Do đó, mục tiêu của đề tài được đề ra là: + Nghiên cứu và trình bày tổng quan về cấu trúc của chuẩn DICOM + Ứng dụng chuẩn DICOM và một số mã nguồn mở để thiết kế xây dựng phần mềm cho p
Trang 1Lời mở đầu
Việc ứng dụng tin học vào môi trường y tế hiện nay vô cùng đa dạng Từ các hệ thống thông tin y tế như hệ thống thông tin bệnh viện, hệ thống thông tin chẩn đoán bằng hình ảnh, bệnh án điện tử cho đến việc hình thành các thuật ngữ mới như “ Telemedicine” - y học từ xa; “Teledoctor” - bác sĩ từ xa
Tuy đã được phổ biến ở nhiều nước từ lâu, nhưng đến gần đây Việt Nam mới chú
ý đến lĩnh vực này Khá nhiều dự án đã được triển khai để tin học hóa các bệnh viện, đưa máy tính vào phục vụ cho việc khám chữa bệnh nhằm nâng cao hơn nữa chất lượng cuộc sống của người dân
Chính từ những yêu cầu thực tế đó, dựa trên các kiến thức đã tìm hiểu được về các
hệ thống thông tin y tế, nhất là hệ thống truyền thông và lưu trữ ảnh, với các mã nguồn mở được cung cấp bởi các trường đại học, tổ chức phi chính phủ, người viết
đã thực hiện đề tài ”Xây dựng ứng dụng hỗ trợ chẩn đoán Y khoa theo chuẩn DICOM”
Do đó, mục tiêu của đề tài được đề ra là:
+ Nghiên cứu và trình bày tổng quan về cấu trúc của chuẩn DICOM
+ Ứng dụng chuẩn DICOM và một số mã nguồn mở để thiết kế xây dựng phần mềm cho phép người sử dụng xem ảnh và xem thông tin ảnh DICOM, chỉnh sửa ảnh, ghi chú, phóng to, thu nhỏ…
Trang 2¾ Khoa học thông tin (Information Science),
¾ Khoa học máy tính (Computer Science)
¾ Chăm sóc sức khoẻ (Health Care)
¾ Chưa có chi bảo hiểm ý tế cho dịch vụ Telemedicine
y Telemedicine đã phát triển nhanh và mạnh
¾ 6 hệ Telemedicine trong nhãn khoa,
¾ 3 hệ trong nha khoa
¾ 9 hệ khác
Trang 3y Từ năm 1997 đến 2004, Nhật Bản có 1.006 dự án về Telemedicine
y Đến 2004 có 348 dự án đi vào hoạt động, trong đó
¾ Hầu hết phân bổ các vùng nông thôn,
¾ Có 30% tập trung ở các khu đô thị
1.1.3 Tình hình trong nước:
y Tháng 9/1999 – 5/2000, Viện Khoa học kỹ thuật Bưu điện cũng đã có dự án
“Nghiên cứu và thử nghiệm mạng y tế từ xa“ Tham gia có
¾ Viện Tim mạch Bạch Mai,
¾ Viện Nhi,
¾ Bệnh viện Bưu điện,
¾ Bệnh viện Đa khoa Bắc giang,
¾ Bệnh viện Đa khoa Lạng Sơn
y Từ năm 2000, Bộ Quốc phòng đã có dự án Y học từ xa kết nối
¾ Bệnh viện Trung ương quân đội 108 (Hà Nội)
¾ Trung tâm Medic
Đặc biệt ở Trung tâm Medic, cũng đã tổ chức các buổi hội thảo lâm sàn, chẩn đoán bệnh với các đồng nghiệp ở nước ngoài
y Có một số sản phẩm khá nổi bật ở trong nước tham gia vào việc tạo ra sản phẩm y khoa Chẳng hạn,
¾ V-Doctor của nhóm Vmedinfo, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Phần mềm này hỗ trợ chẩn đoán và phẫu thuật dựa trên ảnh cắt lớp của máy 3D/CT, máy cộng hưởng từ MRI, máy siêu
âm 3D
¾ V-Doctor có các tính năng cơ bản được xây dựng nhằm phục vụ chẩn đoán, phẫu thuật như hỗ trợ đọc dữ liệu, lấy mẫu (probe), phân ngưỡng (threshold) và một số chức năng chuyên dụng khác
Trang 4¾ V-Doctor cũng đã được thử nghiệm ở Khoa Chẩn đoán hình ảnh, Bệnh viện Trung ương quân đội 108
1.1.4 Yêu cầu thực tế:
y Tình hình khám chữa bệnh hiện nay trong nước ta nói chung và tỉnh Đồng Nai nói riêng gặp rất nhiều khó khăn trong việc khám chữa bệnh
y Nhiều bệnh viện tuyến dưới còn thiếu nhiều bác sĩ giỏi Do đó:
¾ Gây nên tình trạng quá tải ở bệnh viện lớn
¾ Chi phí của người bệnh tăng lên
¾ …
y Lý do chọn đề tài: “Xây dựng ứng dụng hỗ trợ chẩn đoán hình ảnh Y
khoa”, giúp cho:
¾ Việc khám chữa bệnh sẽ nhanh hơn
¾ Giải quyết kịp thời cho những bệnh nhân nguy hiểm
¾ Giảm chi phí cho người bệnh
¾ Tăng khả năng chuyên môn cho các bác sĩ ở tuyến dưới
¾ Giảm số lượng người bệnh ở bệnh viện tuyến trên
¾ …
1.2 Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu chuẩn DICOM
Xây dựng công cụ xem ảnh y khoa theo chuẩn DICOM [2][3][4]
¾ Phóng to, thu nhỏ, ghi chú… lên hình ảnh.[1][4]
¾ Chuyển qua lại giữa các loại định dạng ảnh.(VD: DICOM sang JPG,…)
Trang 5Chương II: Nội dung thực hiện
2.1 Tổng quan về DICOM
2.1.1 Khái niệm:
DICOM (The Digital Image and Communication in Medicine) là chuẩn định nghĩa ra các qui tắc định dạng và trao đổi hình ảnh y tế cũng như thông tin liên quan Hình ảnh y tế được nhận từ các thiết bị thu nhận hình ảnh số khác nhau như máy CT (compited Tomography), MR (Magnetic Resonance),
US(UltraSound), NM (Nuclear Medicine) Nó tạo ra một ngôn ngữ chung cho phép giao tiếp hình ảnh và các thông tin y tế liên quan giữa các thiết bị và hệ thống trong mạng thông tin y tế
2.1.2 Lịch sử phát triển:
Với sự ra đời của máy tạo ảnh chẩn đoán vào những năm 1970, cũng như việc sử dụng ngày càng nhiều hệ thống máy tính và ảnh số trong y tế với các định dạng khác nhau thì nhu cầu cần phải có một chuẩn chung cho quá trình truyền ảnh số và các thông tin liên quan ngày càng lớn
Trước nhu cầu đó, American College of Radiology (ACR) và The National Electrical Manufacturers Association (NEMA) đã thiết lập thành một ủy ban chung vào năm 1983 để phát triển một chuẩn gọi là chuẩn ACR-NEMA
Chuẩn ACR-NEMA (American College of Radiology và The National Electrical Manufacturers Association) ra đời nhằm mục đích để cho các thiết bị tạo ảnh của các nhà sản xuất khác nhau có thể trao đổi và chia sẻ thông tin trong môi trường thông tin ảnh y tế, đặc biệt là trong môi trường PACS Chuẩn này trung vào trao đổi,kết nối và truyền thông giữa các hệ thống y tế Phiên bản 1 của ACR-NEMA ra đời năm 1985 xác định việc truyền bản tin điểm tới điểm,Định dạng dữ liệu và một số lệnh Phiên bản thứ 2 ra đời năm 1988 định nghĩa phần cứng và giao thức phần mềm cũng như từ điển dữ liệu chuẩn Nhưng vấn đề kết nối mạng chưa rõ ràng qua hai phiên bản này vì thế mà phiên bản thứ 3 ra đời và lấy tên là DICOM
Vì sự ra đời của các chuẩn là khác nhau nên với các thiết bị không tuân theo tiêu chuẩn DICOM mà thực hiện theo tiêu chuẩn CR-NEMA hoặc tiêu chuẩn riêng của nhà sản xuất thì cần thích ứng sang DICOM Để thích ứng với chuẩn ACR – NEMA thì cần một chuyển đổi từ ACR-NEMA sang DICOM,còn
Trang 6để thích ứng với các chuẩn riêng của nhà sản xuất thì cần phải chuyển đổi các đặc tính của nhà sản xuất sang ACR-NEMA hoặc DICOM Để giải quyết các yêu cầu này cần tập hợp các mođun phần mềm tạo nên thư viện mã hóa Thư viện mã hóa
ưu việt cần có các đặc tính sau:
- Sử dụng chung cho các thiết bị tạo ảnh của các nhà sản xuất khác nhau
- Thích ứng với các nền phần cứng khác nhau
- Kiến trúc phần mềm dựa theo hướng tiếp cận top – down
- Ngôn ngữ lập trình chuẩn
2.1.3 Phạm vi và trường 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
- 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
Mọi nhà sản xuất muốn chứng minh thiết bị hay phần mềm của họ thích nghi với chuẩn đều phải đưa ra một báo cáo thích nghi miêu tả một cách cụ thể sản phẩm của họ thích nghi với chuẩn như thế nào Một báo cáo thích nghi được tham khảo với một Định dạng do DICOM đề ra, do vậy mà việc đối chiếu các trình bày
Trang 7về thích nghi trở nên đơn giản và khoa học Người sử dụng và nhà sản xuất có thể xác định xem tài liệu hai thiết bị tuân theo DICOM có thể giao tiếp ăn khớp với nhau hay không bằng cách đối chiếu bản báo cáo thích nghi của hai thiết bị với nhau Những người làm DICOM có thể xác định được chính xác khả năng đồng loạt hoạt động của hai ứng dụng
Các nội dung cơ bản trong báo cáo thích nghi DICOM gồm:
- Mô hình thực thi ứng dụng: Mô hình thực thi (Implementation Model) của ứng dụng là một lược đồ đơn giản thể hiện cách mà một ứng dụng liên kết với phạm vi cục bộ trong một thiết bị được đưa ra và từ xa thông qua giao diện DICOM Ví dụ, hoạt đông cục bộ có thể tao ra một đối tượng thông tin ảnh DICOM, còn hoạt động từ xa là hiển thị đối tượng đó
- Ngữ cảnh thể hiện được sử dụng: Bao gồm cú pháp trừu tượng và cú pháp chuyển đổi tương ứng Thuật ngữ cú pháp trừu tượng được sử dụng trong phần này vì nó được định nghĩa trong một chuẩn quốc tế khác mà DICOM tham chiếu đến Một bản báo cáo thích nghi DICOM sẽ liệt kê cả ngữ cảnh cả ngữ cảnh thể hiện mà ứng dụng đưa ra trong thỏa thuận cũng như khi đã được chấp thuận
- Cách liên kết thực hiện: Bản báo cáo thích nghi phải miêu tả sử thực hiện liên kết ( ví dụ như là khi nào tạo các liên kết và chấp nhận nhiều liên kết) cho từng hoạt động trong mô hình Một số thiết bị như thiết bị lưu trữ trong hệ thống PACS phải được hổ trợ nhiều liên kết nếu chúng được chấp nhận
2.1.5 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
2.1.6 Cấu trúc của chuẩn 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)
Trang 8- 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 lược an toàn
- Nguồn ánh xạ nội dung
2.1.6.1 Các lớp đối tượng và dịch vụ trong DICOM
DICOM có hai lớp thông tin là lớp đối tượng và lớp dịch vụ SOP (Service Object Pair)
2.1.6.1.1 Lớp đối tượng của DICOM
Lớp đối tượng định ra hai lớp nhỏ là lớp tiêu chuẩn và lớp tổ hợp Mỗi lớp
tiêu chuẩn bao gồm các đặc tính vốn có của thực thể hiện diện trong thế giới thực Lớp tổ hợp là do ACR-NEMA định nghĩa từ các thông tin tổ hợp của các thiết bị ảnh tạo khác nhau
- Lớp đối tượng tiêu chuẩn
+ Ảnh y học hat nhân NM (Nuclear Medicine)
+ Ảnh siêu âm US (Ultrasound)
Trang 9
- Các dịch vụ của DICOM :
Các dịch vụ DICOM được sử dụng để truyền đối tượng bên trong thiết bị và cho 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 Sevice Elements) Các DIMSEs là các chương trình phần mềm thực hiện chức năng xác định Có hai loại DIMSEs là một cho đối tượng tổ hợp và một cho đối tượng tiêu chuẩn Một DIMSE tổ hợp được một cặp thiết bị gồm một thiết bị gồm thiết bị đưa ra yêu cầu và thiết bị nhận yêu cầu Vì trong môi trường hướng đối tượng nên dịch vụ của DICOM được coi là một lớp dịch vụ Nếu một thiết bị cung cấp dịch vụ thì được gọi là SCU (Service Class User) Chẳng hạn như đĩa từ là SCP để cho PACS controller lưu trữ dữ liệu còn CT scanner là SCU để cho đĩa từ trong PACS controller lưu ảnh Tuy nhiên, có thể 1 thiết bị
vừ là SCP, vừa là SCU như PACS controller, nó gửi ảnh tới trạm hiển thị bằng các đưa ra các yêu cầu dịch vụ thì nó là SCU Nếu nó nhận ảnh từ các thiết bị tạo ảnh bằng cách cung cấp dịch vụ lưu
trữ thì nó lại là SCP
- Các dịch vụ DIMSEs tổ hợp
- Các dịch vụ DIMSEs tiêu chuẩn
2.1.6.2 Mã hóa và cấu trúc dữ liệu dùng trong DICOM
2.1.6.2.1 Mã hóa giá trị
- Bộ kí tự CR (character Repertoire): là một bộ xác định các kí tự khác nhau được đưa ra cho mục đích nào đó và được xác định độc lập với cách mã hoá của chúng Các giá trị là văn bản hay chuỗi kí tự được tạo bởi các kí tự điều khiển (Control Character) và kí tự đồ họa (Graphics Character) Phụ thuộc vào môi trường ngôn ngữ địa phương, các DICOM AE (Application Entity) thực thể ứng dụng sẽ trao đổi thông tin với nhau qua bộ kí tự phù hợp được sử dụng Các bộ kí tự DICOM hổ trợ được định nghĩa trong ISO
859
- Giá trị thể hiện VR (Value Representation) của một thành phần dữ liệu DE (Data Element) miêu tả loại và Định dạng dữ liệu của trường giá trị trong thành phần dữ liệu Giá trị VR được tạo bởi các chuỗi kí tự, trừ trường hợp VR = UI (Unique Idnetifier), còn lại đều được thêm vào các kí tự trắng Space (20H trong bộ kí tự mặc định của DICOM) khi cần thiết để đạt được số byte chẵn trong trường giá trị Với VR = UI thì phải
Trang 10thêm vào đằng sau kí tự NULL (00H) nếu cần Với các giá trị VR = OB (Other Byte String) được thêm vào đằng sau một giá trị byte NULL (00H) khi cần thiết để đạt số byte chẵn
Ví dụ một số giá trị tiêu biểu của VR:
+ AS: (string Age) chuỗi kí tự tuân theo một trong các dạng sau: nnnD, nnnM, nnnW, nnnY Trong đó nnn chứa số ngày tuần tháng năm
+ AT: (Attibute Tag) Cặp số nguyên có thứ tự không dấu 16 bit là giá trị của nhãn thành phần dữ liệu
- Giá trị quy định và thuật ngữ quy định: Giá trị của một thành phần dữ liệu
có thể rơi vào một trong hai dạng: Giá trị quy định EV(enumerated Value), hoặc thuật ngữ tự quy định DT (Denfined Term)
+ Giá trị quy định: Là các giá trị được dùng với sự quy định của thành phần dữ liệu đó
+ Thuật ngữ quy định: Được sử dụng cho trường giá trị bởi sử mở rộng của người thực hiện để thêm vào các giá trị mới Các giá trị mới này được định nghĩa trong báo cáo thích nghi và không có cùng ý nghĩa với bất cứ giá trị nào
đã được quy định trong chuẩn
- Bộ dữ liệu DS (Data Set) thể hiện một trường hợp cụ thể của đối tượng thông tin thế giới thực Bộ dữ liệu gồm có nhiều thành phần dữ liệu Thành phần dữ liệu bao gồm nhãn, VR, chiều dài và trường giá trị Trong DICOM
có các loại thành phần dữ liệu sau:
+ Thành phần dữ liệu yêu cầu loại 1: là loại thành phần dữ liệu bắt buộc Trường giá trị phải hợp lệ, là VR hay VM (Value Multiplicity) Chiều dài phải khác 0
+ Thành phần dữ liệu loại 1C: Xuất hiện trong các điều kiện cụ thể nào đó Dưới các điều kiện đó, nó có cùng các yêu cầu loại 1 Nếu các điều kiện xuất hiện mà không có thành phần dữ liệu này thì đó là không hợp lệ
+ Thành phần dữ liệu yêu cầu loại 2: là thành phần dữ liệu bắt buộc Tuy nhiên, nếu giá trị của thành phần dữ liệu này là chưa biết thì có thể mã hoá với chiều dài giá trị bằng 0 và không có giá trị Sự vắng mặt của thành phân giá trị này trong bộ dữ liệu là không hợp lệ
Trang 11+ Thành phần dữ liệu điều kiện loại 2C: có các yêu cầu giống loại 2 dưới một
số điều kiện cụ thể Nếu có các điều kiện đó mà không có thành phần dữ liệu này thì sẽ không hợp lệ
+ Thành phần dữ liệu tùy chọn loại 3: là loại thành phần dữ liệu tùy chọn Do đó
sự vắng mặt của thành phần dữ liệu này không hề gây ra một dấu hiệu gì và không
vi phạm Nó có thể được mã hoá với chiều dài bằng 0 và không có giá trị
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
2.1.6.2.3 Thông tin quản lý file:
Định dạng file DICOM không bao gồm thông tin quản lí file để tránh sự trùng lặp với chức năng liên quan ở lớp định dạng trung gian Nếu cần thiết với một
