Um Ambiente para Diagnóstico Cooperativo de Imagens Médicas

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1 Um Ambiente para Diagnóstico Cooperativo de Imagens Médicas Celso A. S. Santos 1, Alessandra M. P. Soares 2, Adrião D. Duarte Neto 2 1 Universidade Salvador (UNIFACS), Salvador BA 2 Dep. de Engenharia de Computação, UFRN, Natal RN Brazil saibel@unifacs.br, alessandramendes@bol.com.br, adriao@dca.ufrn.br 1. Introdução A distância que separa os especialistas é um dos maiores obstáculos para a elaboração de diagnósticos cooperativos envolvendo profissionais da área médica oriundos de diferentes especialidades (e mesmo de uma mesma especialidade). O desenvolvimento de ambientes colaborativos voltados à telemedicina promete mudar drasticamente o panorama dos ambientes médicos nos próximos anos, sendo o trabalho cooperativo auxiliado por computador (ou CSCW) um dos componentes-chave [1,2]. Um sistema integrado de suporte à telemedicina deve satisfazer os seguintes requisitos básicos [3]: - Possibilidade de colaboração síncrona e assíncrona entre participantes no modo síncrono, os participantes interagem dentro de uma sessão de conferência enquanto compartilham de uma mesma visão global do ambiente em tempo-real; o modo assíncrono permite que usuários revejam todos os passos ocorridos dentro de uma sessão que não puderam assistir. - Colaboração em tempo-real envolvendo grande quantidade de dados conferências na área médica podem envolver grandes transferências de dados e mecanismos de atualização das visões dos participantes das sessões; além disso, os métodos de comunicação e troca de dados devem levar em conta os atrasos e problemas da rede de interconexão; - Controle efetivo do direito à palavra de cada um dos participantes evitando colisões entre as suas operações; - Manipulação de arquivos de dados, com a definição de alternativas propostas pelos usuários, dos planos de ações propostos pelos especialistas, etc. Outros requisitos de interesse são a utilização de infra-estrutura de baixo-custo, o uso de interfaces que permitam a inclusão/consulta de informações dos pacientes, a garantia de autorização de acesso (segurança e sigilo dos dados) e o uso de padrões "abertos", tais como o DICOM (Digital imaging and Communication in Medicine [4])e o HL-7 (Health Level 7 [5]) visando a interoperabilidade e manipulação transparente dos dados. Deve-se ainda pensar no desenvolvimento de interfaces que permitam a integração de sistemas PACS (Picture Archiving and Communication Systems) já existentes com o sistema a ser implementado. O Healthcare Domain Task Force da OMG [6] é o organismo que tem trabalhado no sentido de estabelecer todos estes padrões que vão perimitr a integração destes sistemas utilizando a tecnologia de objetos distribuídos. Apesar de importantes, estes requisitos estão fora do escopo deste trabalho e por isso, não são tratados pelo ambiente proposto.

2 Dentro deste contexto, este artigo apresenta um ambiente virtual cooperativo para aplicações na área de telemedicina. Este ambiente possui como características principais (i) o suporte à realização de conferências para elaboração de um diagnóstico remoto cooperativo e (ii) a simplicidade e o custo baixo de implementação, baseado numa arquitetura cliente/servidor. O ambiente define também um protocolo de aplicação para gerenciar a troca de mensagens entre os clientes e o servidor durante a execução da sala de diagnóstico virtual. As mensagens possuem um formato padronizado e podem se enquadrar em 4 categorias básicas: mensagens de controle, mensagens de chat, mensagens de intervenção e mensagens de erro. Elas formam a base das informações necessárias ao programa servidor para garantir a sincronização e a consistência dos dados entre os participantes. 2. Execução de uma Sala de Diagnóstico Virtual A execução de uma sala é iniciada no momento em que um dos colaboradores 1 envia uma mensagem de controle ao servidor solicitando a sua criação. Em seguida, um arquivo de configuração contendo (i) assunto da sala; (ii) os endereços de ftp (ou URI) das imagens a serem utilizadas na conferência; (iii) os nomes e endereços eletrônicos dos convidados; (iv) a data e a hora do início da conferência; (v) a data e a hora da criação da sala, e finalmente; (vi) o nome do colaborador designado como gerente é enviado ao servidor para finalizar a etapa de configuração da sala. O servidor define um identificador para sala criada, enviando uma mensagem convite (via ) a todos colaboradores com os dados do arquivo de configuração. Antes da realização da conferência, cada colaborador deverá efetuar uma cópia local (via de ftp) a partir dos links especificados na mensagem convite enviada pelo servidor. Na data e hora especificadas, os colaboradores podem acessar a sala. Durante este acesso, o servidor verifica se o colaborador tem direito de acesso à sala desejada e ainda, se ele dispõe da(s) imagem(ns) necessária(s) para o diagnóstico. Se as imagens necessárias para o desenvolvimento da sessão de conferência não estiverem disponíveis localmente, o programa cliente se encarregará de informar ao colaborador a URI a partir da qual estas imagens podem ser recuperadas. Quando as imagens estiverem finalmente disponiblizadas no cliente, o colaborador é sincronizado à sala (através do envio de um histórico das ações armazenado no servidor) e inicia a sua participação na conferência. Durante a execução da sala, os colaboradores estão inseridos em um cenário de conferência, composto de um plano de fundo comum (ver Fig.1), constituído do exame a ser analisado e manipulado através de técnicas de tratamento da imagem (ajustes de brilho, contraste e saturação, aplicação de filtros para focalização, posterização e solarização, filtros de contorno, etc). Estas técnicas foram implementadas a partir das ferramentas disponibilizadas no Leadtools [7]. O LeadTools consiste de um conjunto de ferramentas para desenvolvimento de sistemas que implementam processamento de imagem. Elas permitem o processamento das imagens (brilho, contraste, saturação, gama, ruído, rotação, 1 O colaborador responsável pela criação e administração da sala é assinalado pelo sistema como o seu gerente. Ele é o responsável pela emissão do diagnóstico final após a conferência.

3 redimensionamento, detecção de fronteiras, etc.), além do suporte aos mais variados formatos padronizados de imagem (JPEG, GIF, BMP, DICOM, etc.). Além da aplicação das técnicas de processamento de imagem, os colaboradores podem ressaltar partes da imagem em estudo através de algumas primitivas gráficas básicas disponibilizadas (linhas, polígonos e texto). Partes da imagem podem ser selecionadas e copiadas localmente pelos clientes para serem trabalhadas de maneira independente da imagem compartilhada. A intervenção de cada colaborador é gerenciada através do mecanismo de posse da palavra apresentado a seguir. A interação entre os colaboradores conta ainda com uma ferramenta de conversação textual (chat). A Figura 1 ilustra a interface disponível para cada colaborador da sala de diagnóstico virtual. Figura 1. Interface da Sala de Diagnóstico Virtual 2.1 Controle de Colisões: O mecanismo de posse da palavra As intervenções nas imagens são controladas por um mecanismo denominado posse da palavra que dá ao colaborador a possibilidade de intervir nas imagens da sala. As requisições são tratadas pelo servidor através de uma fila. Se a fila de requisições está vazia, a posse da palavra é passada ao gerente da sala. Os colaboradores podem ainda retirar suas requisições da fila a qualquer instante. Na implementação atual, o gerente da sala pode reter a posse da palavra indefinidamente, uma vez que foi assumido que ele controla as discussões da sala. Mais ainda, o gerente tem o direito de fazer uma requisição forçada à posse da palavra sem respeitar a ordem das requisições da fila. Cada intervenção sobre a imagem é transmitida pelos programas clientes para o servidor, que a retransmite para todos os outros colaboradores em tempo-real, permitindo a atualização de suas imagens e seus respectivos históricos. O mecanismo da posse da palavra evita desta forma a ocorrência de colisões, já que somente um cliente por vez

4 transmite suas modificações na área de dados compartilhada (imagem) para o servidor. Desta maneira, a integridade dos dados entre os colaboradores é garantida. 2.2 Emissão do Diagnóstico Uma vez que a análise da(s) imagem(ns) for finalizada e que os colaboradores chegarem a um consenso, o gerente pode fazer a emissão de um diagnóstico. O diagnóstico é um documento no formato texto que inclui o resultado final das discussões sobre a imagem analisada dentro da sala. Com a emissão do diagnóstico um arquivo final com os dados relativos a execução da sala, seu histórico, imagem(ns) e diagnóstico é armazenado pelo programa em cada máquina cliente. Após a emissão do diagnóstico, a sala virtual pode ser encerrada pelo gerente. 3. Conclusões e Perspectivas A escolha de uma arquitetura cliente/servidor foi adotada por possibilitar a localiz ação das salas e a comunicação entre seus participantes mesmo em ambientes com clientes sem endereços IP fixos, que não permitam difusão (broadcast ) ou com clientes sem nomes que possam ser registrados. O servidor também armazena as informações de todas as salas em execução, assim como de seus colaboradores. O envio antecipado dos arquivos com a definição da sala via permite que cada colaborador receba de forma assíncrona uma cópia local da sala antes de sua execução efetiva. Os colaboradores podem providenciar a transferência da imagem associada à sala previamente e de maneira independente, evitando atrasos na inicialização da sala. Toda a manipulação da imagem é replicada por cada cliente através de troca de mensagens bastante simples, contendo parâmetros para modificação das imagens. Estas mensagens são distribuídas em tempo real e vão fazer parte do registro (histórico) das ações que vão sendo processadas localmente por cada cliente. O histórico do processamento é utilizado ainda para sincronização de participantes que iniciaram suas conexões após o início da conferência. A utilização do canal de chat implementa uma forma simples e prática para estabelecer a comunicação entre os participantes da sala consumindo pouca largura de banda da rede. Evidentemente, sistemas mais elaborados de suporte à telemedicina devem incluir transmissão de vídeo e áudio entre participantes, entretanto a inclusão destas mídias acrescenta problemas complexos garantia de QoS que não fazem parte do objetivo do trabalho que é a realização de um diagnóstico remoto a partir de imagens. O ambiente foi desenvolvido e está em sua fase de testes. Em seu estágio atual, ele permite que participantes analisem, de maneira cooperativa, até três imagens simultâneas. Entre os trabalhos futuros a serem realizados estão a migração da solução para o ambiente Web e a análise de desempenho dos mecanismos implementados. Referências [1] Maceratini, R.; Sabbatini, R. M. E. Telemedicina: A Nova Revolução, Revista Informédica, 1(6): [2] Santos, N. F.; Costa, K. L. D. Telemedicina: Uma Nova Forma de Assistência Médica ao Paciente, Principia CEFET/PB, nº8, ano4, Set.2000

5 [3] Kim, Y.; Choi, J.-H.; Kim, M.K.; Kim, N.K.; Yeom, J. S.; Kim Y. O. Collaborative Surgical Simulation over the Internet, IEEE Internet Computing - Medicine on the Net, vol. 5, no 3, May/June p [4] DICOM Homepage URL: (disponível na Internet, capturado em 13/08/2001) [5] Health Level 7. URL: (disponível na Internet, capturado em 13/08/2001) [6] OMG-Healthcare Domain Task Force. URL: (disponível na Internet, capturado em 12/08/2001) [7] LeadTools Technologies Home Page URL: (disponível na Internet, capturado em 12/02/2001)