Tài liệu Chuẩn lưu trữ hình ảnh trong y khoa và ứng dụng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG Trần Văn Tĩnh CHUẨN LƯU TRỮ HÌNH ẢNH TRONG Y KHOA VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên – 2013 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG Trần Văn Tĩnh CHUẨN LƯU TRỮ HÌNH ẢNH TRONG Y KHOA VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Lê Văn Phùng Thái Nguyên – 2013 i LỜI CAM ĐOAN Sau quá trình học tập tại Trường Đại học Công nghệ Thông tin & Truyền thông, với những kiến thức lý thuyết và thực hành đã tích lũy được, với việc vận dụng các kiến thức vào thực tế, em đã tự nghiên cứu các tài liệu, các công trình nghiên cứu, đồng thời có sự phân tích, tổng hợp, đúc kết và phát triển để hoàn thành luận văn thạc sĩ của mình. Em xin cam đoan luận văn này là công trình do bản thân em tự tìm hiểu, nghiên cứu và hoàn thành dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Lê Văn Phùng. Thái Nguyên, tháng 9 năm 2013 Học viên Trần Văn Tĩnh ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tới thầy giáo hướng dẫn TS. Lê Văn Phùng người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Sự giúp đỡ quý báu của thầy giáo đã tạo điều kiện về mặt khoa học và là nguồn động viên tinh thần rất lớn giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến đồng nghiệp bạn bè đã tạo điều kiện cho tôi không những về thời gian mà còn những đóng góp quý báu cho luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo đã giảng dạy và truyền thụ kiến thức cho tôi trong quá trình học tập tại trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến bậc sinh thành, người đã dưỡng dục và động viên con suốt tháng ngày qua. Tôi xin cảm ơn vợ và người thân trong gia đình đã là nguồn động viên tinh thần rất lớn đối với tôi. Thái Nguyên, tháng 9 năm 2013 Trần Văn Tĩnh iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... ii MỤC LỤC .............................................................................................................iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ..................................................... v DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................... vii MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ CHUẨN LƯU TRỮ HÌNH ẢNH TRONG Y KHOA ...................................................................... 3 1.1. Khái quát về hệ thống thông tin y khoa......................................................... 4 1.1.1. Hệ thống thông tin bệnh viện (HIS) ....................................................... 4 1.1.2. Hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (RIS) ........................................ 5 1.1.3. Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (PACS ) ........................................ 7 1.1.4. Y tế từ xa (Telemedicine) ....................................................................... 8 1.2. Chuẩn lưu trữ hình ảnh trong y khoa........................................................... 11 1.2.1. Khái quát về chuẩn lưu trữ hình ảnh trong y khoa ............................... 11 1.2.2. Ứng dụng chuẩn lưu trữ trong hệ thống thông tin y tế. ........................ 13 CHƯƠNG 2. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG LƯU TRỮ HÌNH ẢNH Y KHOA ...... 15 2.1. Chuẩn lưu trữ ảnh DICOM ......................................................................... 15 2.1.1. Các thành phần của tiêu chuẩn DICOM .............................................. 15 2.1.2. Khuôn dạng tập tin DICOM ................................................................ 17 2.1.3. Mã hóa dữ liệu trong DICOM ............................................................. 21 2.1.4. Trao đổi thông tin trong DICOM......................................................... 24 2.2. Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh trong y khoa (PACS) .......................... 33 2.2.1. Cấu trúc của hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh trong y khoa ........... 33 2.2.2. Kiến trúc PACS ................................................................................... 38 2.2.3. Phân bố và hiển thị ảnh ....................................................................... 45 2.2.4. Các yêu cầu trong thiết kế hệ thống PACS........................................... 48 iv CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG LƯU TRỮ & TRUYỀN HÌNH ẢNH VÀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH TẠI BỆNH VIỆN BẮC THĂNG LONG ..................................................................................................... 51 3.1. Thực trạng của hệ thống chẩn đoán hình ảnh hiện tại tại bệnh viện ............. 51 3.2. Phân tích, thiết kế hệ thống:........................................................................ 56 3.2.1. Mô hình hệ thống: ............................................................................... 56 3.2.2. Các thành phần chính của hệ thống : .................................................. 56 3.2.3. Một số chức năng của hệ thống: .......................................................... 56 3.2.4. Yêu cầu khi thiết kế hệ thống: .............................................................. 58 3.3. Cài đặt chương trình: .................................................................................. 59 3.4. Một số kết quả đạt được ............................................................................. 60 3.5. Nhận xét kết quả ......................................................................................... 63 KẾT LUẬN ........................................................................................................... 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 66 PHỤ LỤC.............................................................................................................. 68 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT DICOM RIS Digital Imaging Communications in Chuẩn hình ảnh số và truyền Medicine thông trong y tế Radiology Information System Hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh HIS Hospital Information System Hệ thống thông tin bệnh viện LIS Laboratory information system Hệ thống thông tin xét nghiệm PACS Picture Archiving and Communication Hệ thống lưu trữ và truyền Systems hình ảnh Health Level 7 Giao thức trao đổi dữ liệu, HL7 thông tin y tế HL7 CT Computerized Tomagraphy Cắt lớp điện toán MRI Magnetic Resonnance Imaging Cộng hưởng từ PET Positron Comuterized Tomagraphy Cắt lớp phát xạ Positron SPET Single Photon Emission Comuterized Cắt lớp điện toán phát xạ đơn Tomagraphy Photon American College of Radiology Hiệp hội ngành chẩn đoán hình ACR ảnh Hoa Kỳ National Electrical Manufacturers Hiệp hội các nhà sản xuất điện Association – điện tử quốc gia - Hoa Kỳ SOP Service Object Pair Dịch vụ đối tượng PAIR OSI Open Systems Interconnection Mô hình tham chiếu kết nối NEMA các hệ thống mở TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Giao thức điều khiển truyền Protocol thông/Giao thức internet HTTP HyperText Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản WAN Wide Area Network Mạng diện rộng EPR Electronic Patient Record Bệnh án điện tử WWW World Wide Web vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Cấu trúc phần đầu tập tin DICOM ......................................................... 19 Bảng 2.2: Các trường trong Thành phần lệnh........................................................ 28 Bảng 2.3: Dịch vụ DIMSE..................................................................................... 30 Bảng 2.4: Công việc của các loại dịch vụ .............................................................. 31 Bảng 3.1: Một số thư viện hỗ trợ ........................................................................... 60 Bảng 3.2: So sánh hệ thống cũ với hệ thống mới ................................................... 64 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống thông tin bệnh viện (HIS) ......................................................... 5 Hình 1.2: Hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (RIS)........................................... 6 Hình 1.3: Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (PACS) ........................................... 7 Hình 1.4: Y học từ xa ............................................................................................ 11 Hình 1.5: DICOM trong hệ thống thông tin y tế .................................................... 14 Hình 2.1: Cấu trúc tập tin DICOM......................................................................... 17 Hình 2.2: Ví dụ tập tin DICOM ............................................................................. 18 Hình 2.3: Cấu tạo Bộ dữ liệu. ................................................................................ 20 Hình 2.4: Một lớp hình ảnh.................................................................................... 22 Hình 2.5: Mã hoá dữ liệu điểm ảnh với VR= OW .................................................. 22 Hình 2.6: Minh hoạ một dữ liệu điểm ảnh có 16 bit với một Overlay..................... 23 Hình 2.7: Minh họa thiết lập liên kết giữa 2 ứng dụng DICOM ............................. 25 Hình 2.8: Minh họa hủy bỏ liên kết giữa 2 ứng dụng DICOM ............................... 26 Hình 2.9: Minh họa ngắt đột ngột liên kết giữa 2 ứng dụng DICOM ..................... 26 Hình 2.10: Minh họa ngắt liên kết với yêu cầu ngắt từ Service Provicer ................ 27 Hình 2.11: Minh họa truyền tải dữ liệu dựa trên sự liên kết đã thiết lập giữa 2 ứng dụng. .... 27 Hình 2.12: Cấu trúc tổng quát của bản tin DICOM ................................................ 27 Hình 2.13: Dịch vụ nguyên thuỷ của DIMSE......................................................... 29 Hình 2.14: Mô hình lưu trữ trung gian DICOM ..................................................... 32 Hình 2.15: Mô hình PACS..................................................................................... 34 Hình 2.16: Cấu trúc hệ thống PACS ...................................................................... 35 Hình 2.17: Sơ đồ hoạt động của cổng nhận ảnh. .................................................... 36 Hình 2.18: Luồng dữ liệu khái quát của kiến trúc stand – alone. ............................ 39 Hình 2.19: Luồng dữ liệu tổng quát của kiến trúc client-server. ............................. 41 Hình 2.20: Máy chủ chứa ảnh dựa vào web ........................................................... 44 Hình 2.21: Tiến trình hiển thị ảnh .......................................................................... 46 Hình 2.22: Kiến trúc PACS điển hình cho hiển thị ảnh dựa trên Web .................... 47 Hình 2.23: Kiến trúc Component dùng hiển thị ảnh để chẩn đoán tại các workstation .............................................................................................................................. 48 Hình 3.1: Quá trình thu nhận ảnh trong y khoa tại khoa Chẩn đoán hình ảnh ......... 52 Hình 3.2: Tiến trình công việc hiện thời tại khoa Chẩn đoán hình ảnh ................... 54 Hình 3.3: Tiến trình công việc tại khoa Chẩn đoán hình ảnh sau khi triển khai ...... 55 Hình 3.4: Mô hình hệ thống hỗ trợ chẩn đoán y khoa tại bệnh viện ....................... 56 Hình 3.5: Sơ đồ tương thích giữa các hệ thống ...................................................... 59 Hình 3.6: Sơ đồ hệ thống lưu trữ & truyền hình ảnh .............................................. 60 Hình 3.7: Sơ đồ trạm hiển thị ảnh .......................................................................... 60 Hình 3.8: Giao diện chính của chương trình .......................................................... 61 Hình 3.9: Xem ảnh của bệnh nhân ......................................................................... 61 Hình 3.10: Xem toàn bộ ảnh của bệnh nhân .......................................................... 62 Hình 3.11: Dựng hình 3D dựa theo các lát cắt ....................................................... 62 Hình 3.12: Dựng hình khuôn mặt theo lát cắt......................................................... 63 1 MỞ ĐẦU 1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài Ngày nay, lĩnh vực y tế đang giữ một vai trò quan trọng đối với sự phát triển của con người. Với việc dân số toàn cầu không ngừng tăng lên kèm theo đó là sự xuất hiện của nhiều căn bệnh mới đòi hỏi ngành y tế cần phải nỗ lực hơn nữa trong việc chăm sóc sức khỏe cho cộng đồng. Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào lĩnh vực y tế là rất cần thiết. Để hỗ trợ cho việc chẩn đoán và điều trị, nhiều bệnh viện đã không ngừng tăng cường đầu tư máy móc, công nghệ hiện đại như máy chụp cắt lớp phát xạ Positron (PET), máy chụp cộng hưởng từ (MRI), máy chụp cắt lớp vi tính (CT-Scanner), chụp x-quang kỹ thuật số,...Ảnh được chụp từ các loại máy này được lưu trữ theo các chuẩn ảnh khác nhau để phục vụ trong lĩnh vực y tế. Các ảnh này được các bác sỹ sử dụng để đọc các thông tin phục vụ chẩn đoán bệnh. Một trong những chuẩn ảnh được sử dụng phổ biến trong y khoa hiện nay là chuẩn ảnh DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine). Vì vậy trên thực tế việc ứng dụng công nghệ thông tin trong ngành y tế không chỉ dừng lại ở công tác quản lý, cải cách hành chính và viện phí mà phải có hệ thống kết nối trao đổi dữ liệu với các hệ thống chẩn đoán hình ảnh nhằm hỗ trợ cho chẩn đoán của các bác sỹ, lưu trữ hình ảnh lâu dài và giúp cho việc chẩn đoán từ xa. Từ những lý do trên và từ yêu cầu thực tiễn của nơi công tác, chúng tôi đã chọn đề tài: “Chuẩn lưu trữ ảnh trong y khoa và ứng dụng” nhằm tìm hiểu về chuẩn lưu trữ hình ảnh phổ biến trong y khoa, và các hệ thống thông tin liên quan từ đó xây dựng hệ thống lưu trữ & truyền hình ảnh và hệ thống hỗ trợ chẩn đoán hình ảnh tại bệnh viện. Nội dung luận văn được trình bày trong 3 chương: CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ CHUẨN LƯU TRỮ HÌNH ẢNH TRONG Y KHOA Trình bày khái quát về hệ thống thông tin và chuẩn lưu trữ hình ảnh trong y khoa. 2 CHƯƠNG 2. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG LƯU TRỮ HÌNH ẢNH Y KHOA Phân tích chuẩn lưu trữ hình ảnh phổ biến trong y khoa, đó là chuẩn DICOM: các thành phần tiêu chuẩn, khuôn dạng tập tin, cách mã hóa dữ liệu, và các giao thức của DICOM. Phân tích hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh y khoa: cấu trúc, kiến trúc hệ thống, và các yêu cầu khi thiết kế hệ thống. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG LƯU TRỮ & TRUYỀN HÌNH ẢNH VÀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN HÌNH ẢNH TẠI BỆNH VIỆN BẮC THĂNG LONG Trình bày bối cảnh, mục tiêu, yêu cầu của hệ thống. Phân tích thiết kế hệ thống, chạy thử nghiệm và phân tích kết quả đã đạt được. 3 CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VÀ CHUẨN LƯU TRỮ HÌNH ẢNH TRONG Y KHOA Với nhiều quốc gia đang phát triển – trong đó có Việt Nam – vấn đề trao đổi dữ liệu y tế giữa các bệnh viện trong nước và với các bệnh viện quốc tế là một vấn đề khá mới mẻ. Khái niệm mạng gần như không còn xa lạ với người dân Việt Nam ngày nay, nhưng người ta dường như vẫn còn mơ hồ với khái niệm “mạng y tế”. Có thể định nghĩa mạng là một hệ thống kết nối với nhiều thiết bị (hoặc tập hợp nhiều thiết bị) lại với nhau. Mỗi điểm là một hoặc nhiều máy tính (gọi là mạng máy tính); một hoặc hệ thống nhiều máy điện thoại (gọi là mạng điện thoại); một hay nhiều thiết bị video (gọi là mạng truyền hình) … với mục đích là truyền các dữ liệu máy tính (đối với mạng máy tính); truyền giọng nói, âm thanh (đối với mạng điện thoại); truyền hình ảnh hoặc phim video (đối với mạng truyền hình) trong phạm vi một văn phòng, một tòa nhà, một thành phố, một quốc gia hay giữa các quốc gia với nhau. Như vậy, “mạng y tế” được hiểu là một hệ thống kết nối với nhiều thiết bị y tế với nhau nhằm mục đích truyền dữ liệu y tế giữa các hệ thống trong cùng một bệnh viện, giữa các cơ sở y tế khác nhau, thậm chí giữa các quốc gia trên thế giới. Ta biết môi trường thông tin trong ngành y tế là một môi trường phức tạp và đa dạng; ngoài môi trường thông tin hành chính (gồm các văn bản, quy chế, quyết định, thông báo, hướng dẫn,…) còn có các thông tin phục vụ khám chữa bệnh cũng phải được quản lý như: thông tin về quản lý hành chính (quản lý đội ngũ y bác sỹ, quản lý vật tư, quản lý tài chính,…); thông tin bệnh viện (quản lý bệnh nhân, quản lý hồ sơ bệnh án), ví dụ: để chẩn đoán cho một bệnh nhân, chúng ta cần thông tin về bệnh sử, thông tin kết quả thăm khám như xét nghiệm (huyết học, sinh hóa, vi sinh, tế bào,…), thông tin về chẩn đoán chức năng (điện tim, điện não, hô hấp,…), thông tin về chẩn đoán hình ảnh (x-quang, siêu âm, CT, MRI,…) thậm chí cả những ngân hàng dữ liệu chứa đựng tri thức hỗ trợ cho việc ra quyết định,… Những thông tin này đặc biệt quan trọng giúp cho bác sỹ có thể chẩn đoán chính xác và kịp thời đưa ra các phương pháp điều trị phù hợp cho từng bệnh nhân. Chính vì vậy yêu cầu về 4 lưu trữ, xử lý và trao đổi thông tin giữa các cơ sở y tế là thực sự cần thiết để phục vụ chẩn đoán và đối chiếu sau này. Vì vậy, mạng y tế ra đời, lập tức xuất hiện các mạng đặc thù riêng cho các bệnh viện, đó là: Hệ thống thông tin bệnh viện (Hospital Information System – HIS); hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (Radiology Information System – RIS); hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (Picture Archiving and Communication System – PACS); y tế từ xa (telemedicine),… 1.1. Khái quát về hệ thống thông tin y khoa 1.1.1. Hệ thống thông tin bệnh viện (HIS) Dù quy mô các bệnh viện là rất khác nhau, trong từng bệnh viện lại có chức năng cụ thể và trọng tâm chuyên môn khác nhau, nhưng dòng thông tin và yêu cầu về thông tin ở các bệnh viện về cơ bản là giống nhau. Trước hết, đó là dòng thông tin quản lý – liên quan đến nhân sự; quản lý tài chính; quản lý cơ sở vật chất; quản lý bệnh nhân; quản lý dược phẩm, phần cơ bản nhất và đặc trưng nhất trong y tế. Thứ hai là dòng thông tin liên quan đến bệnh nhân – trong đó phân ra bệnh nhân nội trú và bệnh nhân ngoại trú, với khu vực cận lâm sàng là khu vực dùng chung cho cả hai dòng bệnh nhân này. Tất cả những thông tin này chứa đựng trong Hệ thống thông tin bệnh viện. Theo thống kê, khoảng 60% -70% thông tin thường được truy cập trong bệnh viện liên quan đến hệ thống này.[4] Khi tập cơ sở dữ liệu của Hệ thống thông tin bệnh viện tuân thủ đúng tiêu chuẩn quốc tế, Hệ thống thông tin bệnh viện sẽ cho phép trao đổi thông tin hai chiều giữa các phòng ban, giữa các khoa phòng trong bệnh viện, và giữa các bệnh viện với nhau. Một điển hình trong việc quản lý dữ liệu y tế thành công là dự án DIFF của Luxemburg, dự án này phải mất 4 năm để giải quyết vấn đề phát triển các phần mềm quản lý, trong đó riêng 18 tháng đầu là xác định nội dung tối thiểu của bệnh án điện tử (EPR – Electronic Patient Record), 14 tháng tiếp theo là phát triển - tích hợp – hoàn thiện một tập hợp các thành phần phần mềm tạo nên bệnh án. Hiện nay, xuất hiện các bệnh án dưới dạng đa truyền thông (MMR – Multi Media Record) rất hay 5 được sử dụng phối hợp với hệ thống lưu trữ và truyền hình hảnh trong chẩn đoán hình ảnh từ xa[4]. Mặc dù chỉ cho phép quản lý các thông tin y tế dạng văn bản nhưng Hệ thống thông tin bệnh viện đã phát huy hiệu quả rất tốt, đặc biệt đối với đặc điểm ngành y tế Việt Nam, vì vậy hầu hết các bệnh viện quy mô vừa và lớn đã triển khai hệ thống này. Tính đến năm 2013 ở nước ta đã có 443 bệnh viện/ tổng số 1.062 bệnh viện (41,7%) đã triển khai phần mềm HIS[9]. Hình 1.1: Hệ thống thông tin bệnh viện (HIS) 1.1.2. Hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (RIS) Việc ra đời hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (RIS) là nhằm mục đích hỗ trợ các công việc quản trị cũng như các hoạt động thăm khám bệnh nhân trong khoa chẩn đoán hình ảnh, tăng khả năng chia sẻ thông tin phục vụ chẩn đoán và điều trị vì đây là điểm nút mà hầu như tất cả bệnh nhân đều phải đi qua; đồng thời do dữ liệu chẩn đoán hình ảnh vừa nhiều lại vừa có tính đặc thù cao, nên các mạng 6 thông tin chẩn đoán hình ảnh ra đời sẽ hỗ trợ công tác quản lý dữ liệu bệnh viện một các đáng kể. Khác biệt của RIS với HIS đó là RIS cho phép quản lý cả dữ liệu về hình ảnh và văn bản chứ không đơn thuần như quản lý văn bản dạng text như trong HIS. Dữ liệu ảnh thu nhận được từ các thiết bị như x-quang, CT, MRI,... sẽ được lưu trữ lại dưới dạng tập các ảnh số hóa. Đây chính là cơ sở dữ liệu mà RIS quản lý. Tuy nhiên, cấu trúc của RIS cũng gần giống với HIS nhưng ở mức độ nhỏ hơn, với nhiệm vụ chính là: - Tạo định dạng và lưu trữ các báo cáo về chẩn đoán; - Thao tác với các bản ghi về bệnh nhân và danh mục phim; - Giám sát trạng thái từng bệnh nhân, các đợt khám, các thiết bị phục vụ chẩn đoán; - Thực hiện phân tích sơ bộ và phân tích thống kê; hỗ trợ chẩn đoán và điều trị. Hình 1.2: Hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh (RIS) 7 1.1.3. Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (PACS ) Lúc đầu RIS giúp cho quản lý điều hành khoa chẩn đoán hình ảnh có hiệu quả hơn, tuy nhiên, với khoa Chẩn đoán hình hình ảnh thì các dữ liệu dạng văn bản chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ so với dữ liệu ảnh, do đó cần phải có một hệ thống PACS nhằm lưu trữ, phân phối và truyền hình ảnh, nâng cao chất lượng chẩn đoán.Chính nhờ PACS mà có thể truyền hình ảnh để chẩn đoán hình ảnh từ xa (Teleradiology). Teleradiology là phần phát triển sớm nhất của y học từ xa. Khởi đầu từ những công trình của Jutra & CS (1959) và càng ngày càng đến đỉnh cao mới theo sự hoàn thiện dần của công nghệ đường truyền. Tổng kết ở các nước tiên tiến đều đi đến một kết luận duy nhất: việc ứng dụng các hệ thống này trong y tế đã tăng cao một cách đáng kể hiệu quả phục vụ, và giảm thiểu chi phí ở tất cả các bệnh viện nhờ vào việc lưu trữ, xử lý, truyền tải thông tin một cách có hệ thống, nhanh chóng, chính xác[4]. Hình 1.3: Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (PACS) 8 1.1.4. Y tế từ xa (Telemedicine) Sau khi dã hoàn thiện việc quản lý tại các phòng ban, thì bước tất yếu và logic tiếp theo là kết nối các mạng cục bộ tại từng bệnh viện bằng các đường truyền viễn thông. Việc kết nối này đưa đến một sự thay đổi về chất trong phương thức hoạt động của các bệnh viện. Nếu mạng máy tính cho phép ta sử dụng chung tài nguyên của mỗi máy tính, thì xa hơn nữa, kết nối mạng giữa các bệnh viện tạo điều kiện cho chúng ta khai thác chung tiềm năng của mỗi bệnh viện về chuyên gia, tư liệu, tri thức,... Để từ xa có thể can thiệp, chẩn đoán, ra quyết định về một ca bệnh bất kỳ, điều trước hết là phải có đủ thông tin về ca bệnh đó. Những thông tin này phải được tổ chức hợp lý, tập hợp lại rồi gửi đi một cách trọn vẹn. Nhiều khi các hình ảnh và dữ liệu của bệnh nhân phân tán theo thời gian, không gian và nằm rải rác, vì thế bài toán về y học từ xa phải bắt đầu từ bài toán về tổ chức và quản lý hệ thống thông tin bệnh viện. Một ví dụ kinh điển và đầy tính thuyết phục cho y học từ xa đó là chẩn đoán hình ảnh từ xa. Các hình ảnh cần thiết dùng cho chẩn đoán được truyền theo đường viễn thông về những trung tâm lớn có các chuyên gia giỏi. Tại đây, các chuyên gia sẽ đưa ra chẩn đoán của mình và kết quả được gửi lại nơi có bệnh nhân. Toàn bộ quy trình có thể tiến hành trực tuyến hay không trực tuyến, tuy nhiên phải đảm bảo độ trễ về thời gian (nếu có) là có thể chấp nhận được về mặt y học. Nếu bệnh viện có nhiều máy chẩn đoán hình ảnh thì trước khi truyền hình ảnh đi, việc tổ chức Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh tại các bệnh viện là rất cần thiết. Và lúc đó công tác chẩn đoán hình ảnh có thể được thực hiện từ bất cứ nơi nào trong bệnh viện tại khoa, phòng, phòng hội chẩn – giao ban, tại các khoa điều trị, miễn là ở nơi đó có cài đặt một trạm làm việc với phần mềm tương ứng. Như vậy, những khoảng cách vốn là ngăn trở trong từng bệnh viện sẽ được khắc phục. Để làm được điều này, hình ảnh ở các thiết bị sinh hình ảnh y khoa phải tuân theo đúng chuẩn hình ảnh, ảnh phải được lấy ra theo phương thức số hóa và lưu trữ lại trên máy chủ lưu trữ. Và hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh cũng phải đòi hỏi 9 phần cứng theo tiêu chuẩn nhất định, những phần mềm quản lý hệ thống cũng như phần mềm chuyên dụng để xem ảnh, xử lý, lưu trữ và phân phối hình cũng phải có sự chuẩn hóa; có như vậy giữa các hệ thống khác nhau mới có thể hiểu được thông tin và việc trao đổi như vậy mới có ý nghĩa. Muốn truyền hình ảnh giữa các trung tâm cần phải sử dụng một máy chủ truyền thông khác để gửi hình từ PACS cục bộ ở trung tâm này tới PACS cục bộ ở trung tâm khác (hoặc bệnh viện khác). Với hệ thống mạng y tế như trên, bất cứ nơi nào có trạm làm việc – không phục thuộc vào khoảng cách – chúng ta đều có thể xem, xử lý, và in hình để hoàn thiện một các chẩn đoán bằng hình ảnh, giống như ta đang ngồi ngay bên thiết bị sinh hình. Một trong những triển vọng phát triển mạng y tế từ xa là ứng dụng công nghệ truyền thông không đồng bộ (ATM – Asynchronous Transfer Mode), tạo khả năng đồng thời truyền âm thanh, dữ liệu và hình ảnh video với tốc độ cao. Tính đến năm 2005, Telemedicine đã được triển khai tại 60 quốc gia trên thế giới và cũng có được những kết quả khả quan. Nhật Bản có thể coi là một trong những nước có công nghệ viễn thông rất phát triển. Việc nghiên cứu về Telemedicine đã được chú trọng từ lâu. Chỉ trong vài năm, số chương trình ứng dụng Telemedicine đã tăng nhanh, các lĩnh vực ứng dụng cũng phát triển không ngừng. Năm 1997, có khoảng 140 chương trình chẩn đoán, điều trị từ xa thông qua mạng dịch vụ tích hợp kỹ thuật số LSDN của ngành viễn thong. Năm 1998, Nhật Bản có 155 hệ Telemedicine, trong đó có 68 hệ Teleradiology, 23 hệ chẩn đoán hình ảnh, 20 hệ chăm sóc y tế từ xa (Home Health), 6 hệ Telemedicine trong nhãn khoa, 3 hệ nha khoa và 9 hệ khác. Ngành y tế Trung Quốc cũng đã quan tâm tới việc ứng dụng công nghệ thông tin và kỹ thuật cao từ nhiều năm nay. Nhiều công ty sản xuất phần mềm của Trung Quốc và nước ngoài đã nghiên cứu triển khai hàng loạt giải pháp nhằm tổ chức các mạng cục bộ quản lý bệnh viện (HIS), hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (PACS),.... Những sự phát triển này một mặt tạo cơ sở vật chất kỹ thuật cho việc 10 ứng dụng công nghệ thông tin, kỹ thuật cao trong công tác y tế, mặt khác có tác dụng kích thích nguồn đầu tư cho nghiên cứu và triển khai ứng dụng mới, đặc biệt là Telemedicine trong tương lai. Ở Việt Nam đến nay đã hình thành một số mạng Telemedicine như các bệnh viện vệ tinh của Bệnh viện Nhi Trung ương; Bệnh viện vệ tinh của Việt Đức; Bệnh viện vệ tinh của Bạch Mai. Các bệnh viện trung ương Bạch Mai, Bệnh viện Nhi, Bệnh viện Chợ Rẫy đã nối mạng trao đổi nghiên cứu khoa học với các bệnh viện quốc tế. Bộ Y tế đã phê duyệt dự án Telemedicine giữa 11 bệnh viện chuyên khoa trung ương với 14 bệnh viện tuyến tỉnh[9]. Vấn đề truyền thông trong y tế phát triển một cách nhanh chóng tại các nước có nền y học tiên tiến và có cơ sở kinh tế, kỹ thuật cao với hai hướng phát triển chủ yếu: Hướng thứ nhất là nghiên cứu tổ chức mạng và đường truyền: các dữ liệu y tế, y học gồm văn bản, âm thanh, hình ảnh,... được tổ chức xử lý và khai thác qua mạng cục bộ (LAN), mạng diện rộng (WAN), Intranet và Internet. Hướng thứ hai là phát triển các phần mềm quản lý dữ liệu nhằm xây dựng các hệ quản lý thông tin bệnh viện cho phép lưu trữ, xử lý, khai thác cơ sở dữ liệu để phục vụ việc chẩn đoán và điều trị. Vấn đề đặt ra trong bài toán quản lý này là làm sao chuyển được tất cả các thông tin đó thành dữ liệu có cấu trúc. Đã có một số tổ chức đưa ra những quy định để thống nhất hóa các dữ liệu y tế về cả cấu trúc và ngữ nghĩa, điển hình là hai chuẩn: chuẩn lưu trữ và trao đổi dữ liệu dạng văn bản – HL7- có từ năm 1987. HL7 đã có tới 450 tổ chức thành viên và chiếm 65% lượng thông tin trong bệnh viện. Chuẩn này được dùng trong việc xác lập các dữ liệu liên quan đến bệnh nhân, các kết quả thăm khám lâm sàng, nhập – chuyển – ra viện, các kết quả xét nghiệm, dùng thuốc,....; và chuẩn hình ảnh – DICOM[4]. 11 Hình 1.4: Y học từ xa 1.2. Chuẩn lưu trữ hình ảnh trong y khoa 1.2.1. Khái quát về chuẩn lưu trữ hình ảnh trong y khoa Các thiết bị y tế, thiết bị chẩn đoán hình ảnh đầu tiên khi mới ra đời chỉ là tín hiệu dạng sóng (Analog) đưa lên màn hình video của máy. Theo thời gian, máy được chế tạo ngày càng có cấu hình cao hơn và chuyển dần sang tín hiệu số, các phần mềm xử lý tín hiệu lưu trữ thông tin số ngay tại các máy đó (ví dụ máy siêu âm có thể lưu được 5000 ảnh của bệnh nhân trong thời gian gần nhất). Tuy nhiên, dần từng bước khi có các điều kiện đặt ra và nhu cầu giao tiếp giữa các máy với nhau và truyền ảnh số giữa các vùng với nhau để trợ giúp chẩn đoán thì các chuẩn dữ liệu chung về hình ảnh y tế dần ra đời. Vì vậy, các máy y tế ngày nay có gắn thiết bị tin học thì đã sẵn sàng đưa ra các tín hiệu thông qua các D-Shell chuẩn như COM, LPT... hoặc cổng USB. Tuy nhiên, phần tín hiệu đưa ra các cổng này tuỳ nhà cung cấp trang bị phần mềm khi người sử dụng yêu cầu. Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh PACS (Picture Archiving and Communication System) là hệ thống lưu trữ, xử lý và truyền ảnh động, hoặc mạng