Phát triển hệ thống thông tin hình ảnh ba chiều hỗ trợ chẩn đoán từ xa

Trong khi, dữ liệu ảnh DICOM bản chất là dữ liệu hình ảnh ba chiều, trong khi đó lâu nay chúng ta vẫn chỉ sử dụng nó như là các ảnh hai chiều rời rạc, chưa tận dụng được các thông tin từ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TÀI LIỆU KỸ THUẬT KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KH&CN

CẤP ĐẠI HỌC QUỐC GIA

Tên đề tài: Phát triển hệ thống thông tin hình ảnh ba chiều hỗ trợ chẩn đoán từ xa

2

MỤC LỤC

ĐẶT VẤN ĐỀ 9

Chương 1: Tổng quan về ứng dụng công nghệ thông tin trong y tế và chẩn đoán hình ảnh trong y tế 13

1.1 Giới thiệu 13

1.2 Tình hình ứng dụng CNTT trong quản lý và khai thác dữ liệu chẩn đoán hình ảnh trong và ngoài nước 13

1.2.1 Tình hình ngoài nước 14

1.2.2 Tình hình trong nước 14

1.3 Các thành phần cần có của một hệ thống quản lý và khai thác dữ liệu thông tin hình ảnh tại bệnh viện 16

1.3.1 Phân nhân của hệ thông quản lý và khai thác dữ liệu hình ảnh 16

1.3.2 Phần quản lý hình ảnh bệnh án 17

1.3.3 Phần quản lý hình ảnh chiếu chụp 17

1.3.4 Phần quản lý các dạng hình ảnh khác 17

1.4 Kết luận 18

Chương 2: DICOM và Cơ sở dữ liệu DICOM 19

2.1 Cấu trúc dữ liệu ảnh DICOM 19

2.1.1 Giới thiệu chung 19

2.1.2 Phạm vi và lĩnh vực ứng dụng của DICOM 20

2.1.3 Cấu trúc của chuẩn ảnh DICOM 20

2.2 Tích hợp dữ liệu DICOM với các thông tin 33

2.2.1 Thông tin đính kèm ảnh Y tế Dicom 33

2.2.2 Tích hợp thôn tin đính kèm 35

2.2.3 Tích hợp thông tin đa phương tiện 36

2.3 Mô hình truyền, nhận dữ liệu theo mô hình Client/Server 39

2.3.1 Client 40

2.3.2 Server 41

Chương 3: Hiển thị anh y tế DICOM 42

3.1 Kỹ thuật Volume Rendering 42

3.1.1 Volume Rendering 42

3.1.2 Texture-Based Volume Rendering 44

3

3.1.3 Chi tiết thực hiện 47

3.1.4 Kỹ thuật nâng cao 54

3.2 Kỹ thuật nội suy trong xây dựng lát cắt ảnh 61

3.2.1 Kỹ thuật nội suy các điểm ảnh láng giềng gần nhất 61

3.2.2 Kỹ thuật nội suy tuyến tính 64

3.2.3 Kỹ thuật nội suy song khối 67

3.2.4 Kỹ thuật nội suy Lagrange 69

3.2.5 Kỹ thuật nội suy Gaussian 72

3.2.6 Kỹ thuật nội suy lát cắt dựa trên cải tiến phép hợp nhất biến dạng cong 74 3.3 Một số kỹ thuật tính toán hiệu năng cao với card đồ họa 77

3.3.1 Giới thiệu GPU 77

3.3.2 Lịch sử phát triển GPU 77

3.3.3 Kiến trúc GPU 80

3.3.4 Tính toán trên GPU 84

3.3.5 Giải thuật và ứng dụng 89

3.3.6 Tổng kết 91

Chương 4: Gián nhãn hiển thị ẢNH DICOM 92

4.1 Giới thiệu 92

4.2 Một số kỹ thuật gián nhãn 95

Chương 5: PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 105

5.1 modul hệ thống dịch vụ cho Server 105

5.1.1 Mô tả yêu cầu 105

5.1.2 Phân tích 109

5.1.3 Thiết kế 112

5.2 Modul quản trị cho Server 113

5.2.1 Mô tả yêu cầu 113

5.2.2 Phân tích 119

5.2.3.Thiết kế 125

5.3 Modul giao diện cho Client 126

5.3.1 Mô tả yêu cầu 126

5.3.2 Phân tích 133

5.3.3.Thiết kế 138

4

5.4 Modul tổ chức dữ liệu cho hệ thống 140

5.4.1 Mô tả yêu cầu 140

5.4.2 Phân tích 142

5.4.3.Thiết kế 144

5.5 Modul truyền nhận dữ liệu 145

5.5.1 Mô tả yêu cầu 145

5.5.2 Phân tích 151

5.5.3 Thiết kế 153

5.6 Modul hiển thị hình ảnh Client 155

5.6.1 Mô tả yêu cầu 155

5.6.2 Phân tích 158

5.6.3 Thiết kế 160

5.7 Modul hiển thị thông tin Client 161

5.7.1 Mô tả yêu cầu 161

5.7.2 Phân tích 165

5.7.3 Thiết kế 167

5.8 Modul thao tác hình ảnh Client 168

5.8.1 Mô tả yêu cầu 168

5.8.2 Phân tích 173

5.8.3 Thiết kế 177

5.9 Modul soạn thảo dữ liệu Client 178

5.9.1 Mô tả yêu cầu 178

5.9.2 Phân tích 182

5.9.3.Thiết kế 185

5.10 Modul gián nhãn Client 186

5.10.1 Mô tả yêu cầu 186

5.10.2 Phân tích 189

5.10.3 Thiết kế 191

5.11 Modul tìm kiếm trên Client 192

5.11.1 Mô tả yêu cầu 192

5.11.2 Phân tích 195

5.11.3 Thiết kế 198

5

5.12 Modul quản trị người dùng 199

5.12.1 Mô tả yêu cầu 199

5.12.2 Phân tích 203

5.12.3.Thiết kế 207

5.13 Modul tích hợp hệ thống 208

5.13.1 Mô tả yêu cầu 208

5.13.2 Phân tích 211

5.13.3.Thiết kế 213

Chương 6: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 214

6.1 Tình hình tại Bệnh viện đa khoa Đông Anh 214

6.2 Kịch bản thử nghiệm 216

6.2.1 Chức năng của phần mềm VRHOSPITAL 216

6.2.2 Quy trình triển khai thử nghiệm 217

6.3 Đánh giá 220

PHẦN KẾT LUẬN 221

TÀI LIỆU THAM KHẢO 222

6

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1: Lọc nhiễu ảnh y tế DICOM 9

Hình 2: Hiển thị 3D hình ảnh y tế bằng kỹ thuật Render Volume 9

Hình 3: Vùng được gắn chú thích và nhúng xác thực 10

Hình 4: Chuẩn đoán bằng cách gõ Word thường gặp ở các bệnh viện Việt Nam 11

Hình 5: Hiển thị ảnh DICOM bằng công nghệ hiển thị 2D, 3D 11

Hình 6: Các dạng hình ảnh cần xử lý trong hệ thống thông tin quản lý hình ảnh 16

Hình 7: Hình ảnh siêu âm 16

Hình 8: Hình ảnh thu nhận từ các thiết bị chiếu chụp y tế 17

Hình 9: Thông tin hình ảnh từ các thiết bị đo y tế 18

Hình 10: Định dạng file Dicom 21

Hình 11: Thông tin đính kèm file Dicom 22

Hình 12: Cấu tạo Data Set 23

Hình 13: Kiến trúc của giao thức DICOM 26

Hình 14: Cấu trúc DICOM Message 26

Hình 15: Mô hình dịch vụ DICOM 27

Hình 16: Minh họa thiết lập association giữa 2 ứng dụng DICOM 31

Hình 17: Minh họa ngắt đột ngột association giữa 2 ứng dụng DICOM 31

Hình 18: Minh họa ngắt association với yêu cầu ngắt từ Service Provicer 31

Hình 19: Minh họa truyền tải dữ liệu dựa trên association đã thiết lập giữa 2 ứng dụng 32

Hình 20: Thông tin trong ảnh Dicom 33

Hình 21: Dữ liệu đính kèm trên ảnh Dicom 34

Hình 22: Thông tin hành chính của bệnh nhân 34

Hình 23: Thông tin vùng ROI 35

Hình 24: Sơ đồ mô tả quá trình tích hợp thông tin hành chính của bệnh nhân 36

Hình 25: Dữ liệu vùng ROI 37

Hình 26: Cấu trúc dữ liệu vùng ROI 38

Hình 27: Biểu diễn vùng ROI 38

Hình 28: Mô hình Client-Server 39

Hình 29: Các hiệu ứng dạng Volumetric 42

Hình 30: Quá trình Volume Rendering 43

7

Hình 31: Khối mẫu và kết hợp 44

Hình 32: Các bước của một quá trình Texture-Based Volume Rendering 45

Hình 33: kết quả thực hiện của ứng dụng hiển thị hình ảnh sử dụng khối 47

Hình 34: Lát cắt hai đa giác 49

Hình 35: Sự khác biệt giữa các hàm truyền 1D và 2D 51

Hình 36: So sánh giữa hiệu ứng ánh sáng đơn giản và phức tạp 53

Hình 37: Cắt Half-Angle Slicing cho tính toán chiếu sáng 55

Hình 38: cài đặt bóng cho Two-Pass Volumetric 56

Hình 39: Các ví dụ của kết quả với bóng 57

Hình 40: Thiết lập cho các xấp xỉ mờ 58

Hình 41: Ví dụ về Volume rendering với bề mặt mờ 59

Hình 42: Kỹ thuật đảo cho Volume 60

Hình 43: Ví dụ nội suy điểm trên không gian 1 chiều 62

Hình 44: Kết quả nội suy láng giềng gần nhất trong không gian 1 chiều 62

Hình 45: Phóng to ảnh kích thước 2x2 thành ảnh 9x9 63

Hình 46: Nội suy điểm Y(J,K) dựa trên các điểm ảnh lân cận 63

Hình 47: Ứng dụng nội suy láng giềng gần nhất trong thay đổi tỷ lệ ảnh CCD 64

Hình 48: Mô tả kỹ thuật nội suy song tuyến trong ứng dụng làm tăng độ phân giải của ảnh 65

Hình 49: Ứng dụng nội suy tuyến tính trong xoay ảnh MRI 66

Hình 50: Ứng dụng nội suy tuyến tính sinh lát cắt trung gian 66

Hình 51: Mô tả kỹ thuật nội suy song khối 67

Hình 52: Kết quả nội suy song khối trong trường hợp biến đổi tỷ lệ ảnh CCD 69

Hình 53: So sánh 3 kỹ thuật nội suy 69

Hình 54: Đồ thị biểu diễn hàm nội suy Lagrange với N =4 71

Hình 55: Đồ thị biểu diễn hàm nội suy Lagrange với N = 5 71

Hình 56: Kết quả nội suy Lagrange trong trường hợp thay đổi tỷ lệ ảnh CCD 72

Hình 57: Kết quả nội suy Gaussian trong trường hợp thay đổi tỷ lệ ảnh CCD 73

Hình 58: Kiến trúc GPU của NVIDIA và AMD có một lượng đồ sộ các đơn vị lập trình được tổ chức song song thống nhất 84

Hình 59: (a) Dán nhãn điểm, (b) Dán nhãn cạnh, (c) Dán nhãn vùng 93

Hình 60: Các vị trí dán nhãn tiềm năng cho một điểm 96

8

Hình 61: Đồ thị với các vị trí nhãn được dán cho mỗi cạnh 96Hình 62: Xác định các vị trí nhãn cho cạnh 99Hình 63: (a) Các vị trí nhãn cho mỗi cạnh (b) Đồ thị kết hợp tương ứng 99Hình 64: Một kết quả dán nhãn của thuật toán Fast ELP (Hình được lấy trong [19])

101Hình 65: Kết quả dán nhãn cạnh cho một bản vẽ trực giao có nhiều cạnh nằm

ngang, áp dụng Fast ELP Hình được lấy trong [41] 102Hình 66: Kêt quả cài đặt với điểm 3D 104Hình 67: Mô hình liên kết giữa HIS, RIS, PACS trong hệ thống thông tin quản lý

bệnh viện Mũi tên đứt là chưa có sự tương tác giữa các hệ thống đó với nhau 215

9

ĐẶT VẤN ĐỀ

Kể từ khi ra đời vào năm 1993 cho đến nay, chuẩn DICOM đã được đầu tư nghiên cứu và được ứng dụng rất rộng rãi trong ngành y tế trên toàn thế giới Có thể nói đây là chuẩn ảnh phổ biến nhất hiện nay Khi nghiên cứu về DICOM, vấn đề đang được quan tâm nhất hiện nay đó là các kỹ thuật nhằm nâng cao chất lượng hình ảnh, cũng như các ứng dụng của DICOM trên nghiên cứu lâm sàng Nhằm đưa chuẩn ảnh này đến một tầm cao mới của sự phát triển, không chỉ là ứng dụng trong chẩn đoán bệnh, mà còn ứng dụng cho việc nghiên cứu các loại bệnh cũng như trong đào tạo y khoa

Khi nghiên cứu về chuẩn DICOM, người ta quan tâm tới hai khía cạnh chủ yếu: thứ nhất là nâng cao chất lượng hiển thị ảnh DICOM, thứ hai là hiển thị các thông tin đi kèm một cách đầy đủ và khoa học giúp quá trình chẩn đoán được thuận lợi, chính xác và khách quan hơn

Liên quan đến các kỹ thuật nhằm nâng cao chất lượng ảnh y tế, đã có nhiều công trình nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới được công bố Trong nghiên cứu của mình năm 2011[1] Umamaheswari, J và Radhamani, G đã sử dụng bộ lọc dựa trên wavelet nhằm làm giảm nhiễu trên hình ảnh thu nhận được từ máy CT Quá trình lọc nhiễu của nhóm tác giả được mô tả trong hình 1

10

Trong chẩn đoán bệnh dựa trên hình ảnh Y tế thì ngoài việc quan đếm đến các thông tin về hình ảnh, các bác sỹ còn mong muốn ghi lại các chú thích cho các vùng quan tâm Chú thích các vùng quan tâm, hay hiển thị các thông tin đi kèm làm sao cho logic, hợp lý cũng là những vấn đề hết sức quan trọng góp phần xây dựng một hệ thống hỗ trợ cho chẩn đoán hình ảnh hoàn chỉnh Bác sỹ giải đoán ảnh y tế bằng cách quan sát vùng ROI (Region of Interest) Một vùng ROI của ảnh y tế là một vùng chứa các thông tin quan trọng và phải được lưu trữ mà không có bất kỳ một biến dạng nào Nếu một ảnh y tế sau khi nén, truyền dữ liệu mà vùng ROI bị thay đổi thì có thể dẫn đến giải đoán hình ảnh sai

Việc chú thích hay chẩn đoán dựa vào các vùng ROI được thực hiện trên cơ sở các việc gắn trực tiếp hoặc trong phần kết luận chung Do việc phân tích và nhận xét vùng ROI có thể thực hiện bởi nhiều bác sỹ khác nhau, nên việc gắn chú thích và xác thực với từng bác sĩ là cần thiết Trong [3] các tác giả đã sử dụng kỹ thuật LSB (Least Significant Bit Substitution) để che dữ liệu và đánh dấu sự xác thực trong ảnh y tế áp dụng trên ảnh DICOM sau khi phân loại ảnh thành 2 bộ phận là vùng ROI và các vùng còn lại Việc chú thích các vùng quan tâm, chúng ta có thể hình dung như trong hình 3

Hình 3: Vùng đƣợc gắn chú thích và nhúng xác thực

Ở Việt Nam, các phòng chẩn đoán hình ảnh thường được bác sỹ xem và chuẩn đoán bệnh trực tiếp thông quan một máy tính bên cạnh (Hình 4) Các hệ thống PACS tại Việt Nam hiện nay chủ yếu là do các nhà phân phối nhập từ nước ngoài Do đó kinh phí thường rất cao, khó triển khai tiếp cận và làm chủ công nghệ

 Hệ thống IMC

 Phân hệ nội soi và hình ảnh Non-DICOM của công ty MEDSOFT

 BKPACS của Đại học Bách khoa Tp.HCM

 Hệ thống phần mềm quản lý bệnh viện ITI.Hospital phát triển bởi nhóm tác giả Viện Công nghệ thông tin – ĐHQG Hà Nội

a) Hình ảnh hiển thị sử dụng thông tin

12

Tuy nhiên các kết quả đạt được mới chỉ dừng lại ở mức độ hiển thị 2D, chưa tích hợp các kỹ thuật xử lý ảnh liên quan đến chú giải các vùng ảnh và công nghệ hiển thị hình ảnh 3D Trong khi, dữ liệu ảnh DICOM bản chất là dữ liệu hình ảnh ba chiều, trong khi đó lâu nay chúng ta vẫn chỉ sử dụng nó như là các ảnh hai chiều rời rạc, chưa tận dụng được các thông tin từ dữ liệu hình ảnh này một cách tối đa Với sự phát triển vượt bậc của các kỹ thuật cũng như công nghệ hiển thị, cho phép chúng ta có thể hiển thị dữ liệu ảnh DICOM dưới dạng ảnh ba chiều, mang lại cho các bác sỹ cái nhìn đa chiều, đầy

đủ thông tin về các góc độ của hình ảnh Thêm vào đó, việc hiển thị các thông tin liên quan, giải thích cụ thể và chi tiết cho các vùng tổn thương, vùng quan tâm cũng là một bài toán cần được giải quyết nhằm làm tăng chất lượng chẩn đoán cũng như hỗ trợ đào tạo và nghiên cứu Y học thông qua hình ảnh DICOM từ xa (Hình 5) Nói một cách khác, nghiên cứu nâng cao chất lượng hình ảnh trong Y tế sử dụng công nghệ 3D ở Việt Nam hiện nay vẫn chưa được quan tâm và phát triển

13

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG

NGHỆ THÔNG TIN TRONG Y TẾ VÀ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH TRONG Y TẾ

1.1 Giới thiệu

Hình ảnh đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống thường ngày, hơn 80% thông tin được con người thu nhận thông qua hình ảnh Sự phát triển của công nghệ thông tin, đặc biệt là lĩnh vực phần cứng đã tạo tiền đề cho nhiều lĩnh vực của công nghệ thông tin phát triển Trong đó, phải kể đến lĩnh vực xử lý thông tin, hình ảnh

Trong những năm qua, với sự phát triển mạnh mẽ, Công nghệ thông tin (CNTT) đã thâm nhập vào mọi mặt của đời sống xã hội và đem lại nhiều lợi ích to lớn Trong lĩnh vực y tế, có thể thấy rằng, CNTT cũng đã và đang tạo ra những thay đổi mới mẻ, thúc đẩy sự phát triển, hiện đại hóa nền Y học nước nhà Tầm quan trọng này đã được khẳng định tại Hội nghị quốc gia ứng dụng công nghệ thông tin ngành y tế lần thứ V diễn ra tại

Hà Nội vào ngày 16/5/2012, với sự tham dự của PGS TS Nguyễn Thị Kim Tiến - Bộ trưởng Bộ Y tế, PGS TS Nguyễn Thanh Long - Thứ trưởng Bộ Y tế, TS Chu Ngọc Anh

- Thứ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ, Ông Phan Hoàng Đức - Phó Tổng giám đốc Tập đoàn VNPT, cùng các lãnh đạo Vụ, Cục, Bệnh viện…

Thấy được tầm quan trọng đó, hầu hết các bệnh viện đã có khoa chẩn đoán hình ảnh riêng biệt và trong y tế cũng đã hình thành nên một chuẩn trao đổi dữ liệu hình ảnh DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) Việc quản lý hệ thống thông tin hình ảnh cũng như việc khai thác nó trong các hệ thống thông tin bệnh viện trở thành một việc làm cần thiết và không thể thiếu, nhất là trong điều kiện cơ sở hạ tầng mạng phát triển và chúng ta cũng quen dần với các khái niệm: Bệnh viện số, bệnh viện di động, chẩn đoán bệnh từ xa v.v

1.2 Tình hình ứng dụng CNTT trong quản lý và khai thác dữ liệu

chẩn đoán hình ảnh trong và ngoài nước

Ý tưởng chính của một hệ thống quản lý thông tin hình ảnh PACS (Picture Archiving and Communications System) đó là việc tập hợp tất cả các khuôn dạng thông tin hình ảnh vào một nơi có sức chứa lớn Từ nơi này có thể chuyển giao hình ảnh đến các máy tính trong cùng hệ thống thông qua hệ thống mạng Khái niệm về một hệ thống quản lý thông tin hình ảnh có từ những năm 80 của thế kỷ 20, nhưng nó chỉ có ý nghĩa thực sự vào những năm cuối của thế kỷ 20 và cho đến bây giờ

Trong những năm 80 của thế kỷ trước, hầu hết các hình ảnh thu được từ các thiết bị

y tế đều ở dạng tín hiệu tương tự và các thiết bị y tế này hầu như chưa có được sự ghép nối chặt chẽ với máy tính Hơn nữa, cấu hình và tốc độ xử lý của các máy tính và đường

1.2.1 Tình hình ngoài nước

Hệ thống quản lý thông tin hình ảnh đầu tiên có thể tính đến đó là hệ thống được xây dựng năm 1991 bởi một nhóm các nhà nghiên cứu tại Trieste, Italy Hệ thống thông tin hình ảnh này đã thực hiện kết nối giữa các bệnh viện của Trieste thông qua mạng Unix giữa các máy trạm với nhau Hệ thống cũng có thể sử dụng trình duyệt Web lúc bấy giờ Tuy nhiên, hệ thống thực hiện rất chậm và thực hiện những công việc thường khó chấp nhận về mặt thời gian

Vào những năm sau này, tại châu Âu có thể kể đến những hệ thống như wide PACS được phát triển tại bệnh viện Hammersmith tại Luân Đôn, Anh và hệ thống SMZO được phát triển tại bệnh viện Sozialmedizinisches Zentrum Ost taij Vienna, Áo Các hệ thống này đã thể hiện rõ được vai trò nâng cao chất lượng chữa bệnh của các bệnh viện

hospital-Ngày nay, sự phát triển của chuẩn giao tiếp hình ảnh DICOM (the standard protocol Digital Imaging and Communications in Medicine) được sử dụng chính thức trong lĩnh vực y tế Trong khoảng ba đến bốn năm trở lại đây việc phát triển các hệ thống quản lý thông tin hình ảnh đã được chú trọng bên ngoài sự nghiên cứu trong các trường đại học Nhờ đó, đã có tính thời sự và đáp ứng được những yêu cầu đòi hỏi thực tế tại các bệnh viện Chẳng hạn như, cập nhật được sự thay đổi của các thiết bị y tế, vốn là sự thay đổi có tính chất công nghệ, và do đó thiết kế hệ thống ngày nay phải luôn chú trọng đến vấn đề, công nghệ, tính năng, kinh tế v.v

Chỉ tính riêng về mặt công nghệ thu nhận hình ảnh, các máy quét ảnh scanner đã tiến từ quét đơn trang một đến có thể quét cả một xấp theo cơ chế kéo trang tự động, hay các máy chụp cắt lớp có thể cho ta từ 700 đến 800 ảnh trong vòng vài phút Các siêu âm

có thể cho ta hình ảnh ở dạng hai hay ba chiều v.v

1.2.2 Tình hình trong nước

Không kể đến một vài hệ thống quản lý hình ảnh được thiết kế chung chung và đem

áp dụng vào trong y tế, có thể nói cho đến hiện nay, trong nước vẫn chưa có một hệ thống quản lý thông tin hình ảnh riêng nào cho các bệnh viện được phát triển Nhưng, thấy được vai trò quan trọng của chẩn đoán hình ảnh trong khám chữa bệnh Hầu hết các bệnh viện trong nước đã có khoa chẩn đoán hình ảnh với tổ chức các chức năng được chỉ rõ,

đó là điều kiện tốt để thực hiện tốt bước tiếp theo là xây dựng các hệ thống quản lý thông tin hình ảnh

15

Những năm gần đây, một số bệnh viện đã tập trung đầu tư ứng dụng CNTT vào cơ

sở của mình và cho thấy:

- Với hệ thống thông tin bệnh viện (HIS- Hospital Information System) có thể quản

lý tổng thể từ quản lý bệnh nhân từ đầu vào đến đầu ra, quản lý nhân sự, tài sản, đến thuốc, vật tư tiêu hao… Thông tin của bệnh nhân sẽ được nhập một lần duy nhất tại bộ phận tiếp nhận ngoài khu khám và được sử dụng xuyên suốt cho tới khi bệnh nhân xuất viện Thuốc vật tư tiêu hao sẽ dễ dàng đối chiếu khớp giữa dược với khoa sử dụng… Điều đó sẽ giúp nâng cao hiệu quả quản lý bệnh viện, tránh lãng phí về thời gian, nhân lực và chống thất thoát, quá tải, đem lại cuộc cách mạng đơn giản hóa thủ tục hành chính, giảm thiểu phiền hà cho bệnh nhân, giảm thời gian khám chữa bệnh và làm thống kê dễ dàng, tạo báo cáo thống nhất

- Việc xây dựng bệnh án điện tử (EMRs: Electronic Medical Records) giúp tự động hóa việc lưu trữ các thông tin lâm sàng, cận lâm sàng, chẩn đoán, cách điều trị, đơn thuốc… của bệnh nhân, qua đó cho phép các bác sỹ truy vấn và truy xuất thông tin nhanh chóng và chính xác, đem lại chất lượng chuyên môn tốt hơn đi kèm theo là nhiều tiện ích, quyền lợi cho bệnh nhân

- Ngoài ra còn có những ứng dụng hữu ích thiết thực khác như: giải pháp hội nghị truyền hình trong lĩnh vực y tế (Telemedicine) giúp tiết kiệm chi phí tổ chức Hội nghị, rút ngắn thời gian, kết nối được đồng thời tới nhiều điểm cầu tại các vùng địa lý khác nhau, thông tin hội nghị được lưu trữ, bảo mật; mạng camera giúp giám sát an ninh chặt chẽ mọi nơi, mọi lúc từ đó có thể báo động, hỗ trợ kịp thời khi xảy ra sự cố, đồng thời có thể lưu giữ bằng chứng…

- Trong lĩnh vực Chẩn đoán Hình ảnh, việc phát triển như vũ bão của các thiết bị y

tế kĩ thuật cao như X quang kĩ thuật số, CT Scan đa dãy đầu dò, MRI, DSA… đã giúp đem lại chẩn đoán sớm và chính xác Các máy này đều có chuẩn DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) là một hệ thống tiêu chuẩn công nghiệp được phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu của các nhà sản xuất cũng như người sử dụng trong việc kết nối, lưu trữ, trao đổi, in ấn ảnh y tế mà không phụ thuộc vào nhà sản xuất Việc trang

bị tại bệnh viện hệ thống RIS (Radiology Information System: Hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh), PACS (Picture Archiving and Communication System: Hệ thống lưu trữ

và truyền hình ảnh) sẽ giúp quản lý tốt thông tin chẩn đoán hình ảnh của bệnh nhân và lượng dữ liệu số hóa ngày càng đồ sộ mà các thiết bị này tạo ra Từ đó chia sẻ thông tin, phục vụ cho hội chẩn, chẩn đoán từ xa và giảng dạy Tương tự trong ngành Xét nghiệm

có hệ thống LIS (Laboratory Information System) là phần mềm phục vụ công tác quản lý bao gồm thu thập, xử lý và lưu trữ các thông tin tạo ra trong quá trình thực hiện xét nghiệm, có thể kết nối các máy xét nghiệm, với hệ thống HIS của bệnh viện

Tuy nhiên CNTT được ứng dụng trong bệnh viện một cách sâu rộng, đầy đủ chỉ tập trung ở những cơ sở y tế tuyến trung ương Phần lớn là còn mang tính chất đơn lẻ, không đồng bộ

16

1.3 Các thành phần cần có của một hệ thống quản lý và khai thác

dữ liệu thông tin hình ảnh tại bệnh viện

Hệ thống quản lý thông tin hình ảnh nhằm quản lý dữ liệu hình ảnh chất lượng từ nhiều nguồn hình ảnh khác nhau như: Cardiology, pulmonary, gastrointestinal, pathology, radiology, hematology v.v thậm chí có thể là hình ảnh được thu nhận từ máy quét của bệnh án Các thông tin hình ảnh này được liên kết với các bản ghi là các bệnh án của bệnh nhân trong cơ sở dữ liệu quản lý bệnh nhân của các bệnh viện

Hệ thống cần phải thao tác được với hình ảnh có dạng chuẩn DICOM thường được dùng trong y tế

Hệ thống cần cho phép cập nhật, tra cứu trực tiếp hoặc từ xa thông quan mạng cục

bộ, mạng diện rộng hay Internet thông qua giao thức Web

Hình 6: Các dạng hình ảnh cần xử lý trong hệ thống thông tin quản lý hình ảnh

1.3.1 Phân nhân của hệ thông quản lý và khai thác dữ liệu hình ảnh

Đây là phần thể hiện các tính năng liên quan đến thu nhận ảnh từ các thiết bị y tế, lưu trữ và hiển thị các dạng hình ảnh Các khuôn dạng hình ảnh được thể hiện từ các thu nhận, có thể là máy quay video, máy ảnh số, máy quét văn bản cho bệnh án, x-quang hay các dạng phim ảnh khác, máy chụp cắt lớp, máy chụp cộng hưởng từ

Hình 7: Hình ảnh siêu âm

17

1.3.2 Phần quản lý hình ảnh bệnh án

Quản lý ảnh bệnh án cho phép ta quét được bệnh án bệnh nhân và được quản lý và hiện thị tương ứng với các bệnh nhân là các bản ghi trên máy tính trực tiếp hay các máy tính trên mạng Nguyên do là, các bệnh án thường có hình ảnh và chữ viết tay hay chữ ký của bệnh nhận và bác sỹ, nêm việc quản lý bệnh án phải để dưới dạng các ảnh văn bản của bệnh án Một yêu cầu khác là có thể in được ra máy in bệnh án bệnh nhận khi có yêu cầu

1.3.3 Phần quản lý hình ảnh chiếu chụp

Hình 8: Hình ảnh thu nhận từ các thiết bị chiếu chụp y tế

Các hình ảnh chiếu chụp từ các thiết bị y tế có thể là các hình ảnh từ phim, hình ảnh chiếu chụp, được thu nhận qua các thiết bị: Chụp x-quang, máy chụp cắt lớp (CT), chụp cộng hưởng từ (MRI) v.v

1.3.4 Phần quản lý các dạng hình ảnh khác

Các dạng thông tin hình ảnh khác, có thể là các thông tin thể hiện dưới dạng hình ảnh của các thiết bị y tế và máy ảnh kỹ thuật số Hình 4 mô tả dạng thông tin hình ảnh từ các thiết bị đo y tế

Trong quản lý bệnh viện, việc quản lý và khai thác hệ thống thông tin hình ảnh là một nhân tố quan trọng trong các đầu mục cần quản lý của một bệnh viện Việc nghiên cứu, khảo sát, phân tích công nghệ quản lý hệ thống thông tin hình ảnh nhằm xây dựng một hệ thống quản lý và khai thác thông tin hình ảnh trong bệnh viện nói chung và BVĐK Đông Anh nói riêng có vai trò quan trọng trong quản lý bệnh viện, đáp ứng yêu cầu của sự phát triển và hiện đại hoá bệnh viện

19

CHƯƠNG 2: DICOM VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU DICOM

2.1 Cấu trúc dữ liệu ảnh DICOM

2.1.1 Giới thiệu chung

Vào 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 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 (Digital Imaging and Communications in Medicine) 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 hayfilesystem 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

20

- 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

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 trú 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 Cấu trúc của chuẩn ảnh DICOM

* Các thành phân 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 Définition)

- 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 lược an toàn

21

- Nguồn ánh xạ nội dung

APPLICATION File Transire, Email, HTTP Upper Layers (DICOM) PRESENTATI

ON

Data Formatting, Compression, Encryption SESSION synchronization,Communication,

Management

Bảng 1: DICOM và mô hình tham chiêu OSI

* Định dạng file DICOM

Gồm 2 phần là header và dữ liệu ảnh:

 Header

o Tên và ID của bệnh nhân

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

o Kích thước ảnh, máy sinh ảnh, …

Ví dụ:

Hình 10: Định dạng file Dicom

Hình 1 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 2.2 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

22

Hình 11: Thông tin đính kèm file Dicom

 Dữ liệu ảnh

o Ảnh nén (bitmap) hoặc ảnh chưa nén từ (jpeg, gif, …)

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

o Định nghĩa lớp dịch vụ SC (Service Classes)

o Ngữ nghĩa và cấu trúc dữ liệu

o Từ điển dữ liệu

o Trao đổi bản tin

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

o Khuôn dạng file và lưu trữ trung gian

o Sơ lược ứng dụng lưu trữ trung gian

o Chức năng lưu trữ và khuôn dạng trung gian cho trao đổi dữ liệu

o Chức năng hiển thị chuẩn mức xám

o Sơ lược an toàn

o Nguồn ánh xạ nội dung

* Khuôn dạng file DICOM

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 Các thành phần dữ liệu này có nhãn dạng (0002, xxxx), được mã hóa theo cú pháp chuyển đổi VR ẩn và Little Endian

23

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 DICOM là Data Set

Hình 12: Cấu tạo Data Set

24

Các khái niệm trong DICOM:

Data Set Là tập hợp nhiêu 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, chiêu 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 như tên bệnh nhân, chiêu 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

VD: VM = “6-10” : Value Field có ít nhất là 6 giá trị và nhiêu nhất

là 10 giá trị

Data Element với Value Field có nhiêu giá trị sẽ Với chuỗi kí tự, dùng kí tự 5Ch („\‟) làm kí tự phân cách

Với giá trị nhị phân, không có kí tự phân cách

Value Length Là một số nguyên không dâu, 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 được chiều dài (Undefined Length)

Value Field Là nội dung thông tin (Data Element) Kiêu 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 ước định dạng dữ liệu Giá trị của

25

Transfer Syntax cho biết cách dữ liệu được 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

Bảng 2: DICOM và mô hình tham chiêu OSI

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 nhiêu 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 nhiêu 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

Bảng 3: Quy ƣớc trong file Dicom

26

* Giao thức DICOM

Các ứng dụng DICOM (xem, xử lý và quản lý ảnh DICOM) giao tiếp thông tin với nhau qua các dịch vụ DICOM và sử dụng giao thức DICOM để truyền tải thông tin Giao thức DICOM dựa trên TCP/IP để truyền tải dữ liệu

Kiến trúc của giao thức DICOM

Hình 13: Kiến trúc của giao thức DICOM

Cả 2 dịch vụ Association và DIMSE (tầng DICOM Application Message Exchange) truyền tải dữ liệu đều thông qua dịch vụ Upper Layer Dịch vụ Upper Layer

sẽ đưa thông tin từ trên ứng dụng truyền qua mạng theo giao thức TCP/IP và ngược lại

27

DICOM Message do Command Set và Data Set hợp thành Command Set dùng

để chỉ định lệnh, thao tác sẽ làm trên hay làm cùng với Data Set

Các Command Element trong Command Set nằm theo thứ tự tăng dần của Tag trong Command Element Thứ tự của byte trong Command Set là Little Endian, những Command Element nào cần có trong Command Set sẽ do giao thức DIMSE quy định Các field trong Command Element

Tag Một cặp số nguyên không dấu, mỗi số 16 bit đê xác định Group Number

Value

Field

Value Field chứa giá trị của Command Element Kiêu dữ liệu của Value Field cho VR quy định Dùng Command Dictionary đê biết mỗi Tag trong Command Element sẽ dùng VR nào

Nếu Value Field có nhiêu giá trị, dùng Command Dictionary đê xem VM cho Tag

Bảng 4: Các trường trong Command Element

 Dịch vụ DICOM

Hình 15: Mô hình dịch vụ DICOM

Chuẩn DICOM đặc tả giao tiếp mạng thông qua 2 lớp dịch vụ:

- Dịch vụ DIMSE và Association: ứng dụng DICOM trao đổi dữ liệu trực tiếp với lớp này

- Dịch vụ Upper Layer

a) Dịch vụ Asscociation

Trước khi dùng dịch vụ DIMSE để truyền tải dữ liệu, ứng dụng DICOM cần được cung cấp thông tin ban đầu như Transfer Syntax dùng trong lúc truyền, tên ứng dụng DICOM sẽ giao tiếp, những thông tin này được cung cấp qua dịch vụ Association, dịch

vụ này sẽ cung cấp các thông tin cần thiết trước khi truyền dữ liệu Một Association giữa ứng dụng DICOM sẽ giúp 2 bên biết các thông tin ban đầu trước khi truyền dữ liệu Khi truyền dữ liệu đi, cả bên truyền và bên nhận đều cung cấp Application Association Information trong request primitive và response primitive

Dịch vụ Association đi cùng với dịch vụ DIMSE là dịch vụ ở mức tổng quát so với các dịch vụ Association do Upper Layer cung cấp Tại mức này dịch vụ Association sử dụng dịch vụ A-ASSOCIATE của Upper Layer

Dịch vụ Association sẽ tạo một association cho 2 ứng dụng DICOM để bắt đầu sử dụng các dịch vụ DIMSE

Các thông tin dịch vụ Association cần phải có:

- Application context

- Các yêu cầu về presentation và session

- Thông tin về ứng dụng DICOM sử dụng dịch vụ

- Application Association Information

b) Dịch vụ DIMSE

Các dịch vụ DICOM được sử dụng để truyền đối tượng bên trong thiết bị và cho biết thiết bị thực hiện một dịch vụ cho đối tượng ví dụ như dịch vụ lưu trữ, dịch vụ hiển thị… Một lớp dịch vụ được xây dựng trên một tập các dịch vụ truyền thông DICOM được gọi là DIMSE (DICOM Message Service Elements)

Dịch vụ DIMSE hỗ trợ 2 loại dịch vụ:

- Dịch vụ loại Notification: cho phép ứng dụng DICOM thông báo cho ứng dụng khác biết về một sự kiện hay sự thay đổi trạng thái

29

- Dịch vụ loại Operation: cho phép ứng dụng DICOM yêu cầu ứng dụng DICOM khác thực hiện một công việc trên đối tượng SOP mà ứng dụng này đang quản

lý

Dịch vụ DIMSE được chia làm 2 nhóm:

- Dịch vụ DIMSE-N: dịch vụ này chỉ thao tác trên đối tượng Normalized SOP

- Dịch vụ DIMSE-C: dịch vụ này chỉ thao tác trên đối tượng Composite SOP Các dịch vụ DIMSE:

Bảng 5: Các dịch vụ DIMSE

Công việc của các loại dịch vụ:

Tên Công việc

C-STORE Ứng dụng DICOM gọi dịch vụ này để yêu cầu lưu trữ đối

tượng Composite SOP

C-GET Ứng dụng DICOM gọi dịch vụ này khi muốn đưa một hay

nhiều đối tượng Composite SOP và nhận kết quả thực hiện C-MOVE Ứng dụng DICOM gọi dịch vụ này để di chuyển một hay

nhiều đối tượng Composite SOP đến ứng dụng khác

30

Bảng 6: Các phương thức của dịch vụ

Từng loại dịch vụ DIMSE có tham số truyền và thủ tục hoạt động khác nhau Các tham số và thông tin khác đều truyền theo cấu trúc DICOM Message

c) Giao thức DICOM Upper Layer với TCP/IP

Các dịch vụ Upper Layer được sử dụng bởi 2 dịch vụ ở mức trên là Association và DIMSE Upper Layer chịu trách nhiệm đưa thông tin từ những dịch vụ trên thành các chuỗi byte để truyền qua mạng và nhận chuỗi byte từ mạng, sau đó đóng gói thành thông tin truyền cho dịch vụ trên

Các dịch vụ Upper Layer cung cấp:

A-ASSOCIATE

Thiết lập một association giữa hai ứng dụng DICOM thông qua các message AASSOCIATE request, A-ASSOCIATE indication, A-ASSOCIATE response và AASSOCIATE confirmation

C-FIND Ứng dụng DICOM gọi dịch vụ này để lấy về danh sách các

Attribute của SOP (hiện có trên Service Provider hay nơi khác mà Service Provider quản lý) có giá trị phù hợp với yêu cầu của ứng dụng

C-ECHO Ứng dụng DICOM gọi dịch vụ này khi cần xác thực liên lạc

N-SET Ứng dụng DICOM dùng dịch vụ này để yêu cầu chỉnh sửa

thông tin hiện có trên ứng dụng khác

N-ACTION Dịch vụ này cho ứng dụng DICOM yêu cầu ứng dụng

DICOM khác thực hiện thao tác nào đó

N-CREATE Dịch vụ này cho ứng dụng DICOM tạo một đối tượng SOP

trên ứng dụng khác

N-DELETE Dịch vụ này cho ứng dụng DICOM xóa một đối tượng SOP

trên ứng dụng khác

Hình 17: Minh họa ngắt đột ngột association giữa 2 ứng dụng DICOM

A-P-ABORT

Service Provider phát tín hiệu ngắt association 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 Presentation hay lớp trên

Việc ngắt đột ngột sẽ gây mất thông tin đang truyền

Hình 18: Minh họa ngắt association với yêu cầu ngắt từ Service Provicer

P-DATA

32

Ứng dụng DICOM dùng dịch vụ này để trao đổi thông tin với nhau (truyền tải DICOM Message) Một association 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 19: Minh họa truyền tải dữ liệu dựa trên association đã thiết

Có 7 loại PDU trong giao thức DICOM Upper Layer:

Định dạng của PDU có đặc tả như sau:

- Kiểu của PDU do một hay nhiều byte chỉ định với byte đầu tiên có số thứ tự thấp nhất

- Mỗi byte trong PDU có 8 bit đánh số từ 0-7 với bit 0 là bit có trọng số thấp

- Những byte liên tục dùng biểu diễn số nhị phân, byte có số thứ tự thấp thì có trọng số lớn

- Byte có số thứ tự thấp nhất sẽ được truyền đầu tiên trong luồng truyền dữ liệu Sau đây là cấu trúc của các PDU, độ lớn mỗi field tính theo byte, các ô màu sậm

là dùng để dự trữ

33

2.2 Tích hợp dữ liệu DICOM với các thông tin

2.2.1 Thông tin đính kèm ảnh Y tế Dicom

* Thông tin trong ảnh Dicom:

Như đã trình bày trong chuyên đề “Cấu trúc dữ liệu ảnh Dicom”, Một file DICOM ngoài dữ liệu về bản thân hình ảnh, còn chứa cả những thông tin khác như thông tin về bệnh nhân, về loại máy scan, v.v Vì thế tổ chức của file DICOM được xây dựng dựa trên phần Header - phần dữ liệu chứa các thông tin chung và phần Data Set - phần dữ liệu

về hình ảnh

Thông tin trong ảnh Dicom bao gồm:

o Tên và ID của bệnh nhân

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

o Kích thước ảnh, máy sinh ảnh, …

Ví dụ:

Hình 20: Thông tin trong ảnh Dicom

Hình 2 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 2.2 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

34

Hình 21: Dữ liệu đính kèm trên ảnh Dicom

Dữ liệu này sẽ được máy chụp tự động lưu lại, đinh kèm trên ảnh Dicom Do đó dữ liệu này thường bị rút gọn hoặc cắt bỏ bơt thông tin, thậm chí một vài chuẩn máy không

hỗ trợ ký tự Unicode nên không thể lưu được thông tin tiếng việt

* Thông tin đa phương tiện đính kèm ảnh Dicom:

Trong báo cáo này chúng tôi đề cập đến một số dạng thông tin như: Text, Image, các chú thích vẽ vùng ROI

Thông tin về text, chúng tôi sử dụng thông tin hành chính của bệnh nhân được lấy

từ hệ thống HIS của bệnh viện, những thông tin này sẽ được chúng tôi lựa chọn và thay thế cho các thông tin mà máy chụp nhập vào, khâu này sẽ làm giảm thiểu đáng kể thời gian nhập dữ liệu cho các bác sĩ Thông tin mà chúng tôi lựa chọn bao gồm: Họ tên, ngày tháng nắm sinh, quê quán,…

Hình 22: Thông tin hành chính của bệnh nhân

35

Dữ liệu này sẽ được tổ chức để thay thế các trường tương ứng với các trường lưu trữ trong ảnh Dicom

Ngoài thông tin hành chính, chúng tôi còn quan tâm đến việc sử dụng các hình ảnh,

âm thanh liên quan đến bệnh nhân để mô tả một cách sinh động về bệnh của bệnh nhân Với những ca đặc biệt, chúng tôi thiết kế một hệ thống, cho phép các BS có thể đính kèm thêm các hình ảnh mà họ cho là sẽ giúp bệnh nhân hình dung một cách rõ ràng hơn về tình trạng của bệnh nhân Những hình ảnh, âm thanh này có thể được lấy từ các nguồn khác nhau hoặc cũng có thể lấy từ chính bệnh nhân

Việc quan tâm đến các vùng tổn thương trên ảnh Dicom là một trong những thông tin được các BS quan tâm đặc biệt, chúng tôi sử dụng các công cụ vẽ để đánh dấu các vùng ROI

Hình 23: Thông tin vùng ROI

2.2.2 Tích hợp thôn tin đính kèm

Trước tiên chúng tôi kết nối với hệ thống HIS của bệnh viện để lấy thông tin hành chính của bệnh nhân, bước tiếp theo chúng tôi truy xuất đến các thiết bị lưu trữ để lấy thông tin ảnh của bệnh nhân, và cuối cùng là thay thế các thông tin của ảnh bằng thông tin hành chính của bệnh nhân Chú ý rằng trong pha này, chúng tôi chỉ thay thế các trường cơ bản nhất trong phần Header của ảnh Ngoài ra chúng tôi bỏ đi một số thông tin của những trường không cần thiết, tăng kích thước cho các trường có vai trò quan trọng như Chẩn đoán sơ bộ

36

Hình 24: Sơ đồ mô tả quá trình tích hợp thông tin hành chính của bệnh nhân

Quy trình tích hợp thông tin hành chính bệnh nhân lên anh Dicom gồm các bước sau:

Bước 1: lấy dữ liệu từ HIS

Bước 2: đọc ảnh Dicom lấy thông tin thẻ Header

Bước 3: tích hợp thông tin từ HIS lên thẻ Header

Bước 4: lưu lại ảnh Dicom

Việc tích hợp thông tin hành chính của bệnh nhân vào ảnh Dicom thực chất là một quá trình ghi đè các giá trị về thông tin của bệnh nhân lên ảnh Việc này đảm bảo không làm sai lệch cấu trúc của ảnh Dicom và không làm mất tính phổ dũng của ảnh Dicom với các hệ thống xử lý ảnh Dicom khác

2.2.3 Tích hợp thông tin đa phương tiện

Tích hợp dữ liệu đa phương tiện lên ảnh Dicom của bệnh nhân được chúng tôi tiến hành tích hợp theo hai kênh, kênh thứ nhất là tích hợp trực tiếp các thông tin hỗ trợ chẩn đoán lên các thẻ của phần Header ảnh, kênh thứ hai là chúng tôi tổ chức là các vùng dữ liệu đi kèm với file ảnh của bệnh nhân như là một file đính kèm

Các thông tin đi kèm được chúng tôi tổ chức lưu trữ theo dạng XML và được lưu vào CSDL bao gồm: Các hình học của vùng ROI như: hình chữ nhật, hình trong, đa giác, xác định khoảng cách, xác định góc đo… đi kèm với các thông tin này là các văn bản với nội dung là giá trị diện tích hay khoảng cách của các vùng ROI

Một số chú thích vùng ROI:

39

2.3 Mô hình truyền, nhận dữ liệu theo mô hình Client/Server

Thuật ngữ server được dùng cho những chương trình thi hành như một dịch vụ trên toàn mạng Các chương trình server này chấp nhận tất cả các yêu cầu hợp lệ đến từ mọi nơi trên mạng, sau đó nó thi hành dịch vụ và trả kết quả về máy yêu cầu Một chương trình được coi là client khi nó gửi các yêu cầu tới máy có chương trình server và chờ đợi câu trả lời từ server Chương trình server và client nói chuyện với nhau bằng các thông điệp (messages) thông qua một cổng truyền thông liên tác IPC (Interprocess Communication) Để một chương trình server và một chương trình client có thể giao tiếp được với nhau thì giữa chúng phải có một chuẩn để nói chuyện, chuẩn này được gọi là giao thức Nếu một chương trình client nào đó muốn yêu cầu lấy thông tin từ server thì

nó phải tuân theo giao thức mà server đó đưa ra Bản thân chúng ta khi cần xây dựng một

mô hình client/server cụ thể thì ta cũng có thể tự tạo ra một giao thức riêng nhưng thường chúng ta chỉ làm được điều này ở tầng ứng dụng của mạng Với sự phát triển mạng như hiện này thì có rất nhiều giao thức chuẩn trên mạng ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển này Các giao thức chuẩn (ở tầng mạng và vận chuyển) được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay như: giao thức TCP/IP, giao thức SNA của IBM, OSI, ISDN, X.25 hoặc giao thức LAN-to-LAN NetBIOS Một máy tính chứa chương trình server được coi là một máy chủ hay máy phục vụ (server) và máy chứa chương trình client được coi là máy tớ (client) Mô hình mạng trên đó có các máy chủ và máy tớ giao tiếp với nhau theo 1 hoặc nhiều dịch vụ được gọi là mô hình client/server Thực tế thì mô hình client/server là sự

mở rộng tự nhiên và tiện lợi cho việc truyền thông liên tiến trình trên các máy tính cá nhân Mô hình này cho phép xây dựng các chương trình client/server một cách dễ dàng

và sử dụng chúng để liên tác với nhau để đạt hiệu quả hơn

Hình 28: Mô hình Client-Server

Mô hình client/server như sau: Client/Server là mô hình tổng quát nhất, trên thực tế thì một server có thể được nối tới nhiều server khác nhằm làm việc hiệu quả và nhanh

40

hơn Khi nhận được 1 yêu cầu từ client, server này có thể gửi tiếp yêu cầu vừa nhận được cho server khác ví dụ như database server vì bản thân nó không thể xử lý yêu cầu này được Máy server có thể thi hành các nhiệm vụ đơn giản hoặc phức tạp Ví dụ như một máy chủ trả lời thời gian hiện tại trong ngày, khi một máy client yêu cầu lấy thông tin về thời gian nó sẽ phải gửi một yêu cầu theo một tiêu chuẩn do server định ra, nếu yêu cầu được chấp nhận thì máy server sẽ trả về thông tin mà client yêu cầu Có rất nhiều các dịch vụ server trên mạng nhưng nó đều hoạt động theo nguyên lý là nhận các yêu cầu từ client sau đó xử lý và trả kết quả cho client yêu cầu Thông thường chương trình server

và client được thi hành trên hai máy khác nhau Cho dù lúc nào server cũng ở trạng thái sẵn sàng chờ nhận yêu cầu từ client nhưng trên thực tế một tiến trình liên tác qua lại (interaction) giữa client và server lại bắt đầu ở phía client, khi mà client gửi tín hiệu yêu cầu tới server Các chương trình server thường đều thi hành ở mức ứng dụng (tầng ứng dụng của mạng) Sự thuận lợi của phương pháp này là nó có thể làm việc trên bất cứ một mạng máy tính nào có hỗ trợ giao thức truyền thông chuẩn cụ thể ở đây là giao thức TCP/IP Với các giao thức chuẩn này cũng giúp cho các nhà sản xuất có thể tích hợp nhiều sản phẩm khác nhau của họ lên mạng mà không gặp phải khó khăn gì Với các chuẩn này thì các chương trình server cho một dịch vụ nào đấy có thể thi hành trên một

hệ thống chia sẻ thời gian (timesharing system) với nhiều chương trình và dịch vụ khác hoặc nó có thể chạy trên chính một máy tính các nhân bình thường Có thể có nhiều chương server cùng làm một dịch vụ, chúng có thể nằm trên nhiều máy tính hoặc một máy tính Với mô hình trên chúng ta nhận thấy rằng mô hình client/server chỉ mang đặc điểm của phần mềm không liên quan gì đến phần cứng mặc dù trên thực tế yêu cầu cho một máy server là cao hơn nhiều so với máy client Lý do là bởi vì máy server phải quản

lý rất nhiều các yêu cầu từ các clients khác nhau trên mạng Ưu và nhược điểm chính Có thể nói rằng với mô hình client/server thì mọi thứ dường như đều nằm trên bàn của người

sử dụng, nó có thể truy cập dữ liệu từ xa (bao gồm các công việc như gửi và nhận file, tìm kiếm thông tin, .) với nhiều dịch vụ đa dạng mà mô hình cũ không thể làm được

Mô hình client/server cung cấp một nền tảng lý tưởng cho phép tích hợp các kỹ thuật hiện đại như mô hình thiết kế hướng đối tượng, hệ chuyên gia, hệ thông tin địa lý (GIS) Một trong những vấn đề nảy sinh trong mô hình này đó là tính an toàn và bảo mật thông tin trên mạng Do phải trao đổi dữ liệu giữa 2 máy ở 2 khu vực khác nhau cho nên

dễ dàng xảy ra hiện tượng thông tin truyền trên mạng bị lộ

2.3.1 Client

Trong mô hình client/server, người ta còn định nghĩa cụ thể cho một máy client là một máy trạm mà chỉ được sử dụng bởi 1 người dùng với để muốn thể hiện tính độc lập cho nó Máy client có thể sử dụng các hệ điều hành bình thường như Win9x, DOS, OS/2 Bản thân mỗi một client cũng đã được tích hợp nhiều chức năng trên hệ điều hành

mà nó chạy, nhưng khi được nối vào một mạng LAN, WAN theo mô hình client/server thì nó còn có thể sử dụng thêm các chức năng do hệ điều hành mạng (NOS) cung cấp với nhiều dịch vụ khác nhau (cụ thể là các dịch vụ do các server trên mạng này cung cấp), ví

dụ như nó có thể yêu cầu lấy dữ liệu từ một server hay gửi dữ liệu lên server đó Thực tế trong các ứng dụng của mô hình client/server, các chức năng hoạt động chính là sự kết