UM PORTAL DE BANCOS DE IMAGENS MÉDICAS DISTRIBUÍDO USANDO CORBA PARA INTEGRAÇÃO DE SERVIÇOS DE RADIOLOGIA

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1 UM PORTAL DE BANCOS DE IMAGENS MÉDICAS DISTRIBUÍDO USANDO CORBA PARA INTEGRAÇÃO DE SERVIÇOS DE RADIOLOGIA Leonardo Andrade Ribeiro Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC CTC Campus Universitário Trindade Caixa Postal, 476 Florianópolis SC Brasil lar@inf.ufsc.br Euclides de Moraes Barros Junior Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC CTC Campus Universitário Trindade Caixa Postal, 476 Florianópolis SC Brasil euclides@inf.ufsc.br Lidiane Pereira dos Reis Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC CTC Campus Universitário Trindade Caixa Postal, 476 Florianópolis SC Brasil lidiane@inf.ufsc.br Aldo von Wangenheim Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC CTC Campus Universitário Trindade Caixa Postal, 476 Florianópolis SC Brasil awangenh@inf.ufsc.br RESUMO A utilização de PACS (Picture Archiving and Communication Systems) está cada vez mais difundida entre hospitais e clínicas brasileiros. Juntamente com o crescente interesse pela Telemedicina, este cenário proporciona um ambiente favorável ao compartilhamento de estudos e imagens entre clínicas e hospitais. Com isso, torna-se possível um acompanhamento mais efetivo do histórico de saúde de um paciente. Neste trabalho apresentamos um framework, denominado Portal de Teleradiologia, para integração de diferentes e possivelmente heterogêneos bancos de imagens médicas distribuídos em várias de clínicas e hospitais. Através dos serviços deste Portal de Teleradiologia torna-se possível a construção transparente de banco de dados geograficamente distribuído de exames radiológicos. A identificação única de um paciente entre as diversas bases de dados e o acesso e a segurança das informações disponibilizadas foram as principais questões que permearam este trabalho. Palavras-chave: Telemedicina, Teleradiologia, CORBA, CorbaMed, DICOM, Banco de Dados Distribuído. Categoria: Workshop - Dissertação.

2 UM PORTAL DE BANCOS DE IMAGENS MÉDICAS DISTRIBUÍDO USANDO CORBA PARA INTEGRAÇÃO DE SERVIÇOS DE RADIOLOGIA RESUMO A UTILIZAÇÃO DE PACS (PICTURE ARCHIVING AND COMMUNICATION SYSTEMS) ESTÁ CADA VEZ MAIS DIFUNDIDA ENTRE HOSPITAIS E CLÍNICAS BRASILEIROS. JUNTAMENTE COM O CRESCENTE INTERESSE PELA TELEMEDICINA, ESTE CENÁRIO PROPORCIONA UM AMBIENTE FAVORÁVEL AO COMPARTILHAMENTO DE ESTUDOS E IMAGENS ENTRE CLÍNICAS E HOSPITAIS. COM ISSO, TORNA-SE POSSÍVEL UM ACOMPANHAMENTO MAIS EFETIVO DO HISTÓRICO DE SAÚDE DE UM PACIENTE. NESTE TRABALHO APRESENTAMOS UM FRAMEWORK, DENOMINADO PORTAL DE TELERADIOLOGIA, PARA INTEGRAÇÃO DE DIFERENTES E POSSIVELMENTE HETEROGÊNEOS BANCOS DE IMAGENS MÉDICAS DISTRIBUÍDOS EM VÁRIAS DE CLÍNICAS E HOSPITAIS. ATRAVÉS DOS SERVIÇOS DESTE PORTAL DE TELERADIOLOGIA TORNA-SE POSSÍVEL A CONSTRUÇÃO TRANSPARENTE DE BANCO DE DADOS GEOGRAFICAMENTE DISTRIBUÍDO DE EXAMES RADIOLÓGICOS. A IDENTIFICAÇÃO ÚNICA DE UM PACIENTE ENTRE AS DIVERSAS BASES DE DADOS E O ACESSO E A SEGURANÇA DAS INFORMAÇÕES DISPONIBILIZADAS FORAM AS PRINCIPAIS QUESTÕES QUE PERMEARAM ESTE TRABALHO. ABSTRACT THE USE OF PACS (PICTURE ARCHIVING AND COMMUNICATION SYSTEMS) IS INCREASING BETWEEN BRAZILIAN HOSPITALS. TOGETHER WITH THE INCREASING INTEREST FOR THE TELEMEDICINE FIELD, THIS SCENARIO PROVIDES A FAVORABLE ENVIRONMENT FOR SHARING OF STUDIES AND RADIOLOGICAL EXAMINATIONS BETWEEN CLINICS AND HOSPITALS. THIS ENABLES A MORE EFFECTIVE FOLLOW-UP OF THE HEALTH HISTORY OF PATIENTS. IN THIS WORK WE PRESENT A FRAMEWORK, CALLED TELERADIOLOGY GATEWAY, FOR THE INTEGRATION OF DIFFERENT AND POSSIBLY HETEROGENEOUS MEDICAL PICTURES DATABASES LOCATED ON GEOGRAPHICALLY WIDESPREAD CLINICS AND HOSPITALS. THROUGH THE TELERADIOLOGY GATEWAY SERVICES, IT BECOMES POSSIBLE TO CONSTRUCT A DISTRIBUTED MEDICAL IMAGE DATABASE. THE UNIQUE PATIENT IDENTIFICATION BETWEEN THE SEVERAL DATABASES AND THE POLICIES OF ACCESS AND SECURITY OF THE AVAILABLE INFORMATION ARE THE MAJOR QUESTIONS ADDRESSED IN THIS WORK. Palavras-chave: Telemedicina, Teleradiologia, CORBA, CorbaMed, DICOM, Banco de Dados Distribuído.

3 1 Introdução Na área médica, redes de computadores e sistemas de informações têm sido utilizados com crescente entusiasmo, apesar da exploração de suas possibilidades ainda estar atrás da indústria em geral. A evolução tecnológica vem oferecendo alternativas atrativas para o ambiente hospitalar, possibilitando rapidez, confiabilidade e principalmente redução de custos para o controle de dados médicos. O advento da Internet como um meio de abrangência global para o intercâmbio de dados, permite à hospitais e clínicas expandir seu escopo de atuação para além de suas fronteiras físicas. Adicionalmente, a tecnologia de objetos distribuídos oferece um suporte de uma camada integradora entre diferentes e heterogêneos sistemas através da Internet. Desta forma, é possível o compartilhamento de informações e serviços entre diversas organizações de saúde, mesmo que estas utilizem plataformas tecnológicas totalmente díspares. Clínicos podem acessar exames oriundos de diferentes bancos de imagens a partir de uma estação de visualização radiológica em seu consultório ou até no computador de sua residência. Além disso, abre-se espaço para o surgimento de empresas especializadas em fornecer serviços de data hosting para clínicas e hospitais e também tarefas de análise e processamento remoto de imagens. 2 Armazenando e Disponibilizando Exames Radiológicos em Formato Digital Na área médica, a questão relacionada ao armazenamento e recuperação de informações é uma dos campos em que o uso da informática na medicina tem o potencial de produzir grandes benefícios. Dados médicos são caracterizados pelo grande volume e diversidade. Além disso, atendimento clínico dispensado a um paciente requer um alto nível de detalhamento nas informações. Um único paciente pode possuir uma vasta quantidade de exames e informações que são imprescindíveis para a realização de um tratamento de qualidade. Com isso, todo centro médico possui um grande volume de dados para armazenar e lidar diariamente. O uso dos tradicionais sistemas de armazenamento manuais, como relatórios e imagens impressas, que exigem um manuseio direto, dificulta bastante a recuperação das informações. Com isso dados cruciais para o tratamento de um paciente freqüentemente se encontram indisponíveis devido a inacessibilidade da informação. Meios físicos ainda sofrem do problema de deterioração com o transcorrer do tempo, onde este problema é especialmente sério quando se leva em conta que muitas vezes as informações sobre um paciente fazem-se necessárias muitos anos após terem sido obtida. Todos este fatos tem

4 induzido à utilização de meios digitais de armazenamento em substituição dos tradicionais meios físicos. A informação digitalizada pode ser acessada, manipulada e reproduzida mais facilmente e a um custo bastante inferior à maneira tradicional. Sistemas de banco de dados oferecem diversas soluções potenciais para o problema citado acima, pois oferecem opções de acesso e modificações flexíveis para atender as necessidade de usuários finais especializados. Com isso é possível disponibilizar mais rapidamente informações para auxiliar ao diagnóstico e tratamento, liberando para o profissional da área de saúde mais tempo para o contato direto com o paciente. Fica facilitado também a compilação de estatísticas médicas necessárias para a pesquisa e tomada de medidas preventivas e decisões. PACS (Picture Archiving and Comunication System) fornece um sistema para o armazenamento e disponibilização de imagens em um ambiente hospitalar em geral. PACS possibilitam a visualização de imagens para diagnósticos, laudos, consultas em estações locais ou remota. As imagens podem estar armazenadas em dispositivos óticos ou magnéticos. A comunicação e intercâmbio de imagens podem ser realizadas em redes locais ou públicas. PACS devem fornecer diversas modalidades de interfaces e acessos às facilidades dos sistemas de informações já implantados nos departamentos de um centro médico de uma maneira integrada para o usuário. Problemas surgem entretanto, quando há a necessidade de combinar estas informações distribuídas. Cada localidade, possui seu próprio sistema de informação e com grande probabilidade estes sistemas são incompatíveis. 3 Como Integrar Clínicas? A integração de sistemas computacionais é sempre uma tarefa árdua, pois dois sistemas projetados de maneira independente dificilmente convergirão quanto ao protocolo de mensagens necessárias para comunicação. Felizmente hoje em dia já existem padrões para a comunicação de dados voltados para a área médica. Desta forma, dois sistemas projetados seguindo corretamente as normas especificadas por um determinado padrão irão suportar dados de mesmo tipo e formato e portanto, o processo de integração dos mesmos ficará facilitado. Os principais padrões disponíveis atualmente para a área médica são: DICOM Digital Imaging and Communications in Medicine. Padrão desenvolvido pelo American College of Radiology (ACR) e a National Electrical Manufacturers Association (NEMA)

5 para possibilitar a comunicação entre equipamentos de imagens médicas digitais ponto-a-ponto e entre equipamentos e sistemas computacionais via rede de comunicação. O DICOM especifica procedimento de alto nível para armazenamento e transmissão de imagens médicas, suportando os modelos de referência para pilhas de protocolos Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) e International Standards Organization/Open System Interconnection (ISO/OSI). HL-7 Healh Level Seven. É uma organização formada em sua maioria por fornecedores de equipamentos e softwares médicos, consultores e grupos governamentais. O HL-7 desenvolve especificações, utilizadas principalmente em padrões para troca de mensagens que possibilitem aplicações intercambiar conjuntos de dados clínicos e administrativos. A parte de sua especificação mais utilizada é o Protocolo de Aplicação para Intercâmbio de Dados Eletrônicos em Ambientes Médicos, que fornece o layout das mensagens que são transportadas entre duas ou mais aplicações [6]. CORBAMed - Força tarefa da OMG (Object Management Group) voltada para área médica. A OMG é uma organização que promove o crescimento de metodologias orientadas a objetos e que possui na especificação CORBA (Common Request Broker Architecture) como seu principal produto. A arquitetura CORBA oferece um middleware totalmente independente de plataforma (hardware, sistema operacional, compilador), que permite que diferentes camadas (cliente e servidor) de aplicações possam interagir entre si, mesmo estando elas localizadas em ambientes de características dispares. Através de interfaces bem definidas é possível que componentes projetados de maneira independente entre si possam interagir-se na execução de alguma tarefa utilizando CORBA como camada mediadora. O CorbaMed é um conjunto de especificação de interfaces de objetos direcionadas para aplicações médicas. Todos estas três padronizações citadas vêm atualmente conduzindo a construção de softwares e equipamentos para organizações médicas. Têm-se ainda que sistemas legados podem ser adaptados para atender às presentes especificações. Com isso tornou-se possível construir um modelo para integração de informações de hospitais e clínicas abrangente o bastante para cobrir a maioria dos sistemas disponíveis atualmente. A seguir, apresentaremos um modelo de framework para a integração de bancos de imagens oriundos de diferentes localidades.

6 4 Portal de Teleradiologia Este trabalho é parte integrante do Projeto Cyclops o qual é desenvolvido principalmente entre a Universidade Federal de Santa Catarina - Brasil e a Universidade de Kaiserslautern - Alemanha e constitui-se numa base para análise inteligente de imagens radiológicas e apoio à decisão. Este trabalho também faz parte da Sala de Laudos Virtual, projeto que vem sendo validado na RMAV-FLN (Rede Metropolitana de Alta Velocidade de Florianópolis). O Portal de Teleradiologia, como é chamado o sistema como um todo, possui como objetivo possibilitar a integração de um conjunto de servidores de imagens médicas, em conformidade ao padrão DICOM 3.0, de forma que os mesmos componham um único banco de dados lógico mesmo que distribuído fisicamente em diferentes localidades. A abordagem utilizada define que cada nó do sistema distribuído será autônomo e independente, ou seja, um hospital não terá que modificar a maneira de lidar com seus dados e nem sofrerá qualquer espécie de controle externo para participar do modelo proposto. A localização, busca e entrega das imagens distribuídas entre clientes e servidores remotos é feita com intermédio do Portal. Para isso o Portal mantêm metadados que descrevem o sistema globalmente, ou seja todas imagens disponíveis para acesso associadas com o banco de dados de origem. O presente sistema prevê também aspectos da ética e do sigilo médico. Um médico deve ter acesso apenas aos estudos aos quais possua autorização, enquanto que as demais informações ele não deve nem mesmo saber que existem. Caso contrário, pode haver uma violação do direito de privacidade e uma exposição desnecessária de informações à respeito de um paciente. O principal requisito foi, portanto, garantir a segurança, confidencialidade e privacidade durante o intercâmbio de informações. Ao mesmo tempo, outro requisito deste trabalho é fornecer uma interface simples para o usuário final, evitando procedimentos complexos para acessar os serviços oferecidos. Um clínico necessitará de apenas uma senha de acesso para acessar as imagens às quais possua permissão. 5 Funcionamento O modelo geral do Portal de Radiologia é dividido em 3 domínios, onde temos: 5.1) Clínicas e Hospitais São os clientes que irão utilizar-se do sistema, composta pelas equipes médicas radiologistas. Um médico radiologista, em uma dessas clínicas ou em casa, que necessita ter acesso transparente a

7 esses diversos repositórios de dados de paciente, ou seja, o médico não precisa se preocupar quanto à origem das informações que está solicitando. 5.2) Bancos de imagens Todas os bancos de imagens no padrão DICOM 3.0 aos quais o Portal possa estabelecer uma conexão no intuito de buscar imagens. São os fornecedores primários das imagens distribuídas pelo Portal As clínicas e hospitais presentes neste domínio provavelmente serão as mesmas compõem o primeiro domínio. 5.3) Portal de Teleradiologia Sistema responsável por gerenciar toda as consultas dos clientes e disponibilizar as imagens e informações para os mesmos. O Portal é o núcleo de todo o sistema, sendo responsável por todo o serviço de segurança de segurança, transação, busca e entrega de imagens entre outras atividades. Desta forma tem-se que o Portal desempenha o papel de intermediário entre os clientes e os dados remotos. O aplicativo cliente utilizado para a comunicação do usuário com o Portal é a ferramenta já desenvolvida no âmbito do projeto Cyclops, o DicomEditor [1]. O DicomEditor é um cliente de rede para banco de imagens padrão DICOM 3.0 ao qual foi adicionado um protocolo especial para comunicação com o Portal de Radiologia. Este protocolo utiliza CORBA para enviar sua requisição de imagens para o Portal. As credenciais do cliente são transmitidas juntamente com a requisição, para a obtenção de acesso aos serviços do Portal. Serão aproveitadas nesta etapa todas as facilidades da arquitetura CORBA para implementação de mecanismos de segurança, como autenticação, autorização, encriptação, não-repudiação, entre outras facilidades. Qualquer clínica ou hospital que possua um servidor de imagem em conformidade com o padrão DICOM 3.0 poderá disponibilizar suas imagens para acesso remoto (fig1). O servidor deverá ser configurado para notificar ao Portal qualquer alteração em sua base de dados, ou seja, quando qualquer imagem for adicionada ou retirada do servidor de imagens, o mesmo deverá enviar uma notificação via protocolo DICOM para o Portal de Teleradiologia [2]. As imagens serão transmitidas para o Portal também seguindo o protocolo DICOM.

8 Figura 1. Domínio da Aplicação do Portal de Teleradiologia No domínio do Portal de Teleradiologia três questões principais destacaram-se na implementação de sua estrutura. A primeira é manutenção de uma tabela de informação ou metadados, sobre as imagens distribuídas nos diversos banco de imagens. A segunda é a identificação única de um paciente entre clínicas/hospitais que, provavelmente, utilizararão métodos heterôgeneos de cadastro e identificação de pacientes. Por último e não menos importante é a necessidade de um mecanismo de segurança e controle de acesso para assegurar a autenticidade, privacidade e confidencialidade das informações transportadas via rede de comunicação. Os metadados sobre as informações do Portal sobre as imagens distribuídas são atualizados pelos próprios servidores de imagens. A cada atualização recebida, o servidor DICOM localizado nas clínicas e hospitais associados envia uma notificação para o Portal como já mencionado anteriormente. Deste modo, o Portal terá uma entrada em sua tabela para cada clínica que utilize os seus serviços. As imagens referenciadas nesta tabela não estarão disponibilizadas para acesso remoto de clientes ainda, até que sejam definidas suas respectivas permissões de acesso. Esta tarefa será realizada pela clínica onde as imagens estão localizadas. O Portal manterá um cadastro de todos usuários que possuam acesso aos recursos do sistemas. As permissões de acesso sobre os estudos

9 poderão ser feitas em dois níveis; em grupo ou individualmente. Na primeira, a permissão de acesso a um estudo poderá ser concedida para uma instituição ou grupo de médicos, e na segunda o acesso será concedido a um médico em particular. Desta forma é possível disponibilizar um estudo para todo o corpo médico de uma clínica, ou para um grupo específico de médicos, mantendo um cadastro de todas as instituições e clínicos que utilizarem seus serviços. O Portal tem um módulo especial que implementa as políticas de acesso aos dados distribuídos gerenciados. Ao receber uma requisição de um cliente, o Portal executa o processo de validação da identificação do cliente e de suas credenciais. Caso o cliente possua acesso aos serviços do Portal, será verificado a disponibilidade dos dados nos servidores de origem. Essa busca utiliza o padrão CORBAMed para identificação de pacientes, Person Identification Service (PIDS) [5]. Este serviço é necessário porque pacientes são cadastrados em clínicas e hospitais de maneira diversa (p.e nomes abreviados), e com o auxílio do PIDS os pacientes poderão ser identificados unicamente. Com isso será possível determinar em quais servidores o paciente alvo da consulta possui imagens armazenadas. Uma vez localizados os bancos de imagens que possuem informações sobre o paciente de interesse, será aplicada a política de acesso definida para cada estudo, onde será verificado se o cliente possui direito de acesso. Caso o processo passe por esta etapa, o Portal efetuará a conexão com os servidores de imagens e buscará as informações desejadas e finalmente as transmitirá ao cliente. Após isso, o cliente terá informações do paciente de seu interesse, com seus respectivos estudos, séries e imagens. Atualmente o presente projeto encontra-se em fase de testes sobre um protótipo inicial já desenvolvido. A linguagem de programação utilizada é Smalltalk e o ambiente de desenvolvimento é o VisualWorks. O fato de Smalltalk ser uma linguagem multiplataforma e inerentemente orientada a objetos propicia grande flexibilidade e agilidade para o desenvolvimento além de convergir ao objetivo deste trabalho, que é desenvolver um framework de integração de clínicas e hospitais que adapte-se facilmente à sistemas já existentes. O protótipo desenvolvido utiliza o suporte à CORBA do VisualWorks, Distributed Smalltalk para a realização da transmissão das imagens entre o Portal e os clientes. As transmissão das imagens entre servidores de imagens e Portal utiliza o protocolo de rede DICOM. Como o presente sistema visa funcionar com qualquer servidor de imagens, não é possível utilizar CORBA nesta etapa da transmissão tendo em vista que nenhum servidor disponível atualmente possui suporte ao mesmo.

10 Os resultados obtidos mostraram-se satisfatórios com o mecanismo de transmissão de imagens via CORBA apresentando-se robusto e com um tempo de resposta considerado aceitável pelos profissionais médicos que testaram o protótipo. O mecanismo para controle de acesso e execução da política de segurança também encontra-se em estágio de refinamento. Adicionalmente o Portal integra um servidor http nativo do VisualWorks, o VisualWave, de modo que informações do Portal, como lista de pacientes que um determinado usuário possua acesso, podem ser feitas através da Internet por qualquer browser disponível. A tecnologia de software desenvolvida esta sendo testada no Centro de Estudos do Hospital Universitário da UFSC, na clínica de Diagnóstico Médico por Imagem DMI e brevemente no Curso de Residência Médica do Hospital Regional Alto Vale/Unidavi. Os resultados obtidos nestes testes serão utilizados em um estudo de validação com o objetivo de verificar a aplicabilidade do trabalho realizado. É importante ressaltar que as ferramentas desenvolvidas serão testadas em situações rotineiras da prática médica, não se restringindo apenas a testes no ambiente de pesquisa e desenvolvimento das mesmas. O retorno dado pelos médicos e radiologistas participantes do processo de teste/validação será utilizado no refinamento do presente projeto. 6 Conclusão Com o desenvolvimento do Portal de Teleradiologia é possível incrementar e agilizar o intercâmbio de imagens médicas entre hospitais/clínicas e evitar a redundância de estudos sobre um mesmo paciente. Este sistema fornece um meio automatizado para que um médico possa consultar estudos a respeito de um paciente que porventura estejam localizados em outros hospitais, ao quais este especialista possua acesso. A disponibilização de imagens de maneira remota evita a necessidade da presença do especialista no mesmo local em que os exames estão armazenado, que pode significar uma maior facilidade para a realização dos mesmos, resultando em um aumento da rapidez para o processo como um todo além de uma provável redução dos custos e agilização dos diagnósticos. Fica possibilitado desta maneira, o acesso a bancos de imagens remotos, permitindo que grupos de hospitais/clínicas com suas respectivas equipes médicas compartilhem imagens radiológicas e outras informações para o diagnóstico de pacientes. Referências Bibliográficas [1] KRECHEL, Dirk, FABER, Kerstin, WANGENHEIM, Aldo Von, SAMPAIO, Silvio Costa. Object-Oriented Implementation of a DICOM Client in Smalltalk. In: CBMS99-12TH IEEE

11 SYMPOSIUM ON COMPUTER-BASED MEDICAL SYSTEMS, 1999, Stamford. 12th IEEE Symposium on Computer-Based Medical Systems. IEEE Computer Society Press, v.1. p [2] NATIONAL ELECTRICAL MANUFACTURERS ASSOCIATION. Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM);. Part [3] Barros, M. Euclides de Sala de Laudos Virtual: Um Ambiente de Teleradiologia para Diagnóistico Colaborativo via Intenet Dissertação de Mestrado - UFSC - CPGCC [4] Coulouris, G; Dollimore, J; Kindberg, T. Distributed Systems: Concepts and Design. Addison- Wesley, [5] Object Management Group CORBAMed Task Force - [6] Health Level Seven, Inc - [site oficial] [7] BASTOS,L.C.; MOURA,L.; FURUIE, SS. Avaliação de CORBA, Java e agentes móveis em sistemas de Informação hospitalar. Anais do 1 Congresso Internacional de Telemedicina, Educação e Treinamento à Distância - TELMED 99 [8] FURUIE, SS; GUTIERREZ, MA; BERTOZZO, NB; FIGUEIREDO, JCB; YAMAGUTI, M. Archiving and retrieving long-term cineangiographic images in a PACS. Proceedings of Computers in Cardiology 99: