Interface DICOM para Captura e Transmissão de Imagens Médicas

Interface DICOM para Captura e Transmissão de
Imagens Médicas
Diego Ferreira dos Santos1, Eduardo Tavares Costa2, Marco Antônio Gutierrez3
1,2
Departamento de Engenharia Biomédica (DEB),Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação (FEEC),
Centro de Egenharia Biomédica (CEB) - Unicamp, Brasil
3
Instituto do Coração (INCOR)
Universidade de São Paulo (USP), Brasil
Resumo - A qualidade nos serviços de saúde aumentou signicativamente com a evolução da tecnologia de
computadores e redes. Através da integração de informações médicas é possível realizar diagnósticos com
maior rapidez e eficácia. Um dos problemas que surgiram nas instituições médicas foi o de integração dos
equipamentos antigos de diagnóstico médico por imagem aos sistemas de informação da instituição visto
que as informações geradas por esses equipamentos ou não são armazenadas digitalmente ou são
geradas e transmitidas em um formato proprietário. Para solucionar esse problema foi desenvolvido um
software denominado IDicom que atua como uma interface entre o equipamento de diagnóstico médico
antigo e um servidor remoto de imagens DICOM.
Palavras-chave: DICOM, Imagens Médicas
Abstract - The quality of health services has increased significantly with the evolution of computers and
networks. Through the integration of medical information it is possible to accomplish medical diagnostics in a
faster way and with great effectiveness. One of the problems that appeared in the medical institutions was
the integration of old medical imaging equipment to the information system of these institutions since the
information generated by these equipment is not stored digitally or is generated and transmitted in a
proprietary format. To solve this problem, we have developed a program called IDicom that acts as an
interface between the old medical imaging equipment and a remote imaging DICOM server.
Key-words: DICOM, Medical Imaging
Introdução
As instituições médicas estão cada vez mais
reféns da tecnologia. Novos trabalhos surgem e
novos meios de diagnóstico médico por imagem
são criados. Com a evolução da tecnologia dos
computadores e de redes de comunicação de
dados foram introduzidos sistemas PACS (Picture
Archiving and Communication Systems) que
abriram a possibilidade de armazenamento e
transmissão de imagens geradas pelos
equipamentos médicos permitindo, dessa forma,
um acesso rápido e eficaz a essas informações.
Os sistemas PACS, atualmente, são
compostos por equipamentos de diferentes
fabricantes, sendo necessário, portanto, adotar
um padrão para transferência das informações
geradas por esses equipamentos. O padrão
adotado mundialmente é conhecido como Digital
Imaging and Communications in Medicine
(DICOM).
Os equipamentos modernos de diagnóstico
médico por imagem já possuem uma interface
DICOM para a transferência das informações,
possibilitando o armazenamento digital das
informações geradas por eles no PACS da
instituição. Para aquelas instituições que estão
migrando estas informações geradas nos exames
para o armazenamento digital, surge um grande
problema. Existem hoje nas instituições de saúde
muitos equipamentos de diagnóstico médico por
imagem antigos e ainda funcionais, que não
geram informação digitalmente ou geram a
informação de forma proprietária, o que
impossibilita a troca das informações geradas por
eles com outros componentes do PACS da
instituição. Uma solução encontrada para esse
problema é utilizar um equipamento intermediário
que atue como uma interface entre o
equipamento de diagnóstico médico por imagem
antigo e um servidor de armazenamento de
imagens no PACS da instituição. O equipamento
deve ser responsável pela captura das imagens,
conversão dessas imagens para o padrão DICOM
e transmissão das imagens através da rede,
permitindo seu armazenamento no formato
digital[1][2].
O objetivo desse trabalho foi o de implementar
um software em ambiente Linux capaz de realizar
a aquisição, visualização e transmissão de
imagens médicas no padrão DICOM que, em
conjunto com o hardware, atua como interface
entre o equipamento de diagnóstico médico por
imagem e um servidor remoto padrão DICOM,
fazendo com que esse equipamento consiga se
integrar ao PACS da instituição de saúde.
Metodologia
Para o desenvolvimento do software foi
adquirido um computador Intel Pentium IV® com
as seguintes características:
• 1.7GHz
• 512Mb de memória RAM
• HD de 70Gb
• Placa de Vídeo ATI Rage® 128 Pro
32Mb
• Placa Pinnacle DC10Plus®
• Moniror 17”
Como um dos principais objetivos para o
desenvolvimento da interface era o de ter um
equipamento DICOM com baixo custo, resolveuse adotar o Sistema Operacional Linux
(distribuição Debian) como base para o
desenvolvimento do software.
Foram utilizados no projeto três bibliotecas
para o desenvolvimento do software:
•
•
•
DCMTK: coleção de rotinas e
aplicações que implementam grande
parte do padrão DICOM.
QT: ferramenta de programação
escolhida para desenvolver o software
responsável
pela
captura
e
transmissão de imagens no formato
DICOM.
V4L: API (Application Programming
Interface) de captura de vídeo do
kernel do linux.
O software foi desenvolvido através de uma
abordagem orientada a objetos (OO) por possuir
várias vantagens, entre elas:
•
•
•
•
Facilidade na Manutenção
Reutilização
Confiabilidade
Aumento da Qualidade
Denominou-se o software de IDicom (Interface
DICOM).
O
IDicom
pretende
atender
primeiramente as necessidades do Instituto do
Coração (Incor) em São Paulo permitindo que os
equipamentos antigos de diagnóstico médico por
imagem de ultra-som (que possuam saída de
vídeo padrão e que não possuam DICOM como
padrão para troca de informações), consigam se
integrar ao sistema de informação do hospital,
aproveitando ao máximo os recursos que o
DICOM proporciona.
A Figura 1 ilustra o modelo de funcionamento
da interface. A interface DICOM captura imagens
de um equipamento de diagnóstico médico por
imagem, no caso um equipamento de ultra-som.
Essas imagens capturadas são então convertidas
para o formato DICOM e transmitidas para um
sistema de armazenamento compatível com
DICOM.
Figura 1 – Diagrama de Uso da Interface
DICOM
Foram identificadas, para o sistema, três
funções básicas principais:
•
•
•
Visualizar Imagens
Capturar Imagens
Transmitir Imagens
O IDicom permite a visualização das imagens
DICOM em miniatura ou em tamanho original
permitindo o uso de operações básicas de
processamento como: zoom, rotação, aplicar
janela. O arquivo DICOM é carregado na
memória do computador limitando a capacidade
de visualização das imagens. Além disso, podese, em caso de imagens multi-quadros, visualizar
uma seqüência em animação desses quadros em
miniatura ou no tamanho original da imagem.
O arquivo DICOM é composto de um Conjunto
de Dados que contém todas as informações
referentes ao exame realizado, como: dados
relativos ao paciente, informações do tipo de
exame feito, informações sobre a imagem (caso
seja um arquivo DICOM composto de imagens),
etc. Foi desenvolvido, então, um módulo de
visualização e edição do Conjunto de Dados do
arquivo DICOM para que essas informações
possam ser manipuladas corretamente.
Para a função de captura das imagens,
utilizou-se a v4l. Durante o processo de captura,
os quadros são adquiridos da placa de captura
(utilizando a técnica de double-buffering) e aptos
a serem processados. Esses quadros poderão ter
dois destinos, conforme ilustrado na Figura 3: um
buffer e/ou uma função de Preview de Imagem
que mostrará o quadro na tela. Enquanto o
Gerador de Quadros coloca os quadros no buffer,
outro módulo começa a sua retirada na ordem em
que foram inseridos (FIFO). O quadro retirado é
então comprimido no formato JPEG sem perdas e
armazenado seqüencialmente no elemento
Dados do Pixel do Conjunto de Dados DICOM
que está na memória. Todas as informações do
Conjunto
de
Dados
na
memória
são
armazenadas em um arquivo DICOM para
posterior processamento.
Foram realizados dois processos de captura para
cada valor de tamanho de imagem e tempo de
captura, sendo um processo de captura com a
Janela Preview ativada e outro com a Janela
Preview desativada. Foi registrado o tempo total
de captura dos quadros para cada teste realizado.
Para os testes do sistema de transmissão foi
instalado e executado o software StoreSCP da
biblioteca DCMTK em um computador da rede
local ethernet (10Mb/s) do Centro de Engenharia
Biomédica da Unicamp. O computador que atuou
como servidor DICOM de armazenamento de
imagens possui as seguintes características:
•
•
•
Figura 3: Modelo de Captura
Para o módulo de Transmissão de Imagens
DICOM, foi implementando um StoreSCU, ou
seja, um cliente que é capaz de se comunicar
com um servidor DICOM (StoreSCP) que suporte
o serviço de Armazenamento de Imagens. Foi
utilizada a função DIMSE_storeUser da biblioteca
DCMTK para a transferência das informações.
Com
a
implementação
das
funções
concluídas, foram realizados testes no sistema
IDicom para verificar a sua correta funcionalidade.
Os testes foram divididos em três grupos:
•
•
•
Testes da parte de Visualização do
Sistema
Testes do Sistema de Captura
Testes do Sistema de Transmissão
Os testes foram realizados no mesmo
computador utilizado para desenvolver o
software, descrito anteriormente.
Para os testes no sistema de visualização de
imagens, foram feitos downloads na internet de
arquivos DICOM com imagens ue continham
diferentes características. Utilizou-se também
arquivos adquiridos no próprio software através
do sistema de captura, resultando num total de 37
arquivos utilizados no teste. Para cada arquivo foi
registrado o tempo de abertura e de visualização
das imagens (calculado através do relógio interno
do computador).
Os testes no sistema de captura foram
realizados com imagens de ultra-som adquiridas
de um videocassete. Foi conectado um
videocassete na entrada de vídeo composta da
placa de captura de vídeo do computador. Os
testes foram realizados com diferentes tamanhos
de imagens e diferentes tempos de captura.
Intel Pentium® IV
128Mb de memória RAM
HD de 2,5Gb
Para o teste, o servidor foi configurado na
porta 12345. Os testes foram feitos na tentativa
de enviar os arquivos DICOM adquiridos da
internet e do próprio software. Foi registrado o
tempo total de transmissão do arquivo e indicado
se ocorreu algum tipo de erro.
Resultados
O sistema desenvolvido permite a captura das
imagens analógicas de equipamentos de
diagnóstico médico por imagem, conversão
dessas imagens para o formato DICOM e a
possibilidade de transmissão dessas imagens
para um servidor remoto DICOM.
A Figura 4 ilustra a tela inicial do sistema
aberta com arquivo DICOM que contém imagens
multi-quadros. O usuário poderá visualizar cada
quadro individualmente ou então visualizar uma
animação de uma seqüência de quadros
selecionados.
Figura 4: Tela Inicial do Sistema com Imagens
Multi-Quadros
A Figura 5 ilustra a janela de visualização da
animação dos quadros no tamanho original da
imagem. É ainda possível a visualização da
animação das imagens em miniatura.
.
Figura 5: Janela de Visualização de Filme
Figura 7 – Janela de Visualização e
Processamento das Imagens
A Figura 6 ilustra a janela de visualização e
edição dos elementos do Conjunto de Dados. Por
questão de segurança, o usuário não poderá
salvar o arquivo modificado com o mesmo nome
do arquivo original.
Figura 8: Visualização de 4 Imagens em
Sequência
Figura 6: Visualização e Edição do Conjunto de
Dados
A Figura 9 ilustra o módulo de captura do
sistema IDicom. As resoluções possíveis para
captura das imagens são: 160x120; 320x240;
640x480
As Figuras 7 e 8 ilustram os módulos de
visualização e processamento das imagens
DICOM.
Figura 9: Janela de Captura
A Figura 10 ilustra a janela de transmissão das
imagens DICOM do sistema IDicom.
Figura 10: Janela de Transmissão
Discussão e Conlusões
O Software se mostrou eficiente para realizar
as funções previstas de captura, visualização e
transmissão de imagens. De acordo com os
testes realizados, pode-se constatar que:
• Dos 37 arquivos utilizados para
visualização, o IDicom acusou erro em
27% deles, mas estes erros não eram
relacionados à execução do programa
mas sim à capacidade de memória do
computador (512Mb).
• 100% dos arquivos utilizados para
abertura sem imagens, ou seja,
somente para visualização e edição
do Conjunto de Dados DICOM, foram
carregados corretamente.
• Nos testes de captura, 100% dos
arquivos foram capturados com
sucesso, convertidos para DICOM e
armazenados em disco corretamente.
• Do total dos arquivos utilizados para o
teste de transmissão de imagens, o
software acusou erro em 13% deles.
Isso também ocorreu pela falta de
memória do computador que atuou
como servidor.
A principal vantagem do IDicom é o seu baixo
custo em relação aos outros softwares
disponíveis no mercado, visto que o sistema foi
todo desenvolvido com bibliotecas de software
livre.
O objetivo principal do desenvolvimento de
uma ferramenta capaz de realizar a aquisição de
imagens
dos
equipamentos
antigos
de
diagnóstico médico que tenham saída em vídeo,
conversão para o formato DICOM e transmissão
para um servidor remoto de armazenamento de
imagens foi atingido. O sistema permite a
integração dos equipamentos de diagnóstico
médico antigos por imagem ao PACS da
instituição. O sistema desenvolvido oferece
algumas vantagens em relação aos sistemas
propostos já existentes:
• O custo para desenvolver o sistema
proposto é pequeno. As ferramentas
utilizadas no desenvolvimento foram
todas de domínio público.
• Os sistemas propostos anteriormente
realizavam apenas a aquisição e
transmissão das imagens. Não existia
processamento das imagens para
visualização. O IDicom possui um
sistema de visualização de imagens
satisfatório, incluindo visualização em
miniatura das imagens e animação
(caso arquivos multi-quadros).
Embora testado somente com imagens de
equipamento de ecocardiografia, o IDicom pode
ser utilizado para adquirir outras modalidades de
imagens médicas geradas em vídeo.
Referências
Kobayashi L. O. M, Furuie S. S.,
A.(2002),
“Integração
de
utilizando um sistema de
armazenamento e transmissão
médicas”, In: XVIII Congresso
Engenharia Biomédica, São
Campos/SP, v.5, p. 271-275.
Gutierrez M.
modalidades
aquisição ,
de imagens
Brasileiro de
José dos
Madachi R. J., Park K. S., Mankovich N. J. (1988),
“Automatic digital ultrasound image acquisition
and networking”, Proceedings of the Annual
International Conference of the IEEE, [S.L],
v.3, p. 1450
Contato
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