusammen mit den zusätzlichen Extron-Produkten unterstützen erfolgreich die vielen Labore und Klassenräume sowie Studienbereiche für Seminare, Forschung und Zusammenarbeit im gesamten hochmodernen NPH-Gebäude der Gesundheitswissenschaften der TRU.

„Wir stellten fest, dass Extrons NAV Pro AV über IP-Technologie und Steuerungssysteme der Pro-Serie eine umsetzbare Lösung für die große Anwendung der Fakultät für Gesundheitswissenschaften der TRU waren“, erklärt Marcel Schoenenberger, Principal Consultant bei McSquared. „Die NAV-Systeme haben sich besonders aufgrund der geringen Latenz und den niedrigen Bitraten-Fähigkeiten als stabil und zuverlässig erwiesen und boten eine außergewöhnliche Streaming-Effizienz und Leistung.“

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