SIM (wykład 4) WYBRANE STANDARDY ZARZĄDZANIA DANYMI

Transkrypt

1 SIM (wykład 4) WYBRANE STANDARDY ZARZĄDZANIA DANYMI

2 Standardy: ustrukturyzowana dokumentacja 1960 s Lab, Radiology (1969), Early SQL 1970 s Hopkins (76), ACR-NEMA, Early SNOMED 1980 s OBUS (82), SGML (86), HL7 (87), UMLS, 1990 s UltraSTAR, DICOM (93), WWW, CMT, DRML, JPEG, MPEG klasyfikacja ICD (International Classification of Diseases) 1997 narodziny koncepcji IHE 2000 NEMA SR Workshop: rozwój DICOM SR

3 Narzędzia do przeglądania wydanej przez Narodowy Fundusz Zdrowia Międzynarodowej Klasyfikacji Procedur Medycznych ICD-9-CM (wersja 5.16). Jest ona dedykowana przede wszystkim dla szpitali rozliczających się w systemie JGP - Jednorodne Grupy Pacjentów.

4

5

6

7

8

9

10 Przykład narzędzia - produkt firmy KAMSOFT

11

12

13 Przykładowy bilans kwartalny

14 HL7 (Health Level 7) Norma definiująca sposób prezentacji i wymiany danych medycznych pomiędzy różnymi działami i jednostkami służby zdrowia Norma ta przyjęła się z czasem jako podstawa budowy lokalnych systemów informacyjnych Komunikat HL7 stanowi jednostkę danych przesyłaną pomiędzy systemami stanowi sekwencję segmentów o ustalonej kolejności zawiera nagłówek specyfikujący typ wiadomości, jej przeznaczenie Bazuje na warstwie aplikacyjnej (warstwa 7) modelu OSI (Open Systems Interconnect) opracowanego przez ISO wymiana informacji za pomocą transakcji (bloków danych) złożonych z segmentów (tj. pól, elementów pól, podelementów pól) najważniejsze segmenty: nagłówek komunikatów HL7, określa aplikację wysyłającą i odbierającą, typ i rodzaj komunikatu (MSH), nagłówek transakcji (MSG), dane identyfikacyjne i demograficzne pacjenta (PID), dane ubezpieczenia pacjenta (IN1), dane z pobytu w szpitalu (PV1), treść zlecenia- atrybuty wspólne dla wszelkiego rodzaju zleceń (ORC), dane zlecenia (OBR), wyniki badań (OBX), potwierdzenie odbioru (MSA), uwagi i komentarze (NTE) transakcje: zleceń (ORM), wyników obserwacji (ORU) do tworzenia komunikatów używane są specjalne znaki: końca segmentu końca wiersza, separatory pól, komponentów i podkomponentów, znak powtarzania, escape character kodowanie znaków w ASCII, wykorzystanie kodów narodowych wymiana poprzez zdarzenia (przesłanie) i potwierdzenia odbioru

15 Przykład z HL7 segment początkowy MSH Interface HL7 pomiędzy szpitalnym systemem informatycznym (HIS) a specjalizowanym modułem diagnostycznym Ver. 1.2, Dokument opracowany w ramach projektu HL7PL,

16 Segmenty HL7 segmenty danych pacjenta, danych ze szpitala, ubezpieczenia

17 Zlecenie

18 Dane zlecenia, z komentarzem

19 Anulowanie zlecenia

20 Przykłady transakcji HL7

21 Komunikacja HL7 w układzie klient-serwer Serwer odbierający transakcje HL7 utrzymuje stabilne połączenie TCP/IP kolejkowe składowanie odebranych transakcji przetwarzanie przez HIS dla każdej otrzymanej transakcji powinna być wysłana transakcja potwierdzająca pozytywna (CA) odbiór poprawny negatywna (CE) wystąpienie bledów (np. błąd zapisu w kolejce, błędy związane z komunikacją HL7) Klient wysyłający transakcje HL7 łączy się z serwerem odbierającym wysyła transakcje i czeka na potwierdzenie powtórzenie transakcji, gdy połączenie zostało przerwane w przypadku otrzymania ACK negatywnego, transakcja powinna zostać zapisana w kolejce transakcji błędnie przetworzonych i po weryfikacji wysłana ponownie

22

23 OBX przesyłanie wyników obserwacji Q LEN DT OPT RP/# TBL# ITEM# ELEMENT NAME 1 10 SI O 569 Set ID - OBX 2 2 ID C Value Type CE R 571 Observation Identifier 4 20 ST C 572 Observation Sub-ID [ The length of the observation value field is variable, depending upon value type. See OBX-2- value type.] * C Y [ May repeat for multipart, single answer results with appropriate data types, e.g., CE, TX, and FT data types.] 573 Observation Value 6 60 CE O 574 Units 7 10 ST O 575 References Range 8 5 ID O Y/ Abnormal Flags 9 5 NM O 577 Probability 10 2 ID O Y Nature of Abnormal Test 11 1 ID R Observ Result Status TS O 580 Date Last Obs Normal Values ST O 581 User Defined Access Checks TS O 582 Date/Time of the Observation CE O 583 Producer's ID XC O 584 Responsible Observer N CE O Y 936 Observation Method

24 Typy danych

25 Inne kody nature of abnormal testing abnormal flags observation result status codes interpretation

26 DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) Archiwum (baza danych, formaty, kompresja, serwer) Komunikacja (protokoły, serwer, konwertery) Integracja PACS w medycznych systemach informacyjnych (serwer, monitory, drukarki) klasa usług SOP serviceobject pair SOP (para usługaobiekt) SOP (para usługaobiekt) grupa usług składowanie zarządzanie wyszukiwanie żądania potwierdzenia obiekty jednostki moduły atrybuty informacyjne.

27 DiCOM nieco szczegółów DICOM Conformance Statements PACS/DX ScanStation and DVCStation with NetSend ViewStation (Stand Alone) PACS/DX Image Server PACS/DX TeleRouter ViewStation with NetSend

28 Dicom ogólna charakterystyka Określa dopuszczalne technologie, daje szanse użycia Nie potwierdza, ani nie zaleca ich użycia w każdych okolicznościach Celem jest stworzenie przestrzeni współpracy (współdziałania) Sposób użycia regulują oddzielne przepisy, instytucje, stowarzyszenia Dyskrecja zastosowań Stwarza ramy, wyznacza granice współdziałania

29 Przegląd standardu 1. Overview 2. Conformance 3. Information Objects 4. Services Class Specifications 5. Data Structures and Semantics 6. Data Dictionary 7. Message Exchange 8. Network Support 9. Point to point 10. Media Storage and File format 11. Media Storage Application Profiles 12. Physical Media 13. Point to point Print management 14. Greyscale display function standard xx. Supplements Spójny model informacji (Common Information Model) Dopasowanie jest krytyczne Jednoznaczna identyfikacja obiektów każdy obiekt dicomowy jest wyjątkowy SOP Class C-Store SR Object Narzędzia dokumentowania np. makra

30 DICOM printer

31 Kontrast niezależny od urządzenia (DICOM)

32 Badanie CT jednostki informacyjne

33 Informacje w DICOM jednostki, moduły, atrybuty

34 DICOM Services: Modality Worklist Management Information System Storage Storage Commit Query/Retrieve MR Print Performed Procedure Step Verification

35 part 12 part 11 part 10 DICOM Media Specifications DICOM Application Entity Basic Dir. Service / Object Pairs DICOM File Format Media Formats: e.g. File data structures Physical Media: e.g. CD-R; 90 mm MOD, etc.

36 Reprezentacja DICOM DICOM SOP Instance DICOM SOP Instance DCM DICOM DCM DICOM File Data File Data Meta Set Meta Set Info Info FILE SET

37 Moduł definicyjny: nazwa atrybutu, etykieta, rodzaj, opis Table C Patient Module Attributes Attribute Name Tag Type Attribute Description Patient's Name (0010,0010) 2 Patient's full legal name. Patient ID (0010,0020) 2 Primary hospital identification number or code for the patient. Patient's Birth Date (0010,0030) 2 Birth date of the patient. Patient's Sex (0010,0040) 2 Sex of the named patient. Enumerated Values are: M = male F = female O = other Referenced Patient Sequence (0008,1120) 3 A sequence which provides reference to a Patient SOP Class/Instance pair. Only a single reference is allowed. Encoded as sequence of items: (0008,1150) and (0008,1155)

38 Zbiory danych Data Elem Data Elem Data Elem Data Elem Tag VR Value Length Value Field opcjonalna reprezentacja wartości Wartości mogą należeć do zbioru terminów predefiniowanych z możliwością rozszerzenia (np. modalności CT, MR, ES, SR, etc.) numeryczne brak rozszerzeń (np. płeć M, F, O)

39 Przykład wiadomości DICOM Attribute Tag VR VL (hex) Value SOP Class UID (0008,0016) UI 001e SOP Instance UID (0008,0018) UI Study Date (0008,0020) DA Content Date (0008,0023) DA Study Time (0008,0030) TM Content Time (0008,0033) TM Accession Number (0008,0050) SH Modality (0008,0060) CS 0002 SR Manufacturer (0008,0070) LO 0004 WG6 Referring Physician's Name (0008,0090) PN 0014 Luke^Will^^Dr.^M.D.

40 Kompresja w DICOM Zmianie ulega jedynie reprezentacja danych pikselowych ISO/IEC / ITU T.81 JPEG (stratny, bezstratny) ISO/IEC / ITU T.87 JPEG-LS (bezstratny) ISO/IEC / ITU T.800 JPEG 2000 (stratny, bezstratny, seria obrazów, 3D) ISO/IEC / ITU H.262 MPEG-2 RLE (for ultrasound) TIFF PackBits Przyszłość???: JPEG-XR lub AIC Obliczeniowa kontrola wizualnej bezstratności

41 Wpływ kompresji na skuteczność diagnozy

42

43

44 DICOM SR (Structured Reporting) 23 suplement DICOM, zawiera definicje klas na użytek transmisji i gromadzenia dokumentów Wspiera dowolne wyrażenia tekstowe, a także ustrukturyzowaną informację Umożliwia podłączenia (linki) tekstu i danych do obrazów czy zapisu sygnałów Cel: poprawia precyzję, klarowność oraz wartość dokumentacji klinicznej poprzez opis specyficznych cech oraz referowanie na obrazy czy sygnały Pomost pomiędzy systemami obrazowania i systemami informacyjnymi, możliwość uwzględnienia różnorodnego kontekstu klinicznego Harmonizacja DICOM SR i HL 7 jest kluczowa!

45 DICOM SR Opis referujący na zmianę widoczną w obrazie

46 Hierarchia treści formalizm opisu Rodzaje relacji: HAS OBS CONTEXT kontekst obserwacji CONTAINS źródło zawiera interesujący obiekt (target) HAS CONCEPT MOD obiekt opisuje pojęcie źródła HAS PROPERTIES opis właściwości źródła HAS ACQ CONTEXT obiekt opisuje warunki akwizycji źródła SELECTED FROM przestrzenne lub czasowe współrzędne źródła względem obiektu INFERRED FROM pomiary i inne wnioski względem obiektu

47 Przykład struktury SR

48 Structured Reporting Information Model Patient 1 is the subject of Study contains 1,n spatially 0,n defines Series creates 1,n ,n 1 Frame of Reference Equipment contains 0,n SR Document 0,n Presentation State Stored Print 0,1 Curve 0,n 0,n VOI LUT Modality LUT 0,1 0,n 0,n Overlay Image

49 DICOM SR Struktury hierarchiczne, kody, obrazowe odnośniki

50

51 Różne reprezentacje modelu

52 Biblioteki DICOM wolnodostępne Nazwa Język Obsługa Web Aktyw komunikacji sieciowej Medcon C ( Dcmtk C/C ( Gdcm C ( Dcm4che Java ( DicomObjects.NET/COM ( OpenDicom.NET/MONO +? + ( Dicomlib C++/boost ( UCDMC conquest PACS ( C Biblioteki SDK np. LeadTools,, wiele innych

53 Przeglądarki DICOM z udostępnionymi kodami źródłowymi Nazwa Język/GUI Sieć Anonimizacja Wizualizacja/pomiary Aktyw Aesculap C++/GTKmm + - +/- - Amide C/GTK - - +/+ + ImageJ Java - - +/+ + Xmedcon C++/GTK - - +/- + Medwx Python/wxWid gets OsiriX C/ObjectivC/M +? +/+ + ac ClearCanvas C#/ITK + - +/+ + MITO C++/ITK + + +/+ + Tudor Java +?? + Slicer3D C++/ITK - - +/+ + Przeglądarki w wersji bezpłatnej DicomWorks, K-PACS, Onis, MITK, Synedra View Personal, Sante

54 IHE (Integrating the Healthcare Enterprise) Początki w 1997 roku, kiedy to powstało konsorcjum radiologów oraz informatyków Wiele podmiotów z Europy, Azji i Ameryki, liczni producenci współprojektantami! Cel: usprawnienie wymiany informacji w komputerowych systemach ochrony zdrowia Metoda: integracja i współdziałanie IT dotyczących ochrony zdrowia Wspólny język integracji systemów Na bazie DICOM i HL7 Zdefiniowano profile integracyjne: Sekwencji usług Aktualizacji danych pacjenta Spójnej prezentacji obrazu Prezentacji zgrupowanych procedur Obrazów kluczowych Dostępu do informacji radiologicznych Obrazów podstawowych i raportów numerycznych Przepływu procedur zaawansowanego przetwarzania (CAD-PACS) Rozliczania Bezpieczeństwa

55 IHE

56 Koncepcja IHE

57 Obszary i zasady IHE Profile inwestorów, przedsiębiorców oraz użytkowników: Anatomic Pathology Eye Care IT Infrastructure Laboratory Patient Care Coordination Patient Care Devices Quality, Research and Public Health Radiation Oncology Radiology Zasoby, treść

58 IT Infrastructure (wybór) Consistent Time (CT) ensures system clocks and time stamps of computers in a network are well synchronized (median error less than 1 second) Request Information for Display (RID) provides simple (browser-based) read-only access to clinical information (e.g. allergies or lab results) located outside the user s current application Enterprise User Authentication (EUA) enables single sign-on by facilitating one name per user for participating devices and software Patient Identifier Cross Referencing (PIX) cross-references patient identifiers between hospitals, care sites, health information exchanges, etc. Patient Synchronized Application (PSA) allows selection of a patient in one application to cause other applications on a workstation to tune to that same patient Patient Demographics Query (PDQ) lets applications query a central patient information server and retrieve a patient s demographic and visit information Cross Enterprise Document Sharing (XDS) registers and shares electronic health record documents between healthcare enterprises, ranging from physician offices to clinics to acute care in-patient facilities Cross-Enterprise Document Media Interchange (XDM) transfers XDS documents and metadata over CD-R and USB memory devices, and over using a ZIP attachment Cross-Enterprise Document Reliable Interchange (XDR) provides a standards-based specification for managing the interchange of documents that healthcare enterprises have decided to explicitly exchange using a reliable point-to-point network communication Stored Query is a large improvement over the existing Query Registry transaction since it removes the use of SQL Retrieve Form for Data Capture (RFD) enables EHR applications to directly request forms from clinical trial sponsors and public health reporting

59 Rozwiązania cross-platform zintegrowana współpraca bez granic Współdziałanie systemów obrazowych, urządzeń i aplikacji, testów weryfikacji, zasobów, dystrybucji wyników i osiągnięć Rozwiązania wieloplatformowe, spójność zdalno-wirtualna, rozległe architektury sieciowe, hosting Transfer sieciowy urządzenia akwizycji obsługują protokoły DICOM, konwertery do DICOM szerokiej skali narzędzi multimedialnych wiele instytucji umożliwia eksport informacji do zewnętrznych instytucji bezpośrednio z urządzeń źródłowych przy zachowaniu bezpieczeństwa i poufności (bezpieczeństwo transferu sieciowego) satelitarne centra obrazowania, centra ICT, zasoby i usługi rozproszone niejawna identyfikacja danych Potrzeba dzielenia zasobów danych klinicznych w aplikacjach klinicznych Krajowy rejestr pacjenta (elektroniczny rekord pacjenta w skali europejskiej?) Zdalne konsultacje i diagnozy, archiwa i repozytoria brokerskie Sieci multi-centrów akademickich do eksperymentalnej edukacji czy nauki Bezpieczne wyjścia systemów szpitalnych tworzące rozproszone sieci regionalnej ochrony zdrowia Otwarcie systemów szpitalnych na eksperymenty doskonalenia procedur i urządzeń, możliwość szybkiej weryfikacji na zanonimizowanej bazie klinicznej

60 Ramy współpracy. Cel tylko jeden standard standard to połączenie, a nie przecięcie interesów podmiotów rynkowych część zawartych informacji jest konieczna, a część opcjonalna Problemy z oprogramowaniem do przeglądania i analizy informacji (często odwołującym się do części opcjonalnej) Prywatne atrybuty i testy kliniczne według reguł opisane w części opcjonalnej nie mogą stać się korzeniem integracji (są często usuwane przy organizacji współpracy międzyplatformowej) Testy kliniczne powinny się odwoływać do części obligatoryjnej, jednoznacznej w ocenie podmiotów, klarownie interpretowalnej Kontrola zgodności i jakości integracji Spójność między platformami na poziomie urządzeń źródłowych, pomiarów położenia i odległości, dynamiki i jednostki opisującej wartości (np. HU), a także metod rekonstrukcji danych rejestrowanych (np. algorytmy w CT) Mechanizmy weryfikacji zasobów i aplikacji (możliwość porównania według jednoznacznych kryteriów), ich wiarygodności, jakości, użyteczności

61 Optymalizacja transmisji CTA - 548x512x512 (275MB) File read/transfer/save (GB Ethernet) Time in seconds Single Fram e David A.Clunie 1 1=DICOM, 2=DICOM, 3=HTTP 2 3 Multi Frame Multi Fram e Single Fram e

62 Wieloramkowa kompresja Lossless JPEG 2000 Compression (Alexis Tzannes, Aware, 2003) Compression Ratio single all 127x256x8 7.9MB x512x16 224MB x512x16 310MB Slices in 3rd dimension

63 DICOM CAD SR Document Root (CONTAINER) CONTAINS Image Library (CONTAINER) CONTAINS CAD Processing and Findings Summary (CODE) Summary of Detections (CODE) Summary of Analyses (CODE) INFERRED FROM INFERRED FROM INFERRED FROM (IMAGE) (IMAGE) HAS ACQUISITION CONTEXT HAS ACQUISITION CONTEXT Composite Feature (CODE) HAS PROPERTIES Single Image Finding (CODE) HAS PROPERTIES David A.Clunie, Role of Consortium in Developing Cross Platform Compatibility Standards, 2005

64 Zapisy strukturalne informacji wymienianej Document Root (CONTAINER) CONTAINS Image Library (CONTAINER) CONTAINS CAD Processing and Findings Summary (CODE) Summary of Detections (CODE) Summary of Analyses (CODE) INFERRED FROM INFERRED FROM INFERRED FROM (IMAGE) (IMAGE) HAS HAS ACQUISITION ACQUISITION CONTEXT CONTEXT Composite Feature (CODE) HAS PROPERTIES Single Image Finding (CODE) HAS PROPERTIES 3.72 mm2 Document Root (CONTAINER) CONTAINS Image Library (CONTAINER) CONTAINS CAD Processing and Findings Summary (CODE) Summary of Detections (CODE) Summary of Analyses (CODE) INFERRED FROM INFERRED FROM INFERRED FROM (IMAGE) (IMAGE) HAS HAS ACQUISITION ACQUISITION CONTEXT CONTEXT Composite Feature (CODE) HAS PROPERTIES Single Image Finding (CODE) HAS PROPERTIES

65 Hosted Application (Plug-in) Aplikacje międzyplatformowe API (P lug) API (Socket) Hosting Application (e.g. Medical Workstation) The same Hosted Application can run on any platform (Hosting Application) that supports the API. A A A A É A B C D E

66 Interaktywna transmisja (JPIP) DICOM Suplement 106: JPEG2000 Interactive Protocol

67 JPIP przykłady

68 JPIP (przykłady) wybrany ROI JPIP/SITP HTTP TCP UDP IP protokół 0.5% 2% 100%

69 Żądania klienta przez JPIP

70 Czasowe przechowywanie danych (caching)

71 DICOM-JPIP

72 GIF, JPEG, MPEG, PNG, w3c, XML, MP3, RDF, OWL,.. STANDARDY MULTIMEDIALNE

73 Efekty JPEGowe Oryginał 12:1 43:1

74 Testy JPEG2000 JPEG 0.25bpp

75 Testy JPEG2000 JPEG

76 JPEG vs JPEG2000

77 JPEG vs JPEG2000 F. Ebrahimi, M. Chamik, S. Winkler, JPEG vs. JPEG2000: An Objective Comparison of Image Encoding Quality, Proc. SPIE Applications of Digital Image Processing, 5558: , 2004.

78 JPEG vs JPEG2000

79 JPEG vs JPEG2000

80 KODEKI WIDEO

81 Rozwój rodziny MPEG Ocena efektywności