Tài liệu Nghiên cứu chuẩn dicom để xử lý, lữu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh y tế

Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là Nguyễn Ngọc Sơn, học viên lớp cao học Mạng máy tính và truyền thông 11BMTTT-2011B, Viện Công nghệ thông tin - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, xin cam đoan: Bản luận văn "Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế" là do chính tôi viết với sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Đặng Văn Chuyết. Nội dung của luận văn có tham khảo nhưng không sao chép toàn bộ từ các tài liệu đã được công bố. Các chương trình và kết quả trong bản luận văn là kết quả của quá trình chạy chương trình do bản thân tôi tìm hiểu và xây dựng. Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2013 Học viên Nguyễn Ngọc Sơn Nguyễn Ngọc Sơn 1 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DICOM Digital Image and Communication in Medicine IOD Information Object Definition AE Application Entity PACS Picture Archive and Communication System ACR American College of Radiology NEMA National Electric Manufacturer’s Association SCU Service Class User SCP Service Class Provider SOP Service-Object Pair UID Unique IDentification DIMSE DICOM Message Service Element TCP/IP Transmission Control Procotol/Internet Protocol OSI Open System Interconnection HIS Hospital Information System RIS Radiology Information System RAID Redundant Array of Inexpensive Disks WAN Wide Area Network LAN Local Area Network ATM Asynchoronous Transfer Mode CT Computed Tomography MRI Magnetic Resonance Imaging HL7 Health Level 7 Nguyễn Ngọc Sơn 2 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Minh họa đối tượng thông tin hình ảnh Bảng 2: Các lớp đối tượng của DICOM Bảng 3: Các dịch vụ của DICOM Bảng 4: Các dịch vụ DIMSEs tổ hợp Bảng 5: Các dich vụ DIMSEs tiêu chuẩn Bảng 6 : Mã hóa bộ kí tự đặc biệt của DICOM Bảng 7: Một số giá trị tiêu biểu của VR Bảng 8:Khuôn dạng thành phần dữ liệu với VR là OB, SQ, UN. Bảng 9: Thành phần dữ liệu với VR ẩn Bảng 10: Thành phần dữ liệu với VR ẩn Bảng 11: Minh họa khái niệm thứ tự byte theo Little và Big Endian Bảng 12: Khuôn dạng của một Thành phần Dữ liệu với VR ẩn được định nghĩa là một Chuỗi các Mục (VR=SQ) với ba Mục có chiều dài hiện. Bảng 13: Khuôn dạng của một Thành phần Dữ liệu với VR hiện được định nghĩa là một Chuỗi các Mục (VR=SQ) có chiều dài không xác định, có chứa hai Mục có chiều dài hiện Bảng 14: Khuôn dạng của một Thành phần Dữ liệu với VR ẩn được định nghĩa là một Chuỗi các Mục (VR=SQ) có chiều dài không xác định, chứa hai Mục: một Mục có chiều dài hiện và một Mục có chiều dài không xác định. Bảng 15: Các Cú pháp Chuyển đổi DICOM Bảng 16: Các dịch vụ DIMSE Bảng 17: Các thao tác trung gian dịch vụ file dicom hỗ trợ Nguyễn Ngọc Sơn 3 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. Mô hình thiết bị tạo và lưu trữ DICOM Hình 2: Phạm vi ứng dụng của DICOM Hình 3: Minh họa khái niệm IOD và mô đun Hình 4: Minh hoạ khái niệm Lớp SOP Hình 5: Cấu trúc của bộ dữ liệu và thành phần dữ liệu Hình 6: Một Dữ liệu Điểm ảnh 16 bit Hình 7: Một Lớp hình ảnh Hình 8: Mã hoá dữ liệu điểm ảnh với VR= OW Hình 9: Một Dữ liệu Điểm ảnh (pixel data) có 16 Bit (2 Byte) với một Overlay Hình 10: DICOM và mô hình OSI Hình 11: Cấu trúc tầng ứng dụng DICOM Hình 12 : Cấu trúc Bản tin DICOM Hình 13: Dịch vụ nguyên thuỷ của DIMSE Hình 14: Dòng thông báo và thao tác Hình 15: Mô hình lưu trữ trung gian DICOM Hình 16: Khuôn dạng file DICOM Hình 17: Bộ File Hình 18: Thành phần của hệ thống PACS Hình 19: Các thành phần trong hệ thống nhận ảnh Hình 20: Sơ đồ khối quá trình thực hiện trong máy tính cổng nhận ảnh Hình 21: Sơ đồ giao diện cho thiết bị tạo ảnh sử dụng chuẩn DICOM bằng mô hình cặp SCU và SCP của dịch vụ DICOM C-STORE Hình 22: Cấu trúc mô hình tuần tự IDNET-1 Hình 23: Sơ đồ mô hình giao diện trực tiếp Hình 24: Sơ đồ mô hình truy cập bộ nhớ Hình 25: Sơ đồ mô hình dùng chung ổ đĩa Hình 26: Sơ đồ mô hình mạng kết nối của GE Nguyễn Ngọc Sơn 4 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế Hình 27: Giao diện của mô đun US (Ultra Sound) trong PACS với máy tính cổng nhận ảnh Hình 29: Kiểm tra kết nối giữa client và server image Hình 30: Ảnh chụp từ kính hiển vi được import vào phần mềm SanteDICOM Hình 31: Chỉnh sửa các thông tin file DICOM bằng phần mềm SanteDICOM Hình 32: Truy cập vào Image Server để lấy ảnh DICOM Hình 33: Phần mềm ClearCanvas hỗ trợ xem ảnh DICOM với nhiều chức năng Nguyễn Ngọc Sơn 5 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................1 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................2 DANH MỤC BẢNG BIỂU ...........................................................................................3 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...............................................................................4 Mục lục ...........................................................................................................................6 LỜI CẢM ƠN..............................................................................................................10 TỔNG QUAN VỀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN .................................................11 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHUẨN DICOM .................................................12 1. Giới thiệu chuẩn DICOM: ...................................................................................12 2. Mục tiêu của chuẩn ............................................................................................15 3. Phạm vi và trường ứng dụng của DICOM ........................................................15 3.1. Thích nghi DICOM: ......................................................................................16 3.2. Cấu trúc của chuẩn DICOM ...........................................................................17 CHƢƠNG 2: ĐỊNH NGHĨA THÔNG TIN VÀ CÁC DỊCH VỤ TRONG DICOM ........................................................................................................................21 1. Định nghĩa thông tin ............................................................................................21 2. Lớp đối tượng của DICOM .................................................................................22 3. Lớp dịch vụ của DICOM .....................................................................................23 4. Mã hóa và cấu trúc dữ liệu dùng trong DICOM .................................................25 4.1 Mã hóa giá trị: .................................................................................................25 4.1.1. Bộ ký tự ....................................................................................................25 4.1.2 Giá trị thể hiện VR ....................................................................................26 4.1.3. Giá trị quy định và thuật ngữ tự quy định ................................................30 4.1.4. Số giá trị VM và phân giới .......................................................................31 5. Bộ dữ liệu...............................................................................................................31 5.1. Khái niệm ........................................................................................................31 5.2. Thứ tự Byte kiểu Little Endian và Big Endian ................................................35 5.3. Các loại thành phần dữ liệu .............................................................................36 Nguyễn Ngọc Sơn 6 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế 5.4. Cách sắp xếp các Bộ Dữ liệu...........................................................................37 6. Thành phần Dữ liệu Riêng .....................................................................................40 7. Mã hoá dữ liệu Điểm ảnh, Overlay, và Dạng sóng ..............................................40 7.1. Dữ liệu Điểm ảnh, Overlay, và các Thành phần dữ liệu liên quan .................40 7.1.1. Mã hoá dữ liệu Điểm ảnh ..................................................................................... 40 7.1.2. Mã hoá Dữ liệu Overlay ........................................................................................ 42 7.2. Mã hoá dạng nguyên gốc và nén ................................................................................. 43 7.3. Dữ liệu Dạng sóng ........................................................................................................... 44 8. Định danh Duy nhất (UID) ................................................................................................... 44 8.1. Khái niệm UID ................................................................................................................. 44 8.2. UID do DICOM định nghĩa .......................................................................................... 45 8.3. UID định nghĩa riêng .......................................................................................45 8.4. Cú pháp Chuyển đổi ........................................................................................45 9. Mô hình tổng quát truyền tin DICOM ............................................................................... 46 10. Trao đổi thông tin thông qua mạng vật lý ...................................................................... 46 10.1. DICOM và Mô hình tham chiếu cơ bản OSI ......................................................... 46 10.2 Cấu trúc Tầng ứng dụng DICOM .............................................................................. 47 10.3. Cấu trúc bản tin DICOM ............................................................................................. 49 10.3.1. Bộ Lệnh ......................................................................................................... 49 10.3.2. Thành phần Lệnh .......................................................................................... 49 11. Dịch vụ DICOM.................................................................................................................... 50 11.1. Các loại dịch vụ .............................................................................................51 11.2. Tương tác DIMSE-service-user ....................................................................52 11.3. Chế độ dịch vụ ...............................................................................................52 11.4. Các dịch vụ Liên kết ......................................................................................53 11.5. Các dịch vụ DIMSE ......................................................................................53 11.5.1. Dịch vụ DIMSE-C .................................................................................54 11.5.2. Các dịch vụ DIMSE-N ...........................................................................54 12. Trao đổi thông tin thông qua phương tiện trung gian ................................................. 55 Nguyễn Ngọc Sơn 7 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế 12.1. Mô hình Lưu trữ Trung gian DICOM ..................................................................... 55 12.1.1. Lớp Trung gian Vật Lí ................................................................................. 56 12.1.2. Lớp Khuôn dạng Trung gian ....................................................................... 56 12.1.3. Lớp Khuôn dạng Dữ liệu DICOM ............................................................. 57 12.2. Khuôn dạng file DICOM............................................................................................. 58 13.3. Các Dịch vụ File DICOM ........................................................................................... 60 13.3.1. Bộ File............................................................................................................ 60 13.3.2. Các Chỉ số File .............................................................................................. 60 13.3.3. Các Dịch vụ và Chức năng Quản lí File .................................................... 61 13.3.4. Truy nhập Nội dung File ............................................................................. 62 13.3.5. Bộ Kí tự ......................................................................................................... 62 13.3.6. Chỉ số File DICOMDIR .............................................................................. 63 CHƢƠNG 3: HỆ THỐNG LƢU TRỮ VÀ TRUYỀN ẢNH PACS ........................64 1. Khái niệm ...............................................................................................................64 2. Máy tính cổng nhận ảnh ........................................................................................65 3. Giao diện cho các thiết bị tạo ảnh tuân theo chuẩn DICOM .................................67 3.1 Mô hình giao diện tuần tự ................................................................................67 3.2 Mô hình giao diện trực tiếp ..............................................................................68 3.3 Mô hình truy cập bộ nhớ ..................................................................................69 3.4. Mô hình ổ đĩa dùng chung ...............................................................................69 3.5 Mô hình mạng kết nối .....................................................................................70 4. Giao diện với các mô đun khác của PACS ............................................................70 5. Phương pháp chống lỗi cho quá trình nhận ảnh ....................................................71 6. PACS Controller và hệ thống cơ sở dữ liệu ..........................................................72 6.1 Cấu trúc của PACS Controller và hệ thống lưu trữ ảnh ...................................72 6.1.1 Máy chủ lưu trữ......................................................................................................... 72 6.1.2 Hệ thống cơ sở dữ liệu ............................................................................................ 73 6.2 Nhiệm vụ của PACS Controller .......................................................................73 6.2.1Nhận ảnh ....................................................................................................73 Nguyễn Ngọc Sơn 8 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế 6.2.2 Sắp xếp ảnh ................................................................................................................ 73 6.2.3 Định tuyến ảnh .......................................................................................................... 73 6.2.4 Lưu trữ ảnh ................................................................................................................. 73 6.2.5 Giao diện với HIS và RIS ...................................................................................... 74 6.2.6 Cập nhật cơ sở dữ liệu ............................................................................................. 74 6.2.7 Truy xuất ảnh ............................................................................................................. 74 6.3 Thiết bị lưu trữ..................................................................................................75 6.3.1 Các yêu cầu đối với thiết bị lưu trữ: .................................................................... 75 6.3.2. Các phương tiện lưu trữ ......................................................................................... 75 CHƢƠNG 4: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN ẢNH Y KHOA DỰA TRÊN CHUẨN DICOM ........................................................77 1. Mục tiêu của hệ thống............................................................................................77 2. Yêu cầu về hệ thống ..............................................................................................77 2.1 Phần mềm .......................................................................................................77 2.2 Máy chủ lưu trữ (ImageServer) . ......................................................................77 2.3 Máy trạm (Workstation) ...................................................................................78 KẾT LUẬN ..................................................................................................................82 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................83 Nguyễn Ngọc Sơn 9 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tôi xin tỏ lòng kính trọng, sự biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Đặng Văn Chuyết đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình viết luận văn tốt nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn và kính trọng tới Quý thầy, cô Viện Công nghệ thông tin & Truyền thông - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là các Thầy (Cô) trong bộ môn Truyền thông & Mạng máy tính đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức cho Tôi trong thời gian Tôi học tập và nghiên cứu tại đây. Kiến thức và sự hiểu biết chung của con người là vô hạn, nhận thức của Tôi là hữu hạn, tuy nhiên những gì Tôi tiếp thu được trong quá trình học tập tại Viện Công nghệ thông tin và truyền thông vô cùng bổ ích, nó không chỉ làm nền tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quí báu để tôi tự tin, vững bước trong cuộc sống và công tác. Tôi xin gửi lời cảm ơn sự ủng hộ của của gia đình, đồng nghiệp và bạn bè những người thân yêu đã luôn động viên, giúp đỡ và cũng là là chỗ dựa vững chắc cho tôi trong suốt khoá học.. Cuối cùng, tôi xin kính chúc Quý thầy cô, đồng nghiệp, gia đình dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý. Xin trân trọng cảm ơn! Học viên Nguyễn Ngọc Sơn Nguyễn Ngọc Sơn 10 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế TỔNG QUAN VỀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN Công nghệ thông tin ngày càng phát triển mạnh mẽ và đạt được nhiều thành tựu to lớn phục vụ mọi mặt trong cuộc sống cho con người. Trong đó lĩnh vực y tế ngày càng được quan tâm. Việc lưu trữ và trao đổi lượng thông tin trong và giữa các bệnh viện là rất lớn; vì vậy yêu cầu về chuẩn hóa các giao tiếp (các dữ liệu trao đổi) đã được đề xuất và bước đầu triển khai, đây là cuộc cách mạng trong Y tế giúp rút ngắn thời gian khám chữa bệnh cho bệnh nhân và chẩn đoán nhanh, chính xác, hiệu quả cho các chuyên gia. DICOM là một trong những chuẩn đó, nó tạo nên 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. Việc phát triển chuẩn này đang là vấn đề được quan tâm của nhiều nước trên thế giới. Việt Nam cũng theo đà phát triển đó, hiểu và nắm bắt chuẩn DICOM là vấn đề không thể thiếu để hòa mình vào thế giới công nghệ trong lĩnh vực y tế. Dựa trên cơ sở đó luận văn tập trung vào ba vấn đề chính: 1. Nghiên cứu chuẩn DICOM. 2. Nghiên cứu các hệ thống PACS để xử lý, lưu trữ, và trao đổi thông tin DICOM. 3. Cài đặt thử nghiệm hệ thống PACS bằng phần mềm mã nguồn mở Clear Canvas. Bố cục của luận văn Luận văn được chia làm 4 chương: + Chương 1. Tổng quan về chuẩn DICOM + Chương 2. Định nghĩa thông tin và các dịch vụ trong DICOM + Chương 3. Hệ thống lưu trữ và truyền ảnh PACS + Chương 4. Thực hành + Kết luận Nguyễn Ngọc Sơn 11 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHUẨN DICOM 1. Giới thiệu chuẩn DICOM: Lượng bệnh nhân tới các cơ sở Y tế ở Hoa Kỳ hàng năm ngày một tăng. Theo Trung tâm thống kê Y tế quốc gia thuộc CDC – Hoa Kỳ, năm 1980 có 68.556.000 lượt khám chữa bệnh trong đó có 23.000 ca chụp X-quang. Việc lưu trữ hồ sơ bệnh án là một khối lượng công việc khổng lồ. Công nghệ thông tin đã giúp được phần nào bằng cách số hóa lượng hồ sơ trên. Tuy nhiên có rất nhiều hãng sản xuất cũng như chủng loại máy móc chẩn đoán hình ảnh nên việc trao đổi thông tin giữa các hệ thống gặp nhiều khó khăn. Trước nhu cầu đó, trường Đại học Chẩn đoán hình ảnh của Hoa Kỳ (ACR) và Hiệp hội các nhà sản xuất thiết bị điện tử Quốc gia (NEMA) đã thiết lập thành một uỷ ban chung vào năm 1983, để phát triển một Chuẩn gọi là chuẩn ARCNEMA nhằm mục đích : - Phát triển trao đổi thông tin hình ảnh số mà không phải quan tâm đến nhà sản xuất thiết bị. - Làm thuận tiện hoá sự phát triển và mở rộng của của hệ thống thu nhận và truyền ảnh (PACS), có thể giao tiếp với các thành phần khác trong hệ thống thông tin bệnh viện (RIS). - Cho phép tạo ra các cơ sở dữ liệu chẩn đoán mà có thể được truy cập bởi một phạm vi lớn các thiết bị phân tán về mặt địa lí. Phiên bản DICOM đầu tiên (Version 1.0) công bố năm 1985 xác định việc truyền bản tin khuôn dạng dữ liệu và các lệnh ứng dụng. Phiên bản thứ hai (Version 2.0) công bố năm 1988 định nghĩa thêm về phần cứng giao thức phần mềm và từ điển dữ liệu chuẩn. Tuy nhiên, vấn đề kết nối mạng chưa rõ ràng qua hai phiên bản này. - DICOM (Version 3.0) ra đời có những ưu điểm hơn hẳn các phiên bản trước. Thể hiện ở chỗ: a. Khả dụng với môi trường mạng. Các phiên bản trước chỉ thích nghi với môi trường truyền điểm-tới-điểm (point-to-point). Để có thể hoạt động trong môi Nguyễn Ngọc Sơn 12 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế trường mạng cần có Khối Giao diện Mạng NIU (Network Interface Unit). DICOM 3.0 hỗ trợ hoạt động trong môi trường mạng sử dụng giao thức mạng chuẩn công nghiệp như OSI và TCP/IP. b. Khả dụng với môi trường trung gian ngoại tuyến (off-line). Các phiên bản trước không định ra khuôn dạng file DICOM. DICOM hỗ trợ hoạt động trong môi trường ngoại tuyến sử dụng các trung gian theo chuẩn công nghiệp như CD-R và MOD, hệ thống file logic như ISO 9660 và Hệ thống File PC (FAT 16). c. Định rõ sự tác động của việc thiết bị tuân theo chuẩn đối với việc trao đổi các Lệnh (command) và Dữ liệu (data). Các phiên bản trước bị hạn chế trong truyền dữ liệu, nhưng DICOM 3.0, thông qua khái niệm Lớp dịch vụ (Service Class), đã định ra ngữ nghĩa (sematic) của các Lệnh và các Dữ liệu liên quan. d. Định rõ mức thích nghi. Các phiên bản trước chỉ định rõ mức tuân thủ thấp nhất. Phiên bản DICOM 3.0 qui định rõ ràng đối tượng thực hiện (implementor) phải cấu trúc một Bản Báo cáo Thích nghi (Comformance Statement) lựa chọn cụ thể các mục đáp ứng như thế nào. e. Được cấu trúc là một tài liệu đa thành phần. Do đó tạo thuận lợi cho sự phát triển của Chuẩn trong môi trường phát triển nhanh chóng bằng việc thêm vào các đặc tính mới. DICOM được thiết kế dạng tài liệu đa phần tuân theo cách thức của ISO. f. Đưa ra các Đối tượng thông tin (Information Object) một cách rõ ràng không chỉ hình ảnh và đồ hoạ mà còn cả báo cáo, in ấn.. g. Định rõ cách xác định duy nhất Đối tượng Thông tin (Information Object). Điều này tạo thuận lợi khi sử dụng các khái niệm trừu tượng trong quan hệ của các Đối tượng Thông tin hoạt động trong mạng. - DICOM là một chuẩn mở và nó tồn tại thông qua các Thủ tục của Ủy ban Chuẩn DICOM. Các kế hoạch phát triển sắp tới từ các tổ chức thành viên của Chuẩn dựa trên phản hồi từ người dùng Chuẩn. Các kế hoạch này sẽ được đưa vào chuẩn ở các phiên bản tiếp theo. Như vậy : DICOM là chuẩn định nghĩa ra các quy tắc định dạng và trao đổi hình Nguyễn Ngọc Sơn 13 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế ảnh y tế cũng như các thông tin liên quan, nói cách khác, nó tạo nên 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. - Tuy nhiên để thích ứng với chuẩn ARC-NEMA trước đó hoặc tiêu chuẩn riêng của nhà sản xuất, cần phải có một chuyển đổi từ ARC-NEMA sang DICOM và chuyển đổi đặc tính riêng của nhà sản xuất sang ARC-NEMA hoặc DICOM. Để giải quyết yêu cầu này cần tập hợp các modun phần mềm tạo nên thư viện mã hóa. Thư viện mã hóa cần có những đặc tính sau: + Sử dụng chung cho các thiết bị tạo ảnh của các nhà sản xuất khác nhau. + Tương thích với các nền phần cứng khác nhau. + Kiến trúc phần mềm dựa theo hướng tiếp cận top-down. + Ngôn ngữ lập trình chuẩn. Hình 1. Mô hình thiết bị tạo và lưu trữ DICOM Nguyễn Ngọc Sơn 14 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế 2. Mục tiêu của chuẩn - DICOM tạo thuận lợi cho khả năng hoạt động tương tác của các thiết bị thích nghi, cụ thể là: - Định ra ngữ nghĩa của lệnh và các dữ liệu liên quan, đưa ra chuẩn cho các thiết bị tương tác lệnh và dữ liệu với nhau. - Định ra ngữ nghĩa của dịch vụ file, khuôn 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 địnhcacs chức năng có thể đáp ứng, nhờ đó có thể phối hợp hoạt động với các thiết bị khác nhau tuân theo chuẩn. - DICOM được xây dựng chú trọng vào việc thu nhận ảnh chẩn đoán trong chụp quang tuyến, tim mạch và thành phần liên quan. Tuy nhiên nó cũng được ứng dụng rộng rãi trong trao đổi hình ảnh và các thông tin hình ảnh liên quan khác và cả với các môi trường y tế khác. 3. Phạm vi và trƣờng ứng dụng của DICOM - Chuẩn DICOM gắn với lĩnh vực thông tin y tế. Với lĩnh vực này, nó định ra sự trao đổi thông tin số giữa các thiết bị hình ảnh và các hệ thống khác. Do các thiết bị hình ảnh đó có thể hoạt động tương tác (interoperate) với các thiết bị y tế khác, phạm vi của Chuẩn cần thiết phải chồng lên các khu vực khác trong hệ thống thông tin y tế. Theo dõi Bệnh nhân Hành chính HIS/RIS Dữ liệu thí Hình ảnh nghiệm chẩn đoán Phạm vi của DICOM Hình 2: Phạm vi ứng dụng của DICOM Nguyễn Ngọc Sơn 15 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế Chuẩn tăng cường khả năng hoạt động tương tác của các thiết bị hình ảnh y tế bằng cách định ra: - Với truyền tin qua mạng, một bộ Giao thức (protocol) được tuân theo bởi các thiết bị tuân theo chuẩn. - Cú pháp (syntax) và Ngữ nghĩa (semantic) của Lệnh (command) và các thông tin liên quan được trao đổi sử dụng các Giao thức. - Với truyền tin bằng phương tiện trung gian, đưa ra một bộ các dịch vụ lưu trữ trung gian, cũng như Khuôn dạng File và cấu trúc thư mục y tế - Thông tin sử dụng trong ứng dụng cũng được đòi hỏi tuân theo Chuẩn. Chuẩn không qui định: - Các chi tiết thực thi với mọi đặc tính của Chuẩn trên một thiết bị. - Bộ tổng thể các đặc tính và chức năng được yêu cầu từ một hệ thống tạo bởi một nhóm các thiết bị tuân theo Chuẩn. - Một thủ tục Kiểm tra/Thông qua để đánh giá mức độ thích nghi của một ứng dụng với Chuẩn. 3.1. Thích nghi DICOM: - Một thành phần quan trọng của bất cứ một chuẩn nào là phải định nghĩa tính thích nghi với nó, hay nói cách khác là tính tuân thủ những điều mà chuẩn đề ra. DICOM là chuẩn có sự thích nghi là hoàn toàn tự nguyện. Ủy ban của Chuẩn không tạo ra bất kỳ sự áp đặt nào. Mặc dù vây, DICOM vẫn có một phần rành riêng để quy định sự thích nghi. - Các 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 (Comformance Statement) 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 khuôn dạng chuẩn do DICOM đề ra, do vậy mà việc đối chiếu các trình bày về thích nghi trở nên đơn giản và khoa học. Người sử dụng và nhà sản xuất có thể xác định xem liệu hai thiết bị tuân theo DICOM có thể giao tiếp ăn khớp với nhau hay không bằng cách đối chiều bản báo cáo thích nghi của hai thiết bị với nhau. Nguyễn Ngọc Sơn 16 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế - Các nội dung cơ bản trong báo cáo thích nghi DICOM: - Mô hình thực thi của 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 cả phạm vi cục bộ trong một thiết bị được đưa ra và từ xa thông qua giao diện DICOM. VD: Hoạt động, cục bộ có thể tạo ra một đối tượng thông tin hình ảnh DICOM, còn hoạt động từ xa là hiển thị đối tượng đó. - Ngữ cảnh thể hiện được sử dụng: Bao gồ 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 thể hiện mà ứng dụng đưa ra trong thỏa thuận cũng như khi đã được chấp nhận. - Cách liên kết được thực hiện: Báo cáo thích nghi phải miêu tả sự thực hiện liên kết. (ví dụ như khi nào tạo các liên kết và chấp nhận nhiều liên kết) cho từng hoạt động trong mô hình. 3.2. Cấu trúc của chuẩn DICOM Cấu trúc của DICOM gồm những 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). - Định nghĩa đối tượng thông tin IOD (Information Object Definion): Định rõ một số lớp đối tượng thông tin IOC (Information Object Classes), cung cấp các định nghĩa trừu tượng về các thực thể thế giới thực được sử dụng trong truyền hình ảnh y tế và các thông tin liên quan như đồ thị dạng sóng, báo cáo liều chiếu xạ … Mỗi định nghĩa đối tượng thông tin bao gồm một sự mô tả mục đích của nó và các thuộc tính định nghĩa của nó. Nguyễn Ngọc Sơn 17 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế IOD HÌNH ẢNH - Tên - ID - Ngày sinh - Giới tính Modun Bệnh nhân Modun Nghiên cứu Chung Modun Thiết bị Chung Modun Series Chung Modun Dữ liệu Điểm ảnh Modun Hình ảnh chung Hình 3: Minh họa khái niệm IOD và mô đun - Định nghĩa các lớp dịch vụ SC (Service Classes):Định nghĩa một số lớp dịch vụ liên quan đến một hay nhiều đối tượng thông tin với một hay nhiều lệnh được thực hiện trên những đối tượng đó. Định nghĩa lớp dịch vụ đưa ra các yêu cầu cho các thành phần lệnh và cách tọa lệnh tác động tới đối tượng thông tin. Nó cũng định ra những yêu cầu cho đối tượng cung cấp và sử dụng dịch vụ truyền tin. Một số lớp dịch vụ điển hình là: Lớp dịch vụ lưu trữ, lớp dịch vụ truy vấn, lớp dịch vụ quản lý. - Ngữ nghĩa và cấu trúc dữ liệu: Định rõ cách DICOM có cấu trúc và mã hóa thông tin bộ dữ liệu là kết quả thu được của việc sử dụng đối tượng thông tin và lớp dịch vụ. Nó cũng xác định một số công nghệ nén hình ảnh . Đồng thời đưa ra qui tắc mã hóa cần thiết để đặt cấu trúc cho một dòng dữ liệu DS (Data Set). Bộ dữ liệu được tạo ra bởi các thành phần dữ liệu DE (Data Element). Ngoài ranos định ra ngữ nghĩa của một số chức năng chung đối vói nhiều đối tượng thông tin. Nó cũng xác định quy tắt mã hóa cho các bộ ký tự quốc tế được sử dụng. - Từ điển dữ liệu: Là danh sách định nghĩa duy nhất cho mọi thành phần dữ liệu của DICOM để thể hiện thông tin. Cùng với các thành phần được sử dụng cho mã hóa trung gian và danh sách các định danh duy nhất được đưa ra bởi DICOM. Với mỗi thành phần dữ liệu nó quy định: Nhãn, tê, giá trị thể hiện (Value Nguyễn Ngọc Sơn 18 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế Representation), số giá trị VM (Value Multiplicity)… - Trao đổi bản tin: Định rõ cả dịch vụ và giao thức được sử dụng bởi một ứng dụng trong môi trường hình ảnh y tế để trao đổi bản tin thông qua các dịch vụ hỗ trợ truyền tin. Một bản tin được tạo nên bởi dòng lệnh theo sau là một dòng dữ liệu phụ thuộc. - Hỗ trợ truyền thông mạng cho việc trao đổi bản tin: Định rõ các dịch vụ truyền tin và các giao thức tần trên cần thiết để hỗ trợ việc truyền tin giữa các DICOM như được định nghĩa ở trên. Những dịch vụ và giao thức truyền tin này đảm bảo quá trình truyền tin giữa các ứng dụng DICOM được thực thiện một cách có hiệu quả và với phương thức bình đẳng trên mạng. - Khuôn dạng file và lưu trữ trung gian: Khuôn dạng file và lưu trữ trung gian quy định mô hình cơ bản cho việc lưu trữ thông tin hình ảnh phương tiện cầm tay. Mục đích của phần này là cung cấp một cơ chế cho phép trao đổi các loại hình ảnh y tế và thông tin liên quan trên một dải lớn các phương tiện trung gian vật lý. Sơ lược ứng dụng lưu trữ trung gian: Phần này định ra việc áp dụng ứng với các phần của chuẩn DICOM mà quá trình thực hiện tuân thủ. Các áp dụng ứng với các thành phần của chuẩn này được gọi là sơ lược ứng dụng. Một báo cáo thích nghi như vậy áp dụng khả năng trao đổi tương tác của hình ảnh và các thông tin liên quan trên phương tiện lưu trữ cho ứng dụng y tế cụ thể. Nó tuân theo cơ chế cho việc trao đổi nhiều loại thông tin khác nhau trên phương tiện lưu trữ trung gian. - Chức năng lưu trữ và khuôn dạng trung gian cho trao đổi dữ liệu: Phần này của chuẩn tạo điều kiện cho việc trao đổi thông tin giữa các ứng dụng trong môi trường thông tin y tế bằng cách xác định một cấu trúc mô tả mối quan hệ giữa các mô hình lưu trữ trung gian và một phương tiện trung gian vật lý với khuôn dạng phương tiện trung gian cụ thể. - Chức năng hiển thị chuẩn mức xám: Xác định chức năng hiển thị được chuẩn hóa để hiển thị nhất quán các hình ảnh đa mức xám. Chức năng này cung cấp phương pháp cho việc hiệu chuẩn một hệ thống hiển thị cụ thể với mục đích Nguyễn Ngọc Sơn 19 KTMTTT2011B Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế thể hiện hình ảnh một cách thống nhất trên các phương tiện hiển thị khác nhau. - Sơ lược an toàn: Xác định các sơ lược an toàn mà sự thực thi cho là tuân thủ. Sơ lược an toàn được định nghĩa bằng cách tham chiếu đến các chuẩn an toàn bên ngoài sử dụng công nghệ an toàn như Public Keys hay Smart Card. Mạt mã dữ liệu có thể sử dụng các phương án mã hóa chuẩn khác nhau. Phần này không đưa ra chính sách an toàn mà chuẩn chỉ cung cấp cơ chế có thể được sử dụng để thực hiện các chính sách an toàn chú trọng vào trao đổi các đối tượng của DICOM. Đây là phần việc quản lý của từng áp dụng cục bộ với các chính sách an toàn phù hợp. - Nguồn ánh xạ nội dung: Phần này của chuẩn quy định khuôn mẫu cho cấu trúc tài liệu là các đối tượng thông tin DICOM. Bộ các thuật ngữ sử dụng trong các đối tượng thông tin. Từ điển các thuật ngữ được định nghĩa và duy trì bởi DICOM. Sự chuyển đổi thuật ngữ giữa các quốc gia. Nguyễn Ngọc Sơn 20 KTMTTT2011B