IMAGIS: SISTEMA PARA LA TRANSMISIÓN DE IMÁGENES

Memorias II Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica, Habana 2001, Mayo 23 al 25, 2001, La Habana, Cuba
IMAGIS: SISTEMA PARA LA TRANSMISIÓN DE IMÁGENES
MÉDICAS MULTIMODALES
D. Ronda, O. Ferrer, N. A. Alvarez
Centro de Biofísica Médica, Universidad de Oriente, Patricio Lumumba s/n, Santiago de Cuba 90500
[email protected]
RESUMEN
Se presenta el sistema IMAGIS desarrollado en el Centro de
Biofísica Médica para la telemedicina y la transmisión de
imágenes médicas multimodales en el Sistema Nacional de
Salud cubano. El sistema IMAGIS permite la adquisición,
procesamiento, almacenamiento, recuperación e impresión de
imágenes médicas mediante el uso del protocolo estándar
para la comunicación de imágenes digitales en medicina
(DICOM 3.0), obtenidas en equipos de diferentes
modalidades y fabricantes: Resonancia Magnética,
Ultrasonido, Medicina Nuclear, Tomografía Axial
Computarizada, Radiología Computarizada, entre otras. Se
implementó un protocolo alternativo para la transmisión –
recepción de imágenes utilizando como medio de transporte
el correo electrónico que brinda similares funcionalidades en
redes de baja velocidad. El sistema puede ser utilizado como
cliente y servidor indistintamente y permite una completa
configuración para satisfacer las necesidades del usuario.
Palabras clave: imágenes médicas, telemedicina, PACS,
DICOM 3.0.
1. INTRODUCCIÓN
El transporte digital de imágenes médicas desde los
servicios de imagenología que las adquieren y analizan,
hacia los especialistas que, en función del diagnóstico
determinan la conducta terapéutica a seguir con el paciente
objeto de estudio, son cada vez más una realidad en los
hospitales modernos del mundo. Con el avance de las
tecnologías
electrónicas,
informáticas
y
de
telecomunicaciones, se han desarrollado métodos
informáticos para el intercambio de imágenes médicas que
evolucionaron hasta el protocolo DICOM 3.0 [15], [16], el
cual constituye en la actualidad el estándar para las
comunicaciones digitales de imágenes médicas.
Desde la década de los 80’s nuestro país ha desarrollado
una red de equipos de adquisición de imágenes médicas en
todo el Sistema Nacional de Salud (SNS), constituida por
Tomógrafos Axiales Computarizados, Tomógrafos de
Resonancia Magnética, cámaras SPECT, sistemas de
Ultrasonido, fluoroscopios, entre otros. En el futuro cercano
esta red de equipos continuará creciendo con la
construcción de nuevos Tomógrafos de Resonancia
Magnética Giroimag, por el Centro de Biofísica Médica.
Sin embargo, la conexión de todo el equipamiento existente
en los hospitales y su integración inter - institucional, es
aún un aspecto muy poco desarrollado. Hasta hace solo
muy poco tiempo no existía en el país software para el
desarrollo de Sistemas de Almacenamiento y Transmisión
de Imágenes (PACS [9] por sus siglas en inglés).
Recientemente han comenzado a desarrollarse experiencias
en este sentido [3], [11].
La instalación de un PACS en una institución hospitalaria
es un proyecto muy costoso en su inversión inicial [4]. Los
sistemas comerciales disponibles en el mercado son
altamente costosos y tienen los inconvenientes de la
imposibilidad de adaptaciones a nuestras condiciones
particulares, los servicios técnicos altamente especializados
que requieren y el costo de mantenimiento. El desarrollo de
PACS “en casa” [5], [10], [14], [17] en lugar de la
instalación de sistemas comerciales es una variante
económica con ventajas de desarrollo y mantenimiento. La
estandarización de estos sistemas [7] es un aspecto de gran
importancia para lograr la interconectividad entre todos sus
componentes.
Las características del SNS establecen una interacción entre
instituciones hospitalarias basada en relaciones de
colaboración y no de competencia. Por este motivo la
concepción de PACS en Cuba debe tener presente la
necesidad del intercambio de imágenes intra y extra
hospitalaria.
Con esta concepción, se desarrolló en el Centro de Biofísica
Médica el sistema IMAGIS que intenta resolver las
limitaciones de los sistemas actualmente en utilización en el
país y brindar nuevas facilidades:
o Compatibilidad completa con el estándar DICOM
versión 3.0.
o Manipulación de toda la gama de modalidades de
imágenes médicas existentes en el país y otras aún
no existentes.
o Manejo de varias bases de datos de imágenes
simultáneamente con posibilidades de búsquedas
por múltiples criterios y transferencias de
información entre éstas.
o Acceso a bases de datos remotas a través del
protocolo DICOM para el almacenamiento y
búsqueda de información.
o Niveles de seguridad adecuados para preservar la
información sensible relativa a los pacientes.
o Garantía de la integridad de la información.
o Unificación de todas las funciones en un solo
programa con un alto nivel de integración y
simplicidad.
o Aprovechamiento de la capacidad multihilo de los
sistemas operativos Win32 para la utilización
óptima de la capacidad de cómputo mediante la
realización de tareas simultáneas.
o Utilización del correo electrónico integrado al
sistema como soporte alternativo para la
transmisión de imágenes en redes de baja
velocidad.
950-7132-57-5 (c) 2001, Sociedad Cubana de Bioingeniería, artículo 00190
Operaciones de procesamiento de imágenes
optimizadas en tiempo de ejecución.
o Diseño modular extensible.
IMAGIS ha sido desarrollado utilizando Microsoft Visual
C++ 6.0 y ha sido probado satisfactoriamente en todas las
plataformas Windows de 32 bits: Windows 95, Windows
98, Windows NT 4.0 y Windows 2000 en sus variantes.
o
Tx.
Rx.
DICOM
2. METODOLOGÍA
Fig. 2 Transmisión punto a punto.
IMAGIS está constituido por tres módulos fundamentales
que se relacionan entre sí (Fig. 1) para brindar las
funcionalidades básicas de operación de un PACS:
o Compatibilidad con el estándar DICOM 3.0 para la
transmisión, recepción, búsqueda y acceso a
imágenes.
o Posibilidad de almacenamiento fuera de línea de la
información para su preservación por largos
períodos de tiempo.
o Visualización de las imágenes con los parámetros
fotométricos obtenidos por la modalidad de origen
de las mismas.
Módulo de
Transmisión
Módulo de
Almacenamiento
Img.
Módulo de
Visualización
Fig. 1. Componentes del Sistema.
El Módulo de Transmisión de Imágenes, es el núcleo
funcional del sistema para el soporte de los servicios del
estándar DICOM 3.0. Permite la integración en un entorno
de múltiples modalidades de imágenes, estaciones de
evaluación, visualización e impresión y su funcionamiento
como un PACS. Proporciona además, servicios alternativos
de transmisión y búsqueda, utilizando protocolos de correo
electrónico, entre sistemas que poseen redes de
comunicación de baja velocidad y que solo disponen de
correo electrónico para el intercambio de información.
El Módulo de Almacenamiento de Imágenes permite la
creación y manipulación de bases de datos de imágenes
médicas utilizando para ello el formato DICOM 3.0. Brinda
operaciones de inserción, almacenamiento, eliminación,
modificación, búsqueda local y remota, transferencia,
manipulación de volúmenes de archivo permanente, etc.
El Módulo de Visualización de Imágenes permite mostrar
imágenes DICOM obtenidas por diferentes vías utilizando
la información de interpretación fotométrica obtenida en la
modalidad de origen, así como los parámetros de contraste
adecuados. Brinda además diversos métodos de
procesamiento para el mejoramiento de las mismas,
ampliación, compresión [1], mediciones, anotaciones, etc.
La transmisión de imágenes se realiza mediante dos
esquemas fundamentales, según se muestra a continuación:
Tx
Img.
SMTP
Ag.
Img.
Rx.
POP3
Fig. 3 Transmisión con relevo.
La transmisión punto a punto se establece de forma directa
entre el transmisor y el receptor en la que se utiliza el
protocolo DICOM para el transporte de la imagen. Para la
implementación del protocolo existen varias bibliotecas
públicas en Internet, entre las que se encuentran [8] y [12].
Se utilizó [12] atendiendo al buen nivel de prestaciones de
la misma y su frecuente actualización. En el desarrollo del
trabajo se han realizado correcciones a dicha biblioteca que
se han reportado a sus autores y que actualmente forman
parte de las distribuciones recientes de la misma.
En la transmisión con relevo el transmisor no realiza una
conexión directa con el receptor, sino que utiliza uno o
varios agentes que reciben la información y la retransmiten
hacia el agente que la almacena en un espacio reservado
para el destinatario. Si se necesitan varios agentes en la
comunicación, estos funcionan en forma de una carrera de
relevo en la que la imagen a transmitir se va encaminando a
través de los agentes, hasta llegar a aquel que tiene el
espacio reservado para el destinatario. En el sistema se
utilizan los protocolos SMTP [18] y POP3 [13] para la
transmisión de las imágenes, las cuales se codifican
mediante las extensiones MIME [2] como datos adjuntos a
mensajes de correo electrónico [6].
En ambos modelos se utiliza TCP/IP como protocolo básico
para la transmisión de la información.
El almacenamiento de la información se realiza utilizando
ODBC para el acceso a una base de datos tipo MS Access,
MS SQL Server, u otra para la cual se disponga de
manipuladores ODBC. Fundamentalmente se utiliza MS
Access lo cual permite el empleo del sistema en
computadoras con pocos recursos.
La información se estructura en varios niveles: paciente,
estudio, series e imágenes (Fig. 4), los cuales determinan
las tablas que conforman la base de datos. Esta estructura
jerárquica se corresponde con el modelo de información
que se establece en el estándar DICOM. A un paciente se le
realizan varios estudios, los cuales están formados por una
o varias series de imágenes.
una serie de imágenes o pueden combinarse como varias
operaciones realizadas en secuencia. Se ofrecen varios
modos de visualización de imágenes con lo cual se pueden
comparar imágenes de diferentes estudios o pacientes de
forma muy simple.
Uno de los objetivos de un PACS es la eliminación de la
necesidad de material radiográfico para la reproducción de
imágenes. Sin embargo, aún en los hospitales totalmente
cubiertos por estaciones digitales de visualización, se
utilizan, aunque en menor medida, imágenes impresas sobre
placa radiográfica. Para proporcionar esta facilidad
IMAGIS soporta clientes DICOM de los servicios
necesarios para la comunicación con impresoras
especializadas de este tipo (Fig. 6).
Paciente
Estudio
Serie
Estudio
Serie
Imagen
Imagen
Fig. 4. Modelo de información del estándar DICOM.
La información se introduce en la base de datos a partir de
las imágenes que se envían desde estaciones de adquisición
(modalidades) y se reciben por el servicio C-STORE del
protocolo DICOM implementado en el sistema. Las
consultas se realizan localmente o de forma remota por
medio de los servicios C-FIND y C-MOVE para cada uno
de los niveles del modelo de información (Fig. 5). Las
imágenes resultantes de una búsqueda se obtienen por
medio del servicio C-STORE. Las búsquedas pueden
realizarse por varios criterios: identificación del paciente y
resultados de los estudios realizados.
C-STORE
Estación de
Adquisición
C-STORE
Estación de
Adquisición
Servidor
IMAGIS
Estación de
Evaluación
C-FIND, C-MOVE
C-STORE
Estación de
Evaluación
Fig. 5. Servicios DICOM de IMAGIS.
Las imágenes se almacenan en volúmenes que pueden
ubicarse localmente en el disco duro, en un disco compacto,
o remotamente en una red. Por defecto las imágenes se
almacenan en el volumen principal usualmente en el disco
duro de la computadora. A elección del usuario se mueven
hacia otros volúmenes. Un volumen no es más que un
directorio en disco en el cual se almacenan las imágenes
correspondientes a un grupo de estudios. La mínima unidad
que puede transferirse hacia un volumen es el estudio. Esto
significa que un mismo estudio puede almacenarse en un
único volumen. Un paciente puede tener estudios
almacenados en diferentes volúmenes, por ejemplo cuando
estos estudios fueron realizados en fechas diferentes.
Para la evaluación de imágenes, IMAGIS ofrece varias
operaciones de procesamiento que permiten mejoramiento
de contraste y brillo, ampliación, filtrado, operaciones
geométricas, mediciones, anotaciones y visualización
utilizando diferentes paletas de colores. Las operaciones
pueden realizarse sobre una imagen individual, sobre toda
Cliente
IMAGIS
N-CREATE, N-SET, NGET, N-ACTION
Servidor de
Impresión
Cliente
IMAGIS
Fig. 6. IMAGIS como cliente de impresión.
En la creación de un PACS, IMAGIS puede desempeñar
varios roles (Fig. 5 y Fig. 6): como servidor de
almacenamiento y búsqueda de imágenes, como estación de
visualización y evaluación, como estación de reporte e
impresión, etc. La compatibilidad de IMAGIS con el
estándar DICOM 3.0 permite que el mismo se integre a un
ambiente heterogéneo de sistemas en el cual este puede
desempeñar cualquiera de los roles descritos anteriormente.
La eficiencia en la utilización de los recursos de memoria,
ancho de banda y tiempo de procesador en el sistema se
garantiza fundamentalmente utilizando mecanismos de
compresión de imágenes, hilos de ejecución y optimización
de algoritmos.
Para el almacenamiento y transmisión de imágenes, estas se
comprimen utilizando el estándar JPEG, lo cual garantiza
un aprovechamiento óptimo de los medios de
almacenamiento y del ancho de banda, respectivamente. La
pérdida de la compresión JPEG se controla de forma que
garantice que los parámetros cuantitativos de la imagen no
se modifiquen significativamente y que visualmente no se
aprecien diferencias. Para las relaciones de compresión
entre 5:1 y 8:1, los resultados obtenidos han sido muy
satisfactorios.
La utilización óptima del tiempo de procesador se logra
mediante un esquema multihilo para los servicios de
transmisión/recepción de imágenes y las operaciones de
búsqueda, almacenamiento y transferencia de imágenes
sobre la base de datos. Las operaciones de procesamiento
de imágenes se optimizan utilizando técnicas de análisis de
algoritmos que permiten un mejor uso de la memoria cache
y las tuberías de instrucciones del procesador.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
AGRADECIMIENTOS
Como resultado se ha logrado un sistema que permite la
creación de un PACS compatible con el estándar DICOM
3.0 y que, adicionalmente, puede utilizarse en hospitales
con recursos limitados en las comunicaciones, que solo
disponen de correo electrónico para el intercambio de
información.
IMAGIS constituye la base en el desarrollo de un Proyecto
de Red Territorial de Transmisión de Imágenes
Diagnósticas que enlaza varios hospitales de las provincias
Orientales para la transmisión de imágenes obtenidas en el
Tomógrafo de Resonancia Magnética Giroimag 01,
instalado en el Hospital General de Santiago de Cuba. El
medio fundamental para la transmisión de información en
esta Red ha sido el correo electrónico, atendiendo a las
características de los hospitales enlazados a la misma.
Actualmente se encuentran enlazados en Santiago de Cuba
los Hospitales General, Infantil Sur, Oncológico, Militar y
“Ambrosio Grillo”; en la Provincia Granma los Hospitales
“Celia Sánchez” de Manzanillo y “Carlos Manuel de
Céspedes” de Bayamo; en la Provincia Guantánamo el
Hospital Provincial “Agostino Neto” y en la Provincia
Holguín el Hospital Provincial “Vladimir I. Lenin”.
Otra aplicación del sistema se encuentra en el Consorcio
Cubano para el Desarrollo de las Neuroimágenes entre el
Centro de Neurociencias de Cuba (CNC), el Centro
Internacional de Restauración Neurológica (CIREN), el
Centro de Investigaciones Médico Quirúrgicas (CIMEQ) y
el Centro de Biofísica Médica (CBM) en el cual se utiliza
para el almacenamiento, evaluación, informe e impresión
en placas radiográficas de las imágenes obtenidas en el
Tomógrafo de Resonancia Magnética MAGNETOM
SIMPHONY; en el departamento de Neurofisiología para la
integración con imágenes del Tomógrafo Eléctrico Cerebral
desarrollado por el CNC; en el departamento de Medicina
Nuclear para la obtención de imágenes adquiridas en la
cámara SPECT instalada en el mismo y en el salón de
operaciones para la conversión de imágenes al formato del
sistema de planeación estereoatáxica STASSIS desarrollado
por el CIREN. Actualmente se instala un servidor IMAGIS
en el Laboratorio de Neuroinformática (LANICA) de dicho
Consorcio, el cual manejará toda la información
imagenológica del mismo para investigaciones avanzadas
en Neurociencias.
A la Asociación de Amistad con Cuba “Miguel Hernández”
de Alicante, España, por su apoyo en la obtención de
financiamiento para la introducción de este sistema. Al Dr.
José Carlos Ugarte Suárez, Vicedirector del Hospital
CIMEQ por su colaboración. Al Centro de Biofísica
Médica por el soporte para la realización del trabajo.
5. CONCLUSIONES
El desarrollo del sistema IMAGIS es un nuevo avance en el
propósito de desarrollar la tecnología de los PACS en el
país, e incluso su extensión hacia otras regiones de
Latinoamérica donde es factible su introducción. En la
actualidad constituye el único sistema de este tipo que
implementa mecanismos de cliente y servidor de los
servicios DICOM fundamentales, lo cual lo hace un buen
candidato para la creación de PACS en los principales
Hospitales del país que disponen de equipamiento para ello.
Paralelamente el sistema se inserta sin dificultad en
Hospitales con pocos recursos informáticos, para lo cual
hace un eficiente uso de mecanismos de correo electrónico
y recursos de sistema.
REFERENCIAS
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IMAGIS: MULTIMODAL MEDICAL IMAGE
TRANSMITION SYSTEM
ABSTRACT
The IMAGIS system developed in the Biomedical Physics Center for telemedicine and multimodal image
transmission in the Cuban National Health System is presented. The system allows the acquisition, processing,
storage, retrieving and printing of medical images, acquired from different modalities and manufactures by means
of the DICOM protocol: Magnetic Resonance, Ultrasound, Nuclear Medicine, Computed Tomography,
Computed Radiology, etc. An alternative protocol for image transmission using electronic mail transport that
guaranties the same functionality in low-speed networks was developed. The system could be used as a client or
server indistinctly and allows a complete configuration for the complete user satisfaction.
Keywords: medical imaging, PACS, telemedicine, DICOM.