Die Anatomie der medizinischen Bildgebung: Wesentliche Merkmale des DICOM-Workflows

Die digitale medizinische Bildgebung ist zu einem integralen Bestandteil der Radiologie geworden. Der heutige Radiologe muss mit den technischen Aspekten der medizinischen Bildgebung vertraut sein. An der Spitze der medizinischen Bildgebungstechnologie steht der DICOM-Standard. DICOM steht für Digital Imaging and Communications in Medicine. Dies ist ein Satz von Standards, die vom American College of Radiology in Zusammenarbeit mit der National Electrical Manufacturers Association festgelegt wurden. DICOM stellt sicher, dass medizinische Bilder Qualitätsstandards erfüllen, damit die Genauigkeit der Diagnose gewahrt bleibt. Alle Bildgebungsmodalitäten, einschließlich CT, MRT und Ultraschall, müssen den DICOM-Standards entsprechen. Bilder, die im DICOM-Format vorliegen, müssen über spezielle DICOM-Anwendungen abgerufen und verwendet werden. Während das grundlegende Konzept von DICOM einfach zu erfassen ist, erfordert der Prozess der tatsächlichen Nutzung von DICOM-bezogener Hardware und Software einen tieferen technischen Einblick. Dieser Artikel untersucht die verschiedenen Phasen des Workflows für medizinische DICOM-Bilder.

Medizinische DICOM-Bilder durchlaufen verschiedene Prozesse – Erfassung, Speicherung, Bearbeitung, sekundäre Verarbeitung, Austausch und Druck sowie Abruf. Alle Aspekte dieses Workflows werden von einem zentralen Server verwaltet, der als PACS bezeichnet wird.

Was ist PACS?

Im Herzen des gesamten DICOM-Workflow-Prozesses steht das PACS. PACS steht für Picture Archiving and Communications System (Bildarchivierungs- und Kommunikationssystem). PACS fungiert im Grunde als Host, der DICOM-bezogene Bilddaten speichert und Funktionen im Zusammenhang mit diesen Bildern integriert. Sie müssen sich PACS als den zentralen Koordinator vorstellen, bei dem mehrere Prozesse zusammenlaufen und integriert werden. Eine ideale DICOM-PACS-Software sollte in der Lage sein, die Quellgeräte, Workstations, Austausch-Netzwerke sowie Abruf- und Druckgeräte zu integrieren.

Wie hat PACS zur Verbesserung des digitalen Bildgebungs-Workflows beigetragen?

Früher wurden medizinische Bilder, die sowohl manuell als auch digital erfasst wurden, als Filme ausgedruckt oder auf externen Geräten wie CDs und DVDs gespeichert. Die Entwicklung von PACS hat zu einer schnelleren und zuverlässigeren Handhabung medizinischer Bilder geführt. Die Kosten der Radiologie sind aufgrund des geringeren Bedarfs an gedruckten Filmen und physischem Lagerraum gesunken. Obwohl die digitale Speicherung einst teuer war, sind die Kosten im Laufe der Jahre erheblich gesunken. Mit PACS kann der Radiologe seine Zeit besser einteilen, da Bilder buchstäblich von überall und zu jedem Zeitpunkt abgerufen werden können. Die Zeit für das Auffinden früherer Bilder wird ebenfalls reduziert. Die digitale Speicherung von Bildern verringert die Wahrscheinlichkeit versehentlicher Fehler wie falsch beschriftete Dateien und Schäden an Filmen. Die Durchlaufzeit bis zur Befunderstellung wird ebenfalls verkürzt, da der Workflow insgesamt verbessert wird. All dies trägt zu besseren Patientenergebnissen bei.

Was sind die Komponenten von PACS?

PACS umfasst eine Reihe von Komponenten, die für den DICOM-Workflow unerlässlich sind. Diese werden im Folgenden beschrieben:

Die Quelle

Die Quelle aller medizinischen Bilder ist die Hardware-Ausrüstung, die sie erzeugt. Der Detektor innerhalb des Bildgebungsgeräts erkennt das Bild und überträgt es in einem digitalisierten Format an den Computer, auf dem es entweder sofort betrachtet oder zur späteren Betrachtung gespeichert werden kann. Alle Bilder werden im DICOM-Format erfasst und gespeichert.

Speicherung medizinischer Bilder

Sobald die Bilder von der Quelle erfasst wurden, müssen sie sicher gespeichert werden. Die DICOM-Serversoftware fungiert als Ablagesystem, um alle Bilder organisiert zu speichern. Bilder vom DICOM-Server können entweder zur Interpretation an die digitale Workstation gesendet oder gedruckt werden. Einige fortschrittliche DICOM-Serveranwendungen ermöglichen auch das direkte Hochladen und den Online-Austausch von Bildern.

Die DICOM-Workstation

Wie der Name schon sagt, ist die DICOM-Workstation der Bereich, den Radiologen nutzen, um Bilder zu betrachten und zu interpretieren. Es gibt zwei Arten von DICOM-Workstation-Software. Der erste Typ, proprietäre Software genannt, wird zusammen mit dem Quellgerät geliefert und in der Regel vom selben Hersteller erstellt. Diese DICOM-Workstation-Software muss zwangsläufig am selben Ort wie das Quellgerät verwendet werden. Die zweite Art von DICOM-Workstation-Software ist Software von Drittanbietern, die an einem vom Quellgerät entfernten Ort verwendet werden kann. Diese Art von Software ist besonders nützlich in Krankenhäusern mit einem hohen Aufkommen an Patienten für medizinische Bildgebungsuntersuchungen. Bilder können für jeden Patienten schnell erfasst und zu einem späteren Zeitpunkt vom Radiologen abgerufen und interpretiert werden. Eine Drittanbieter-DICOM-Anwendung muss in der Lage sein, DICOM-Bilder vom PACS-Server zu empfangen. Daher müsste eine DICOM-Empfängersoftware in die Anwendung integriert sein. Die DICOM-Empfängersoftware ermöglicht es dem Radiologen, auf Bilder entweder vom PACS-Server oder von externen Laufwerken wie CD/DVD-Laufwerken zuzugreifen.

Eine DICOM-Workstation-Software kann zusätzlich zu den Öffnungs- und Empfangsfunktionen über weitere Merkmale verfügen, die dem Radiologen helfen können, die Diagnosegenauigkeit zu verbessern und den Krankheitsverlauf zu verfolgen. Einige dieser Funktionen umfassen:

• Bildverbesserung: DICOM-Workstation-Software kann es Radiologen ermöglichen, die Qualität der Bilder durch Änderung von Parametern wie Helligkeit, Farbe und Kontrast zu verbessern. Diese Funktion ist in der Regel auch bei den einfachsten DICOM-Viewern verfügbar.

• Bildveränderung und Rekonstruktion: Fortschrittliche DICOM-Workstation-Software ermöglicht es Benutzern, die ursprünglich erfassten Bilder zu manipulieren, um neue Informationen aus den medizinischen Bildern zu gewinnen. Beispielsweise können die Bilder einer bestimmten anatomischen Region, die in drei Ebenen (axial, koronal und sagittal) aufgenommen wurden, kombiniert werden, um ein dreidimensionales rekonstruiertes Bild zu bilden. Dies gibt dem Radiologen eine bessere anatomische Orientierung. Das rekonstruierte Bild kann auch erneut in anderen Ebenen und Winkeln im Vergleich zu den ursprünglich erfassten Bildern geschnitten werden. Diese Technik wird als Multiplanare Rekonstruktion (MPR) bezeichnet.

• Lokalisierung des Interessenbereichs (Region of Interest): Bereiche, die eine maximale oder minimale Energiemenge absorbieren, können als Maximum Intensity Projections (MIP) und Minimum Intensity Projections (MINIP) identifiziert werden. Die Identifizierung dieser Bereiche kann dem Radiologen helfen, Anomalien schnell zu erkennen.

• Erstellung von Berichten: Einige Viewer erlauben es Radiologen sogar, Berichte basierend auf ihren Befunden zu erstellen und diese in Textverarbeitungsprogramme zu exportieren.

Austausch von DICOM-Dateien

• Exportieren von Dateien: Medizinische Bilder können für Lehr- und Lernzwecke verwendet werden. Manchmal können medizinische Bilder auch in Buch- und Journalpublikationen verwendet werden. Medizinische Bilder im DICOM-Format sind riesig und können oft nicht direkt verwendet werden. Es ist notwendig, die Datei zu komprimieren und in ein anderes Bildformat zu konvertieren. Es stehen mehrere Bilddateiformate zur Verfügung. Das JPEG-Format wird am häufigsten verwendet, und DICOM-Dateien können mit diesem Format auf eine sehr kleine Größe komprimiert werden. Die JPEG-Komprimierung führt jedoch zu Datenverlusten, und die ursprüngliche DICOM-Datei kann nicht wiederhergestellt werden. Andere Dateiformate wie TIFF und PNG ermöglichen die Wiederherstellung der Originaldatei, können Dateien jedoch nur in begrenztem Umfang komprimieren. JPEG ist nützlich, wenn man Bilder im Unterricht, bei Fallpräsentationen oder zur Präsentation von Fällen im Internet verwenden möchte. Die Formate TIFF und PNG eignen sich besser für Buch- und Journalpublikationen.

• Anonymisieren von Dateien: Wenn die medizinischen Bilder für die Forschung bestimmt sind oder auf einem offenen Forum wie einer Website veröffentlicht werden sollen, ist es ethisch notwendig, die Dateien zu anonymisieren, damit das medizinische Bild nicht mit einem bestimmten Patienten verknüpft werden kann. Einige DICOM-Anwendungen ermöglichen die Anonymisierung durch Entfernen von Patienteninformationen aus dem Header der Datei.

DICOM-Druckersoftware

Obwohl das Drucken von medizinischen DICOM-Bildern langsam ausläuft, gibt es immer noch Fälle, in denen gedruckte Filme nützlich sein können. Zum Beispiel, wenn chirurgische Eingriffe an abgelegenen Orten durchgeführt werden (wo der Operationskomplex keinen Zugang zum PACS-Server hat), kann es hilfreich sein, die Filme zur Ansicht zu haben. In diesen Fällen kann eine DICOM-Druckersoftware verwendet werden, um das Drucken von Filmen aus gespeicherten DICOM-Bildern zu unterstützen. Neben der DICOM-Druckersoftware kann auch ein Drucker erforderlich sein, der DICOM-Bilder drucken kann.

Was sind einige aktuelle Entwicklungen für PACS?

• 1. Webbasiertes PACS

• Mit dem Aufkommen von Cloud-basiertem Speicher ist webbasiertes PACS Realität geworden. PACS muss nicht auf ein bestimmtes Krankenhaus oder eine Klinik beschränkt sein. Alle medizinischen Bilder, die an der Quelle erfasst werden, können ins Internet hochgeladen und in der Cloud gespeichert werden. Dies hat zur Entwicklung eines neuen Zweigs der Radiologie geführt – der Teleradiologie. Die Teleradiologie ermöglicht es Radiologen, Bilder zu betrachten und Diagnosen an entfernten Zentren zu stellen.

• 2. Integration anderer Informationssysteme mit PACS

• Neben PACS gibt es in Krankenhäusern mehrere andere Informationssysteme, die verwendet werden. Das Radiologie-Informationssystem (RIS) ist dafür ausgelegt, Aufträge für medizinische Bildgebung zu empfangen, Rechnungen dafür zu erstellen und den endgültigen Bericht, wie vom Radiologen interpretiert, zu liefern. Das Krankenhaus-Informationssystem (KIS) enthält in der Regel die vollständigen elektronischen Krankenakten und Abrechnungsinformationen des Patienten. Fortschrittlichere Softwaresysteme ermöglichen die Integration aller oben genannten Informationssysteme mit PACS. Dies ermöglicht es, einen vollständigen Datensatz der Patienteninformationen zu speichern und dem Kliniker zugänglich zu machen, der dann besser informierte Entscheidungen bezüglich der medizinischen Versorgung eines Patienten treffen kann.

Geeignete Software für den gesamten DICOM-PACS-Workflow

Um den gesamten DICOM-PACS-Workflow angemessen abzudecken, benötigen Sie Software, die Ihnen hilft, die DICOM-Bilder von der Quelle zu empfangen (DICOM-Empfängersoftware), Software, die Ihnen hilft, die Bilder zu betrachten und zu bearbeiten (DICOM-Viewer), Software, die Ihnen hilft, alle Bilddaten zu speichern und nach Belieben abzurufen (DICOM-Serversoftware), und Software, die Ihnen hilft, Ihre medizinischen Bilder zu teilen und zu drucken (DICOM-Exportsoftware und DICOM-Drucksoftware). Anstatt eine Vielzahl von Softwareanwendungen für diese Zwecke zu verwenden, gibt es Programme, die zwei oder mehr der oben genannten Anforderungen erfüllen. Es gibt im Großen und Ganzen zwei Arten von Softwareanwendungen, die alle Radiologen beschaffen müssen:

DICOM-Betrachtungssoftware

Diese Software ermöglicht es Benutzern in erster Linie, erfasste DICOM-Bilder zu betrachten. Sie verfügt in der Regel über Abruf- und Druckfunktionen, und einige Viewer unterstützen auch den Export von Dateien. Fortgeschrittene DICOM-Viewer verfügen über zusätzliche Workstation-Funktionen, die das Bearbeiten und Rekonstruieren von Bildern ermöglichen. Zu den beliebten DICOM-Viewern, die heute verfügbar sind, gehören:

• Horos: Horos ist ein Open-Source DICOM-Viewer, der mit Mac OS funktioniert. Die Software ermöglicht nicht nur das Betrachten, sondern auch fortgeschrittene Diagnosen unter Verwendung von MPR, MIP und Volumenrendering. Sie verfügt auch über Werkzeuge zur Manipulation von Bildern und zur Durchführung von Messungen. Horos hat auch ein Plug-in, das das Hochladen von Bildern zu Radiopaedia ermöglicht, einer Online-Ressource mit einer großen Anzahl von Referenzfällen und Artikeln. Horos kann jedoch nicht kostenlos in PACS integriert werden. Es ist gut für Studenten und Assistenzärzte geeignet. Radiologen können die kommerzielle Version namens Osirix MD verwenden.

• RadiANT: Der RadiANT DICOM-Bildbetrachter ist eine einfache, schnelle Plattform, die mit Windows kompatibel ist. Er verfügt über mehrere Funktionen, einschließlich MPR, MIP und Bildfusion. Bilder können in JPEG, PNG und andere Bildformate exportiert werden. Sie können auch direkt per Copy-Paste in Präsentationen und Word-Dokumente eingefügt werden. Die Anwendung ist nur ein Viewer und bietet keinen Speicherplatz. Sie ist jedoch nützlich für Studenten und Assistenzärzte, sowohl zum Lernen als auch für die Forschung.

DICOM-Serversoftware

Sie wird auch als DICOM-PACS-Software bezeichnet und hat, wie der Name schon sagt, die Kapazität, DICOM-Dateien zu speichern und abzurufen. Eine DICOM-PACS-Software kann über einen eigenen Viewer verfügen oder in andere DICOM-Viewer integriert werden. Einige Beispiele für kostenlose DICOM-PACS-Viewer sind:

• Dicoogle: Dicoogle ist ein Open-Source PACS-Archiv, das die Speicherung und den Abruf von DICOM-Dateien unterstützt. Es verfügt über eine Indexierungs-/Abfrage-Engine, die es Benutzern ermöglicht, nach DICOM-Studien zu suchen und diese abzurufen. Es funktioniert auf mehreren Plattformen, einschließlich Windows, Linux und Mac OS.

• Orthanc: Orthanc ist eine weitere leichtgewichtige Open-Source DICOM-Anwendung. Sie funktioniert auf mehreren Plattformen, einschließlich Windows, Mac OS und Linux, und kann jeden Computer mit einem dieser Betriebssysteme in einen Mini-PACS-Server verwandeln. Sie kann auch DICOM-Daten in das PNG-Format exportieren.

• SonicDICOM: Dies ist eine DICOM-Serversoftware, die auch mit einem webbasierten DICOM-Viewer geliefert wird. Sie kann auch in andere DICOM-Viewer integriert werden. Die kostenlose Version ist eine Testversion und ermöglicht das Speichern von bis zu dreißig Studien mit nicht mehr als fünf Web- oder DICOM-Verbindungen gleichzeitig. Sie ist mit Windows OS kompatibel.

Bemerkenswert ist, dass es einige sehr praktische Anwendungen gibt, die sowohl einen DICOM-Viewer als auch PACS in einer einzigen Software kombinieren. Von diesen gehört PostDICOM zu den Spitzenreitern. Es verfügt über einen leistungsstarken, benutzerfreundlichen DICOM-Viewer, der alle fortschrittlichen Bildgebungsfunktionen bietet, einschließlich MPR, MIP, MINIP und Volumenrendering. PostDICOM gehört zu den ersten Anwendungen, die ein webbasiertes PACS zum Speichern von DICOM-Bildern anbieten. Es ermöglicht den Export in mehrere Formate, und das Teilen von Bildern ist durch Cloud-Speicher einfacher. Wenn Sie also Ihren DICOM-Workflow vereinfachen möchten, probieren Sie PostDICOM aus!