Memorias II Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica, Habana 2001, Mayo 23 al 25, 2001, La Habana, Cuba IMAGIS: SISTEMA PARA LA TRANSMISIÓN DE IMÁGENES MÉDICAS MULTIMODALES D. Ronda, O. Ferrer, N. A. Alvarez Centro de Biofísica Médica, Universidad de Oriente, Patricio Lumumba s/n, Santiago de Cuba 90500 dismer@cbm.uo.edu.cu RESUMEN Se presenta el sistema IMAGIS desarrollado en el Centro de Biofísica Médica para la telemedicina y la transmisión de imágenes médicas multimodales en el Sistema Nacional de Salud cubano. El sistema IMAGIS permite la adquisición, procesamiento, almacenamiento, recuperación e impresión de imágenes médicas mediante el uso del protocolo estándar para la comunicación de imágenes digitales en medicina (DICOM 3.0), obtenidas en equipos de diferentes modalidades y fabricantes: Resonancia Magnética, Ultrasonido, Medicina Nuclear, Tomografía Axial Computarizada, Radiología Computarizada, entre otras. Se implementó un protocolo alternativo para la transmisión – recepción de imágenes utilizando como medio de transporte el correo electrónico que brinda similares funcionalidades en redes de baja velocidad. El sistema puede ser utilizado como cliente y servidor indistintamente y permite una completa configuración para satisfacer las necesidades del usuario. Palabras clave: imágenes médicas, telemedicina, PACS, DICOM 3.0. 1. INTRODUCCIÓN El transporte digital de imágenes médicas desde los servicios de imagenología que las adquieren y analizan, hacia los especialistas que, en función del diagnóstico determinan la conducta terapéutica a seguir con el paciente objeto de estudio, son cada vez más una realidad en los hospitales modernos del mundo. Con el avance de las tecnologías electrónicas, informáticas y de telecomunicaciones, se han desarrollado métodos informáticos para el intercambio de imágenes médicas que evolucionaron hasta el protocolo DICOM 3.0 [15], [16], el cual constituye en la actualidad el estándar para las comunicaciones digitales de imágenes médicas. Desde la década de los 80’s nuestro país ha desarrollado una red de equipos de adquisición de imágenes médicas en todo el Sistema Nacional de Salud (SNS), constituida por Tomógrafos Axiales Computarizados, Tomógrafos de Resonancia Magnética, cámaras SPECT, sistemas de Ultrasonido, fluoroscopios, entre otros. En el futuro cercano esta red de equipos continuará creciendo con la construcción de nuevos Tomógrafos de Resonancia Magnética Giroimag, por el Centro de Biofísica Médica. Sin embargo, la conexión de todo el equipamiento existente en los hospitales y su integración inter - institucional, es aún un aspecto muy poco desarrollado. Hasta hace solo muy poco tiempo no existía en el país software para el desarrollo de Sistemas de Almacenamiento y Transmisión de Imágenes (PACS [9] por sus siglas en inglés). Recientemente han comenzado a desarrollarse experiencias en este sentido [3], [11]. La instalación de un PACS en una institución hospitalaria es un proyecto muy costoso en su inversión inicial [4]. Los sistemas comerciales disponibles en el mercado son altamente costosos y tienen los inconvenientes de la imposibilidad de adaptaciones a nuestras condiciones particulares, los servicios técnicos altamente especializados que requieren y el costo de mantenimiento. El desarrollo de PACS “en casa” [5], [10], [14], [17] en lugar de la instalación de sistemas comerciales es una variante económica con ventajas de desarrollo y mantenimiento. La estandarización de estos sistemas [7] es un aspecto de gran importancia para lograr la interconectividad entre todos sus componentes. Las características del SNS establecen una interacción entre instituciones hospitalarias basada en relaciones de colaboración y no de competencia. Por este motivo la concepción de PACS en Cuba debe tener presente la necesidad del intercambio de imágenes intra y extra hospitalaria. Con esta concepción, se desarrolló en el Centro de Biofísica Médica el sistema IMAGIS que intenta resolver las limitaciones de los sistemas actualmente en utilización en el país y brindar nuevas facilidades: o Compatibilidad completa con el estándar DICOM versión 3.0. o Manipulación de toda la gama de modalidades de imágenes médicas existentes en el país y otras aún no existentes. o Manejo de varias bases de datos de imágenes simultáneamente con posibilidades de búsquedas por múltiples criterios y transferencias de información entre éstas. o Acceso a bases de datos remotas a través del protocolo DICOM para el almacenamiento y búsqueda de información. o Niveles de seguridad adecuados para preservar la información sensible relativa a los pacientes. o Garantía de la integridad de la información. o Unificación de todas las funciones en un solo programa con un alto nivel de integración y simplicidad. o Aprovechamiento de la capacidad multihilo de los sistemas operativos Win32 para la utilización óptima de la capacidad de cómputo mediante la realización de tareas simultáneas. o Utilización del correo electrónico integrado al sistema como soporte alternativo para la transmisión de imágenes en redes de baja velocidad. 950-7132-57-5 (c) 2001, Sociedad Cubana de Bioingeniería, artículo 00190 Operaciones de procesamiento de imágenes optimizadas en tiempo de ejecución. o Diseño modular extensible. IMAGIS ha sido desarrollado utilizando Microsoft Visual C++ 6.0 y ha sido probado satisfactoriamente en todas las plataformas Windows de 32 bits: Windows 95, Windows 98, Windows NT 4.0 y Windows 2000 en sus variantes. o Tx. Rx. DICOM 2. METODOLOGÍA Fig. 2 Transmisión punto a punto. IMAGIS está constituido por tres módulos fundamentales que se relacionan entre sí (Fig. 1) para brindar las funcionalidades básicas de operación de un PACS: o Compatibilidad con el estándar DICOM 3.0 para la transmisión, recepción, búsqueda y acceso a imágenes. o Posibilidad de almacenamiento fuera de línea de la información para su preservación por largos períodos de tiempo. o Visualización de las imágenes con los parámetros fotométricos obtenidos por la modalidad de origen de las mismas. Módulo de Transmisión Módulo de Almacenamiento Img. Módulo de Visualización Fig. 1. Componentes del Sistema. El Módulo de Transmisión de Imágenes, es el núcleo funcional del sistema para el soporte de los servicios del estándar DICOM 3.0. Permite la integración en un entorno de múltiples modalidades de imágenes, estaciones de evaluación, visualización e impresión y su funcionamiento como un PACS. Proporciona además, servicios alternativos de transmisión y búsqueda, utilizando protocolos de correo electrónico, entre sistemas que poseen redes de comunicación de baja velocidad y que solo disponen de correo electrónico para el intercambio de información. El Módulo de Almacenamiento de Imágenes permite la creación y manipulación de bases de datos de imágenes médicas utilizando para ello el formato DICOM 3.0. Brinda operaciones de inserción, almacenamiento, eliminación, modificación, búsqueda local y remota, transferencia, manipulación de volúmenes de archivo permanente, etc. El Módulo de Visualización de Imágenes permite mostrar imágenes DICOM obtenidas por diferentes vías utilizando la información de interpretación fotométrica obtenida en la modalidad de origen, así como los parámetros de contraste adecuados. Brinda además diversos métodos de procesamiento para el mejoramiento de las mismas, ampliación, compresión [1], mediciones, anotaciones, etc. La transmisión de imágenes se realiza mediante dos esquemas fundamentales, según se muestra a continuación: Tx Img. SMTP Ag. Img. Rx. POP3 Fig. 3 Transmisión con relevo. La transmisión punto a punto se establece de forma directa entre el transmisor y el receptor en la que se utiliza el protocolo DICOM para el transporte de la imagen. Para la implementación del protocolo existen varias bibliotecas públicas en Internet, entre las que se encuentran [8] y [12]. Se utilizó [12] atendiendo al buen nivel de prestaciones de la misma y su frecuente actualización. En el desarrollo del trabajo se han realizado correcciones a dicha biblioteca que se han reportado a sus autores y que actualmente forman parte de las distribuciones recientes de la misma. En la transmisión con relevo el transmisor no realiza una conexión directa con el receptor, sino que utiliza uno o varios agentes que reciben la información y la retransmiten hacia el agente que la almacena en un espacio reservado para el destinatario. Si se necesitan varios agentes en la comunicación, estos funcionan en forma de una carrera de relevo en la que la imagen a transmitir se va encaminando a través de los agentes, hasta llegar a aquel que tiene el espacio reservado para el destinatario. En el sistema se utilizan los protocolos SMTP [18] y POP3 [13] para la transmisión de las imágenes, las cuales se codifican mediante las extensiones MIME [2] como datos adjuntos a mensajes de correo electrónico [6]. En ambos modelos se utiliza TCP/IP como protocolo básico para la transmisión de la información. El almacenamiento de la información se realiza utilizando ODBC para el acceso a una base de datos tipo MS Access, MS SQL Server, u otra para la cual se disponga de manipuladores ODBC. Fundamentalmente se utiliza MS Access lo cual permite el empleo del sistema en computadoras con pocos recursos. La información se estructura en varios niveles: paciente, estudio, series e imágenes (Fig. 4), los cuales determinan las tablas que conforman la base de datos. Esta estructura jerárquica se corresponde con el modelo de información que se establece en el estándar DICOM. A un paciente se le realizan varios estudios, los cuales están formados por una o varias series de imágenes. una serie de imágenes o pueden combinarse como varias operaciones realizadas en secuencia. Se ofrecen varios modos de visualización de imágenes con lo cual se pueden comparar imágenes de diferentes estudios o pacientes de forma muy simple. Uno de los objetivos de un PACS es la eliminación de la necesidad de material radiográfico para la reproducción de imágenes. Sin embargo, aún en los hospitales totalmente cubiertos por estaciones digitales de visualización, se utilizan, aunque en menor medida, imágenes impresas sobre placa radiográfica. Para proporcionar esta facilidad IMAGIS soporta clientes DICOM de los servicios necesarios para la comunicación con impresoras especializadas de este tipo (Fig. 6). Paciente Estudio Serie Estudio Serie Imagen Imagen Fig. 4. Modelo de información del estándar DICOM. La información se introduce en la base de datos a partir de las imágenes que se envían desde estaciones de adquisición (modalidades) y se reciben por el servicio C-STORE del protocolo DICOM implementado en el sistema. Las consultas se realizan localmente o de forma remota por medio de los servicios C-FIND y C-MOVE para cada uno de los niveles del modelo de información (Fig. 5). Las imágenes resultantes de una búsqueda se obtienen por medio del servicio C-STORE. Las búsquedas pueden realizarse por varios criterios: identificación del paciente y resultados de los estudios realizados. C-STORE Estación de Adquisición C-STORE Estación de Adquisición Servidor IMAGIS Estación de Evaluación C-FIND, C-MOVE C-STORE Estación de Evaluación Fig. 5. Servicios DICOM de IMAGIS. Las imágenes se almacenan en volúmenes que pueden ubicarse localmente en el disco duro, en un disco compacto, o remotamente en una red. Por defecto las imágenes se almacenan en el volumen principal usualmente en el disco duro de la computadora. A elección del usuario se mueven hacia otros volúmenes. Un volumen no es más que un directorio en disco en el cual se almacenan las imágenes correspondientes a un grupo de estudios. La mínima unidad que puede transferirse hacia un volumen es el estudio. Esto significa que un mismo estudio puede almacenarse en un único volumen. Un paciente puede tener estudios almacenados en diferentes volúmenes, por ejemplo cuando estos estudios fueron realizados en fechas diferentes. Para la evaluación de imágenes, IMAGIS ofrece varias operaciones de procesamiento que permiten mejoramiento de contraste y brillo, ampliación, filtrado, operaciones geométricas, mediciones, anotaciones y visualización utilizando diferentes paletas de colores. Las operaciones pueden realizarse sobre una imagen individual, sobre toda Cliente IMAGIS N-CREATE, N-SET, NGET, N-ACTION Servidor de Impresión Cliente IMAGIS Fig. 6. IMAGIS como cliente de impresión. En la creación de un PACS, IMAGIS puede desempeñar varios roles (Fig. 5 y Fig. 6): como servidor de almacenamiento y búsqueda de imágenes, como estación de visualización y evaluación, como estación de reporte e impresión, etc. La compatibilidad de IMAGIS con el estándar DICOM 3.0 permite que el mismo se integre a un ambiente heterogéneo de sistemas en el cual este puede desempeñar cualquiera de los roles descritos anteriormente. La eficiencia en la utilización de los recursos de memoria, ancho de banda y tiempo de procesador en el sistema se garantiza fundamentalmente utilizando mecanismos de compresión de imágenes, hilos de ejecución y optimización de algoritmos. Para el almacenamiento y transmisión de imágenes, estas se comprimen utilizando el estándar JPEG, lo cual garantiza un aprovechamiento óptimo de los medios de almacenamiento y del ancho de banda, respectivamente. La pérdida de la compresión JPEG se controla de forma que garantice que los parámetros cuantitativos de la imagen no se modifiquen significativamente y que visualmente no se aprecien diferencias. Para las relaciones de compresión entre 5:1 y 8:1, los resultados obtenidos han sido muy satisfactorios. La utilización óptima del tiempo de procesador se logra mediante un esquema multihilo para los servicios de transmisión/recepción de imágenes y las operaciones de búsqueda, almacenamiento y transferencia de imágenes sobre la base de datos. Las operaciones de procesamiento de imágenes se optimizan utilizando técnicas de análisis de algoritmos que permiten un mejor uso de la memoria cache y las tuberías de instrucciones del procesador. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN AGRADECIMIENTOS Como resultado se ha logrado un sistema que permite la creación de un PACS compatible con el estándar DICOM 3.0 y que, adicionalmente, puede utilizarse en hospitales con recursos limitados en las comunicaciones, que solo disponen de correo electrónico para el intercambio de información. IMAGIS constituye la base en el desarrollo de un Proyecto de Red Territorial de Transmisión de Imágenes Diagnósticas que enlaza varios hospitales de las provincias Orientales para la transmisión de imágenes obtenidas en el Tomógrafo de Resonancia Magnética Giroimag 01, instalado en el Hospital General de Santiago de Cuba. El medio fundamental para la transmisión de información en esta Red ha sido el correo electrónico, atendiendo a las características de los hospitales enlazados a la misma. Actualmente se encuentran enlazados en Santiago de Cuba los Hospitales General, Infantil Sur, Oncológico, Militar y “Ambrosio Grillo”; en la Provincia Granma los Hospitales “Celia Sánchez” de Manzanillo y “Carlos Manuel de Céspedes” de Bayamo; en la Provincia Guantánamo el Hospital Provincial “Agostino Neto” y en la Provincia Holguín el Hospital Provincial “Vladimir I. Lenin”. Otra aplicación del sistema se encuentra en el Consorcio Cubano para el Desarrollo de las Neuroimágenes entre el Centro de Neurociencias de Cuba (CNC), el Centro Internacional de Restauración Neurológica (CIREN), el Centro de Investigaciones Médico Quirúrgicas (CIMEQ) y el Centro de Biofísica Médica (CBM) en el cual se utiliza para el almacenamiento, evaluación, informe e impresión en placas radiográficas de las imágenes obtenidas en el Tomógrafo de Resonancia Magnética MAGNETOM SIMPHONY; en el departamento de Neurofisiología para la integración con imágenes del Tomógrafo Eléctrico Cerebral desarrollado por el CNC; en el departamento de Medicina Nuclear para la obtención de imágenes adquiridas en la cámara SPECT instalada en el mismo y en el salón de operaciones para la conversión de imágenes al formato del sistema de planeación estereoatáxica STASSIS desarrollado por el CIREN. Actualmente se instala un servidor IMAGIS en el Laboratorio de Neuroinformática (LANICA) de dicho Consorcio, el cual manejará toda la información imagenológica del mismo para investigaciones avanzadas en Neurociencias. A la Asociación de Amistad con Cuba “Miguel Hernández” de Alicante, España, por su apoyo en la obtención de financiamiento para la introducción de este sistema. Al Dr. José Carlos Ugarte Suárez, Vicedirector del Hospital CIMEQ por su colaboración. Al Centro de Biofísica Médica por el soporte para la realización del trabajo. 5. CONCLUSIONES El desarrollo del sistema IMAGIS es un nuevo avance en el propósito de desarrollar la tecnología de los PACS en el país, e incluso su extensión hacia otras regiones de Latinoamérica donde es factible su introducción. En la actualidad constituye el único sistema de este tipo que implementa mecanismos de cliente y servidor de los servicios DICOM fundamentales, lo cual lo hace un buen candidato para la creación de PACS en los principales Hospitales del país que disponen de equipamiento para ello. Paralelamente el sistema se inserta sin dificultad en Hospitales con pocos recursos informáticos, para lo cual hace un eficiente uso de mecanismos de correo electrónico y recursos de sistema. REFERENCIAS [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] Álvarez, N. A., “Empleo de técnicas de compresión en imágenes de Resonancia Magnética”, Tesis de Maestría, Dpto. Computación, Universidad de Oriente, 2000. N. Borenstein, “Multipurpose Internet Mail Extensions”, RFC 1521, 1993. J. Brossard, D. Ronda y col., “Red Territorial de Transmisión de Imágenes Diagnósticas”, XII Fórum Nacional de Ciencia y Técnica, 1998. S. 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