Cyfrowe systemy diagnostyki obrazowej Wprowadzenie dr inż. Piotr Mielecki http://www.wssk.wroc.pl/~mielecki Wrocław, 2007

Plan wykładu Wstęp – podstawowe zagadnienia techniczne i organizacyjne. Przepływ cyfrowej informacji obrazowej wg standardu DICOM. Pośrednia i bezpośrednia radiografia cyfrowa. Techniki obrazowania cyfrowe „z definicji” (DSA, KT, MR, …). Inne funkcje realizowane w ucyfrowionym zakładzie diagnostyki obrazowej.

Wstęp – obraz cyfrowy Ma postać informacji, w praktyce zbioru zakodowanych cyfrowo liczb opisujących parametry poszczególnych punktów (nie jest „materialny”, nie jest już tylko filmem). Kodowanie cyfrowe polega na wykorzystaniu ciągów łatwych do maszynowego przetwarzania zer i jedynek (tzw. słów złożonych z bitów). Słowo złożone z n bitów może być kodem 2n liczb całkowitych. Np. słowo 8 bitowe (bajt) pozwala zakodować 256 różnych liczb. Źródłem informacji jest jakieś zjawisko fizyczne, dające w efekcie możliwy do zmierzenia i zapamiętania przebieg sygnału (najczęściej elektrycznego). Obraz składa się ze ściśle określonej liczby punktów o jednakowych wymiarach geometrycznych (mapa bitowa, matryca punktów). Daje się przetwarzać, kopiować, zapisywać na różnych nośnikach itp.

Wstęp – charakter informacji Informacja uzyskiwana w efekcie wykonania badania (akwizycji) nie zawsze i nie od razu jest obrazem w dosłownym tego słowa znaczeniu. Np. tomografia komputerowa polega na zmierzeniu rozkładu gęstości optycznej w badanym obszarze, mierzonej w skali Hounsfielda (zakres wartości typowo od -1000 do +4000 jednostek). Ludzkie oko potrafi rozróżnić typowo ok. 70 stopni skali szarości. Obraz oglądany na monitorze jest efektem szeregu obliczeń i przekształceń. Stanowi pewną formę prezentacji danych, dopasowaną do możliwości naszych zmysłów oraz aktualnych potrzeb. Cyfrowe systemy diagnostyki obrazowej zapisują informację w postaci pierwotnej (np. w jednostkach Hounsfielda). Prezentacja obrazowa (2D lub 3D) jest efektem procesu rekonstrukcji.

Wstęp – organizacja pracy Projektanci oprogramowania obsługującego cyfrowe systemy diagnostyki obrazowej zaczynają swoją pracę od dokładnej analizy przepływu pracy (ang. workflow) oraz informacji (ang. dataflow) w całym zakładzie diagnostycznym. Oprogramowanie obsługujące zakład diagnostyki obrazowej (ang. RIS – Radiology Information System) z reguły musi współpracować z oprogramowaniem obsługującym cały szpital (ang. HIS – Hospital Information System). Typowy cykl wykonania badania zaczyna się w rejestracji (przyjęcie skierowania, ustalenie terminu badania) i tam też kończy (wydanie opisu badania i innej dokumentacji, np. zdjęć). Operacje te oraz opisanie badania są typowymi funkcjami systemu RIS. Samo wykonanie badania (zwłaszcza akwizycja i transmisja informacji obrazowej) wykraczają poza funkcjonalność systemu RIS.

Standard DICOM DICOM (aktualna wersja ma numer 3.0) to norma opracowana przez ACR/NEMA (ang. American College of Radiology / National Electrical Manufacturers Association) dla potrzeb ujednolicenia wymiany i interpretacji danych medycznych związanych lub reprezentujących obrazy diagnostyczne w medycynie. Standard DICOM opisuje kompletny model przepływu pracy i danych w procesie diagnostycznym oraz potrzebne do jego realizacji formaty danych a także funkcje (usługi) wykonywane przez poszczególne urządzenia. Szczególnie ważnym zadaniem dla projektantów systemów RIS jest przekazanie informacji o badaniu zarejestrowanym do wykonania do odpowiedniego urządzenia – mówimy tu o tzw. listach roboczych DICOM (są to faktycznie kolejki do badań np. na dany dzień). Musi to być wykonane zgodnie z wymaganiami standardu DICOM.

Standard DICOM a RIS / HIS Dane obrazowe DICOM NAŚWIETLARKA REJESTRACJA SYSTEM KT STACJA LEKARSKA STACJA LEKARSKA Dane obrazowe DICOM SYSTEM MR Listy robocze DICOM … NAGRYWARKA CD Dane obrazowe DICOM Skierowanie ARCHIWUM (PACS) Status badania, Opis Dane pacjenta, Rodzaj badania, Termin, … Status badania, Opis SYSTEM RIS SYSTEM HIS

Pośrednia radiografia cyfrowa (1) Wykorzystujemy zwykłe, „analogowe” aparaty rtg. (żadnych przeróbek). Kasetę z filmem zastępujemy podobną do niej kasetą z fosforową folią pamiętającą (wielokrotnego użycia). Naświetloną folię odczytujemy (i jednocześnie kasujemy) za pomocą specjalnego urządzenia – czytnika laserowego (rodzaj skanera). Po zweryfikowaniu (i ewentualnie cyfrowym poprawieniu jakości zdjęcia) przesyłamy obraz na stanowisko opisowe lub / i do archiwum obrazów (serwera PACS). Opisane zdjęcie może być zapisane na płycie CD oraz wydrukowane na naświetlarce laserowej.

Pośrednia radiografia cyfrowa (2) Dążymy do sytuacji, w której pacjent otrzymuje płytę CD z nagranym badaniem (i odpowiednim programem do przeglądania obrazów) oraz opis badania. Staramy się ograniczyć do minimum drukowanie obrazów na naświetlarce. Serwer archiwizujący obrazy (ang. PACS – Picture Archiving and Communication System) pozwala na szybki dostęp do nich przez kilka miesięcy (np. pół roku) – przez ten czas przechowuje je na swoich dyskach twardych. Obrazy starsze serwer PACS udostępnia po wczytaniu ich ze swojego podsystemu archiwizacji długoterminowej (taśmy magnetyczne, płyty DVD itp.). Może to wymagać ręcznej obsługi. Do przesyłania obrazów w zakładzie diagnostycznym służy typowa, lokalna sieć komputerowa (Ethernet) z protokołem TCP/IP.

Pośrednia radiografia cyfrowa (3) Uniwersalny, wieloformatowy i wielokieszeniowy czytnik kaset pamięciowych ze stacją roboczą technika rtg.

Pośrednia radiografia cyfrowa (4) Ekonomiczny czytnik kaset o mniejszej wydajności (jedna kieszeń na kasetę).

Pośrednia radiografia cyfrowa (5) ROZDZIELCZOŚĆ 40 cm = 15,75 cala 500 dpi x 15,75 cala = 7.874 punktów w 1 linii 7.874 x 7.874 = 61.999.876 punktów

Bezpośrednia radiografia cyfrowa Aparat musi być odpowiednio skonstruowany – zamiast kieszeni na kasetę z filmem matryca detektorów. Nie jest potrzebne dodatkowe urządzenie do wczytywania obrazów, technik może wysłać obraz dalej bezpośrednio z aparatu. W chwili obecnej niższa rozdzielczość geometryczna niż w metodzie pośredniej, problemy z trwałością detektorów.

Pośrednia i bezpośrednia radiografia cyfrowa (1) Uniwersalna lekarska stacja diagnostyczna (jednocześnie stanowisko opisowe RIS).

Pośrednia i bezpośrednia radiografia cyfrowa (2) Wieloformatowa naświetlarka laserowa („drukarka” obrazów) oraz automat do nagrywania płyt CD (replikator).

Cyfrowa skopia rtg. (1) „Zabiegowy” aparat przewoźny z ramieniem C oraz modułem „pamięci cyfrowej” obrazu TV…

Cyfrowa skopia rtg. (2) … połączony z lekarską stacją diagnostyczną tworzą razem pracownię do wykonywania koronarografii.

Cyfrowa angiografia subtrakcyjna (DSA) „Prawdziwy” kardio – angiograf wygląda jednak tak.

Systemy MR i KT (1) Informacja z definicji cyfrowa. Monitory stacji lekarskich nie muszą spełniać bardzo wysokich wymagań.

Systemy MR i KT (2) Coraz bogatsze oprogramowanie stacji lekarskich (rekonstrukcje 3D, wirtualne endoskopie itp.).

Dodatkowe funkcje – dystrybucja obrazów Obraz w jakości referencyjnej, czyli dynamicznie generowany JPEG. Dystrybucja obrazów (PACS) i opisów badań (RIS) przez Internet.

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ