Cyfrowe systemy diagnostyki obrazowej

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

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Standard DICOM a RIS / HIS Dane obrazowe DICOM NAŚWIETLARKA SYSTEM KT STACJA LEKARSKA REJESTRACJA 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

8. 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.

9. 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.

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

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

12. 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

13. 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.

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

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

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

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

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

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

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

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

22. DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ