Interface DICOM para Captura e Transmissão de Imagens Médicas

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1 Interface DICOM para Captura e Transmissão de Imagens Médicas Diego Ferreira dos Santos 1, Eduardo Tavares Costa 2, Marco Antônio Gutierrez 3 1,2 Departamento de Engenharia Biomédica (DEB),Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação (FEEC), Centro de Egenharia Biomédica (CEB) - Unicamp, Brasil 3 Instituto do Coração (INCOR) Universidade de São Paulo (USP), Brasil Resumo - A qualidade nos serviços de saúde aumentou signicativamente com a evolução da tecnologia de computadores e redes. Através da integração de informações médicas é possível realizar diagnósticos com maior rapidez e eficácia. Um dos problemas que surgiram nas instituições médicas foi o de integração dos equipamentos antigos de diagnóstico médico por imagem aos sistemas de informação da instituição visto que as informações geradas por esses equipamentos ou não são armazenadas digitalmente ou são geradas e transmitidas em um formato proprietário. Para solucionar esse problema foi desenvolvido um software denominado IDicom que atua como uma interface entre o equipamento de diagnóstico médico antigo e um servidor remoto de imagens Palavras-chave: DICOM, Imagens Médicas Abstract - The quality of health services has increased significantly with the evolution of computers and networks. Through the integration of medical information it is possible to accomplish medical diagnostics in a faster way and with great effectiveness. One of the problems that appeared in the medical institutions was the integration of old medical imaging equipment to the information system of these institutions since the information generated by these equipment is not stored digitally or is generated and transmitted in a proprietary format. To solve this problem, we have developed a program called IDicom that acts as an interface between the old medical imaging equipment and a remote imaging DICOM server. Key-words: DICOM, Medical Imaging Introdução As instituições médicas estão cada vez mais reféns da tecnologia. Novos trabalhos surgem e novos meios de diagnóstico médico por imagem são criados. Com a evolução da tecnologia dos computadores e de redes de comunicação de dados foram introduzidos sistemas PACS (Picture Archiving and Communication Systems) que abriram a possibilidade de armazenamento e transmissão de imagens geradas pelos equipamentos médicos permitindo, dessa forma, um acesso rápido e eficaz a essas informações. Os sistemas PACS, atualmente, são compostos por equipamentos de diferentes fabricantes, sendo necessário, portanto, adotar um padrão para transferência das informações geradas por esses equipamentos. O padrão adotado mundialmente é conhecido como Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM). Os equipamentos modernos de diagnóstico médico por imagem já possuem uma interface DICOM para a transferência das informações, possibilitando o armazenamento digital das informações geradas por eles no PACS da instituição. Para aquelas instituições que estão migrando estas informações geradas nos exames para o armazenamento digital, surge um grande problema. Existem hoje nas instituições de saúde muitos equipamentos de diagnóstico médico por imagem antigos e ainda funcionais, que não geram informação digitalmente ou geram a informação de forma proprietária, o que impossibilita a troca das informações geradas por eles com outros componentes do PACS da instituição. Uma solução encontrada para esse problema é utilizar um equipamento intermediário que atue como uma interface entre o equipamento de diagnóstico médico por imagem antigo e um servidor de armazenamento de imagens no PACS da instituição. O equipamento deve ser responsável pela captura das imagens, conversão dessas imagens para o padrão DICOM e transmissão das imagens através da rede, permitindo seu armazenamento no formato digital [1][2]. O objetivo desse trabalho foi o de implementar um software em ambiente Linux capaz de realizar a aquisição, visualização e transmissão de imagens médicas no padrão DICOM que, em conjunto com o hardware, atua como interface entre o equipamento de diagnóstico médico por imagem e um servidor remoto padrão DICOM,

2 fazendo com que esse equipamento consiga se integrar ao PACS da instituição de saúde. Metodologia Para o desenvolvimento do software foi adquirido um computador Intel Pentium IV com as seguintes características: 1.7GHz 512Mb de memória RAM HD de 70Gb Placa de Vídeo ATI Rage 128 Pro 32Mb Placa Pinnacle DC10Plus Moniror 17 Como um dos principais objetivos para o desenvolvimento da interface era o de ter um equipamento DICOM com baixo custo, resolveuse adotar o Sistema Operacional Linux (distribuição Debian) como base para o desenvolvimento do software. Foram utilizados no projeto três bibliotecas para o desenvolvimento do software: DCMTK: coleção de rotinas e aplicações que implementam grande parte do padrão QT: ferramenta de programação escolhida para desenvolver o software responsável pela captura e transmissão de imagens no formato V4L: API (Application Programming Interface) de captura de vídeo do kernel do linux. O software foi desenvolvido através de uma abordagem orientada a objetos (OO) por possuir várias vantagens, entre elas: Facilidade na Manutenção Reutilização Confiabilidade Aumento da Qualidade Denominou-se o software de IDicom (Interface DICOM). O IDicom pretende atender primeiramente as necessidades do Instituto do Coração (Incor) em São Paulo permitindo que os equipamentos antigos de diagnóstico médico por imagem de ultra-som (que possuam saída de vídeo padrão e que não possuam DICOM como padrão para troca de informações), consigam se integrar ao sistema de informação do hospital, aproveitando ao máximo os recursos que o DICOM proporciona. A Figura 1 ilustra o modelo de funcionamento da interface. A interface DICOM captura imagens de um equipamento de diagnóstico médico por imagem, no caso um equipamento de ultra-som. Essas imagens capturadas são então convertidas para o formato DICOM e transmitidas para um sistema de armazenamento compatível com Figura 1 Diagrama de Uso da Interface DICOM Foram identificadas, para o sistema, três funções básicas principais: Visualizar Imagens Capturar Imagens Transmitir Imagens O IDicom permite a visualização das imagens DICOM em miniatura ou em tamanho original permitindo o uso de operações básicas de processamento como: zoom, rotação, aplicar janela. O arquivo DICOM é carregado na memória do computador limitando a capacidade de visualização das imagens. Além disso, podese, em caso de imagens multi-quadros, visualizar uma seqüência em animação desses quadros em miniatura ou no tamanho original da imagem. O arquivo DICOM é composto de um Conjunto de Dados que contém todas as informações referentes ao exame realizado, como: dados relativos ao paciente, informações do tipo de exame feito, informações sobre a imagem (caso seja um arquivo DICOM composto de imagens), etc. Foi desenvolvido, então, um módulo de visualização e edição do Conjunto de Dados do arquivo DICOM para que essas informações possam ser manipuladas corretamente. Para a função de captura das imagens, utilizou-se a v4l. Durante o processo de captura, os quadros são adquiridos da placa de captura (utilizando a técnica de double-buffering) e aptos a serem processados. Esses quadros poderão ter dois destinos, conforme ilustrado na Figura 3: um buffer e/ou uma função de Preview de Imagem que mostrará o quadro na tela. Enquanto o Gerador de Quadros coloca os quadros no buffer, outro módulo começa a sua retirada na ordem em

3 que foram inseridos (FIFO). O quadro retirado é então comprimido no formato JPEG sem perdas e armazenado seqüencialmente no elemento Dados do Pixel do Conjunto de Dados DICOM que está na memória. Todas as informações do Conjunto de Dados na memória são armazenadas em um arquivo DICOM para posterior processamento. Foram realizados dois processos de captura para cada valor de tamanho de imagem e tempo de captura, sendo um processo de captura com a Janela Preview ativada e outro com a Janela Preview desativada. Foi registrado o tempo total de captura dos quadros para cada teste realizado. Para os testes do sistema de transmissão foi instalado e executado o software StoreSCP da biblioteca DCMTK em um computador da rede local ethernet (10Mb/s) do Centro de Engenharia Biomédica da Unicamp. O computador que atuou como servidor DICOM de armazenamento de imagens possui as seguintes características: Intel Pentium IV 128Mb de memória RAM HD de 2,5Gb Figura 3: Modelo de Captura Para o módulo de Transmissão de Imagens DICOM, foi implementando um StoreSCU, ou seja, um cliente que é capaz de se comunicar com um servidor DICOM (StoreSCP) que suporte o serviço de Armazenamento de Imagens. Foi utilizada a função DIMSE_storeUser da biblioteca DCMTK para a transferência das informações. Com a implementação das funções concluídas, foram realizados testes no sistema IDicom para verificar a sua correta funcionalidade. Os testes foram divididos em três grupos: Testes da parte de Visualização do Sistema Testes do Sistema de Captura Testes do Sistema de Transmissão Os testes foram realizados no mesmo computador utilizado para desenvolver o software, descrito anteriormente. Para os testes no sistema de visualização de imagens, foram feitos downloads na internet de arquivos DICOM com imagens ue continham diferentes características. Utilizou-se também arquivos adquiridos no próprio software através do sistema de captura, resultando num total de 37 arquivos utilizados no teste. Para cada arquivo foi registrado o tempo de abertura e de visualização das imagens (calculado através do relógio interno do computador). Os testes no sistema de captura foram realizados com imagens de ultra-som adquiridas de um videocassete. Foi conectado um videocassete na entrada de vídeo composta da placa de captura de vídeo do computador. Os testes foram realizados com diferentes tamanhos de imagens e diferentes tempos de captura. Para o teste, o servidor foi configurado na porta Os testes foram feitos na tentativa de enviar os arquivos DICOM adquiridos da internet e do próprio software. Foi registrado o tempo total de transmissão do arquivo e indicado se ocorreu algum tipo de erro. Resultados O sistema desenvolvido permite a captura das imagens analógicas de equipamentos de diagnóstico médico por imagem, conversão dessas imagens para o formato DICOM e a possibilidade de transmissão dessas imagens para um servidor remoto A Figura 4 ilustra a tela inicial do sistema aberta com arquivo DICOM que contém imagens multi-quadros. O usuário poderá visualizar cada quadro individualmente ou então visualizar uma animação de uma seqüência de quadros selecionados. Figura 4: Tela Inicial do Sistema com Imagens Multi-Quadros A Figura 5 ilustra a janela de visualização da animação dos quadros no tamanho original da

4 imagem. É ainda possível a visualização da animação das imagens em miniatura.. Figura 5: Janela de Visualização de Filme Figura 7 Janela de Visualização e Processamento das Imagens A Figura 6 ilustra a janela de visualização e edição dos elementos do Conjunto de Dados. Por questão de segurança, o usuário não poderá salvar o arquivo modificado com o mesmo nome do arquivo original. Figura 8: Visualização de 4 Imagens em Sequência Figura 6: Visualização e Edição do Conjunto de Dados A Figura 9 ilustra o módulo de captura do sistema IDicom. As resoluções possíveis para captura das imagens são: 160x120; 320x240; 640x480 As Figuras 7 e 8 ilustram os módulos de visualização e processamento das imagens Figura 9: Janela de Captura

5 A Figura 10 ilustra a janela de transmissão das imagens DICOM do sistema IDicom. Figura 10: Janela de Transmissão Discussão e Conlusões O Software se mostrou eficiente para realizar as funções previstas de captura, visualização e transmissão de imagens. De acordo com os testes realizados, pode-se constatar que: Dos 37 arquivos utilizados para visualização, o IDicom acusou erro em 27% deles, mas estes erros não eram relacionados à execução do programa mas sim à capacidade de memória do computador (512Mb). 100% dos arquivos utilizados para abertura sem imagens, ou seja, somente para visualização e edição do Conjunto de Dados DICOM, foram carregados corretamente. Nos testes de captura, 100% dos arquivos foram capturados com sucesso, convertidos para DICOM e armazenados em disco corretamente. Do total dos arquivos utilizados para o teste de transmissão de imagens, o software acusou erro em 13% deles. Isso também ocorreu pela falta de memória do computador que atuou como servidor. A principal vantagem do IDicom é o seu baixo custo em relação aos outros softwares disponíveis no mercado, visto que o sistema foi todo desenvolvido com bibliotecas de software livre. O objetivo principal do desenvolvimento de uma ferramenta capaz de realizar a aquisição de imagens dos equipamentos antigos de diagnóstico médico que tenham saída em vídeo, conversão para o formato DICOM e transmissão para um servidor remoto de armazenamento de imagens foi atingido. O sistema permite a integração dos equipamentos de diagnóstico médico antigos por imagem ao PACS da instituição. O sistema desenvolvido oferece algumas vantagens em relação aos sistemas propostos já existentes: O custo para desenvolver o sistema proposto é pequeno. As ferramentas utilizadas no desenvolvimento foram todas de domínio público. Os sistemas propostos anteriormente realizavam apenas a aquisição e transmissão das imagens. Não existia processamento das imagens para visualização. O IDicom possui um sistema de visualização de imagens satisfatório, incluindo visualização em miniatura das imagens e animação (caso arquivos multi-quadros). Embora testado somente com imagens de equipamento de ecocardiografia, o IDicom pode ser utilizado para adquirir outras modalidades de imagens médicas geradas em vídeo. Referências Kobayashi L. O. M, Furuie S. S., Gutierrez M. A.(2002), Integração de modalidades utilizando um sistema de aquisição, armazenamento e transmissão de imagens médicas, In: XVIII Congresso Brasileiro de Engenharia Biomédica, São José dos Campos/SP, v.5, p Madachi R. J., Park K. S., Mankovich N. J. (1988), Automatic digital ultrasound image acquisition and networking, Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE, [S.L], v.3, p Contato Nome: Diego Ferreira dos Santos santos@ceb.unicamp.br Telefone: (19) End.: Rua. Dr. Guilherme da Silva, 172 Apt.81 Cambuí Campinas - SP