Nghiên cứu chuẩn lưu trữ truyền ảnh trong y tế và ứng dụng tại bệnh viện đa khoa đông anh

Vấn đề cấp bách đặt ra cho các bệnh viện hiện nay là cần phải có một Hệ thống hỗ trợ chẩn đoán hình ảnh, hệ thống này sẽ thực hiện thu nhận và lưu trữ hình ảnh y tế trên máy chủ nhằm hỗ

PHẠM THỊ THƠM

NGHIÊN CỨU CHUẨN LƯU TRỮ TRUYỀN ẢNH TRONG Y TẾ VÀ ỨNG DỤNG TẠI BỆNH VIỆN

ĐA KHOA ĐÔNG ANH

LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH

HÀ NỘI, 2014

PHẠM THỊ THƠM

NGHIÊN CỨU CHUẨN LƯU TRỮ TRUYỀN ẢNH TRONG Y TẾ VÀ ỨNG DỤNG TẠI BỆNH VIỆN

ĐA KHOA ĐÔNG ANH

Chuyên ngành : Khoa học máy tính

LUẬN VĂN THẠC SĨ MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học: GS TS Vũ Đức Thi

HÀ NỘI, 2014

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, tôi rất vinh dự nhận được sự quan tâm, giúp đỡ từ quý thầy cô, gia đình và bạn bè đồng nghiệp

Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, tôi xin trân trọng cảm ơn GS.TS

Vũ Đức Thi người thầy đã trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn thành luận văn này

Tôi xin trân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học cùng các thầy, cô giáo trong khoa Công nghệ thông tin của Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 những người thầy đã trang bị kiến thức cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến Ban giám đốc, khoa Chẩn đoán hình ảnh, phòng Tổ chức hành chính và tổ Công nghệ thông tin của Bệnh viện đa khoa Đông Anh đã giúp đỡ tôi thu thập thông tin, số liệu, thiết bị y tế hỗ trợ trong quá trình thực hiện nghiên cứu luận văn

Và cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, đặc biệt cảm ơn người cha, người chồng mẫu mực và con gái ngoan đã tiếp thêm sức mạnh, chia sẻ, cảm thông giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2014

HỌC VIÊN

Phạm Thị Thơm

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn này là kết quả tìm hiểu và

nghiên cứu của riêng tôi Trong quá trình nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu chuẩn lưu trữ, truyền ảnh trong y tế và ứng dụng tại Bệnh viện đa khoa Đông Anh” số

liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác, đồng thời các thông tin trích dẫn trong luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung đƣợc viết trong luận

văn này

Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2014

HỌC VIÊN

Phạm Thị Thơm

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 4

MỤC LỤC 5

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 8

DANH MỤC CÁC BẢNG 10

MỞ ĐẦU 11

NỘI DUNG 14

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ CHUẨN LƯU TRỮ, TRUYỀN HÌNH ẢNH TRONG Y TẾ 14

1.1 Khái quát về hệ thống thông tin y tế 15

1.1.1 Hệ thống thông tin bệnh viện ( HIS) 15

1.1.2 Hệ thống thông tin chuẩn đoán hình ảnh (RIS) 16

1.1.3 Hệ thống lưu trữ và truyền ảnh (PACS) 17

1.1.4 Hệ thống quản lý xét nghiệm ( LIS) 18

1.1.5 Y tế từ xa (Telemedicine) 19

1.2 Hệ thống PACS 23

1.2.1 Lịch sử phát triển hệ thống PACS 23

1.2.2 Kiến trúc của hệ thống PACS 24

1.2.3 Ứng dụng chuẩn PACS trong hệ thống thông tin y tế: 25

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG CHUẨN LƯU TRỮ, TRUYỀN, HIỂN THỊ HÌNH ẢNH Y TẾ 27

2.1 Chuẩn DICOM 27

2.1.1 Giới thiệu chung 28

2.1.2 Phạm vi và lĩnh vực ứng dụng của DICOM 29

2.1.3 Mục tiêu của ảnh DICOM 30

2.1.4 Cấu trúc của chuẩn tập tin ảnh DICOM 30

2.2 Thu nhận ảnh DICOM 36

2.2.1 Đặc điểm của cổng nhận ảnh 36

2.2.2 Các bước thực hiện thu nhận ảnh và dữ liệu 36

2.2.3 Các khó khăn trong việc xây dựng cổng thu nhận ảnh và dữ liệu 37

2.2.4 Hệ thống mạng 37

2.3 Tổ chức lưu trữ ảnh DICOM 44

2.3.1 Máy chủ lưu trữ và điều khiển 44

2.3.2 Các yêu cầu trong thiết kế hệ thống mạng 45

2.4 Phân bố và hiển thị ảnh DICOM 47

2.4.1 Trạm hiển thị ảnh 47

2.4.2 Phân bố ảnh DICOM 48

2.4.3 Hiển thị ảnh DICOM 2D 48

2.4.4 Hiển thị ảnh DICOM 3D 50

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG LƯU TRỮ, TRUYỀN ẢNH HỖ TRỢ

CHẨN ĐOÁN BỆNH TẠI BỆNH VIỆN ĐA KHOA ĐÔNG ANH 65

3.1 Giới thiệu bệnh viện đa khoa Đông Anh 65

3.2 Hệ thống hỗ trợ chẩn đoán tại Khoa Chẩn đoán hình ảnh 65

3.2.1 Giới thiệu về khoa chẩn đoán hình ảnh 65

3.2.2 Hiện trạng trang thiết bị tại khoa chẩn đoán hình ảnh 66

3.2.3 Quá trình tạo ảnh và lưu ảnh tại khoa chẩn đoán hình ảnh 70

3.3 Phân tích thiết kế hệ thống 73

3.3.1 Mô hình hệ thống 73

3.3.2 Các thành phần chính của hệ thống 73

3.3.3 Một số chức năng của hệ thống 74

3.3.4 Yêu cầu khi thiết kế hệ thống 75

3.4 Cài đặt chương trình 76

3.4.1 Một số kết quả đạt được 76

3.4.2 Một số nhận xét đánh giá 80

KẾT LUẬN 82

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 83

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

PHỤ LỤC 86

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DICOM Digital Imaging Communications in Medicine RIS Radiology Information System

HIS Hospital Information System

LIS Laboratory Information system

PACS Picture Archiving and Communication Systems HL7 Health Level 7

CT Computerized Tomagraphy

MRI Magnetic Resonnance Imaging

PET Positron Comuterized Tomagraphy

SPET Single Photon Emission Comuterized Tomagraphy ACR American College of Radiology

OSI Open Systems Interconnection

HTTP HyperText Transfer Protocol

EPR Electronic Patient Record

ATM Asynchronous Transfer Mode

ACR American College of Radiology

NEMA National Electrical Manufacturers Association

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Hệ thống thông tin bệnh viện ( HIS) 16

Hình 1.2: thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (RIS) 17

Hình 1.3: Hệ thống lưu và truyền hình ảnh (PACS) 18

Hình 1.4: Hệ thống thông tin quản lý xét nghiệm (LIS) 19

Hình 1.5: Y tế từ xa 22

Hình 1.6: Mô hình hệ thống PACS 25

Hình 1.7: Ứng dụng của chuẩn DICOM trong hệ thống PACS 26

Hình 2.1: DICOM và mô hình tham chiếu OSI 31

Hình 2.2: Cấu trúc file DICOM 31

Hình 2.3: Thông tin file DICOM 32

Hình 2.4: Cấu tạo Data Set 33

Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống tổng quát thu nhận, truyền, hiển thị ảnh DICOM 36

Hình 2.6: Sơ đồ hoạt động của cổng nhận ảnh 37

Hình 2.7: Luồng dữ liệu khái quát của kiến trúc stand – alone 38

Hình 2.8: Luồng dữ liệu tổng quát của kiến trúc client-server 40

Hình 2.9: Máy chủ chứa ảnh dựa vào Web 43

Hình 2.10: Tiến trình hiển thị ảnh 49

Hình 2.11: Kiến trúc PACS điển hình cho hiển thị ảnh dựa trên Web 49

Hình 2.12: Kkiến trúc Component dùng hiển thị ảnh để chẩn đoán tại các workstation 50

Hình 2.13: Hình 3D biểu diễn theo kỹ thuật Volume Rendering (VR) 51

Hình 2.14: Minh họa kỹ thuật object –order 52

Hình 2.15: Minh họa kỹ thuật image –order 52

Hình 2.16: Mô hình Blinn / Kajiya 53

Hình 2.17: Minh họa kỹ thuật đơn giản hóa tính toán cường độ ánh sáng 55

Hình 2.18: Sơ đồ tổng quan của rendering MIP 56

Hình 2.19: Hình ảnh 3D được biểu diễn theo phương pháp SR 57

Hinh 2.20: Minh họa thuật toán Marching square 58

Hình 2.21: Trường hợp Marching Square 59

Hình 2.22: Minh họa tạo bề mặt từ các đường viền 59

Hình 2.23: Xây dựng bề mặt theo giá trị của các đỉnh 60

Hình 2.24: Các trường hợp một mặt đi qua khối lập phư ơng trong thuật toán Marching Cubes 61

Hình 2.25: Một trường hợp lỗi của Marching Cubes 61

Hình 2.26: Chia khối lập phương thành các khối tứ diện 62

Hình 2.27: Hai trường hợp mặt phẳng đi qua khối tứ diện trong thuật toán Marching Tetrahedra 62

Hình 2.28: Minh họa thuật toán Dividing Cubes để vẽ đường trong mặt phẳng 63

Hình 2.29: Minh họa thuật toán Dividing Cubes trong không gian ba chiều 64

Hình 3.1: Máy Brilliance 2 và 64-slice CT Scanner by Philips tại khoa Chẩn Đoán hình ảnh 66

Hình 3.2: Nguyên lý của máy CT có 64 dãy đầu thu, bề rộng của một dãy đầu thu là

0,5 mm, chiều dài của toàn bộ detectors là 32 mm 67

Hình 3.3: Sơ đồ thu nhận hình ảnh CR (Computed Radiography) 68

Hình 3.4: Quá trình tạo ảnh và lưu trữ ảnh tại khoa Chẩn đoán hình ảnh 70

Hình 3.5: Tiến trình công việc hiện thời tại khoa Chẩn đoán hình ảnh 71

Hình 3.6: Tiến trình công việc tại khoa CĐHA sau khi triển khai hệ thống 73

Hình 3.7: Mô hình hệ thống hỗ trợ hình ảnh tại bệnh viện 73

Hình 3.8: Giao diện chương trình 77

Hình 3.9: Xem ảnh bệnh nhân 77

Hình 3.10: Xem toàn bộ ảnh 2D của bệnh nhân 78

Hình 3.11: Dựng 3D dựa theo các lát cắt 78

Hình 3.12: Dựng 3D dựa vào khuôn mặt 79

Hình 3.13: Chức năng tìm kiếm theo chỉ mục của ảnh 79

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Các Modality hỗ trợ DICOM 27 Bảng 2.2: Các trường cấu tạo trong Data Set 35 Bảng 3.1: Một số thư viện hỗ trợ 76

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong cuộc sống hiện đại, song song với việc chăm sóc sức khỏe thì công tác

y tế cũng giữ một vai trò quan trọng đối với sự phát triển của con người Với sự bùng nổ dân số toàn cầu, kèm theo đó là sự xuất hiện của nhiều căn bệnh mới đòi hỏi ngành y tế cần phải nỗ lực hơn nữa trong chẩn đoán và điều trị, do đó việc ứng dụng công nghệ thông tin vào lĩnh vực y tế là rất cần thiết

Để giúp cho chẩn đoán được chính xác và nhanh nhất, nhiều bệnh viện đã tăng cường đầu tư máy móc, trang thiết bị 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), X-Quang kỹ thuật số, các dữ liệu về hình ảnh này có ý nghĩa to lớn trong quá trình chẩn đoán và điều trị bệnh Việc quản lý dữ liệu bằng film ảnh của bệnh nhân hiện nay tại khoa chẩn đoán hình ảnh còn rất khó khăn, gây trở ngại cho các bác sỹ trong việc tra cứu, chia sẻ thông tin để chẩn đoán bệnh Đặc biệt, với tình hình thực tế hiện nay, các thiết bị tạo ảnh y tế công nghệ cao (PET, MRI, CT…) hầu hết đều được đầu tư tại các bệnh viện tuyến tỉnh, cùng với đội ngũ bác sỹ, chuyên gia chủ yếu tập trung tại các bệnh viện tuyến trung ương Mặt khác, phần mềm hỗ trợ đi kèm của mỗi thiết bị tạo ảnh lại khác nhau, các máy hoạt động tách rời, đơn

lẻ, phần mềm hỗ trợ xem ảnh không đồng bộ về mặt cơ sở dữ liệu, không kết nối chung được với hệ thống quản lý bệnh viện dẫn đến khó khăn cho các bác sỹ hồi cứu lại bệnh của lần khám trước

Vấn đề cấp bách đặt ra cho các bệnh viện hiện nay là cần phải có một Hệ thống hỗ trợ chẩn đoán hình ảnh, hệ thống này sẽ thực hiện thu nhận và lưu trữ hình ảnh y tế trên máy chủ nhằm hỗ trợ bác sỹ trong chẩn đoán bệnh, hình ảnh của bệnh nhân được lưu trữ lâu dài, thuận lợi cho bác sỹ hội chẩn từ xa với các chuyên gia tuyến trên mà không phụ thuộc vào khoảng cách địa lý

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

chọn đề tài: “Nghiên cứu chuẩn lưu trữ, truyền ảnh trong y tế và ứng dụng tại Bệnh viện đa khoa Đông Anh” 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

2 Mục đích nghiên cứu:

- Giúp cho việc khám chữa bệnh trở lên thuận lợi dễ dàng, bác sỹ có thể ngồi bất cứ nơi nào trong bệnh viện đều có thể chẩn đoán hình ảnh Bệnh nhân sau khi được chụp, kết quả chụp hình ảnh sẽ được truyền lên trung tâm lưu trữ ảnh dựa trên chuẩn DICOM theo cấu trúc của hệ thống PACS

- Ảnh của bệnh nhân được lưu suôt trong quá trình điều trị tại bệnh viện, các bác sỹ dễ dàng chẩn đoán bệnh chính xác hơn, nhanh hơn trong các lần tài khám

- Đối với những bệnh phức tạp khó chẩn đoán, có thể hội chẩn từ xa với các chuyên gia đầu ngành

3 Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Nghiên cứu chuẩn lưu trữ, truyền ảnh

- Xây dựng phần mềm thử nghiệm đọc ảnh, hiển thị ảnh, tìm kiếm ảnh dựng ảnh Dicom ứng dụng tại Bệnh viện đa khoa Đông Anh

4 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu:

4.1 Đối tượng nghiên cứu:

- Một số hình ảnh y tế như: Phim Xquang, Nội soi, Siêu âm, soi kính hiểm

vi, ảnh CT, MRI… của các bệnh nhân đang điều trị tại Bệnh viện

- Các thiết bị y tế như: Máy siêu âm, máy nội soi, máy CT, máy MRI…

- Ý nghĩa thực tiễn:

Đề tài khi hoàn thành sẽ là một công cụ giúp các bác sỹ một phần trong công tác chẩn đoán bệnh bằng hình ảnh Đây là cơ sở có thể phát triển ứng dụng trong thực tế tại Bệnh viện đa khoa Đông Anh nói riêng và trong toàn ngành y tế nói chung

6 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp lý luận

- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Phương pháp nghiên cứu tài liệu

NỘI DUNG CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ CHUẨN

LƯU TRỮ, TRUYỀN HÌNH ẢNH TRONG Y TẾ

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 (HIS); hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (RIS); hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (PACS); hệ thống quản lý xét nghiệm (LIS); y tế từ xa (telemedicine),…

1.1 Khái quát về hệ thống thông tin y tế

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

hiện các bệnh án dưới dạng đa truyền thông (MMR – Multi Media Record) rất hay 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 2014 ở nước ta đã có 643 bệnh viện/tổng số 1.062 bệnh viện (61,6%) đã triển khai phần mềm HIS [9]

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

1.1.2 Hệ thống thông tin chuẩn 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

Quản lý thiết bị

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 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: thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (RIS)

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

1.1.4 Hệ thống quản lý xét nghiệm ( LIS)

Đây là hệ thống quản lý khoa xét nghiệm LIS (Laboratory Information System) gồm 2 tính năng chính: Quản lý thông tin bệnh nhân, mẫu xét nghiệm, kết quả và kết nối các máy xét nghiệm quan cổng COM theo chuẩn HL7 cho phép xuất

dữ liệu hoàn toàn tự động

Xét nghiệm là một trong những khoa quan trọng hàng đầu của chẩn đoán cận lâm sàng và là nơi chịu nhiều áp lực nhất trong các khâu khám chữa bệnh Hầu hết

công ty giải pháp công nghệ thông tin (CNTT) lĩnh vực y tế chỉ phát triển phần quản lý thông tin bệnh nhân, kết quả hoặc thử nghiệm được một vài chủng loại máy xét nghiệm đếm tế bào huyết học Điều này khiến quy trình quản lý kết quả vẫn phải qua một số bước thủ công và việc sao chép thông tin nhiều lần vừa mất thời gian, tốn nhân lực vừa khiến độ chính xác bị ảnh hưởng do "tam sao thất bản"

Với lượng bệnh nhân liên tục tăng của các bệnh viện trung bình mỗi ngày có tới hàng ngàn mẫu xét nghiệm, việc kết nối với tất cả máy xét nghiệm, làm việc theo dây chuyền và tự động xuất kết quả ra phần mềm quản lý sẽ giúp tăng khả năng xử lý bệnh phẩm cũng như tăng số lượng mẫu phân tích trong cùng một khoảng thời gian

Hình 1.4: Hệ thống thông tin quản lý xét nghiệm (LIS)

1.1.5 Y tế từ xa (Telemedicine)

Sau khi đã hoàn thiện việc quản lý tại các phòng ban, thì bước tất yếu

và logic tiếp theo là kết nối mạng cục bộ của 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 đầy 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, khoảng cách vốn là trở ngại 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 lại trên máy chủ lưu trữ Và hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh cũng phải đòi hỏi 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 phụ thuộc vào khoảng cách – chúng ta đều có thể xem, xử lý, và in hình để hoàn thiện 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), 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 Bệnh viện Việt Đức; Bệnh viện vệ tinh của Bệnh viện 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 như sau:

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 1.5: Y tế từ xa

1.2 Hệ thống PACS

1.2.1 Lịch sử phát triển hệ thống PACS

Trong thực tế, quá trình khám bệnh thông qua hình ảnh cần rất ít các dữ liệu dưới dạng văn bản Vì thế việc xử lý, lưu trữ, phân phối và hiển thị các dữ liệu dưới dạng hình ảnh đóng vai trò rất quan trọng Từ các yêu cầu này đã đưa đến sự ra đời của một hệ thống nhằm mục đích thu nhận và lưu trữ ảnh từ các thiết bị tạo ảnh gồm ảnh CT, MRI … và thực hiện việc phân phối ảnh thông qua hệ thống truyền thông phục vụ cho việc chẩn đoán, điều trị và chăm sóc bệnh nhân Hệ thống đó chính là hệ thống lưu trữ và truyền thông ảnh (PACS) [4]

Khái niệm PACS được thảo luận lần đầu tiên là trong cuộc gặp của các bác

sỹ xét nghiệm vào năm 1982 Rất nhiều người đã ghi nhận sự ra đời của PACS, như

là tiến sỹ Andre Duerinckx, tiến sỹ Samuel Dwyer hay tiến sỹ Harold Glass… Trong giai đoạn đầu phát triển, do sự hạn chế của công nghệ nên hệ thống PACS bộc lộ nhiều yếu kém việc liên kết các thành phần hoạt động chung, định tuyến, quản lý lỗi, mở rộng hệ thống…

Từ năm 1990, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, hệ thống PACS đã phát triển rộng khắp và ngày càng trở nên hoàn thiện Bắt đầu từ khu vực Bắc Mỹ, PACS được nghiên cứu và phát triển dưới sự hỗ trợ của chính phủ và các nhà sản xuất Sau đó, PACS đã được đẩy mạnh tại Châu Âu và Nhật Bản Hiện nay,

hệ thống PACS đã được ứng dụng rộng rãi, ví dụ như ở Mỹ, 33% bệnh viện có cài đặt hệ thống PACS, và 32% khác có kế hoạch triển khai hệ thống PACS trong cơ sở của mình (theo báo cáo thường niên năm 2005 của Healthcare Information and Management Systems Society) Nhiều công ty phần mềm của Trung Quốc cũng đã nghiên cứu triển khai hàng loạt các giải pháp nhằm tổ chức hệ thống lưu trữ và truyền ảnh

Việt Nam cũng đã bắt đầu có những nghiên cứu về y tế từ xa (Telemedicine) nói chung cũng như hệ thống PACS nói riêng Rất nhiều dự án liên quan đến lĩnh vực y tế đã được triển khai như là: dự án “Bệnh viện vệ tinh của Bệnh viện Việt Đức” đã được Nhà nước và Bộ Y tế phê duyệt từ năm 2003 đến năm 2007, dự án

“Y học từ xa” của Bộ Quốc phòng đang triển khai tại Bệnh viện Trung ương quân đội 108 (Hà Nội) và Quân y viện 175 (Hồ Chí Minh)

Nhiều đơn vị, công ty của Việt Nam đang xây dựng các sản phẩm phần mềm trong lĩnh vực chăm sóc y tế Các kỹ sư phát triển phần mềm SaigonTech đang trong quá trình hoàn tất Hệ thống thông tin và lưu trữ hình ảnh PACS Hệ thống PACS đã được xây dựng trên kiến trúc 3 lớp (Web, xử lý, dữ liệu), với các thành phần mạng, thử nghiệm và phát triển Ngoài ra SaigonTech đang trong giai đoạn thiết kế Bệnh án điện tử cho giải pháp bệnh viện điện tử

1.2.2 Kiến trúc của hệ thống PACS

Hệ thống PACS lưu trữ hình ảnh và dữ liệu thu thập được và tương tác với

hệ thống con trong cùng mạng PACS có thể chỉ đơn giản là một máy lấy ảnh với cơ

sở dữ liệu nhỏ hay hệ thống quản trị ảnh trong y khoa phức tạp để từ đó các máy trạm lấy ảnh về và xử lí Hiện nay, hầu hết hệ thống PACS phát triển theo hệ thống kiến trúc mở theo đó là việc truyền thông hình ảnh, định dạng ảnh và quản lí ảnh theo chuẩn DICOM

Người sử dụng dùng các máy trạm để hiển thị hình ảnh như là một giao tiếp chính cho việc truy cập hình ảnh trên hệ thống PACS Từ các máy trạm hiển thị hình ảnh đó, người sử dụng có thể chẩn đoán, xem xét, phân tích Các chuyên gia về ngành X- Quang sử dụng các máy trạm chẩn đoán như là một công cụ chính, máy trạm chẩn đoán có phần cứng mạnh trong việc xử lí như cần phải có màn hình với

độ phân giải cao, máy tính mạnh với bộ nhớ lớn và tốc độ CPU nhanh các phần mềm được thiết kế cho việc quản lí nhiều các máy máy lấy ảnh (như máy chụp X-quang, chụp cắt lớp), giao tiếp hình ảnh giữa chúng với nhau (thường là sử dụng dịch vụ DICOM), xem xét ảnh, hiển thị ảnh động, xử lí ảnh và quản lí luồng công việc của bệnh nhân và những thông tin có liên quan

Trong PACS điều trị bệnh, ảnh được thu thập từ các máy lấy ảnh dùng trong

y khoa (modality) rồi gửi tới máy chủ PACS thông qua DICOM gateway sau đó được đưa tới máy trạm chẩn đoán với dịch vụ truyền thông DICOM

Hình 1.6: Mô hình hệ thống PACS

Hệ thống lưu trữ và truyền thông ảnh PACS gồm có các thành phần chính:

- Cổng nhận ảnh và dữ liệu

- Máy chủ lưu trữ và điều khiển PACS

- Máy chủ ứng dụng, máy chủ web

- Máy trạm hiển thị

- Hệ thống mạng

1.2.3 Ứng dụng chuẩn PACS 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 Nhƣng 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 nhƣ vậy, khi RIS và HIS chuyển về đúng chuẩn của chúng (ví dụ nhƣ 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 các nhóm viết chuẩn giao diện của của HIS và RIS để có thể làm hài hoà vấn đề này

Hình 1.7: Ứng dụng của chuẩn DICOM trong hệ thống PACS

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG CHUẨN LƯU TRỮ,

TRUYỀN, HIỂN THỊ HÌNH ẢNH Y TẾ

2.1 Chuẩn DICOM

DICOM là tập hợp các chuẩn dùng trong xử lý, truyền tải thông tin, lưu trữ và in ấn ảnh y khoa Chuẩn này bao gồm định dạng file và giao thức truyền tin qua mạng File DICOM được trao đổi giữa 2 chương trình và các chương trình này

có thể nhận ảnh và dữ liệu bệnh nhân theo định dạng DICOM [5]

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 ảnh Ngày nay, hầu hết các bệnh viện trên thế giới đều áp dụng DICOM vào trong các thiết bị y khoa, máy trạm, server, các hệ thống quản lý trong hoạt động khám và chữa bệnh Các Modality hỗ trợ DICOM [3]:

AS Angioscopy LS Laser Surface Scan

BI Biomagnetic Imaging MA Magnetic Resonance Angiography

CD Color Flow Doppler MR Magnetic Resonance

CP Culposcopy MS Magnetic Resonance Spectroscopy

CR Computed adiography NM Nuclear Medicine

CS Cystoscopy PT Positron Emission Tomography

CT Computed

DD Duplex Doppler RG Radiographic Imaging

DG Diaphanography RTDOSE Radiotherapy Dose

DM Digital Microscopy RTIMAGE Radiotherapy Image

DS Digital Subtraction

Angiography RTPLAN Radiotherapy Plan

DX Digital Radiography RTSTRUCT Radiotherapy Structure Set

EC Echocardiography ST Singlephoton Emission Computed

Tomography

Bảng 2.1: Các Modality hỗ trợ DICOM

2.1.1 Giới thiệu chung

Vào năm 1970, trước sự ra đời của phương pháp chụp ảnh CT cùng với các phương pháp chụp ảnh số dùng trong chẩn đoán y khoa, và sự gia tăng nhanh chóng ứng dụng tin học trong các lĩnh vực y khoa lâm sàng, hai tổ chức và NEMA 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 cở 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

Chuẩn DICOM đưa ra nhiều cải tiến qua trọng so với 2 phiên bản của chuẩn ACR-NEMA trước:

- Chuẩn DICOM này áp dụng được trong môi trường mạng vì chúng dùng giao thức mạng chuẩn là TCP/IP Chuẩn ACR-NEMA chỉ có thể áp dụng cho mạng point-to-point Chuẩn DICOM áp dụng cho môi trường lưu trữ off-line, DICOM dùng các thiết bị lưu trữ chuẩn như CD-R, MOD và filesystem luận lý như ISO

9660 và FAT16 Chuẩn ACR-NEMA không đặc tả định dạng file, thiết bị lưu trữ vật lý hay filesystem luận lý

- Chuẩn DICOM đặc tả các thiết bị y khoa cần tuân theo chuẩn DICOM sẽ phải đáp ứng lệnh và dữ liệu như thế nào Chuẩn ACR-NEMA bị giới hạn về truyền tải dữ liệu, DICOM dùng khái niệm Service Classes để mô tả ngữ nghĩa lệnh và dữ liệu đi kèm

- DICOM có kèm đặc tả về yêu cầu, quy tắc cho các nhà sản xuất thiết bị y khoa sản xuất sản phẩm tuân theo chuẩn DICOM Chuẩn ACR-NEMA đặc tả rất ít

về điều này

Hướng phát triển hiện thời: chuẩn DICOM luôn phát triển và do Procedures

of the DICOM Standards Committee quản lý Đề nghị nâng cấp trong tương lai của các thành viên trong ủy ban DICOM dựa trên thông tin từ những người đã dùng qua chuẩn DICOM Các ý kiến được xem xét để đưa vào phiên bản tiếp theo của DICOM và các thay đổi của DICOM phải đảm bảo tương thích tốt với phiên bản trước đó

2.1.2 Phạm vi và lĩnh vực ứng dụng của DICOM

Chuẩn DICOM gắn liền với thông tin y tế Với lĩnh vực này, nó định ra sự trao đổi thông tin số giữa các thiết bị tạo ảnh và hệ thống mạng thông tin Do các thiết bị tạo ảnh có thể hoạt động tương tác với các thiết bị y tế khác, phạm vi của chuẩn cần thiết phải chồng lên các khu vực khác trong thông tin y tế

Chuẩn tăng cường khả năng hoạt động tương tác của các thiết bị tạo ảnh y tế bằng cách định ra:

- Với việc truyền thông tin qua mạng, chuẩn đưa ra một bộ giao thức được tuân theo bởi các thiết bị thích nghi chuẩn

- Cú pháp và ngữ nghĩa của lệnh và các thông tin liên quan được trao đổi sử dụng các giao thức này

- Với việc truyền tin bằng phương tiện trung gian, chuẩn đưa ra một bộ các dịch vụ lưu trữ trung gian, cũng như định dạng file và cấu trúc thư mục y tế, tạo điều kiện cho việc truy nhập thông tin lưu trữ trên phương tiện trung gian

- Thông tin được sử dụng trong ứng dụng tuân theo chuẩn

2.1.3 Mục tiêu của ảnh DICOM

Định ra ngữ nghĩa của lệnh và các dữ liệu liên quan, đưa ra các chuẩn cho các thiết bị tương tác lệnh và dữ liệu với nhau

Định ra ngữ nghĩa của dịch vụ file, định dạng file và các thư mục thông tin cần thiết cho truyền tin ngoại tuyến

Định rõ các yêu cầu thích nghi của ứng dụng thực hiện chuẩn, cụ thể một bản báo cáo thích nghi phải định ra đầy đủ thông tin để xác định các chức năng có thể đáp ứng

Tạo thuận lợi cho hoạt động trong môi trường mạng thông tin

Có cấu trúc thuận lợi cho phép đáp ứng với các dịch vụ mới, vì thế có thể

hỗ trợ các ứng dụng hình ảnh y tế trong tương lai

2.1.4 Cấu trúc của chuẩn tập tin ảnh DICOM

a Các thành phần của định dạng ảnh DICOM

Cấu trúc của DICOM gồm các thành phần sau:

Thích nghi: Định nghĩa các nguyên tắc thực thi chuẩn gồm các yêu cầu thích nghi và báo cáo thích nghi CS (Conformance Statement)

+ Định nghĩa đối tượng thông tin IOD (Information Object Definition)

+ Định nghĩa lớp dịch vụ SC (Service Classes)

+ Ngữ nghĩa và cấu trúc dữ liệu

+ Từ điển dữ liệu

+ Trao đổi bản tin

+ Hỗ trợ truyền thông mạng cho việc trao đổi bản tin

+ Định dạng file và lưu trữ trung gian

+ Sơ lược ứng dụng lưu trữ trung gian

+ Chức năng lưu trữ và Định dạng trung gian cho trao đổi dữ liệu

+ Chức năng hiển thị chuẩn mức xám

+ Sơ lƣợc an toàn

+ Nguồn ánh xạ nội dung

APPLICATION PRESENTATION SETION

TRANSPORT NETWORK DATA LINK PHYSICAL

Hình 2.1: DICOM và mô hình tham chiếu OSI

b Định dạng file DICOM

Hình 2.2: Cấu trúc file DICOM

Gồm 2 phần là DICOM Header và DICOM data:

+ DICOM Header:

- Tên và ID của bệnh nhân;

- Loại ảnh y khoa (CT, MR, Audio Recording,…)

Synchronization, Communication, Management

End to End communication

Internetworking

LLC, MAC Ethernet, FDDI,… Fiber, Coax, UTP

DICOM DATA SET

DICOM header DICOM data

DICOM PREFIX

FILE

PREAMBLE

DATA SET FILE META INFORMATIOR

Hình 2.3: Thông tin file DICOM

Hình 2.3 chỉ ra rằng: 794 bytes đầu dùng để định dạng Header DICOM, mô

tả kích thước ảnh và các thông tin ảnh Để biết được kích thước ảnh ta dựa vào thông tin của Frames, Rows và Columns trong phần Header Hình 2.3 là ví dụ về một ảnh MRI với số Frames, Rows, Columns tương ứng được chụp: 109 x 91 x

2 = 19838 bytes Như vậy ta sẽ tính được kích thước của ảnh

Thông tin đầu file (Header): Bao gồm các định danh bộ dữ liệu được đưa vào file Nó bắt đầu bởi 128 byte file Preamble (tất cả được đưa về 00H), sau đó 4 byte

kí tự “DICM”, tiếp theo là các thành phần dữ liệu đầu file Các thành phần dữ liệu đầu file này là bắt buộc đối với mọi file DICOM, nó có nhãn dạng (0002, xxxx), được mã hóa theo cú pháp chuyển đổi VR ẩn và Little Endian

Bộ dữ liệu: Mỗi file chỉ chứa một bộ dữ liệu thể hiện một SOP cụ thể và duy nhất liên quan đến một lớp SOP đơn và IOD tương ứng Một file có thể chứa nhiều hình ảnh khi các IOD được xác định mang nhiều khung Cú pháp chuyển đổi được

sử dụng để mã hóa bộ dữ liệu được xác định duy nhất thông qua UID cú pháp chuyển đổi trong thông tin đầu file DICOM

Thông tin quản lý file: Khuôn dạng file DICOM không bao gồm thông tin quản lý file để tránh sự trùng lắp với chức năng liên quan ở lớp khuôn dạng trung

gian Nếu cần thiết với một sơ lược ứng dụng DICOM cho trước, các thông tin sau

sẽ được đưa ra bởi một lớp khuôn dạng trung gian:

- Định danh sở hữu nội dung file

- Thông tin truy cập (ngày giờ tạo)

- Điều khiển truy cập file ứng dụng

- Điều khiển truy cập phương tiện trung gian vật lý (bảo vệ ghi …)

Khuôn dạng file DICOM an toàn: Một file DICOM an toàn là một file DICOM được mã hóa với một cú pháp bản tin mật mã được định nghĩa trong RFC2630 Phụ thuộc vào thuật toán mật mã sử dụng, một file DICOM an toàn có thể có các thuộc tính an toàn sau:

- Bảo mật dữ liệu

- Xác nhận nguồn gốc dữ liệu

- Tính toàn vẹn dữ liệu

Cấu trúc căn bản của file DATA SET là:

Hình 2.4: Cấu tạo Data Set

Data Element

Data Set

Tag VR Value Length Value Field

Optional field

Các khái niệm trong DICOM

Data Set Là tập hợp nhiều Data Element trong một file

DICOM

Data Element Là một đơn vị thông tin trong DICOM file Date Element

chứa một thông tin đầy đủ Các field trong Data Element có nhiệm vụ đặc tả đầy đủ một thông tin, đặc tả bao gồm: ý nghĩa, giá trị, chiều dài của tin và định dạng dữ liệu của tin

Tag Là 2 số nguyên không dấu, mỗi số 16 bit Cặp số nguyên này

xác định ý nghĩa của Data Element nhƣ tên bệnh nhân, chiều cao của ảnh, số bit màu, … Một số xác định Group Number và

số kia xác định Element Number Giá trị của Group Number và Element Number cho biết Data Element nói lên thông tin nào Các thông tin (Data Element) cùng liên quan đến một nhóm ngữ nghĩa sẽ có chung số Group Number

VR (Value

Representation)

Đây là field tùy chọn, tùy vào giá trị của Transfer Syntax mà

VR có mặt trong Data Element hay không Giá trị của VR cho biết kiểu dữ liệu và định dạng giá trị của Data Element

VM (Value

Multiplicity)

Cho biết số lƣợng Value của Value Field nếuValue Field có nhiều giá trị Nếu số lƣợng Value không xác định, VM sẽ có dạng “a-b” với a số giá trị Value nhỏ nhất và b là số Value lớn nhất có thể có của Data Element.VD: VM = “6-10”: Value Field

có ít nhất là 6 giá trị và nhiều nhất là 10 giá trị Data Element với Value Field có nhiều giá trị sẽ

ƒ Với chuỗi kí tự, dùng kí tự 5Ch („\‟) làm kí tự phân cách

Value Length Là một số nguyên không dấu, có độ dài là 16 hay 32 bit

Giá trị của Value Length cho biết độ lớn (tính theo byte) của field Value Field (không phải là độ lớn của toàn bộ Data Element) Giá trị của Value Length là FFFFFFFFh (32 bit) hàm

ý không xác định đƣợc chiều dài (Undefined Length)

Value Field Là nội dung thông tin (Data Element) Kiểu dữ liệu của

field này do VR quy định và độ lớn (tính theo byte) nằm trong Value Length

Transfer Syntax Transfer Syntax là các quy ƣớc định dạng dữ liệu Giá trị

của Transfer Syntax cho biết cách dữ liệu đƣợc định dạng và mã hóa trong DICOM đồng thời cũng cho biết VR sẽ có tồn tại trong Data Element hay không Mặc định ban đầu, Transfer

Syntax của file DICOM là Explicit VR Little Endian Transfer Syntax

Khái niệm Ý nghĩa

Có 2 loại IOD: Composite IOD: là IOD đại diện cho những phần khác nhau của các đối tượng khác nhau trong thế giới thực

Normalized IOD: là IOD cho duy nhất một đối tượng trong thế giới thực

Bảng 2.2: Các trường cấu tạo trong Data Set

Thứ tự của chuỗi byte: một giá trị sẽ được lưu thành một hay nhiều byte trong file Có 2 quy ước quy định thứ tự xuất hiện của các byte của một giá trị nào

đó trong file DICOM

Little Endian Đối với số nhị phân gồm nhiều byte thì byte có trọng

số thấp nhất (Least Significant Byte) sẽ nằm trước, những byte còn lại có trọng số tăng dần nằm tiếp sau đó Đối với chuỗi kí tự, các kí tự sẽ nằm theo thứ tự xuất hiện trong chuỗi (từ trái sang phải)

Big Endian Đối với số nhị phân gồm nhiều byte thì byte có trọng

số lớn nhất (Most Significant Byte) sẽ nằm trước, những byte còn lại có trọng số giảm dần nằm tiếp sau đó Đối với chuỗi kí tự, các kí tự sẽ nằm theo thứ tự xuất hiện từ trái sang phải

Các đặc điểm của máy tính cổng nhận ảnh và dữ liệu:

- Duy trì toàn vẹn dữ liệu ảnh từ các thiết bị tạo ảnh truyền đến

- Trong suốt đối với người dùng và tự động hóa việc nhận ảnh và lưu trữ ảnh

- Phân phối ảnh đến máy chủ lưu trữ

2.2.2 Các bước thực hiện thu nhận ảnh và dữ liệu:

Thông thường, cổng thu nhận ảnh và dữ liệu thực hiện qua 4 bước chính: nhận ảnh, định dạng ảnh, gửi ảnh và xóa ảnh

Thiết bị tạo

ảnh (CT,MRI…)

Cổng nhận ảnh

Máy chủ lưu trữ

và điều khiển

Máy trạm hiển thị

Máy chủ WebMáy chủ ứng

dụng

Hình 2.6: Sơ đồ hoạt động của cổng nhận ảnh

Các tiến trình tại máy tính cổng nhận ảnh:

Tiến trình 1: kiểm tra xem có lệnh gửi từ cổng DICOM hay không?

Tiến trình 2: Nếu nhận được lệnh, nó kích hoạt tiến trình 2 là kiểm tra định dạng DICOM và lưu thông tin vào máy tính cổng nhận ảnh

Tiến trình 3: đưa file nhận được vào hàng đợi để đưa tới bộ điều khiển PACS

để lưu trữ

2.2.3 Các khó khăn trong việc xây dựng một cổng thu nhận ảnh và dữ liệu:

- Cổng thu nhận ảnh và dữ liệu phải giao tiếp với nhiều thiết bị tạo ảnh và các module PACS khác nhau Do đó, giao thức kết nối rất phức tạp vì các thiết bị, module có định dạng ảnh, giao thức truyền khác nhau và phụ thuộc nhà sản xuất

- Một cổng thu nhận ảnh và dữ liệu lý tưởng phải tự động hóa hoàn toàn để

hệ thống hoạt động tốt và giảm thiểu lỗi

- Ảnh được gửi một cách tự động đến máy trạm được thiết kế cho việc đọc

và hiển thị lại từ máy server

- Máy trạm có thể cũng truy vấn hay truy xuất ảnh từ máy server

- Máy trạm có bộ nhớ lưu trữ trong một thời gian ngắn

Lưu đồ dữ liệu cho mô hình stand-alone được thể hiện ở hình 2.7:

Hình 2.7: Luồng dữ liệu khái quát của kiến trúc stand – alone

Mô tả sơ đồ: đặc điểm chính là ảnh được gửi từ server (2) để đọc tại máy trạm một cách tự động cùng với việc nạp lại ảnh (3,4); ảnh cũng có thể được truy vấn/ trích xuất (5,6) Với các bước được giải thích cụ thể như sau:

Ảnh từ một cuộc kiểm tra được yêu cầu gửi bởi các máy tạo ảnh được gửi đến server PACS

Máy server PACS lưu trữ kiểm tra

Những bản sao của ảnh được phân tán đến một số máy đầu cuối được chọn cho việc đọc và xem xét bệnh án Server thực thi việc này một cách tự động

Những kiểm tra về tiền sử bệnh được nạp lại từ server, và một bản sao ảnh được gửi đến máy trạm của đầu cuối được lựa chọn

Adhoc yêu cầu là hiển lại những kiểm tra PACS được thực hiện bằng cách truy vấn hay trích xuất từ máy trạm ở đầu cuối người dùng Thêm vào đó, nếu việc

tự động nạp lại sai, máy trạm đầu cuối người dùng có thể truy vấn hay trích xuất kiểm tra từ máy server

Máy trạm đầu cuối người dùng chứa một bộ nhớ cache lưu trữ cục bộ của một số kiểm tra PACS đã hoàn thành

* Thuận lợi:

+ Nếu server PACS bị hư, thiết bị tạo ảnh hoặc cổng thu nhận có thể linh động gửi trực tiếp đến máy trạm đầu cuối người dùng để các chuyên gia X-quang có thể tiếp tục đọc những trường hợp mới

+ Bởi vì nhiều bản sao của kiểm tra PACS được phân tán thông qua hệ thống, nên có ít rủi ro mất dữ liệu

+ Những kiểm tra tiền sử PACS sẽ có sẵn ở máy trạm bởi vì chúng có thiết

bị lưu trữ cục bộ

+ Hệ thống ít có khả năng bị thay đổi hàng ngày trong khi thực thi mạng bởi

vì những kiểm tra PACS được tải lại từ một nhớ lưu trữ cục bộ của máy trạm đầu cuối người dùng và có sẵn để hiển thị ngay lập tức

+ Việc kiểm tra biến đổi tiêu đề DICOM cho việc điều khiển chất lượng có thể được tạo ra trước

* Khó khăn:

+ Những users cuối cần phải đáp lại đúng sự phân tán và nạp lại kiểm tra PACS mà không thể đồng thời cùng một lúc

+ Bởi vì ảnh được gửi đến những máy trạm được thiết kế nên mỗi máy trạm

có thể có danh sách công việc khác nhau và điều này có thể tạo nên sự bất tiện khi đọc hay xem lại tất cả những kiểm tra của bất kỳ máy trạm nào trong một lần thiết lập

+ Người dùng đầu cuối dựa vào chức năng truy vấn, trích xuất để lấy những kiểm tra adhoc PACS từ máy chiếm giữ Điều này có thể là một chức năng phức tạp

so với kiến trúc client-server

+ Các chuyên gia X-quang có thể đọc những kiểm tra PACS giống nhau tại cùng một thời điểm từ các máy trạm khác nhau bởi vì những kiểm tra này có thể được gửi từ nhiều máy trạm

b Client – Server

Ba yếu tố chính:

+ Ảnh được lấy từ ngay trung tâm của server PACS

+ Từ một danh sách công việc đơn lẻ tại một máy trạm, một đầu cuối người dùng có thể chọn những ảnh theo máy server

+ Bởi vì máy trạm không có cache lưu trữ nên ảnh bị loại bỏ ngay sau khi đọc Luồng dữ liệu của kiến trúc client/server PACS được thể hiện như hình dưới, theo các bước ở hình 2.8 như sau:

Hình 2.8: Luồng dữ liệu tổng quát của kiến trúc client-server

Đặc điểm chính là hình ảnh được lấy vào trong server, những ảnh được yêu cầu từ server thông qua một danh sách công việc tại máy trạm, máy trạm không có cache lưu trữ, và ảnh bị hủy sau khi đọc Xem kĩ các dòng mô tả các bước trong hình 2.8 ta thấy được như sau:

- Ảnh từ các thiết bị tạo ảnh hay một kiểm tra được yêu cầu bởi thiết bị tạo ảnh được gửi đến máy server PACS

- Máy server PACS lưu trữ kiểm tra