Gerenciamento Remoto de PACS: Uma Proposta de Extensão ao DICOM

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1 Gerenciamento Remoto de PACS: Uma Proposta de Extensão ao DICOM Antonio da Luz Jr., Elisa Manfrin de Araújo, Eros Comunello, Aldo v. Wangenheim Laboratório de Telemedicina Projeto Cyclops Departamento de Informática e Estatística (INE) Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) Resumo - Com a implantação de Redes de Telemedicina em larga escala, percebeu-se a necessidade do desenvolvimento de metodologias que facilitassem a administração e manutenção de PACS. Nesse contexto, e considerando questões relativas à compatibilidade das aplicações e necessidade de segurança para acesso aos dados, o presente trabalho apresenta uma proposta de desenvolvimento de uma metodologia de gerenciamento de PACS. A presente proposta acompanha as características de estabelecimento de comunicação e realização de serviços definidas pelo padrão DICOM. São apresentados resultados obtidos a partir da utilização de uma ferramenta para gerência de PACS, desenvolvida utilizando a metodologia proposta, que se demonstraram satisfatórios para os objetivos deste trabalho. Palavras-chave: Telemedicina, Padrão DICOM, Gerenciamento de PACS. Abstract - As Telemedicine Networks are implanted in large scale, it becomes necessary to develop methodologies which can simplify PACS management and maintenance. In this context, and considering issues related to applications compatibility and data access security needs, this paper presents a proposal of developing a methodology for PACS management. This proposal is set up according to the characteristics of the DICOM Standard definitions for communication establishment and service realization. Also, this paper shows a set of results which fulfill its purposes, obtained through the use of a PACS management tool, developed using the presented methodology. Keywords: Telemedicine, DICOM Standard, PACS Management. Introdução Neste trabalho é apresentado um modelo para o gerenciamento remoto de PACS Picture Archiving and Communications Systems [1] obedecendo as características e linhas mestras do padrão DICOM Digital Imaging and Communications in Medicine [2]. Para isso, são definidos alguns novos requisitos que devem ser suportados pelos PACS para possibilitar a realização desse novo conjunto de atividades, caracterizando-se como uma extensão ao padrão DICOM. O uso da Telemedicina, principalmente durante a realização de diagnósticos médicos por imagens, tem se tornado uma realidade mundial. A utilização desse tipo de tecnologia traz vários benefícios, para todos os envolvidos no processo: unidades hospitalares, profissionais médicos e pacientes. Isso se deve à redução de custos na realização dos exames, à possibilidade de emissão de laudos remotos e, ainda, à agilidade na obtenção dos resultados dos exames, dentre outros. O DICOM estabelece diversas regras para o armazenamento e transmissão de arquivos. Além disso, descreve os serviços que devem ser oferecidos pelos PACS acordantes com esse padrão. Os serviços definidos pelo DICOM se restringem à troca de informações relativas aos exames, tanto consultas por dados específicos quanto transmissão de um exame completo de um host para o outro. Com isso, não aborda questões relativas à manutenção, administração ou mesmo auditoria dos PACS [2]. Se considerarmos como PACS apenas uma estação cliente, conectada ao equipamento de aquisição de imagens, onde os profissionais médicos realizam o diagnóstico, efetuar uma tarefa de manutenção, administração ou auditoria no sistema não se caracteriza uma atividade complicada. Por outro lado, se analisarmos uma rede de Telemedicina geograficamente distribuída, onde têm-se vários servidores de imagens médicas e diversas estações clientes distribuídos por uma grande área geográfica, como diferentes cidades ou estados, a realização desse tipo de tarefa tem sua complexidade ampliada exponencialmente. Existe a possibilidade da utilização de uma combinação de tecnologias existentes, na área de gerência remota de sistemas [3] [4], que podem auxiliar nesse processo. Porém, não existe nenhum padrão definido para a realização de manutenção, administração ou auditoria de

2 PACS, atualmente, que utilize os conceitos definidos pelo padrão DICOM. A utilização de tecnologias combinadas não demonstra, na prática, ser uma abordagem apropriada por exigir um maior afrouxamento da segurança da rede. Além das portas de comunicação que ficam abertas nos equipamentos para permitir a troca de dados DICOM, é necessária a abertura de outras portas para se permitir acesso a outros tipos de dados e sistemas, deixando o equipamento mais suscetível a ataques externos. Metodologia Para atendermos ao objetivo de se manter a conformidade com o DICOM, durante a elaboração da abordagem proposta procurou-se utilizar as características definidas no protocolo de comunicação do padrão como a forma de negociação para estabelecimento de comunicação e envio de mensagens de solicitações de serviços e transferência de dados. Na Figura 1 é apresentado o processo de comunicação definido pelo protocolo de comunicação do DICOM [5], que é o mesmo utilizado na proposta apresentada neste trabalho. gerou possui permissão para se comunicar com a entidade que está recebendo a requisição. A A_Associate_Confirmation, que ocorre na entidade que solicitou a associação, serve para identificar se o pedido foi aceito ou rejeitado. Aceitar um pedido significa que a entidade que recebeu o pedido reconhece a entidade que o solicitou e, ainda, que pelo menos um dos serviços solicitados é suportado. Depois de estabelecida a comunicação, a entidade A envia para B uma mensagem contendo o serviço que deverá ser executado, bem como todos os parâmetros necessários para sua realização. A troca de mensagens para a solicitação de serviços e envio de respostas com o conteúdo da solicitação se dão da mesma forma como definido pelo DICOM para os demais serviços previstos nesse padrão. Figura 2 Solicitação e Execução de Serviços. Figura 1 Estabelecimento de Comunicação. A entidade A solicita o estabelecimento de um canal de comunicação com a entidade B, através do envio de uma mensagem do tipo A_Associate_Request. Esta mensagem contém os serviços que A deseja que B execute. Ao receber a mensagem, B verifica quais dos serviços solicitados são suportados. Como resposta, envia para A uma mensagem do tipo A_Associate_Response, contendo, para cada serviço solicitado, um status de aceito ou rejeitado. O processo de associação entre entidades no DICOM ainda é composto por outros dois tipos de mensagens internas, que são trocadas entre as camadas de rede e aplicação de cada uma das entidades. A A_Associate_Indication, que ocorre na entidade que recebe a requisição para associação, tem por finalidade validar a origem da mensagem, identificando se a entidade que a A Figura 2 apresenta o esquema de troca de mensagens durante o processo de solicitação e execução de serviços, conforme definido pelo DICOM [6]. Depois de estabelecida a comunicação, uma entidade A envia para B a solicitação de um serviço. Após executar o serviço, B envia mensagens contendo a resposta para A. Enquanto não for a última mensagem, as mensagens contêm status de pendente, pending. A última mensagem é acompanhada do status sucesso, sucess, indicando fim do envio dos dados de resposta daquele serviço solicitado. Neste instante entra em ação a proposta de extensão ao DICOM para suportar serviços de manutenção, administração e auditoria de PACS, apresentada neste trabalho. Para tal, foi definido um novo tipo de serviço, denominado Manager. Assim como os demais serviços definidos no DICOM, o Manager possui uma estrutura bem definida, permitindo que seja implementado por qualquer PACS. O Manager está divido em duas partes distintas: um comando de requisição, Manager_RQ, que é enviado pela entidade que solicita a execução do serviço (entidade solicitante), e um comando de resposta a solicitações, Manager_RSP, que é transmitido pela entidade que é responsável pela execução

3 do serviço (entidade executante), após realizar a solicitação. Tabela 1 Parâmetros de mensagens do serviço Manager. Nome do Parâmetro RQ RSP Message ID R - Response Message ID - R Priority R - Status - R R indica que o parâmetro é requerido. - indica que o parâmetro não é utilizado nesse tipo de mensagem. A estrutura do Manager é semelhante à do serviço C-FIND [7] definido no DICOM. A Tabela 1 apresenta os parâmetros que compõem uma mensagem do serviço Manager. Os Parâmetros de uma mensagem de serviço do tipo Manager, são: Message ID - ID da Mensagem: Identificador da Mensagem de requisição; Response Message ID - ID Mensagem Respondida: Identifica qual mensagem de solicitação está sendo respondida; Priority - Prioridade: Identifica o nível de importância que deve ser atribuído a essa mensagem; Status: Indica a situação da execução do serviço solicitado. Os valores possíveis para o status estão indicados adiante, na Tabela 3. Além dos parâmetros do serviço, que servem como forma de controle das mensagens, o serviço Manager também possui um conjunto de elementos de dados que servem para identificar quais informações estão sendo solicitadas pela entidade requisitante do serviço. Esses elementos de dados que contêm as informações a serem consultadas pela entidade que irá executar o serviço Manager ou os dados resultantes da execução do serviço, a exemplo do serviço C-FIND, não acompanham os parâmetros dos comandos que compõem esse serviço. Os elementos de dados que foram definidos para comporem o serviço Manager são apresentados na Tabela 2. Tabela 2 Elementos de Dados do Serviço Manager. Nome Tag VR Current Active Connections (0099,0001) US Maximum Connection Number (0099,0002) US Average Connection Number Time Interval (0099,0003) TM Average Connection Number (0099,0004) US Received Data Time Interval (0099,0005) TM Received Data (0099,0006) UL Stored Files Time Interval (0099,0007) TM Stored Files (0099,0008) US Moved Files Time Interval (0099,0009) TM Moved Files (0099,0010) US Last Backup (0099,0011) DA Next Backup (0099,0012) DA Band Width (0099,0013) UL Band Usage (0099,0014) UL Average Band Usage Time Interval (0099,0015) TM Average Band Usage (0099,0016) UL Total Disk Space (0099,0017) UL Used Disk Space (0099,0018) UL Na tabela 2, além do nome dos elementos de dados definidos para o Manager, são apresentados também os campos Tag, que são identificadores exigidos pelo padrão DICOM, e VR, que indica o tipo de dado contido em cada elemento. Na tabela, são mostrados os tipos UL (Unsigned Long), US (Unsigned Short), TM (Time), DA (Date) e CS (Code String). Os elementos de dados definidos para o serviço Manager referem-se a: Current Active Connections - Conexões ativas em andamento: Indica a quantidade de conexões ativas em andamento no momento da solicitação; Maximum Connection Number - Número máximo de conexões: Indica o número máximo de conexões que a entidade executante suporta simultaneamente; Average Connection Number Time Interval Intervalo de tempo para a média de conexões: Intervalo de tempo a ser utilizado como parâmetro para coleta de informações sobre o número de conexões. Se esse parâmetro for omitido serão analisados todos os dados armazenados; Average Connection Number - Número médio de conexões: Indica o número médio de conexões ativas, obtido a partir do registro de conexões ativas por um intervalo de tempo; Received Data Time Interval - Intervalo de tempo para os dados recebidos: Intervalo de tempo a ser utilizado como parâmetro para coleta de informações sobre a quantidade de dados recebidos. Se esse parâmetro for omitido serão analisados todos os dados armazenados; Received Data - Dados recebidos: Indica a quantidade de dados recebidos pelo executante em determinado intervalo de tempo; Stored Files Time Interval - Intervalo de tempo para os arquivos armazenados: Intervalo de tempo a ser utilizado como parâmetro para coleta de informações sobre a

4 quantidade de arquivos armazenados. Se esse parâmetro for omitido serão analisados todos os dados armazenados; Stored Files - Arquivos armazenados: Indica o número de arquivos armazenados na base de dados da entidade executante num intervalo de tempo; Moved Files Time Interval - Intervalo de tempo para arquivos transferidos: Intervalo de tempo a ser utilizado como parâmetro para coleta de informações sobre a quantidade de arquivos transferidos para outras aplicações; Se esse parâmetro for omitido serão analisados todos os dados armazenados; Moved Files - Arquivos transferidos: Indica o número de arquivos transferidos pela entidade executante num intervalo de tempo; Last Backup - Último backup: Indica a data do último backup dos dados da entidade executante; Next Backup - Próximo backup: Indica a data de realização do próximo backup dos dados da entidade executante; Band Width - Largura de banda: Indica a largura da banda de transmissão da entidade executante; Band Usage - Uso da banda: Indica a o percentual da banda disponível que está sendo utilizada pela entidade executante no momento da solicitação; Average Band Usage Time Interval Intervalo de tempo para média de uso da banda: Intervalo de tempo a ser utilizado como parâmetro para coleta de informações sobre a média de utilização da banda disponível para transferência de dados no PACS. Se esse parâmetro for omitido serão analisados todos os dados armazenados; Average Band Usage Média do uso da banda: Indica o valor médio percentual da banda disponível que foi utilizada em um determinado intervalo de tempo; Total Disk Space - Espaço em disco: Indica o espaço em disco total da base de dados da entidade executante; Used Disk Space - Espaço em disco utilizado: Indica o espaço em disco ocupado na base de dados do PACS; As informações solicitadas são enviadas pela entidade que solicita o serviço em uma mensagem imediatamente posterior a mensagem de solicitação. De igual forma, são informadas pela entidade que executou o serviço logo que o comando de resposta é enviado. No instante da resposta, para cada mensagem contendo informações de resposta, uma mensagem de comando deve ser enviada para informar o status do serviço. Uma relação dos possíveis valores de status é apresentada na Tabela 3. Tabela 3 Valores de status do serviço. Status Código Descrição Success Operação Finalizada 0000 (Sucesso) com Sucesso Pending Operação em FF00 (Pendente) Andamento Refused Operação Recusada A700 (Recusado) Canceled Operação FE00 (Cancelado) Cancelada Failed Falha na Realização A701 (Falha) da Operação Além do serviço Manager, foi desenvolvido um outro serviço, o ManagerDB. Este serviço permite a manipulação da base de dados dos PACS, suprindo possíveis necessidades de acesso a informações não contempladas pelos comandos previstos pelo DICOM. Além disso, também é utilizado para gerenciamento/manutenção remota da base de dados. A utilização desse serviço facilita a gerência de segurança dentro de uma rede de telemedicina, pois para se permitir o gerenciamento da base de dados de um PACS não é necessária a liberação de acesso ao servidor de banco de dados diretamente; esse acesso é realizado pelo próprio PACS e o acesso da aplicação remota à base de dados se dá através de solicitações desse serviço à entidade executora que possui acesso a base de dados. Tabela 4 Elementos de Dados do Serviço ManagerDB. Nome Tag VR Database Name (0099,0019) LO SQL (0099,0020) LO O serviço ManagerDB é composto dos comandos de requisição, ManagerDB_RQ, e de resposta, ManagerDB_RSP. Os parâmetros desses comandos são os mesmos definidos para os comandos do serviço Manager. Os elementos de dados do serviço ManagerDB, apresentados na Tabela 4, são: Database Name Nome da base de dados: Indica o nome da base de dados sobre a qual será realizada a instrução SQL; SQL SQL: Contem a instrução SQL a ser executada. Deve ser suportada a sintaxe SQL padrão. Porém, adaptações as variações da linguagem SQL, implementadas pelos diferentes gerenciadores de bancos de dados, podem ser suportadas. Na tabela, também são apresentadas as Tags dos elementos de dados e o VR do tipo LO (Long String).

5 Resultados Para validar a proposta de extensão ao padrão DICOM para suporte a tarefas de gerenciamento, foi desenvolvida uma ferramenta para gerência de PACS que possibilitasse uma fácil solicitação/execução dos serviços Manager e ManagerDB, tornando a gerência de aplicações uma tarefa de alto nível, na qual os comandos e o protocolo ficassem transparentes ao usuário. A ferramenta foi desenvolvida utilizando a linguagem de programação C++ integrada à tecnologia de wxwidgets [9]. Além do desenvolvimento da ferramenta para gerência, foi realizada a extensão de um Servidor de Imagens Médicas DICOM [8] para suportar a execução dos novos tipos de serviços. Como repositório de dados de informações sobre o funcionamento do PACS foi utilizado o PostgreSQL [10]. A Figura 3 apresenta a interface da ferramenta de gerência exibindo dados retornados pelo Servidor de Imagens após o atendimento de uma solicitação do serviço Manager. Figura 3 Interface da Ferramenta de Gerenciamento. Na Figura 3, são apresentadas as solicitações de Último backup, Próximo backup, Arquivos armazenados, Intervalo de data para arquivos armazenados, Arquivos transferidos e Intervalo de data para arquivos movidos, obtendose os resultados: Último Backup: 16/06/2006; Próximo Backup: 23/06/2006; Arquivos armazenados: 11150; Intervalo de tempo para arquivos armazenados: 24h00min00s; Arquivos transferidos: 10837; Intervalo de tempo para arquivos transferidos: 24h00min00s. O Servidor de Imagens permaneceu em funcionamento durante cinco dias. Durante esse período, foram realizadas diversas solicitações de serviços Manager e ManagerDB através da ferramenta de gerenciamento desenvolvida. Todas as solicitações efetuadas foram respondidas com sucesso, de acordo com o esperado. Discussão e Conclusões Os testes realizados, utilizando a ferramenta de gerenciamento de PACS e o Servidor de Imagens Médicas estendido para suportar os novos serviços, foram capazes de validar a metodologia apresentada neste trabalho. A utilização de serviços de gerenciamento de PACS integrados ao DICOM permite a realização de tarefas antes não suportadas pelo padrão. Além disso, possibilitam que aplicações de diferentes fabricantes, que implementem esses serviços, consigam se comunicar entre si, atendendo a solicitações desses tipos de serviços. A utilização de um serviço específico para a manipulação de bancos de dados integrado ao padrão DICOM, além de facilitar a tarefa de gerenciamento remoto dos dados de aplicações em uma rede de telemedicina, reduzem as necessidades de permissões de acesso externo aos equipamentos onde os PACS estão sendo executados, facilitando a gerência de segurança de rede. Uma metodologia eficiente para a gerência remota de PACS reduz o esforço necessário para a manutenção e administração dessas aplicações em uma rede de Telemedicina, principalmente em redes geograficamente distribuídas. A construção de PACS que suportem esse tipo de metodologia, além de facilitarem o trabalho por parte da equipe responsável pelo suporte das aplicações, tende a diminuir os custos gerais para implantação de um projeto de Telemedicina por necessitar de uma quantidade menor mão-de-obra na fase de manutenção do projeto, bem como por reduzir a necessidade de deslocamento até o local onde estão implantadadas as aplicações para se proceder com a tarefa de suporte. Referências [1] Duerinckx, A.J., Pisa, E.J., Filmless Picture Archiving and Communication System (PACS) in Diagnostic Radiology, Proc SPIE 1982;318;9-18. Republicado na IEEE Computer Society Proceedings of PACS'82, No 388. [2] Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) - Part 1: Introduction and Overview, National Electrical Manufacturers Association NEMA, Rosslyn, Virginia, USA [3] Rosasco, N., Larochelle, D., How and Why More Secure Technologies Succeed in Legacy Markets: Lessons from the Success of SSH, Dept. of Computer Science, Univ. of Virginia.

6 [4] Richardson, T., Stafford-Fraser, Q., Wood, K., Hopper, A., "Virtual Network Computing", IEEE Internet Computing, Vol.2 No.1, Jan/Fev 1998 pp [5] Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) - Part 8: Network Communication Support for Message Exchange, National Electrical Manufacturers Association NEMA, Rosslyn, Virginia, USA [6] Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) - Part 7: Message Exchange, National Electrical Manufacturers Association NEMA, Rosslyn, Virginia, USA [7] Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) - Part 4: Service Class Specifications, National Electrical Manufacturers Association NEMA, Rosslyn, Virginia, USA, [8] Dellani, P.R., Desenvolvimento de um Servidor de Imagens Médicas Digitais no Padrão Dicom, Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Santa Catarina, [9] Site da web de wxwidgets. Disponível em: Acessado em: 22/06/2006. [10] Site da web de PostgreSQL. Disponível em: Acessado em: 22/06/2006. Contatos Antonio da Luz Jr. Elisa Manfrin de Araújo Prof. Dr. rer. nat. Eros Comunello Prof. Dr. rer. nat. Aldo von Wangenheim

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