Lääketieteellisen kuvantamisen anatomia: DICOM-työnkulun olennaiset ominaisuudet

Digitaalisesta lääketieteellisestä kuvantamisesta on tullut olennainen osa radiologiaa. Nykyajan radiologin on tunnettava lääketieteellisen kuvantamisen tekniset näkökohdat. Lääketieteellisen kuvantamisteknologian eturintamassa on DICOM-standardi. DICOM on lyhenne sanoista Digital Imaging and Communications in Medicine. Tämä on standardisarja, jonka American College of Radiology on laatinut yhteistyössä National Electrical Manufacturers Associationin kanssa. DICOM varmistaa, että lääketieteelliset kuvat täyttävät laatustandardit, jotta diagnoosin tarkkuus voidaan säilyttää. Kaikkien kuvantamismodaliteettien, mukaan lukien CT, MRI ja ultraääni, on oltava DICOM-standardien mukaisia. DICOM-muodossa olevia kuvia on käytettävä ja käsiteltävä erityisten DICOM-sovellusten kautta. Vaikka DICOMin peruskäsitteen ymmärtäminen on riittävän yksinkertaista, DICOMiin liittyvien laitteistojen ja ohjelmistojen varsinainen käyttöprosessi vaatii syvällisempää teknistä näkemystä. Tässä artikkelissa tarkastellaan DICOM-lääketieteellisen kuvatyönkulun eri vaiheita.

Lääketieteelliset DICOM-kuvat käyvät läpi eri prosesseja – hankinta, tallennus, muokkaus, jälkikäsittely, jakaminen ja tulostus sekä haku. Työnkulun kaikkia osa-alueita hallinnoi keskuspalvelin, jota kutsutaan PACS:ksi.

Mikä on PACS?

Koko DICOM-työnkulun ytimessä on PACS. PACS on lyhenne sanoista Picture Archiving and Communications System (kuvien arkistointi- ja viestintäjärjestelmä). PACS toimii pohjimmiltaan isäntänä, joka tallentaa DICOMiin liittyvää kuvantamistietoa ja integroi näihin kuviin liittyvät toiminnot. PACS:ia voidaan pitää keskuskoordinaattorina, jossa useat prosessit kohtaavat ja integroituvat. Ihanteellisen DICOM PACS -ohjelmiston tulisi kyetä integroimaan lähdelaitteet, työasemat, jakamisverkot sekä haku- ja tulostuslaitteet.

Miten PACS on auttanut parantamaan digitaalisen kuvantamisen työnkulkua?

Aiemmin sekä manuaalisesti että digitaalisesti hankitut lääketieteelliset kuvat tulostettiin filmeille tai tallennettiin ulkoisille laitteille, kuten CD- ja DVD-levyille. PACS:n kehitys on johtanut nopeampaan ja luotettavampaan tapaan käsitellä lääketieteellisiä kuvia. Radiologian kustannukset ovat laskeneet, koska tarve tulostetuille filmeille ja fyysiselle tallennustilalle on vähentynyt. Vaikka digitaalinen tallennus oli aiemmin kallista, kustannukset ovat laskeneet huomattavasti vuosien varrella. PACS:n avulla radiologi voi hallita aikaa paremmin, sillä kuviin pääsee käsiksi kirjaimellisesti mistä tahansa ja milloin tahansa. Myös aiempien kuvien jäljittämiseen kuluva aika lyhenee. Kuvien digitaalinen tallennus vähentää tahattomien virheiden, kuten väärin merkittyjen tiedostojen ja filmien vaurioitumisen, mahdollisuutta. Raportoinnin läpimenoaika lyhenee myös, koska työnkulku kokonaisuudessaan tehostuu. Kaikki tämä edistää parempia hoitotuloksia.

Mitkä ovat PACS:n komponentit?

PACS koostuu useista komponenteista, jotka ovat välttämättömiä DICOM-työnkululle. Nämä on kuvattu alla:

Lähde

Kaikkien lääketieteellisten kuvien lähde on laitteisto, joka tuottaa ne. Kuvantamislaitteen sisällä oleva ilmaisin tunnistaa kuvan ja lähettää sen digitoidussa muodossa tietokoneelle, jossa sitä voidaan joko tarkastella heti tai tallentaa myöhempää katselua varten. Kaikki kuvat hankitaan ja tallennetaan DICOM-muodossa.

Lääketieteellisten kuvien tallennus

Kun kuvat on hankittu lähteestä, ne on tallennettava turvallisesti. DICOM-palvelinohjelmisto toimii arkistointijärjestelmänä, joka tallentaa kaikki kuvat järjestelmällisesti. Kuvat voidaan lähettää DICOM-palvelimelta digitaaliselle työasemalle tulkintaa varten tai tulostaa. Jotkut edistyneet DICOM-palvelinsovellukset mahdollistavat myös kuvien suoran lataamisen ja jakamisen verkossa.

DICOM-työasema

Kuten nimestä voi päätellä, DICOM-työasema on alue, jota radiologit käyttävät kuvien katseluun ja tulkintaan. DICOM-työasemaohjelmistoja on kahdenlaisia. Ensimmäinen tyyppi, niin sanottu proprietäärinen ohjelmisto, toimitetaan lähdelaitteiston mukana, ja sen on yleensä valmistanut sama valmistaja. Tätä DICOM-työasemaohjelmistoa on välttämättä käytettävä samassa paikassa kuin lähdelaitteistoa. Toinen tyyppi on kolmannen osapuolen ohjelmisto, jota voidaan käyttää etänä lähdelaitteistosta. Tällainen ohjelmisto on erityisen hyödyllinen sairaaloissa, joissa on suuri määrä potilaita tulossa lääketieteellisiin kuvantamistutkimuksiin. Kuvat voidaan hankkia nopeasti jokaiselle potilaalle, ja radiologi voi käyttää ja tulkita niitä myöhemmin. Kolmannen osapuolen DICOM-sovelluksen on kyettävä vastaanottamaan DICOM-kuvia PACS-palvelimelta. Siksi tämä edellyttäisi DICOM-vastaanotto-ohjelmiston sisällyttämistä sovellukseen. DICOM-vastaanotto-ohjelmisto antaa radiologille mahdollisuuden käyttää kuvia joko PACS-palvelimelta tai ulkoisilta asemilta, kuten CD/DVD-asemilta.

DICOM-työasemaohjelmistossa voi avaus- ja vastaanotto-ominaisuuksien lisäksi olla lisätoimintoja, jotka auttavat radiologia parantamaan diagnostiikan tarkkuutta ja seuraamaan sairauksien etenemistä. Joitakin näistä ominaisuuksista ovat:

• Kuvan parannus: DICOM-työasemaohjelmiston avulla radiologit voivat parantaa kuvien laatua muuttamalla parametreja, kuten kirkkautta, väriä ja kontrastia. Tämä ominaisuus on yleensä saatavilla jopa kaikkein yksinkertaisimmissa DICOM-katseluohjelmissa.

• Kuvan muokkaus ja rekonstruktio: Edistynyt DICOM-työasemaohjelmisto antaa käyttäjien manipuloida alun perin hankittuja kuvia, jotta lääketieteellisistä kuvista voidaan saada uutta tietoa. Esimerkiksi tietyn anatomisen alueen kuvat, jotka on otettu kolmessa tasossa (aksiaalinen, koronaalinen ja sagittaalinen), voidaan yhdistää kolmiulotteisen rekonstruktiokuvan muodostamiseksi. Tämä antaa radiologille paremman anatomisen orientaation. Rekonstruoitu kuva voidaan myös viipaloida uudelleen eri tasoissa ja kulmissa verrattuna alun perin hankittuihin kuviin. Tätä tekniikkaa kutsutaan monitasorekonstruktioksi (MPR).

• Kiinnostuksen kohteen paikantaminen: Alueet, jotka absorboivat enimmäis- tai vähimmäismäärän energiaa, voidaan tunnistaa maksimi-intensiteettiprojektioina (MIP) ja minimi-intensiteettiprojektioina (MINIP). Näiden alueiden tunnistaminen voi auttaa radiologia havaitsemaan poikkeavuudet nopeasti.

• Raporttien luominen: Muutamat katseluohjelmat antavat radiologien jopa luoda raportteja löydöstensä perusteella ja viedä ne tekstinkäsittelyohjelmiin.

DICOM-tiedostojen jakaminen

• Tiedostojen vieminen: Lääketieteellisiä kuvia voidaan käyttää opetus- ja oppimistarkoituksiin. Joskus lääketieteellisiä kuvia voidaan käyttää myös kirja- ja lehtijulkaisuissa. DICOM-muodossa olevat lääketieteelliset kuvat ovat valtavia, eikä niitä useinkaan voida käyttää suoraan. Tiedosto on pakattava ja muunnettava toiseen kuvamuotoon. Saatavilla on useita kuvatiedostomuotoja. JPEG-muotoa käytetään yleisimmin, ja DICOM-tiedostot voidaan pakata hyvin pieneen kokoon tätä muotoa käyttäen. JPEG-pakkaus kuitenkin sallii tietojen katoamisen, eikä alkuperäistä DICOM-tiedostoa voida palauttaa. Muut tiedostomuodot, kuten TIFF ja PNG, mahdollistavat alkuperäisen tiedoston palauttamisen, mutta ne voivat pakata tiedostoja vain rajoitetusti. JPEG on hyödyllinen, kun kuvia halutaan käyttää opetuksessa, tapausesityksissä tai tapausten esittämisessä internetissä. TIFF- ja PNG-muodot sopivat paremmin kirja- ja lehtijulkaisuihin.

• Tiedostojen anonymisointi: Jos lääketieteelliset kuvat on tarkoitettu tutkimukseen tai julkaistavaksi avoimella foorumilla, kuten verkkosivustolla, on eettisesti välttämätöntä anonymisoida tiedostot, jotta lääketieteellistä kuvaa ei voida yhdistää tiettyyn potilaaseen. Jotkut DICOM-sovellukset mahdollistavat anonymisoinnin poistamalla potilastiedot tiedoston otsikosta.

DICOM-tulostusohjelmisto

Vaikka lääketieteellisten DICOM-kuvien tulostamisesta ollaan hitaasti luopumassa, on edelleen tapauksia, joissa tulostetut filmit voivat olla hyödyllisiä. Esimerkiksi kun kirurgisia toimenpiteitä suoritetaan syrjäisissä paikoissa (joissa leikkaussalilla ei ole pääsyä PACS-palvelimeen), voi olla hyödyllistä pitää filmit esillä. Näissä tapauksissa DICOM-tulostusohjelmistoa voidaan käyttää apuna filmien tulostamisessa tallennetuista DICOM-kuvista. DICOM-tulostusohjelmiston lisäksi saatetaan tarvita tulostin, joka pystyy tulostamaan DICOM-kuvia.

Mitkä ovat PACS:n viimeaikaiset kehityssuunnat?

• 1. Web-pohjainen PACS

• Pilvipohjaisen tallennuksen myötä web-pohjaisesta PACS:sta on tullut todellisuutta. PACS:n ei tarvitse rajoittua tiettyyn sairaalaan tai klinikkaan. Kaikki lähteestä hankitut lääketieteelliset kuvat voidaan ladata internetiin ja tallentaa pilveen. Tämä on johtanut uuden radiologian haaran – teleradiologian – kehittymiseen. Teleradiologia antaa radiologeille mahdollisuuden katsella kuvia ja antaa diagnooseja etäkeskuksissa.

• 2. Muiden tietojärjestelmien integrointi PACS:n kanssa

• PACS:n lisäksi sairaaloissa on käytössä useita muita tietojärjestelmiä. Radiologian tietojärjestelmä (RIS) on suunniteltu vastaanottamaan lääketieteellisen kuvantamisen tilauksia, luomaan niistä laskuja ja toimittamaan radiologin tulkitseman loppuraportin. Sairaalatietojärjestelmä (HIS) sisältää yleensä potilaan täydelliset sähköiset sairauskertomukset ja laskutustiedot. Kehittyneemmät ohjelmistojärjestelmät mahdollistavat kaikkien edellä mainittujen tietojärjestelmien integroinnin PACS:n kanssa. Tämä mahdollistaa täydellisen potilastietorekisterin tallentamisen ja saattamisen kliinikon saataville, joka voi sitten tehdä paremmin perusteltuja päätöksiä potilaan sairaanhoidosta.

Sopiva ohjelmisto koko DICOM-PACS-työnkulkuun

Kattaaksesi koko DICOM-PACS-työnkulun asianmukaisesti tarvitset ohjelmiston, joka auttaa sinua vastaanottamaan DICOM-kuvat lähteestä (DICOM-vastaanotto-ohjelmisto), ohjelmiston, joka auttaa sinua katselemaan ja muokkaamaan kuvia (DICOM-katseluohjelma), ohjelmiston, joka auttaa sinua tallentamaan kaikki kuvatiedot ja hakemaan ne haluttaessa (DICOM-palvelinohjelmisto), sekä ohjelmiston, joka auttaa sinua jakamaan ja tulostamaan lääketieteelliset kuvasi (DICOM-vienti- ja DICOM-tulostusohjelmisto). Sen sijaan, että käyttäisit useita ohjelmistosovelluksia näihin tarkoituksiin, on olemassa ohjelmia, jotka täyttävät kaksi tai useampia yllä mainituista tarpeista. On olemassa pääasiassa kahdenlaisia ohjelmistosovelluksia, jotka kaikkien radiologien on hankittava:

DICOM-katseluohjelmisto

Tämä ohjelmisto antaa käyttäjien ensisijaisesti katsella hankittuja DICOM-kuvia. Siinä on yleensä haku- ja tulostusominaisuudet, ja jotkut katseluohjelmat tukevat myös tiedostojen vientiä. Edistyneissä DICOM-katseluohjelmissa on lisätyöasemaominaisuuksia, jotka mahdollistavat kuvien muokkaamisen ja rekonstruoinnin. Muutamia nykyään suosittuja DICOM-katseluohjelmia ovat:

• Horos: Horos on avoimen lähdekoodin DICOM-katseluohjelma, joka toimii Mac OS -käyttöjärjestelmässä. Ohjelmisto ei ainoastaan mahdollista katselua, vaan myös edistyneen diagnostiikan MPR:n, MIP:n ja tilavuusmallinnuksen avulla. Siinä on myös työkaluja kuvien manipulointiin ja mittausten tekemiseen. Horoksessa on myös laajennus, joka mahdollistaa kuvien lataamisen Radiopediaan, verkkoresurssiin, jossa on suuri määrä viitetapauksia ja artikkeleita. Horos ei kuitenkaan voi integroitua PACS:iin maksutta. Se on hyvä opiskelijoille ja erikoistuville lääkäreille. Radiologit voivat käyttää kaupallista versiota nimeltä Osirix MD.

• RadiANT: RadiANT DICOM -kuvakatseluohjelma on yksinkertainen ja nopea alusta, joka on yhteensopiva Windowsin kanssa. Siinä on useita ominaisuuksia, mukaan lukien MPR, MIP ja kuvien fuusio. Kuvat voidaan viedä JPEG-, PNG- ja muihin kuvamuotoihin. Ne voidaan myös kopioida ja liittää suoraan esityksiin ja Word-asiakirjoihin. Sovellus on pelkkä katseluohjelma eikä tarjoa tallennustilaa. Se on kuitenkin hyödyllinen opiskelijoille ja erikoistuville lääkäreille sekä opiskeluun että tutkimukseen.

DICOM-palvelinohjelmisto

Sitä kutsutaan myös DICOM-PACS-ohjelmistoksi, ja kuten nimi viittaa, sillä on kyky tallentaa ja hakea DICOM-tiedostoja. DICOM-PACS-ohjelmistolla voi olla oma katseluohjelmansa tai se voidaan integroida muihin DICOM-katseluohjelmiin. Muutamia esimerkkejä ilmaisista DICOM PACS -katseluohjelmista ovat:

• Dicoogle: Dicoogle on avoimen lähdekoodin PACS-arkisto, joka tukee DICOM-tiedostojen tallennusta ja hakua. Siinä on indeksointi-/hakukone, jonka avulla käyttäjät voivat etsiä ja hakea DICOM-tutkimuksia. Se toimii useilla alustoilla, mukaan lukien Windows, Linux ja Mac OS.

• Orthanc: Orthanc on toinen avoimen lähdekoodin kevyt DICOM-sovellus. Se toimii useilla alustoilla, mukaan lukien Windows, Mac OS ja Linux, ja voi muuttaa minkä tahansa näitä käyttöjärjestelmiä käyttävän tietokoneen mini-PACS-palvelimeksi. Se voi myös viedä DICOM-tietoja PNG-muotoon.

• SonicDICOM: Tämä on DICOM-palvelinohjelmisto, jonka mukana tulee myös web-pohjainen DICOM-katseluohjelma. Se voidaan integroida myös muihin DICOM-katseluohjelmiin. Ilmaisversio on kokeiluversio ja sallii jopa kolmenkymmenen tutkimuksen tallentamisen, ja enintään viisi web- tai DICOM-yhteyttä kerrallaan. Se on yhteensopiva Windows-käyttöjärjestelmän kanssa.

Huomionarvoista on, että on olemassa joitakin erittäin käteviä sovelluksia, jotka yhdistävät sekä DICOM-katseluohjelman että PACS:n yhdeksi ohjelmistoksi. Näistä PostDICOM sijoittuu kärkeen. Siinä on tehokas ja helppokäyttöinen DICOM-katseluohjelma, joka tarjoaa kaikki edistyneet kuvantamisominaisuudet, mukaan lukien MPR, MIP, MINIP ja tilavuusmallinnus. PostDICOM on ensimmäisten sovellusten joukossa, joka tarjoaa web-pohjaisen PACS:n DICOM-kuvien tallentamiseen. Se mahdollistaa viennin useisiin formaatteihin, ja kuvien jakaminen on helpompaa pilvitallennuksen kautta. Joten jos haluat yksinkertaistaa DICOM-työnkulkuasi, kokeile PostDICOMia!