Медицинские изображения и документы DICOM, как стандарт обмена медицинскими данными

DICOM (Digital Imaging and COmmunications in Medicine, цифровые изображения и обмен ими в медицине) - это индустриальный стандарт для передачи радиологических изображений и другой медицинской информации между компьютерами, опирающийся на стандарт Open System Interconnection (OSI), разработанный Международной организацией по стандартам (International Standards Organization, ISO). Стандарт DICOM описывает "паспортные" данные пациента, условия проведения исследования, положение пациента в момент получения изображения и т.п., для того чтобы в последствии было возможно провести медицинскую интерпретацию данного изображения. 
Первая версия данного стандарта была разработана Американским Колледжем Радиологии (American College of Radiology, ACR) и Национальной ассоциацией производителей электронного оборудования (National Electrical Manufacturers Association, NEMA) в 1985 году.
Стандарт позволяет организовать цифровую связь между различным диагностическим и терапевтическим оборудованием, использующимся в системах различных производителей. Рабочие станции, Компьютерные (КТ) и Магнитно-резонансные Томографы (МРТ), микроскопы, УЗ-сканеры, общие архивы, хост-компьютеры и мэйнфреймы от разных производителей, расположенные в одном городе или нескольких городах, могут "общаться" друг с другом на основе DICOM с использованием открытых сетей по стандартным протоколам, например TCP/IP.
С использованием DICOM'а можно проводить различные медицинские исследования в территориально-распределенных диагностических центрах с возможностью сбора и обработки информации в нужном месте.
Стандарт DICOM версии 3.0 (окончательно выпущена в 1993 году) предназначен для передачи медицинских изображений, получаемых с помощью различных методов лучевой и иной диагностики, в его описании перечислено 29 диагностических методов. Данный стандарт получил широкое распространение в США, Японии, Германии и других странах.
История разработки стандарта DICOM
  1. развитию систем архивирования и передачи изображений (PACS),
  2. обеспечению их взаимодействия с автоматизированными больничными информационными системами,
  3. созданию баз данных, содержащих диагностическую информацию, получаемую с помощью большого числа удаленных друг от друга устройств различных типов.
Предпосылки стандартизации

Подходы к интеграции диагностического оборудования

Назначение и структура стандарта

Часть 1. Введение
Описываются история разработки стандарта, его назначение и структура.
Часть 2. Соответствие стандарту
Указываются структура сертификата соответствия стандарту и критерии, которым должен удовлетворять производитель диагностического оборудования, чтобы иметь право объявить его совместимым со стандартом DICOM.
Часть 3. Определение информационных объектов
Специфицируются используемые в стандарте информационные объекты. Предлагается информационная модель "реального мира", описывающая взаимоотношения между нормализованными объектами (пациент, устройство) и составными (исследования, изображения и др., наследующими некоторые атрибуты нормализованных объектов).
Часть 4. Спецификации классов операций
Специфицируются классы действий или операций, которые могут выполняться над информационными объектами. Вводится понятие операция-объект SOP (service-object pair). Разработчики стандарта исходили из того, что применение операции к объекту может быть ограничено его свойствами, поэтому есть нужда в отдельном описании классов SOP. Например, для класса операций Хранение выделяются отдельные стандартные классы операций-объектов Хранение изображений цифровой радиографии, Хранение ультразвуковых изображений, Хранение наложений, Хранение таблицы преобразования пикселов и т.д. Аналогичные пары выделяются для оперяции Запрос/извлечение и пр.
Часть 5. Структура и семантика данных
Описываются типы данных и правила кодирования, используемые при передаче данных из одной системы в другую. Специфицируются форматы передачи изображений. Стандарт допускает передачу исходных и уплотненных изображений; особо описывается синтаксис передачи при использовании неискажающих и искажающих алгоритмов уплотнения JPEG. Допускаются другие, не специфицируемые в стандарте алгоритмы уплотнения.
Часть 6. Словарь данных
Приводится полный список элементов данных, описанных в стандарте DICOM. Каждый элемент данных идентифицируется парой целых чисел, например пара (0018,5100) идентифицирует описание положения пациента по отношению к устройству в момент проведения исследования. Кроме идентификатора, приводятся имя элемента, характеристика его значения (строка символов, число и т.д.) и допустимое число повторений элемента в сообщении.
Часть 7. Обмен сообщениями
Описывается структура команд и протокола обмена сообщениями в стандарте DICOM.
Часть 8. Обеспечение обмена сообщениями в сетевых средах
Определяются все необходимые компоненты системы обмена сообщениями в стандарте DICOM в сетевых средах, использующих протокол TCP/IP. Изложение этой части существенно опирается на соответствующие стандарты Модели взаимодействия открытых систем OSI (ISO 8222 и ISO 8649).
Часть 9. Обеспечение обмена сообщениями при прямой связи абонентов (point-to-point)
Приводится подробное описание прямого взаимодействия двух устройств, включая назначение каждой ножки 50-контактного разъема, уровня передаваемых сигналов, их временные характеристики и т.д. Оно напоминает описание параллельного дуплексного интерфейса миникомпьютера, и, похоже, в основном переписано из других стандартов, ранее разработанных ассоциацией NEMA.
Часть 10. Носители данных и форматы файлов
Описываются теоретические основы хранения медицинских изображений на различных внешних носителях данных.
Часть 11. Прикладные характеристики хранения данных на внешних носителях
Описываются требования к данным, которые должны храниться на внешних носителях. Описания имеют клиническую направленность, например, задают, какие данные должны храниться на внешних носителях при проведении ангиографии.
Часть 12. Форматы носителей и физическая среда хранения данных
Специфицируются различные носители данных, которые могут использоваться для хранения медицинских изображений, например, дискеты 3.5", компакт-диски CD ROM, магнитооптические диски и тд.
Часть 13. Управление выводом на печатающие устройства при прямом соединении
Описываются протоколы и операции, необходимые для вывода изображения на печатающее устройство. Вывод осуществляется системой-исполнителем, имеющей прямое соединение с системой-инициатором вывода.

Представление уровней DICOM и TCP/IP протоколов.

К началу 80-х годов проблема интеграции сложных цифровых устройств лучевой диагностики стояла уже достаточно остро, что побудило Американский институт радиологии (ACR) и Национальную ассоциацию производителей электрооборудования CШA (NEMA) зaнятьcя разработкой стандарта передачи цифровых медицинских изображений. В 1983 году ими был создан объединенный комитет, в задачи которого входила разработка стандарта, обеспечивающего передачу цифровых медицинских изображений, не зависящую от производителей диагностического оборудования, и способствующую:
Первая версия этого стандарта была опубликована в 1985 году, а в 1988 года вторая. Новая, третья версия стандарта была выпущена в 1991 году и перерабатывалась до 1993 года. Она получила название DICOM 3.0 (английская аббревиатура от Digital Imaging and Comminications in Medicine (Standard) и явилась существенным шагом вперед, поскольку ее можно было использовать в сетевых средах с использованием стандартных протоколов, например TCP/IP; в ней были описаны уровни совместимости со стандартом, семантика программных команд и ассоциированных с ними данных; структура стандарта была приведена в соответствие с директивами Международной организации по стандартам (ISO). Все это привело к тому, что такие крупнейшие производители диагностического оборудования, как General Electric, Philips, Siemens и др., начали планировать в составе своих систем возможность обмена изображениями в стандарте DICOM 3.0.
Казалось бы, ну что тут такого: записать медицинское изображение в каком-либо универсальном формате, скажем TIFF или BMP, а затем передавать его по любым доступным линиям связи. Однако в действительности не все так просто. Одно дело представить для всеобщего обозрения, скажем, снимок поверхности Луны, и совсем другое выполнить его профессиональную интерпретацию, например определить размеры и цвет изображенных на нем объектов. В последнем случае необходимо кроме собственно снимка иметь достаточно подробные сведения об условиях, в которых он был сделан, например о расстоянии до фотографируемого объекта, его пространственном положении, освещенности, состоянии предмета в момент получения снимка (к примеру, движение или покой), а также об экспозиции, фокусном расстоянии объектива и размере диафрагмы, характеристиках использовавшегося светофильтра и т.д. При интерпретации нередко приходится сравнивать серии снимков одного и того же объекта, полученные в разное время и в разных условиях.
Поскольку медицинские изображения нужны прежде всего для профессиональной интерпретации, то каждому такому изображению также должно сопутствовать описание условий, в которых они были сделаны, а также сведения о состоянии пациента в момент получения изображения. Попробуйте самостоятельно классифицировать такую, казалось бы, несложную вещь, как пространственное положение пациента при получении снимка, и вы поймете, что формализация подобных данных представляет собой достаточно сложную задачу. К тому же ее постановка существенно зависит от того, как и для каких целей в дальнейшем будут использоваться указанные формализованные сведения. Еще сложнее сделать такую формализацию общепринятой. Именно формализация описания условий получения и хранения изображений, а также сведений о состоянии пациента, является основной целью разработки стандартов электронной передачи медицинских изображений.
С расширением парка высокотехнологичных медицинских диагностических устройств лучевой диагностики, называемых также устройствами медицинской визуализации (цифровые рентгеновские системы, компьютерные, магнитно-резонансные, позитронно-эмиссионные томографы, системы ультразвуковой диагностики и т.д.), проблема электронного обмена медицинскими цифровыми изображениями становится все более и более актуальной. Электронный обмен позволяет обеспечить дистанционный доступ нескольких специалистов к одному и тому же медицинскому изображению, что бывает важно, например, при подготовке к консилиуму. Электронная передача медицинских изображений из одного лечебного учреждения в другое, например для проведения консультации, может выполняться за минуты или в крайнем случае за десятки минут, в то время как пересылка снимков обычными способами нередко занимает несколько дней. Наличие изображения в электронной форме позволяет выполнять достаточно сложную компьютерную обработку, к примеру, наложение изображений компьютерного томографа и магнитно-резонансного томографа и т.д., значительно улучшающую возможность постановки диагноза и принятия решений о лечении пациента. В целом электронная передача медицинских изображений лучевой диагностики способна сущеcтвенно ускорить процесс диагностики заболеваний и лечения пациентов и повысить обоснованность принимаемых медицинских решений. Однако реализация электронной передачи медицинских изображений наталкивается на многие трудности. Одно из основных препятствий связано с тем, что как устройства медицинской визуализации, так и их эксплуатация стоят очень дорого. Поэтому даже в крупнейших медицинских центрах они приобретаются постепенно, зачастую у разных поставщиков, предлагающих несовместимые аппаратные и программные средства. Не спасает положения и закупка этих устройств у одного поставщика, поскольку с течением времени менялись модели встраиваемых в них компьютеров, версии системного и прикладного программного обеспечения, форматы хранения и передачи данных. Все это существенно затрудняет задачу интеграции устройств медицинской визуализации в единой сети лечебного учреждения.
В настоящее время существуют разные способы решения задачи интеграции устройств медицинской визуализации. Производители могут предлагать собственные, уникальные решения. Например, знаменитая фирма Siemens, поставляющая широкий спектр медицинского диагностических устройств, в дополнение к ним предлагает системy SIENET, обеспечивающую передачу различного вида изображений на специальным образом оснащенные (и достаточно дорогие) рабочие станции, которые могут быть расположены в любом месте лечебного учреждения. Для этой передачи используются собственные протоколы обмена, поэтому система SIENET допускает прием и обработку изображений, полученных в основном на диагностических устройствах производства именно фирмы Siemens, скажем, цифровых радиографах SIREGRAPH, FLUOROSPOT, компьютерных томографах SOMATOM, магнитно-резонансных томографах MAGNETOM. Однако в нескольких американских больницах, например в Методистском госпитале Индианы, система SIENET используется в сочетании с томографами фирмы General Electric. Чтобы обеспечить большую привлекательность и сделать систему более открытой, ее разработчики включили в нее возможность передачи циркулирующих в ней изображений во внешние информационные системы и сети по стандарту DIСОМ. Однако эта возможность является скорее довеском к системе, а не ее основой. По информации фирмы Siemens, система SIENET в различной комплектации установлена в 180 учреждениях по всему миру; общее число ее рабочих станций превысило 600 единиц.
Распределение базовых частей cтандарта DICOM
Другой подход предлагает российская фирма ТАНА. Она использует достаточно универсальную систему перехвата изображений непосредственно на входе видеомониторов компьютеров диагностических устройств. Затем эти изображения могут быть обработаны с помощью предлагаемого этой фирмой специализированного (по методам исследований) программного обеспечения и выведены на пленку или бумагу либо переданы по компьютерной сети на любую соответствующим образом оснащенную сетевую рабочую станцию. Этот подход дешевле описанного выше и позволяет относительно легко подключаться к диагностическим устройствам разных фирм-производителей, что очень важно для большинства медицинских центров. Однако при этом не обеспечиваются автоматическое получение и дальнейшая передача информации об условиях получения исходных изображений. В своих технических решениях фирма ТАНА ориентируется в основном на компьютеры фирмы Silicon Graphics, но предлагает также решения для компьютеров Pentium. В настоящее время насчитывается уже несколько десятков установок разработанного ею программного обеспечения.
Третий подход предлагает, например, германская фирма Optiware, разработавшая программный пакет Hipax, в котором основная ставка делается на получение и передачу медицинских изображений в стандарте DICOM. Ссылки на DICOM делают и другие поставщики аналогичных пакетов, например фирма Line Imaging, предлагающая пакет WinRad. Для этих пакетов характерны достаточно скромные требования к используемым компьютерам, скажем Pentium с шиной PCI, оперативной памятью 24 Мбайт, видеоадаптером и монитором, обеспечивающими режим SVGA с разрешением 1024х768 и палитрой TrueColor. Похожий подход предлагается также российской фирмой "Федеральное медицинское агентство".
Стандарт DICOM 3 распространяется на передачу растровых медицинских изображений, получаемых с помощью различных методов лучевой диагностики (рентгенография, ультразвуковая диагностика, эндоскопия, компьютерная и магнитно-резонансная томография и др., всего в нем перечислены 29 методов). Он получил широкое признание не только в США, но и во многих других странах, в том числе европейских. Стандарт DICOM был взят за основу разработки европейского стандарта MEDICOM, работа над которым велась рабочей группой WG4 технического комитета TC 251 Европейского института стандартизации CEN.
Стандарт состоит из 13 частей, из которых в текущей версии (DICOM 3.0) представлены первые 9:
На стадии разработки и утверждения находятся еще 4 части стандарта:
Достаточно одного взгляда на представленное выше оглавление, чтобы заметить определенную формализованность изложения стандарта DICOM. И действительно, структура этого документа приведена в соответствие с директивами организации ISO [ISO/IEC Directives, 1989 Part3: Drafting and Presentation of International Standards], что существенно отличает DICOM от стандарта электронной передачи текстовых медицинских документов HL7. Надо сказать, что это не способствует лучшему восприятию материала. Например, здесь явно не хватает примеров реальных сообщений. Тем не менее чтение стандарта DICOM окажется достаточно поучительном для многих специалистов по медицинской информатике, в том числе даже тех из них, кто не занимается обработкой медицинских изображений.

Проиллюстрируем стиль стандарта на простом примере. Термин "медицинское изображение" нередко вводит нас в заблуждение из-за устойчивости восприятия понятия "изображение". Для определения термина "сложное изображение" в стандарте используется ER-диаграмма, показанная на рис. 4.

Из нее видно, что сложное изображение представляет собой элемент серии изображений, полученной при исследовании одного и того же пациента. Кроме элементарного изображения, компонентами сложного изображения могут быть несколько кривых (например, задающих область интереса на обзорном снимке), наложений (растровых текстов с параметрами исследования, фамилией врача-диагноста и т.д.), несколько таблиц (или формул) преобразования пикселов изображения при его визуализации, таблица или формула преобразования пикселов изображения из внутренней формы хранения, используемой производителем данного оборудования, в универсальную внешнюю форму. Допускаются отдельные кривые или их наложение, не связанное ни с каким двумерным изображением, что теоретически позволяет обеспечить передачу не только изображений лучевой диагностики, но и, допустим, кардиограмм. Однако такой подход не является ни эффективным, ни целесообразным.

  
РЕШЕНИЯ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ ►

 

Комментариев нет:

Отправить комментарий

Популярное