Chuẩn lưu trữ hình ảnh trong y khoa và ứng dụng

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DICOM Digital Imaging Communications in Medicine Chuẩn hình ảnh số và truyền thông trong y tế RIS Radiology Information System Hệ thống thông tin chẩn

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Lê Văn Phùng

Thái Nguyên – 2013

LỜI CAM ĐOAN

Sau quá trình học tập tại Trường Đại học Công nghệ Thông tin & Truyền

thông, với những kiến thức lý thuyết và thực hành đã tích lũy được, với việc vận

dụng các kiến thức vào thực tế, em đã tự nghiên cứu các tài liệu, các công trình nghiên cứu, đồng thời có sự phân tích, tổng hợp, đúc kết và phát triển để hoàn thành luận văn thạc sĩ của mình

Em xin cam đoan luận văn này là công trình do bản thân em tự tìm hiểu,

nghiên cứu và hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS Lê Văn Phùng

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2013

Học viên

Trần Văn Tĩnh

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tới thầy giáo hướng dẫn TS Lê Văn Phùng người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn Sự giúp đỡ quý báu của thầy giáo đã tạo điều kiện về mặt khoa học và là nguồn động viên tinh thần rất lớn giúp tôi hoàn thành luận văn này Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến đồng nghiệp bạn bè đã tạo điều kiện cho tôi không những về thời gian mà còn những đóng góp quý báu cho luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo đã giảng dạy và truyền thụ kiến thức cho tôi trong quá trình học tập tại trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến bậc sinh thành, người đã dưỡng dục và động viên con suốt tháng ngày qua Tôi xin cảm ơn

vợ và người thân trong gia đình đã là nguồn động viên tinh thần rất lớn đối với tôi

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2013

Trần Văn Tĩnh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ CHUẨN LƯU TRỮ HÌNH ẢNH TRONG Y KHOA 3

1.1 Khái quát về hệ thống thông tin y khoa 4

1.1.1 Hệ thống thông tin bệnh viện (HIS) 4

1.1.2 Hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (RIS) 5

1.1.3 Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (PACS ) 7

1.1.4 Y tế từ xa (Telemedicine) 8

1.2 Chuẩn lưu trữ hình ảnh trong y khoa 11

1.2.1 Khái quát về chuẩn lưu trữ hình ảnh trong y khoa 11

1.2.2 Ứng dụng chuẩn lưu trữ trong hệ thống thông tin y tế 13

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG LƯU TRỮ HÌNH ẢNH Y KHOA 15

2.1 Chuẩn lưu trữ ảnh DICOM 15

2.1.1 Các thành phần của tiêu chuẩn DICOM 15

2.1.2 Khuôn dạng tập tin DICOM 17

2.1.3 Mã hóa dữ liệu trong DICOM 21

2.1.4 Trao đổi thông tin trong DICOM 24

2.2 Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh trong y khoa (PACS) 33

2.2.1 Cấu trúc của hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh trong y khoa 33

2.2.2 Kiến trúc PACS 38

2.2.3 Phân bố và hiển thị ảnh 45

2.2.4 Các yêu cầu trong thiết kế hệ thống PACS 48

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG LƯU TRỮ & TRUYỀN HÌNH ẢNH VÀ

HỆ THỐNG HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH TẠI BỆNH VIỆN BẮC

THĂNG LONG 51

3.1 Thực trạng của hệ thống chẩn đoán hình ảnh hiện tại tại bệnh viện 51

3.2 Phân tích, thiết kế hệ thống: 56

3.2.1 Mô hình hệ thống: 56

3.2.2 Các thành phần chính của hệ thống : 56

3.2.3 Một số chức năng của hệ thống: 56

3.2.4 Yêu cầu khi thiết kế hệ thống: 58

3.3 Cài đặt chương trình: 59

3.4 Một số kết quả đạt được 60

3.5 Nhận xét kết quả 63

KẾT LUẬN 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

PHỤ LỤC 68

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DICOM Digital Imaging Communications in

Medicine

Chuẩn hình ảnh số và truyền thông trong y tế

RIS Radiology Information System Hệ thống thông tin chẩn đoán

hình ảnh HIS Hospital Information System Hệ thống thông tin bệnh viện LIS Laboratory information system Hệ thống thông tin xét nghiệm PACS Picture Archiving and Communication

Systems

Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh

thông tin y tế HL7

CT Computerized Tomagraphy Cắt lớp điện toán

MRI Magnetic Resonnance Imaging Cộng hưởng từ

PET Positron Comuterized Tomagraphy Cắt lớp phát xạ Positron

SPET Single Photon Emission Comuterized

Association

Hiệp hội các nhà sản xuất điện – điện tử quốc gia - Hoa Kỳ

OSI Open Systems Interconnection Mô hình tham chiếu kết nối

các hệ thống mở TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet

Protocol

Giao thức điều khiển truyền thông/Giao thức internet HTTP HyperText Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản

EPR Electronic Patient Record Bệnh án điện tử

WWW World Wide Web

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Cấu trúc phần đầu tập tin DICOM 19

Bảng 2.2: Các trường trong Thành phần lệnh 28

Bảng 2.3: Dịch vụ DIMSE 30

Bảng 2.4: Công việc của các loại dịch vụ 31

Bảng 3.1: Một số thư viện hỗ trợ 60

Bảng 3.2: So sánh hệ thống cũ với hệ thống mới 64

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Hệ thống thông tin bệnh viện (HIS) 5

Hình 1.2: Hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (RIS) 6

Hình 1.3: Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (PACS) 7

Hình 1.4: Y học từ xa 11

Hình 1.5: DICOM trong hệ thống thông tin y tế 14

Hình 2.1: Cấu trúc tập tin DICOM 17

Hình 2.2: Ví dụ tập tin DICOM 18

Hình 2.3: Cấu tạo Bộ dữ liệu 20

Hình 2.4: Một lớp hình ảnh 22

Hình 2.5: Mã hoá dữ liệu điểm ảnh với VR= OW 22

Hình 2.6: Minh hoạ một dữ liệu điểm ảnh có 16 bit với một Overlay 23

Hình 2.7: Minh họa thiết lập liên kết giữa 2 ứng dụng DICOM 25

Hình 2.8: Minh họa hủy bỏ liên kết giữa 2 ứng dụng DICOM 26

Hình 2.9: Minh họa ngắt đột ngột liên kết giữa 2 ứng dụng DICOM 26

Hình 2.10: Minh họa ngắt liên kết với yêu cầu ngắt từ Service Provicer 27

Hình 2.11: Minh họa truyền tải dữ liệu dựa trên sự liên kết đã thiết lập giữa 2 ứng dụng 27

Hình 2.12: Cấu trúc tổng quát của bản tin DICOM 27

Hình 2.13: Dịch vụ nguyên thuỷ của DIMSE 29

Hình 2.14: Mô hình lưu trữ trung gian DICOM 32

Hình 2.15: Mô hình PACS 34

Hình 2.16: Cấu trúc hệ thống PACS 35

Hình 2.17: Sơ đồ hoạt động của cổng nhận ảnh 36

Hình 2.18: Luồng dữ liệu khái quát của kiến trúc stand – alone 39

Hình 2.19: Luồng dữ liệu tổng quát của kiến trúc client-server 41

Hình 2.20: Máy chủ chứa ảnh dựa vào web 44

Hình 2.21: Tiến trình hiển thị ảnh 46

Hình 2.22: Kiến trúc PACS điển hình cho hiển thị ảnh dựa trên Web 47

Hình 2.23: Kiến trúc Component dùng hiển thị ảnh để chẩn đoán tại các workstation 48

Hình 3.1: Quá trình thu nhận ảnh trong y khoa tại khoa Chẩn đoán hình ảnh 52

Hình 3.2: Tiến trình công việc hiện thời tại khoa Chẩn đoán hình ảnh 54

Hình 3.3: Tiến trình công việc tại khoa Chẩn đoán hình ảnh sau khi triển khai 55

Hình 3.4: Mô hình hệ thống hỗ trợ chẩn đoán y khoa tại bệnh viện 56

Hình 3.5: Sơ đồ tương thích giữa các hệ thống 59

Hình 3.6: Sơ đồ hệ thống lưu trữ & truyền hình ảnh 60

Hình 3.7: Sơ đồ trạm hiển thị ảnh 60

Hình 3.8: Giao diện chính của chương trình 61

Hình 3.9: Xem ảnh của bệnh nhân 61

Hình 3.10: Xem toàn bộ ảnh của bệnh nhân 62

Hình 3.11: Dựng hình 3D dựa theo các lát cắt 62

Hình 3.12: Dựng hình khuôn mặt theo lát cắt 63

MỞ ĐẦU

1 Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài

Ngày nay, lĩnh vực y tế đang giữ một vai trò quan trọng đối với sự phát triển của con người Với việc dân số toàn cầu không ngừng tăng lên kèm theo đó là sự xuất hiện của nhiều căn bệnh mới đòi hỏi ngành y tế cần phải nỗ lực hơn nữa trong việc chăm sóc sức khỏe cho cộng đồng Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào lĩnh vực y tế là rất cần thiết

Để hỗ trợ cho việc chẩn đoán và điều trị, nhiều bệnh viện đã không ngừng tăng cường đầu tư máy móc, công nghệ hiện đại như máy chụp cắt lớp phát xạ Positron (PET), máy chụp cộng hưởng từ (MRI), máy chụp cắt lớp vi tính (CT-Scanner), chụp x-quang kỹ thuật số, Ảnh được chụp từ các loại máy này được lưu trữ theo các chuẩn ảnh khác nhau để phục vụ trong lĩnh vực y tế Các ảnh này được các bác

sỹ sử dụng để đọc các thông tin phục vụ chẩn đoán bệnh

Một trong những chuẩn ảnh được sử dụng phổ biến trong y khoa hiện nay là chuẩn ảnh DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) Vì vậy trên thực tế việc ứng dụng công nghệ thông tin trong ngành y tế không chỉ dừng lại ở công tác quản lý, cải cách hành chính và viện phí mà phải có hệ thống kết nối trao đổi dữ liệu với các hệ thống chẩn đoán hình ảnh nhằm hỗ trợ cho chẩn đoán của các bác sỹ, lưu trữ hình ảnh lâu dài và giúp cho việc chẩn đoán từ xa

Từ những lý do trên và từ yêu cầu thực tiễn của nơi công tác, chúng tôi đã chọn

đề tài: “Chuẩn lưu trữ ảnh trong y khoa và ứng dụng” nhằm tìm hiểu về chuẩn

lưu trữ hình ảnh phổ biến trong y khoa, và các hệ thống thông tin liên quan từ đó xây dựng hệ thống lưu trữ & truyền hình ảnh và hệ thống hỗ trợ chẩn đoán hình ảnh tại bệnh viện

Nội dung luận văn được trình bày trong 3 chương:

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ CHUẨN LƯU TRỮ HÌNH ẢNH TRONG Y KHOA

Trình bày khái quát về hệ thống thông tin và chuẩn lưu trữ hình ảnh trong y khoa

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG LƯU TRỮ HÌNH ẢNH Y KHOA

Phân tích chuẩn lưu trữ hình ảnh phổ biến trong y khoa, đó là chuẩn DICOM: các thành phần tiêu chuẩn, khuôn dạng tập tin, cách mã hóa dữ liệu, và các giao thức của DICOM

Phân tích hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh y khoa: cấu trúc, kiến trúc hệ

thống, và các yêu cầu khi thiết kế hệ thống

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG LƯU TRỮ & TRUYỀN HÌNH ẢNH VÀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH TẠI BỆNH VIỆN BẮC THĂNG LONG

Trình bày bối cảnh, mục tiêu, yêu cầu của hệ thống Phân tích thiết kế hệ thống, chạy thử nghiệm và phân tích kết quả đã đạt được

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ CHUẨN LƯU

TRỮ HÌNH ẢNH TRONG Y KHOA

Với nhiều quốc gia đang phát triển – trong đó có Việt Nam – vấn đề trao đổi

dữ liệu y tế giữa các bệnh viện trong nước và với các bệnh viện quốc tế là một vấn

đề khá mới mẻ Khái niệm mạng gần như không còn xa lạ với người dân Việt Nam ngày nay, nhưng người ta dường như vẫn còn mơ hồ với khái niệm “mạng y tế”

Có thể định nghĩa mạng là một hệ thống kết nối với nhiều thiết bị (hoặc tập hợp nhiều thiết bị) lại với nhau Mỗi điểm là một hoặc nhiều máy tính (gọi là mạng máy tính); một hoặc hệ thống nhiều máy điện thoại (gọi là mạng điện thoại); một hay nhiều thiết bị video (gọi là mạng truyền hình) … với mục đích là truyền các dữ liệu máy tính (đối với mạng máy tính); truyền giọng nói, âm thanh (đối với mạng điện thoại); truyền hình ảnh hoặc phim video (đối với mạng truyền hình) trong phạm vi một văn phòng, một tòa nhà, một thành phố, một quốc gia hay giữa các quốc gia với nhau

Như vậy, “mạng y tế” được hiểu là một hệ thống kết nối với nhiều thiết bị y

tế với nhau nhằm mục đích truyền dữ liệu y tế giữa các hệ thống trong cùng một bệnh viện, giữa các cơ sở y tế khác nhau, thậm chí giữa các quốc gia trên thế giới

Ta biết môi trường thông tin trong ngành y tế là một môi trường phức tạp và

đa dạng; ngoài môi trường thông tin hành chính (gồm các văn bản, quy chế, quyết định, thông báo, hướng dẫn,…) còn có các thông tin phục vụ khám chữa bệnh cũng phải được quản lý như: thông tin về quản lý hành chính (quản lý đội ngũ y bác sỹ, quản lý vật tư, quản lý tài chính,…); thông tin bệnh viện (quản lý bệnh nhân, quản

lý hồ sơ bệnh án), ví dụ: để chẩn đoán cho một bệnh nhân, chúng ta cần thông tin về bệnh sử, thông tin kết quả thăm khám như xét nghiệm (huyết học, sinh hóa, vi sinh,

tế bào,…), thông tin về chẩn đoán chức năng (điện tim, điện não, hô hấp,…), thông tin về chẩn đoán hình ảnh (x-quang, siêu âm, CT, MRI,…) thậm chí cả những ngân hàng dữ liệu chứa đựng tri thức hỗ trợ cho việc ra quyết định,… Những thông tin này đặc biệt quan trọng giúp cho bác sỹ có thể chẩn đoán chính xác và kịp thời đưa

ra các phương pháp điều trị phù hợp cho từng bệnh nhân Chính vì vậy yêu cầu về

lưu trữ, xử lý và trao đổi thông tin giữa các cơ sở y tế là thực sự cần thiết để phục

vụ chẩn đoán và đối chiếu sau này

Vì vậy, mạng y tế ra đời, lập tức xuất hiện các mạng đặc thù riêng cho các bệnh viện, đó là: Hệ thống thông tin bệnh viện (Hospital Information System – HIS); hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (Radiology Information System – RIS); hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (Picture Archiving and Communication System – PACS); y tế từ xa (telemedicine),…

1.1 Khái quát về hệ thống thông tin y khoa

1.1.1 Hệ thống thông tin bệnh viện (HIS)

Dù quy mô các bệnh viện là rất khác nhau, trong từng bệnh viện lại có chức năng cụ thể và trọng tâm chuyên môn khác nhau, nhưng dòng thông tin và yêu cầu

về thông tin ở các bệnh viện về cơ bản là giống nhau Trước hết, đó là dòng thông tin quản lý – liên quan đến nhân sự; quản lý tài chính; quản lý cơ sở vật chất; quản

lý bệnh nhân; quản lý dược phẩm, phần cơ bản nhất và đặc trưng nhất trong y tế Thứ hai là dòng thông tin liên quan đến bệnh nhân – trong đó phân ra bệnh nhân nội trú và bệnh nhân ngoại trú, với khu vực cận lâm sàng là khu vực dùng chung cho cả hai dòng bệnh nhân này Tất cả những thông tin này chứa đựng trong Hệ thống thông tin bệnh viện Theo thống kê, khoảng 60% -70% thông tin thường được truy cập trong bệnh viện liên quan đến hệ thống này.[4]

Khi tập cơ sở dữ liệu của Hệ thống thông tin bệnh viện tuân thủ đúng tiêu chuẩn quốc tế, Hệ thống thông tin bệnh viện sẽ cho phép trao đổi thông tin hai chiều giữa các phòng ban, giữa các khoa phòng trong bệnh viện, và giữa các bệnh viện với nhau

Một điển hình trong việc quản lý dữ liệu y tế thành công là dự án DIFF của Luxemburg, dự án này phải mất 4 năm để giải quyết vấn đề phát triển các phần mềm quản lý, trong đó riêng 18 tháng đầu là xác định nội dung tối thiểu của bệnh án điện tử (EPR – Electronic Patient Record), 14 tháng tiếp theo là phát triển - tích hợp – hoàn thiện một tập hợp các thành phần phần mềm tạo nên bệnh án Hiện nay, xuất

được sử dụng phối hợp với hệ thống lưu trữ và truyền hình hảnh trong chẩn đoán hình ảnh từ xa[4]

Mặc dù chỉ cho phép quản lý các thông tin y tế dạng văn bản nhưng Hệ thống thông tin bệnh viện đã phát huy hiệu quả rất tốt, đặc biệt đối với đặc điểm ngành y tế Việt Nam, vì vậy hầu hết các bệnh viện quy mô vừa và lớn đã triển khai

hệ thống này Tính đến năm 2013 ở nước ta đã có 443 bệnh viện/ tổng số 1.062 bệnh viện (41,7%) đã triển khai phần mềm HIS[9]

Hình 1.1: Hệ thống thông tin bệnh viện (HIS)

1.1.2 Hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (RIS)

Việc ra đời hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (RIS) là nhằm mục đích

hỗ trợ các công việc quản trị cũng như các hoạt động thăm khám bệnh nhân trong khoa chẩn đoán hình ảnh, tăng khả năng chia sẻ thông tin phục vụ chẩn đoán và điều trị vì đây là điểm nút mà hầu như tất cả bệnh nhân đều phải đi qua; đồng thời

do dữ liệu chẩn đoán hình ảnh vừa nhiều lại vừa có tính đặc thù cao, nên các mạng

thông tin chẩn đoán hình ảnh ra đời sẽ hỗ trợ công tác quản lý dữ liệu bệnh viện một các đáng kể

Khác biệt của RIS với HIS đó là RIS cho phép quản lý cả dữ liệu về hình ảnh

và văn bản chứ không đơn thuần như quản lý văn bản dạng text như trong HIS Dữ liệu ảnh thu nhận được từ các thiết bị như x-quang, CT, MRI, sẽ được lưu trữ lại dưới dạng tập các ảnh số hóa Đây chính là cơ sở dữ liệu mà RIS quản lý

Tuy nhiên, cấu trúc của RIS cũng gần giống với HIS nhưng ở mức độ nhỏ hơn, với nhiệm vụ chính là:

- Tạo định dạng và lưu trữ các báo cáo về chẩn đoán;

- Thao tác với các bản ghi về bệnh nhân và danh mục phim;

- Giám sát trạng thái từng bệnh nhân, các đợt khám, các thiết bị phục vụ chẩn đoán;

- Thực hiện phân tích sơ bộ và phân tích thống kê; hỗ trợ chẩn đoán và điều trị

Hình 1.2: Hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (RIS)

1.1.3 Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (PACS )

Lúc đầu RIS giúp cho quản lý điều hành khoa chẩn đoán hình ảnh có hiệu quả hơn, tuy nhiên, với khoa Chẩn đoán hình hình ảnh thì các dữ liệu dạng văn bản chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ so với dữ liệu ảnh, do đó cần phải có một hệ thống PACS nhằm lưu trữ, phân phối và truyền hình ảnh, nâng cao chất lượng chẩn đoán.Chính nhờ PACS mà có thể truyền hình ảnh để chẩn đoán hình ảnh từ xa (Teleradiology) Teleradiology là phần phát triển sớm nhất của y học từ xa Khởi đầu từ những công trình của Jutra & CS (1959) và càng ngày càng đến đỉnh cao mới theo sự hoàn thiện dần của công nghệ đường truyền

Tổng kết ở các nước tiên tiến đều đi đến một kết luận duy nhất: việc ứng dụng các hệ thống này trong y tế đã tăng cao một cách đáng kể hiệu quả phục vụ, và giảm thiểu chi phí ở tất cả các bệnh viện nhờ vào việc lưu trữ, xử lý, truyền tải thông tin một cách có hệ thống, nhanh chóng, chính xác[4]

Hình 1.3: Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (PACS)

1.1.4 Y tế từ xa (Telemedicine)

Sau khi dã hoàn thiện việc quản lý tại các phòng ban, thì bước tất yếu và logic tiếp theo là kết nối các mạng cục bộ tại từng bệnh viện bằng các đường truyền viễn thông Việc kết nối này đưa đến một sự thay đổi về chất trong phương thức hoạt động của các bệnh viện Nếu mạng máy tính cho phép ta sử dụng chung tài nguyên của mỗi máy tính, thì xa hơn nữa, kết nối mạng giữa các bệnh viện tạo điều kiện cho chúng ta khai thác chung tiềm năng của mỗi bệnh viện về chuyên gia, tư liệu, tri thức,

Để từ xa có thể can thiệp, chẩn đoán, ra quyết định về một ca bệnh bất kỳ, điều trước hết là phải có đủ thông tin về ca bệnh đó Những thông tin này phải được

tổ chức hợp lý, tập hợp lại rồi gửi đi một cách trọn vẹn Nhiều khi các hình ảnh và

dữ liệu của bệnh nhân phân tán theo thời gian, không gian và nằm rải rác, vì thế bài toán về y học từ xa phải bắt đầu từ bài toán về tổ chức và quản lý hệ thống thông tin bệnh viện

Một ví dụ kinh điển và đầy tính thuyết phục cho y học từ xa đó là chẩn đoán hình ảnh từ xa Các hình ảnh cần thiết dùng cho chẩn đoán được truyền theo đường viễn thông về những trung tâm lớn có các chuyên gia giỏi Tại đây, các chuyên gia

sẽ đưa ra chẩn đoán của mình và kết quả được gửi lại nơi có bệnh nhân Toàn bộ quy trình có thể tiến hành trực tuyến hay không trực tuyến, tuy nhiên phải đảm bảo

độ trễ về thời gian (nếu có) là có thể chấp nhận được về mặt y học Nếu bệnh viện

có nhiều máy chẩn đoán hình ảnh thì trước khi truyền hình ảnh đi, việc tổ chức Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh tại các bệnh viện là rất cần thiết Và lúc đó công tác chẩn đoán hình ảnh có thể được thực hiện từ bất cứ nơi nào trong bệnh viện tại khoa, phòng, phòng hội chẩn – giao ban, tại các khoa điều trị, miễn là ở nơi đó có cài đặt một trạm làm việc với phần mềm tương ứng Như vậy, những khoảng cách vốn là ngăn trở trong từng bệnh viện sẽ được khắc phục

Để làm được điều này, hình ảnh ở các thiết bị sinh hình ảnh y khoa phải tuân theo đúng chuẩn hình ảnh, ảnh phải được lấy ra theo phương thức số hóa và lưu trữ

phần cứng theo tiêu chuẩn nhất định, những phần mềm quản lý hệ thống cũng như phần mềm chuyên dụng để xem ảnh, xử lý, lưu trữ và phân phối hình cũng phải có

sự chuẩn hóa; có như vậy giữa các hệ thống khác nhau mới có thể hiểu được thông tin và việc trao đổi như vậy mới có ý nghĩa

Muốn truyền hình ảnh giữa các trung tâm cần phải sử dụng một máy chủ truyền thông khác để gửi hình từ PACS cục bộ ở trung tâm này tới PACS cục bộ ở trung tâm khác (hoặc bệnh viện khác) Với hệ thống mạng y tế như trên, bất cứ nơi nào có trạm làm việc – không phục thuộc vào khoảng cách – chúng ta đều có thể xem, xử lý, và in hình để hoàn thiện một các chẩn đoán bằng hình ảnh, giống như ta đang ngồi ngay bên thiết bị sinh hình

Một trong những triển vọng phát triển mạng y tế từ xa là ứng dụng công nghệ truyền thông không đồng bộ (ATM – Asynchronous Transfer Mode), tạo khả năng đồng thời truyền âm thanh, dữ liệu và hình ảnh video với tốc độ cao

Tính đến năm 2005, Telemedicine đã được triển khai tại 60 quốc gia trên thế giới và cũng có được những kết quả khả quan

Nhật Bản có thể coi là một trong những nước có công nghệ viễn thông rất phát triển Việc nghiên cứu về Telemedicine đã được chú trọng từ lâu Chỉ trong vài năm, số chương trình ứng dụng Telemedicine đã tăng nhanh, các lĩnh vực ứng dụng cũng phát triển không ngừng Năm 1997, có khoảng 140 chương trình chẩn đoán, điều trị từ xa thông qua mạng dịch vụ tích hợp kỹ thuật số LSDN của ngành viễn thong Năm 1998, Nhật Bản có 155 hệ Telemedicine, trong đó có 68 hệ Teleradiology, 23 hệ chẩn đoán hình ảnh, 20 hệ chăm sóc y tế từ xa (Home Health),

6 hệ Telemedicine trong nhãn khoa, 3 hệ nha khoa và 9 hệ khác

Ngành y tế Trung Quốc cũng đã quan tâm tới việc ứng dụng công nghệ thông tin và kỹ thuật cao từ nhiều năm nay Nhiều công ty sản xuất phần mềm của Trung Quốc và nước ngoài đã nghiên cứu triển khai hàng loạt giải pháp nhằm tổ chức các mạng cục bộ quản lý bệnh viện (HIS), hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (PACS), Những sự phát triển này một mặt tạo cơ sở vật chất kỹ thuật cho việc

ứng dụng công nghệ thông tin, kỹ thuật cao trong công tác y tế, mặt khác có tác dụng kích thích nguồn đầu tư cho nghiên cứu và triển khai ứng dụng mới, đặc biệt

là Telemedicine trong tương lai

Ở Việt Nam đến nay đã hình thành một số mạng Telemedicine như các bệnh viện vệ tinh của Bệnh viện Nhi Trung ương; Bệnh viện vệ tinh của Việt Đức; Bệnh viện vệ tinh của Bạch Mai Các bệnh viện trung ương Bạch Mai, Bệnh viện Nhi, Bệnh viện Chợ Rẫy đã nối mạng trao đổi nghiên cứu khoa học với các bệnh viện quốc tế Bộ Y tế đã phê duyệt dự án Telemedicine giữa 11 bệnh viện chuyên khoa trung ương với 14 bệnh viện tuyến tỉnh[9]

Vấn đề truyền thông trong y tế phát triển một cách nhanh chóng tại các nước có nền y học tiên tiến và có cơ sở kinh tế, kỹ thuật cao với hai hướng phát triển chủ yếu: Hướng thứ nhất là nghiên cứu tổ chức mạng và đường truyền: các dữ liệu y

tế, y học gồm văn bản, âm thanh, hình ảnh, được tổ chức xử lý và khai thác qua mạng cục bộ (LAN), mạng diện rộng (WAN), Intranet và Internet

Hướng thứ hai là phát triển các phần mềm quản lý dữ liệu nhằm xây dựng các hệ quản lý thông tin bệnh viện cho phép lưu trữ, xử lý, khai thác cơ sở dữ liệu

để phục vụ việc chẩn đoán và điều trị Vấn đề đặt ra trong bài toán quản lý này là làm sao chuyển được tất cả các thông tin đó thành dữ liệu có cấu trúc Đã có một số

tổ chức đưa ra những quy định để thống nhất hóa các dữ liệu y tế về cả cấu trúc và ngữ nghĩa, điển hình là hai chuẩn: chuẩn lưu trữ và trao đổi dữ liệu dạng văn bản – HL7- có từ năm 1987 HL7 đã có tới 450 tổ chức thành viên và chiếm 65% lượng thông tin trong bệnh viện Chuẩn này được dùng trong việc xác lập các dữ liệu liên quan đến bệnh nhân, các kết quả thăm khám lâm sàng, nhập – chuyển – ra viện, các kết quả xét nghiệm, dùng thuốc, ; và chuẩn hình ảnh – DICOM[4]

Hình 1.4: Y học từ xa

1.2 Chuẩn lưu trữ hình ảnh trong y khoa

1.2.1 Khái quát về chuẩn lưu trữ hình ảnh trong y khoa

Các thiết bị y tế, thiết bị chẩn đoán hình ảnh đầu tiên khi mới ra đời chỉ là tín hiệu dạng sóng (Analog) đưa lên màn hình video của máy Theo thời gian, máy được chế tạo ngày càng có cấu hình cao hơn và chuyển dần sang tín hiệu số, các phần mềm xử lý tín hiệu lưu trữ thông tin số ngay tại các máy đó (ví dụ máy siêu

âm có thể lưu được 5000 ảnh của bệnh nhân trong thời gian gần nhất) Tuy nhiên, dần từng bước khi có các điều kiện đặt ra và nhu cầu giao tiếp giữa các máy với nhau và truyền ảnh số giữa các vùng với nhau để trợ giúp chẩn đoán thì các chuẩn

dữ liệu chung về hình ảnh y tế dần ra đời Vì vậy, các máy y tế ngày nay có gắn thiết bị tin học thì đã sẵn sàng đưa ra các tín hiệu thông qua các D-Shell chuẩn như COM, LPT hoặc cổng USB Tuy nhiên, phần tín hiệu đưa ra các cổng này tuỳ nhà cung cấp trang bị phần mềm khi người sử dụng yêu cầu

Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh PACS (Picture Archiving and Communication System) là hệ thống lưu trữ, xử lý và truyền ảnh động, hoặc mạng

xử lý và truyền ảnh số hoá DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) Tất cả các chuẩn này có chung một tiêu chí là nén ảnh ở mức độ tối đa

để giảm kích thước lưu trữ, giảm kích thước khi truyền trên mạng, có các mức độ phân giải khác nhau khi truyền Nếu hình ảnh không cần chất lượng cao thì có thể truyền ở độ phân giải thấp và khi cần độ nét để chẩn đoán với chất lượng cao thì truyền ảnh với các độ phân giải cao hơn, nhưng tốc độ truyền trên mạng sẽ chậm đi nhiều Các ảnh truyền thường là các ảnh về X-quang, ảnh siêu âm, ảnh nội soi, ảnh

CT Scanner Việc truyền ảnh này giúp cho hỗ trợ chẩn đoán từ xa, cho các thầy thuốc, học viên, sinh viên học tập và nghiên cứu

Năm 1970, trước sự ra đời của phương pháp chụp ảnh CT (Computed

Tomography) cùng với các phương pháp chụp ảnh số dùng trong chẩn đoán y khoa

khác, và sự gia tăng nhanh chóng ứng dụng tin học trong các lĩnh vực y khoa lâm

sàng, hai tổ chức ACR (American College of Radiology) và NEMA (National

Electrical Manufacturers Association) đã nhận ra yêu cầu cần thiết phải có một

phương pháp chuẩn dùng trong truyền tải ảnh và thông tin liên quan đến ảnh đó giữa các nhà sản xuất thiết bị y khoa, mặc dù những thiết bị đó lại cho ra các định dạng ảnh khác nhau Trong năm 1983, ACR và NEMA thành lập một ủy ban chung

để phát triển phương pháp chuẩn này với mục đích:

+ Tăng cường khả năng giao tiếp thông tin ảnh số của thiết bị y khoa bất chấp thiết bị đó là của nhà sản xuất nào

+ Giúp cho việc phát triển và mở rộng các hệ thống truyển tải và lưu trữ ảnh trở nên dễ dàng hơn, từ đó các hệ thống này sẽ là nơi giao tiếp với các hệ thống thông tin bệnh viện khác

+ Cho phép tạo ra thông tin thông tin cơ sở chẩn đoán, từ đó nhiều loại thiết

bị chẩn bệnh sẽ sử dụng và tra cứu thông tin này

- ACR-NEMA công bố "ACR-NEMA Standards Publication" phiên bản 1.0 vào năm 1985 Và năm 1988, ủy ban này công bố tiếp "ACR-NEMA Standards Publication" phiên bản 2.0 Tài liệu "ACR-NEMA Standards Publication" đặc tả giao tiếp phần cứng, số lượng tối thiểu các lệnh phần mềm và các định dạng dữ liệu

Năm 1992 phiên bản thứ 3 ra đời được đổi tên thành Chuẩn DICOM (Digital

Imaging and Communications in Medicine) Chuẩn DICOM đưa ra nhiều cải tiến

qua trọng so với 2 phiên bản của chuẩn ACR-NEMA trước

Hiện tại việc ứng dụng lưu trữ ảnh theo các chuẩn nhất định ở Việt Nam vẫn chỉ được lưu trữ trên một máy mà không có sự giao lưu giữa các máy với nhau, như vậy dung lượng lưu trữ không cao và không có khả năng trợ giúp trong chẩn đoán

và không thể là dữ liệu dùng chung trong bệnh viện Một số nơi có các MINI-PACS mang tính chất thử nghiệm truyền qua lại trong một mạng LAN hoặc Intranet (mạng

ở Bệnh viện chợ Rẫy, Trung tâm Chấn thương chỉnh hình Thành phố Hồ Chí Minh) Việc ứng dụng rộng rãi trợ giúp từ xa qua Telemedicine ở Việt Nam còn hầu như chưa được ứng dụng, trong khi đó các nước đã và đang ứng dụng tương đối rộng rãi kỹ thuật này nhất là các nước phát triển

1.2.2 Ứng dụng chuẩn lưu trữ hình ảnh trong hệ thống thông tin y tế

Vai trò chủ yếu của DICOM được thể hiện trong hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (PACS) Xu thế hiện tại theo hướng “PACS nhỏ” (miniPACS) và “PACS cục bộ” (partial PACS) khiến cho DICOM có thể thích ứng trong nhiệm vụ là giao diện của nhiều loại thiết bị khác nhau Trong một môi trường thiết bị hình ảnh với công nghệ sản xuất đa dạng, điều này tránh được giao diện tuỳ ý hay độc quyền cho các thiết bị Từ đó dẫn tới giảm sự phức tạp và giá thành trong kết nối thiết bị, và đơn giản hoá dịch vụ

Lợi ích của việc kết nối PACS với các hệ thống thông tin khác, đặc biệt là HIS và RIS là rõ ràng Nhưng cũng dẫn tới nhiều công việc hơn cho phân tích và lập trình tại các thành phần hệ thống, cả phía PACS và HIS/RIS Chuẩn DICOM, thông qua các lớp dịch vụ quản lí khác nhau của mình, đã tối thiểu hoá các khó khăn đó ở phía PACS Cũng như vậy, khi RIS và HIS chuyển về đúng chuẩn của chúng (ví dụ như HL7) chẳng hạn, thì công việc còn đơn giản hơn nữa, tuy nhiên bất cứ sự kết nối nào giữa hai hệ thống thông tin với nhau không hề đơn giản Các Nhóm Công tác DICOM (DICOM Work Group) cũng đã liên lạc với với các nhóm viết chuẩn giao diện của của HIS và RIS để có thể làm hài hoà vấn đề này

Hình 1.5: DICOM trong hệ thống thông tin y tế

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG LƯU TRỮ HÌNH ẢNH Y KHOA 2.1 Chuẩn lưu trữ ảnh DICOM

Chuẩn DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) là chuẩn định nghĩa ra các quy tắc định dạng và trao đổi hình ảnh y tế cũng như các thông tin liên quan, nói cách khác, nó tạo nên một “ngôn ngữ” chung cho phép “giao tiếp” hình ảnh và các thông tin y tế liên quan giữa các thiết bị và hệ thống trong mạng thông tin y tế.[10]

DICOM cho phép tích hợp máy Scan, Server, trạm làm việc, máy tính và các thiết bị mạng từ nhiều nhà cung cấp vào thành một hệ thống truyền tải và lưu trữ hình ảnh Ngày nay hầu hết các bệnh viện trên khắp thế giới đều áp dụng DICOM vào các thiết bị y khoa, máy trạm, server, các hệ thống quản lý trong hoạt động khám chữa bệnh

Các thiết bị y khoa (Modality) hỗ trợ DICOM: Angioscopy (AS), Computed Radiography (CR), Computed Tomography (CT), Radiographic Imaging (RG), Radiotherapy Dose (RD), Hard Copy (HC), X-ray Angiography (XA), Elictrocardiograms (ECG),…[16]

Vai trò của DICOM được thể hiện trong hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh trong y tế (PACS) DICOM thích ứng trong nhiệm vụ là giao diện của nhiều loại thiết bị khác nhau Trong một môi trường thiết bị hình ảnh với công nghệ sản xuất

đa dạng, điều này tránh giao diện tùy ý hay độc quyền cho các thiết bị Từ đó dẫn tới giảm sự phức tạp , giá thành trong kết nối thiết bị, và đơn giản hóa dịch vụ

2.1.1 Các thành phần của tiêu chuẩn DICOM

- Thích nghi (Conformance): Định nghĩa các nguyên tắc thực thi chuẩn gồm các yêu cầu thích nghi và báo cáo thích nghi để xác định tính tương thích do nó cung cấp các thông tin quan trọng cho người thực hiện và người tích hợp hệ thống

để quyết định sự phối hợp hoạt động của các thiết bị Nó sẽ cung cấp cho người thực hiện một mẫu thống nhất để tạo ra bản báo cáo thích nghi

- Định nghĩa đối tượng thông tin (Information Object Definitions): Cung cấp một định nghĩa trừu tượng về các thực thể mà có thể ứng dụng trong truyền thông

tin hình ảnh y tế đối với mỗi IOD tài liệu sẽ định rõ các thông tin cần thiết của IOD mối quan hệ giữa các thự thể và các thuộc tính mô tả của IOD

- Định nghĩa lớp dịch vụ (Service Class Definitions): Định nghĩa một số lớp dịch vụ, một dịch vụ liên quan đến một hay nhiều đối tượng thông tin

- Cấu trúc dữ liệu và mã hóa (Data Structure and Encoding): Quy định cấu trúc và mã hóa thông tin bộ dữ liệu thu được từ việc sử dụng đối tượng thông tin và dịch vụ, đưa ra quy tắc mã hóa cần thiết cho dòng dữ liệu cho một bản tin Dòng dữ liệu được tạo ra từ một bộ dữ liệu, bộ dữ liệu được tạo ra từ các thành phần dữ liệu

- Từ điển dữ liệu (Data Dictionary): Nhãn tên giá trị thể hiện (VR) – Số giá trị được mã hóa trong giá trị (VM)

- Giao thức trao đổi bản tin (Message Exchange Protocol): Xác định dịch vụ

và giao thức được sử dụng bởi một ứng dụng trong môi trường ảnh y tế để trao đổi bản tin thông qua dịch vụ hỗ trợ, một bản tin được tạo nên bởi dòng lệnh và theo sau là một dòng dữ liệu phụ thuộc

- Hỗ trợ truyền thông mạng trao đổi bản tin (Network Communication Support for Message Exchange): Các dịch vụ và giao thức truyền tin được đảm bảo quá trình truyền tin giữa các ứng dụng DICOM được thực hiện một cách có hiệu quả với phương thức bình đẳng trên mạng

- Hỗ trợ trao đổi kiểu điểm – điểm (Point to Point Support): Quy định các dịch vụ và giao thức được sử dụng cho truyền tin điểm - tới - điểm của dịch vụ quản

lý in ấn

- Khuôn dạng tập tin và lưu trữ trung gian (Media Storage and File Format): Chuẩn tạo điều kiện cho trao đổi thông tin giữa các ứng dụng trong môi trường y tế bằng cách xác định cấu trúc mô tả quan hệ giữa các mô hình lưu trữ trung gian và phương tiện vật lý với khuôn dạng trung gian cụ thể

- Sơ lược ứng dụng lưu trữ trung gian(Media Storage Application Profiles)

- Chức năng lưu trữ và khuôn dạng trung gian cho trao đổi dữ liệu (Media

- Chức năng hiển thị chuẩn mức xám (Grayscale Standard Display Function): Xác định được chức năng hiển thị được chuẩn hóa cho hiển thị phù hợp của hình ảnh mức xám Các chức năng này cung cấp phương pháp cho chuẩn một hệ thống hiển thị cụ thể với mục đích thể hiện hình ảnh một cách thống nhất trên các phương tiện hiển thị khác nhau (màn hình hay máy in)

- Sơ lược về quản lý hệ thống và bảo mật (Security and System Management Profiles)

- Nguồn ánh xạ nội dung (Content Mapping Resource): Quy định khuôn mẫu cho cấu trúc tài liệu là đối tượng thông tin Bộ các thuật ngữ trong sử dụng, từ điển các thuật ngữ được định nghĩa và duy trì bởi DICOM Sự chuyển đổi thuật ngữ của các Quốc gia

2.1.2 Khuôn dạng tập tin DICOM

Tập tin DICOM lưu trữ những thông tin sau: Thông tin bệnh nhân; Thông tin

về lần khám; Thông tin lượt viếng thăm; Thông tin về thiết bị y khoa đã sinh ra ảnh; Ảnh của bệnh nhân

Cấu trúc tập tin DICOM:

Hình 2.1: Cấu trúc tập tin DICOM

- Một tập tin DICOM đơn bao gồm hai phần: phần đầu (header) (lưu trữ thông tin về tên bệnh nhân, kiểu ảnh, kích thước ảnh,…) và phần dữ liệu (data) Sự khác nhau bắt nguồn từ việc phân tích định dạng ảnh phổ biến, đó là dữ liệu ảnh được lưu trữ trong một tập tin (*.img) và dữ liệu đầu tệp được lưu trữ trong một tập tin khác (*.hdr) Dữ liệu ảnh DICOM có thể được nén để giảm bớt kích thước ảnh DICOM hỗ trợ các định dạng ảnh JPEG, JPEG Lossless , JPEG 2000, LZW và Run-length encoding (RLE)

2.1.2.1 Phần đầu tập tin:

- Hình 2.2 hiển thị một ví dụ về tập tin ảnh DICOM Trong ví dụ này, 794 bytes đầu tiên được sử dụng cho phần đầu tập tin của tập tin ảnh DICOM, nó mô tả kích thước ảnh và giữ lại thông tin văn bản khác về chụp cắt lớp Kích thước của phần đầu của tập tin này thay đổi phụ thuộc vào thông tin phần đầu của tập tin được lưu trữ Ở đây, phần đầu của tập tin định nghĩa một tập tin ảnh có kích thước 109x91x2 pixels với độ phân giải dữ liệu 1 byte/pixel (như vậy toàn bộ kích thước của ảnh sẽ là 19838) Dữ liệu ảnh đi theo thông tin phần đầu của tập tin (Phần đầu của tập tin và dữ liệu ảnh được lưu trữ trong cùng một tập tin)

dữ liệu Thứ tự các byte quy định theo kiểu Little

Tên Thành phần dữ liệu Nhãn Mô tả

File Preamble Không có Đây là chuỗi byte đầu tiên của tập tin, có

chiều dài là 128 byte dành cho chương trình xử lý tập tin DICOM sử dụng Nếu không sử dụng thì 128 byte này đều có nội dung là 00h

DICOM Prefix Không có 4 byte là chuỗi “DICM” Prefix này để

xác định tập tin có phải là tập tin DICOM hay không

File Meta Information Group Length (0002,0000) Độ lớn của Bộ dữ liệu File Meta

Information (tính theo byte) Số byte này được tính từ Thành phần dữ liệu theo ngay sau thành phần dữ liệu Group Lengh này

File Meta Information

(0002,0002) Chuỗi UID cho lớp SOP xác định định

dạng lưu trữ của tập tin DICOM

Media Storage SOP Instance

UID

(0002,0003) Chuỗi UID cho bản thân tập tin DICOM

Transfer Syntax UID (0002,0010) Chuỗi UID cho Transfer Syntax sẽ dùng

cho các thành phần dữ liệu nằm ở Bộ dữ liệu sau Bộ dữ liệu File Meta Information Implementation Class UID (0002,0012) Chuỗi UID của chương trình đã tạo ra tập

tin DICOM này

Implementation Version

Name

(0002,0013) Phiên bản của chương trình tạo tập tin

DICOM có UID như trên

Source Application Entity

Title

(0002,0016) Chuỗi tiêu đề cho Application Entity đã

tạo ra tập tin DICOM

Private Information Creator

UID

(0002,0100) Chuỗi UID của người cung cấp thông tin

riêng tư (xem bên dưới)

Private Information (0002,0102) Thông tin riêng tư

Bảng 2.1: Cấu trúc phần đầu tập tin DICOM

- Các Thành phần dữ liệu ở đầu tập tin cung cấp một số thông tin ban đầu quan trọng Chúng nằm trong một Bộ dữ liệu (Data Set) tên File Meta Information Sau Bộ dữ liệu File Meta Information là đến những Thành phần dữ liệu bình thường, các Thành phần dữ liệu này là nội dung tập tin DICOM (gồm hình ảnh, thông tin hình ảnh, thông tin khám, thông tin bệnh nhân)

2.1.2.2 Phần dữ liệu:

- Phần dữ liệu của tập tin DICOM có cấu trúc căn bản là Bộ dữ liệu (Data Set) Hình bên dưới biểu diễn cấu tạo Bộ dữ liệu của phần dữ liệu tập tin DICOM

Hình 2.3: Cấu tạo Bộ dữ liệu

Bộ dữ liệu: Là tập hợp nhiều Thành phần dữ liệu (Data Element) chứa các Giá trị được mã hóa trong một tập tin DICOM

Thành phần dữ liệu (Data Element): Thành phần dữ liệu được xác định duy nhất bởi một Nhãn (Tag) thành phần Dữ liệu Các Thành phần dữ liệu trong một Bộ

dữ liệu được xếp theo thứ tự bởi việc tăng số hiệu Nhãn thành phần dữ liệu và chúng chỉ xuất hiện nhiều nhất là một lần trong một Bộ dữ liệu

Một thành phần Dữ liệu rơi vào một trong ba cấu trúc Hai cấu trúc chứa Giá trị thể hiện VR (VR hiện), chúng khác nhau về chiều dài và cách thể hiện Cấu trúc thứ ba không chứa VR (VR ẩn) Cả ba cấu trúc đều phải bắt buộc chứa Nhãn thành phần dữ liệu (Tag), chiều dài giá trị (Value Length), và Trường Giá trị (Value Field)

Các trường của thành phần Dữ liệu: Thành phần Dữ liệu được tạo bởi các trường Có ba trường bắt buộc cho mọi cấu trúc thành phần Dữ liệu: nhãn, chiều dài giá trị, trường giá trị Trường VR chỉ xuất hiện trong cấu trúc thành phần dữ liệu

VR hiện

+ Nhãn (Tag): Là 2 số nguyên không dấu, mỗi số 16 bit Cặp số nguyên này xác định ý nghĩa của Thành phần dữ liệu như tên bệnh nhân, chiều cao của ảnh, số bit màu, … Một số xác định số Nhóm (Group Number) và số kia xác định số Thành phần (Element Number)

Giá trị của số Nhóm và số Thành phần cho biết Thành phần dữ liệu nói lên thông tin nào Các Thành phần dữ liệu cùng liên quan đến một nhóm ngữ nghĩa sẽ

có chung số Nhóm

+ Giá trị thể hiện - VR (Value Representation): Đây là trường tùy chọn, tùy vào giá trị của Cú pháp chuyển đổi (Transfer Syntax) mà VR có mặt trong Thành phần dữ liệu hay không

Giá trị của VR cho biết kiểu dữ liệu và định dạng giá trị của Thành phần dữ liệu + Chiều dài Giá trị (Value Length): Là một số nguyên không dấu, có độ dài

là 16 hay 32 bit Giá trị của chiều dài Giá trị cho biết độ lớn (tính theo byte) của trường Giá trị (không phải là độ lớn của toàn bộ thành phần Dữ liệu)

Giá trị của chiều dài Giá trị là FFFFFFFFh (32 bit) hàm ý không xác định được chiều dài (Undefined Length)

+ Trường Giá trị (Value Field): Một số chẵn các byte chứa Giá trị của Thành phần Dữ liệu

2.1.3 Mã hóa dữ liệu trong DICOM

2.1.3.1 Mã hóa dữ liệu điểm ảnh:

Thứ tự mã hoá các dữ liệu điểm ảnh cho một lớp hình ảnh (image plane) là

từ trái qua phải và từ trên xuống dưới Mỗi một điểm ảnh (pixel) có thể chứa một hay nhiều giá trị mẫu điểm ảnh (ví dụ với hình ảnh đa lớp)

Hình 2.4: Một lớp hình ảnh Đối với các dữ liệu điểm ảnh có VR=OW(other word string), mã hoá theo dòng bit từ bit cuối cùng của điểm ảnh đầu tiên tới bit đầu tiên của điểm ảnh đứng sau cùng Trong dòng bit đó, bit đầu tiên của một điểm ảnh theo được theo sau bit cuối cùng của điểm ảnh tiếp theo Dữ liệu điểm ảnh vì thế được chia ra thành dòng các từ (word) 16-bit, và chúng chịu ảnh hưởng của thứ tự byte mã hoá theo cú pháp chuyển đổi

Đối với dữ liệu điểm ảnh có VR=OB (Bits Allocated bé hơn hay bằng 8 bit), cách mã hoá tương tự, chỉ có điều dữ liệu điểm ảnh được chia thành dòng các từ 8-bit

Hình 2.5: Mã hoá dữ liệu điểm ảnh với VR= OW

Pixel i+1

Pixel i Pixel i-1

2.1.3.2 Mã hoá dữ liệu Overlay:

Các lớp Overlay (Overlay Plane) được mã hoá với số Bit là 1, và được mã hoá bởi các Bit không được dùng trong giá trị mẫu điểm ảnh trong dữ liệu điểm ảnh, hay được tách ra từ dữ liệu điểm ảnh trong dữ liệu Overlay Các thành phần dữ liệu sau sẽ xác định cấu trúc một lớp Overlay:

- Overlay Bit Allocated (60xx,0100)

- Overlay Bit Position (60xx,0102)

Không có khái niệm tương tự như Bits Store vì lớp Plane luôn có số Bit bằng 1 Trong một thành phần dữ liệu Overlay (60xx,3000), VR là OW được sử dụng phổ biến nhất VR là OB chỉ được sử dụng trong trường hợp VR hiện trong thành phần dữ liệu

Hình 2.6: Minh hoạ một dữ liệu điểm ảnh có 16 bit với một Overlay

- Pixel:

Bit Allocated=16 Bit Stored= 12 High Bit=11

- Overlay:

Bit Allocated=16 Bit Position = 12

2.1.3.3 Mã hóa dạng nguyên gốc và nén:

Dữ liệu điểm ảnh trong một thành phần dữ liệu điểm ảnh được gửi đi có thể

là dạng nguyên gốc hay dạng nén, điều này được xác định ngoài chuẩn DICOM

15 12 11

Overlay Pixel Sample

Nếu dữ liệu điểm ảnh được gửi đi dưới dạng nguyên gốc, VR =OW được sử dụng phổ biến VR=OB có thể được sử dụng khi Bits Allocated có giá trị bé hơn hoặc bằng 8 và với cú pháp chuyển đổi quy định VR là hiện

Các điểm ảnh dạng nguyên gốc được mã hoá một cách liên tục, Bit đầu tiên của Điểm ảnh có thứ tự trước được theo sau bởi Bit cuối cùng của điểm ảnh kế tiếp Với dữ liệu điểm ảnh được được mã hóa với VR=OW, thứ tự Byte của một Word 2-Byte được xác định theo kiểu Little/Big Endian phụ thuộc vào cú pháp chuyển đổi được thoả thuận lúc thiết lập liên kết

Khi dữ liệu điểm ảnh được gửi đi với dạng nén, VR=OB được sử dụng Các điểm ảnh được mã hoá theo qui trình mã hóa được định nghĩa bởi một cú pháp chuyển đổi được thoả thuận Dòng điểm ảnh được nén của dữ liệu điểm ảnh được phân ra thành các đoạn (Fragment) với chiều dài hiện Chuỗi các đoạn của dòng điểm ảnh được nén được kết thúc bởi dấu hiệu phân định, cho phép tiến trình mã hoá được thực hiện mà không biết tới chiều dài của dòng điểm ảnh cho tới khi nó được mã hoá toàn bộ Dạng nén hỗ trợ cả hình ảnh đơn khung lẫn đa khung

VR của dữ liệu dạng sóng là OW; OB chỉ được sử dụng khi Waveform Bits Allocated có giá trị 8 và với cú pháp chuyển đổi mang VR hiện

2.1.4 Trao đổi thông tin trong DICOM

Trong DICOM, sự trao đổi thông tin có thể thực hiện theo hai cách sau:

- Thông qua các phương tiện trung gian, dựa vào Dịch vụ tập tin DICOM

2.1.4.1 Trao đổi thông tin qua mạng vật lý:

a DICOM và mô hình tham chiếu OSI:

Mô hình tham chiếu OSI được sử dụng để mô hình hóa sự kết nối các thiết bị hình ảnh y tế Mô hình được chia làm bảy tầng DICOM sử dụng mô hình Dịch vụ tầng trên (Upper Layer) để phân chia sự trao đổi các Bản tin DICOM (DICOM Message) ở tầng ứng dụng khỏi các hỗ trợ truyền thông cung cấp bởi các tầng dưới Ranh giới dịch vụ tầng trên cho phép thực thể ứng dụng ngang hàng thiết lập sự liên kết, truyền bản tin và chấm dứt liên kết

Các giao thức tầng trên DICOM liên quan đến các tầng Phiên, Trình diễn và Ứng dụng của mô hình tham chiếu OSI Các giao thức này cung cấp dịch vụ tầng trên Các dịch vụ tầng trên là các thành phần của Dịch vụ ACSE và Dịch vụ tầng trình diễn OSI

Các dịch vụ tầng trên cho thực thể ứng dụng DICOM gồm:

A-ASSOCIATE: Thiết lập liên kết giữa hai ứng dụng DICOM thông qua

các hàm nguyên thủy ASCE A-.ASSOCIATE (yêu cầu, chỉ báo, trả lời xác nhận) Đây là dịch vụ có xác nhận

Hình 2.7: Minh họa thiết lập liên kết giữa 2 ứng dụng DICOM

A-RELEASE: Khi một trong 2 bên muốn hủy liên kết thì sẽ dùng dịch vụ này

để hủy liên kết giữa hai ứng dụng DICOM thông qua các hàm nguyên thủy ASCE RELEASE (yêu cầu, chỉ báo, trả lời và xác nhận) Đây là dịch vụ có xác nhận

A-Hình 2.8: Minh họa hủy bỏ liên kết giữa 2 ứng dụng DICOM

A-ABORT: Ứng dụng DICOM cần ngắt đột ngột liên kết với phía bên kia

Dịch vụ này không cần phải xác nhận lại kết quả thực hiện Tuy nhiên, yêu cầu indication từ ứng dụng DICOM không đảm bảo là sẽ đến với ứng dụng kia Trong những trường hợp như vậy, cả hai ứng dụng đều biết rằng liên kết đã bị ngắt Việc ngắt được thực hiện thông qua các bản tin A-ABORT request và A-ABORT indication

Hình 2.9: Minh họa ngắt đột ngột liên kết giữa 2 ứng dụng DICOM

A-P-ABORT: Service Provider phát tín hiệu ngắt liên kết ngay mà không

đợi một trong hai ứng dụng DICOM yêu cầu ngắt Lý do của việc ngắt là do có các dịch vụ khác gặp trục trặc ở lớp Trình diễn hay lớp trên Việc ngắt đột ngột sẽ gây mất thông tin đang truyền

Hình 2.10: Minh họa ngắt liên kết với yêu cầu ngắt từ Service Provicer

P-DATA: Ứng dụng DICOM dùng dịch vụ này để trao đổi thông tin với

nhau (truyền tải DICOM Message) Một liên kết cho phép truyền và nhận P-DATA request primitive, P-DATA indication primitive đồng thời Dịch vụ DIMSE được sử dụng trong dịch vụ này

Hình 2.11: Minh họa truyền tải dữ liệu dựa trên sự liên kết đã thiết lập giữa 2 ứng dụng

b Cấu trúc bản tin DICOM (DICOM Message):

- Thông tin truyền tải qua mạng DICOM là bản tin DICOM Hình dưới là cấu trúc tổng quát của bản tin DICOM

Hình 2.12: Cấu trúc tổng quát của bản tin DICOM

- Bản tin DICOM do Bộ lệnh (Command Set) và Bộ dữ liệu (Data Set) hợp thành Bộ lệnh dùng để chỉ ra thao tác/thông báo sẽ được thực hiện trên hay với Bộ

dữ liệu Một bộ dữ liệu được cấu tạo bởi các thành phần lệnh (Command Element) Thành phần lệnh bao gồm các giá trị được mã hóa cho mỗi trường riêng của Bộ lệnh trên một ngữ nghĩa được định ra bởi giao thức DIMSE

- Các Thành phần lệnh (Command Element) trong Bộ lệnh nằm theo thứ tự tăng dần của Nhãn (Tag) trong Thành phần lệnh Thứ tự của byte trong Bộ lệnh là Little/Big Endian Những Thành phần lệnh nào cần có trong Bộ lệnh sẽ do giao thức DIMSE quy định

Trường giá trị

(Value Field)

- Trường giá trị chứa giá trị của Thành phần lệnh Kiểu dữ liệu của Trường giá trị cho VR quy định Dùng Từ điển lệnh (Command Dictionary) để biết mỗi Nhãn trong Thành phần lệnh

DIMSE-service-user sử dụng Dịch vụ Nguyên thuỷ (service promitive) được cung cấp bởi DIMSE-service-provider (Cung cấp dịch vụ DICOM) DIMSE-service-provider là sự trừu tượng hoá thực thể cung cấp các dịch vụ DICOM tới các DIMSE-service-user ngang hàng Một Dịch vụ Nguyên thuỷ là một trong các loại sau:

- Request Promitive (Yêu cầu nguyên thuỷ)

- Indication Promitive (Chỉ báo nguyên thuỷ)

- Response Primitive (Trả lời nguyên thuỷ)

- Confirm Primitive (Xác nhận nguyên thuỷ)

Các dịch vụ nguyên thuỷ này được sử dụng để hoàn thành một dịch vụ DIMSE

Hình 2.13: Dịch vụ nguyên thuỷ của DIMSE DIMSE cung cấp hai loại dịch vụ truyền thông tin:

- Dịch vụ Thông báo (notification)

Dữ liệu liên quan)

Trả lời nguyên thuỷ

DIMSE-Service Provider

DIMSE-Service-User

Gọi

DIMSE-Service-user Thực hiện