Anatomin av medicinsk bildbehandling: Väsentliga funktioner i DICOM-arbetsflödet

Digital medicinsk bildbehandling har blivit en integrerad del av radiologin. Dagens radiologer måste vara bekanta med de tekniska aspekterna av medicinsk bildbehandling. I framkant av medicinsk bildteknik finns DICOM-standarden. DICOM står för Digital Imaging and Communications in Medicine. Detta är en uppsättning standarder som utarbetats av American College of Radiology i samarbete med National Electrical Manufacturers Association. DICOM säkerställer att medicinska bilder uppfyller kvalitetsstandarder så att diagnostikens noggrannhet kan bevaras. Alla bildgivande modaliteter, inklusive CT, MR och ultraljud, måste överensstämma med DICOM-standarderna. Bilder som är i DICOM-format måste nås och användas via speciella DICOM-applikationer. Även om det grundläggande konceptet för DICOM är enkelt nog att förstå, kräver processen att faktiskt använda DICOM-relaterad hårdvara och mjukvara en djupare teknisk insikt. Denna artikel utforskar de olika stadierna i DICOM:s medicinska bildarbetsflöde.

Medicinska DICOM-bilder genomgår olika processer—förvärv, lagring, redigering, sekundär bearbetning, delning och utskrift samt hämtning. Alla aspekter av detta arbetsflöde hanteras av en central server, kallad PACS.

Vad är PACS?

I hjärtat av hela DICOM-arbetsflödet finns PACS. PACS står för Picture Archiving and Communications System. PACS fungerar i grunden som en värd som lagrar DICOM-relaterad bilddata och integrerar funktioner relaterade till dessa bilder. Du bör tänka på PACS som den centrala samordnaren där flera processer möts och integreras. En idealisk DICOM PACS-programvara bör kunna integrera källutrustningen, arbetsstationerna, delningsnätverken samt utrustning för hämtning och utskrift.

Hur har PACS hjälpt till att förbättra det digitala bildarbetsflödet?

Tidigare skrevs medicinska bilder, förvärvade både manuellt och digitalt, ut som film eller lagrades på externa enheter som CD- och DVD-skivor. Utvecklingen av PACS har resulterat i ett snabbare och mer tillförlitligt sätt att hantera medicinska bilder. Kostnaden för radiologi har minskat på grund av det minskade behovet av utskrivna filmer och fysiskt lagringsutrymme. Även om digital lagring en gång var dyrt, har kostnaden sjunkit avsevärt under åren. Med PACS kan radiologen hantera sin tid bättre, eftersom bilder bokstavligen kan nås från var som helst, vid vilken tidpunkt som helst. Tiden det tar att spåra tidigare bilder minskar också. Digital lagring av bilder minskar risken för oavsiktliga fel såsom felmärkta filer och skador på filmer. Handläggningstiden för rapportering sänks också eftersom arbetsflödet som helhet förbättras. Allt detta bidrar till bättre patientresultat.

Vilka är komponenterna i PACS?

PACS består av ett antal komponenter som är väsentliga för DICOM-arbetsflödet. Dessa beskrivs nedan:

Källan

Källan till alla medicinska bilder är den hårdvaruutrustning som genererar dem. Detektorn i bildutrustningen känner igen bilden och överför den i ett digitaliserat format till datorn där den antingen kan visas direkt eller lagras för visning vid ett senare tillfälle. Alla bilder förvärvas och lagras i DICOM-format.

Lagring av medicinska bilder

När bilderna har förvärvats från källan måste de lagras säkert. DICOM-serverprogramvaran fungerar som ett arkivsystem för att lagra alla bilder på ett organiserat sätt. Bilder från DICOM-servern kan antingen skickas till den digitala arbetsstationen för tolkning eller skrivas ut. Vissa avancerade DICOM-serverapplikationer tillåter även direkt uppladdning och onlinedelning av bilder.

DICOM-arbetsstationen

Som namnet antyder är DICOM-arbetsstationen det område som radiologer använder för att visa och tolka bilder. Mjukvaran för DICOM-arbetsstationer finns i två typer. Den första typen, kallad proprietär programvara, följer med källutrustningen och skapas vanligtvis av samma tillverkare. Denna DICOM-arbetsstationsprogramvara måste nödvändigtvis användas på samma plats som källutrustningen. Den andra typen av programvara för DICOM-arbetsstationer är tredjepartsprogramvara, som kan användas på en plats avlägsen från källutrustningen. Denna typ av programvara är särskilt användbar på sjukhus som har ett stort inflöde av patienter som kommer för medicinska bildundersökningar. Bilder kan snabbt förvärvas för varje patient och kan nås och tolkas av radiologen vid ett senare tillfälle. En tredjeparts DICOM-applikation måste kunna ta emot DICOM-bilder från PACS-servern. Därför kräver detta att DICOM-mottagarprogramvara byggs in i applikationen. DICOM-mottagarprogramvara gör att radiologen kan komma åt bilder antingen från PACS-servern eller från externa enheter som CD/DVD-enheter.

En programvara för DICOM-arbetsstationer kan, förutom öppnings- och mottagningsfunktioner, ha ytterligare funktioner som kan hjälpa radiologen att förbättra diagnostisk noggrannhet och spåra sjukdomsförlopp. Några av dessa funktioner inkluderar:

• Bildförbättring: Programvara för DICOM-arbetsstationer kan låta radiologer förbättra bildkvaliteten genom att ändra parametrar som ljusstyrka, färg och kontrast. Denna funktion är vanligtvis tillgänglig även på de mest grundläggande DICOM-visarna.

• Bildändring och rekonstruktion: Avancerad programvara för DICOM-arbetsstationer låter användare manipulera de bilder som ursprungligen har förvärvats, så att ny information kan utvinnas från de medicinska bilderna. Till exempel kan bilderna av en viss anatomisk region som tagits i tre plan (axiellt, koronalt och sagittalt) kombineras för att bilda en tredimensionell rekonstruerad bild. Detta ger radiologen bättre anatomisk orientering. Den rekonstruerade bilden kan också snittas igen, i andra plan och vinklar jämfört med de ursprungligen förvärvade bilderna. Denna teknik kallas Multiplanär rekonstruktion (MPR).

• Lokalisering av intresseområdet (ROI): Områden som absorberar maximal eller minimal mängd energi kan identifieras som Maximal intensitetsprojektion (MIP) och Minimal intensitetsprojektion (MINIP). Att identifiera dessa områden kan hjälpa radiologen att snabbt se avvikelser.

• Generering av rapporter: Några få visare tillåter till och med radiologer att generera rapporter baserade på sina fynd och exportera dem till ordbehandlare.

Delning av DICOM-filer

• Exportera filer: Medicinska bilder kan användas för undervisnings- och inlärningsändamål. Ibland kan medicinska bilder också användas i bok- och tidskriftspublikationer. Medicinska bilder i DICOM-format är enorma och kan ofta inte användas direkt. Det är nödvändigt att komprimera filen och konvertera den till ett annat bildformat. Det finns flera bildfilformat tillgängliga. JPEG-formatet är vanligast, och DICOM-filer kan komprimeras till en mycket liten storlek med detta format. JPEG-komprimering innebär dock att data går förlorad och den ursprungliga DICOM-filen kan inte återställas. Andra filformat, som TIFF och PNG, tillåter återställning av originalfilen, men de kan bara komprimera filer i begränsad omfattning. JPEG är användbart när man vill använda bilder i undervisning, fallpresentationer eller för att presentera fall på internet. TIFF- och PNG-formaten är bättre lämpade för bok- och tidskriftspublikationer.

• Avidentifiera filer: Om de medicinska bilderna är avsedda för forskning eller ska publiceras på ett öppet forum som en webbplats, är det etiskt nödvändigt att avidentifiera filerna så att den medicinska bilden inte kan kopplas till en specifik patient. Vissa DICOM-applikationer tillåter avidentifiering genom att ta bort patientinformation från filens huvud (header).

DICOM-utskriftsprogramvara

Även om utskrift av medicinska DICOM-bilder långsamt fasas ut, finns det fortfarande tillfällen där utskrivna filmer kan vara användbara. Till exempel när kirurgiska ingrepp utförs på avlägsna platser (där operationskomplexet inte har tillgång till PACS-servern), kan det vara bra att ha filmerna framme. I dessa fall kan en DICOM-utskriftsprogramvara användas för att hjälpa till med utskrift av filmer från lagrade DICOM-bilder. Förutom DICOM-utskriftsprogramvaran kan även en skrivare som kan skriva ut DICOM-bilder krävas.

Vilka är några nyligen gjorda utvecklingar för PACS?

• 1. Webb-baserat PACS

• Med tillkomsten av molnbaserad lagring har webb-baserat PACS blivit verklighet. PACS behöver inte begränsas till ett visst sjukhus eller klinik. Alla medicinska bilder som förvärvas vid källan kan laddas upp på internet och lagras i molnet. Detta har lett till utvecklingen av en ny gren av radiologin—teleradiologi. Teleradiologi gör det möjligt för radiologer att se bilder och tillhandahålla diagnoser vid avlägsna centra.

• 2. Integration av andra informationssystem med PACS

• Förutom PACS finns det flera andra informationssystem som används på sjukhus. Det radiologiska informationssystemet (RIS) är utformat för att ta emot beställningar för medicinsk bildbehandling, generera räkningar för desamma och leverera den slutliga rapporten som tolkats av radiologen. Sjukhusinformationssystemet (HIS) innehåller vanligtvis patientens fullständiga elektroniska journaler och faktureringsinformation. Mer avancerade programvarusystem möjliggör integration av alla ovanstående informationssystem med PACS. Detta gör att en fullständig registrering av patientinformation kan lagras och göras tillgänglig för läkaren, som sedan kan fatta mer välgrundade beslut gällande patientens vård.

Lämplig programvara för hela DICOM-PACS-arbetsflödet

För att adekvat täcka hela DICOM-PACS-arbetsflödet behöver du programvara som hjälper dig att ta emot DICOM-bilderna från källan (DICOM-mottagarprogramvara), programvara som hjälper dig att visa och redigera bilderna (DICOM-visare), programvara som hjälper dig att lagra all bilddata och hämta den vid behov (DICOM-serverprogramvara), samt programvara som hjälper dig att dela och skriva ut dina medicinska bilder (DICOM-exportprogramvara och DICOM-utskriftsprogramvara). Istället för att använda en mängd olika programvaruapplikationer för dessa ändamål finns det program som uppfyller två eller fler av ovanstående behov. Det finns i stort sett två typer av programvaruapplikationer som alla radiologer måste skaffa:

Programvara för DICOM-visning

Denna programvara tillåter primärt användare att se DICOM-bilder som har förvärvats. Den kommer vanligtvis med funktioner för hämtning och utskrift, och vissa visare stöder även export av filer. Avancerade DICOM-visare har ytterligare arbetsstationsfunktioner som tillåter redigering och rekonstruktion av bilder. Några av de populära DICOM-visarna som finns tillgängliga idag inkluderar:

• Horos: Horos är en DICOM-visare med öppen källkod som fungerar med Mac OS. Programvaran tillåter inte bara visning utan även avancerad diagnos med MPR, MIP och volymrendering. Den har också verktyg för att manipulera bilder och göra mätningar. Horos har också ett tillägg som tillåter uppladdning av bilder till Radiopaedia, en onlineresurs med ett stort antal referensfall och artiklar. Horos kan dock inte integreras med PACS kostnadsfritt. Det är bra för studenter och ST-läkare. Radiologer kan använda den kommersiella versionen som kallas Osirix MD.

• RadiANT: RadiANT DICOM-bildvisare är en enkel, snabb plattform som är kompatibel med Windows. Den har flera funktioner, inklusive MPR, MIP och bildfusion. Bilder kan exporteras till JPEG, PNG och andra bildformat. De kan också kopieras och klistras in direkt i presentationer och word-dokument. Applikationen är bara en visare och erbjuder inget lagringsutrymme. Den är dock användbar för studenter och ST-läkare, både för studier och forskning.

Programvara för DICOM-server

Detta kallas också DICOM-PACS-programvara och som namnet antyder har den kapacitet att lagra och hämta DICOM-filer. En DICOM-PACS-programvara kan ha sin egen visare eller så kan den integreras med andra DICOM-visare. Några exempel på gratis DICOM PACS-visare är:

• Dicoogle: Dicoogle är ett PACS-arkiv med öppen källkod som stöder lagring och hämtning av DICOM-filer. Den har en indexerings-/sökmotor som låter användare söka efter och hämta DICOM-studier. Den kan fungera över flera plattformar, inklusive Windows, Linux och Mac OS.

• Orthanc: Orthanc är en annan lättviktig DICOM-applikation med öppen källkod. Den fungerar över flera plattformar inklusive Windows, Mac OS och Linux, och kan förvandla vilken dator som helst som använder ett av dessa operativsystem till en mini-PACS-server. Den kan också exportera DICOM-data till PNG-formatet.

• SonicDICOM: Detta är en DICOM-serverprogramvara som också levereras med en webb-baserad DICOM-visare. Den kan integreras med andra DICOM-visare också. Gratisversionen är en testversion och tillåter att upp till trettio studier sparas, med inte mer än fem webb- eller DICOM-anslutningar åt gången. Den är kompatibel med Windows OS.

Värt att notera är att det finns några mycket praktiska applikationer som kombinerar både en DICOM-visare och PACS i en enda programvara. Av dessa rankas PostDICOM bland de bästa. Den har en kraftfull, lättanvänd DICOM-visare som erbjuder alla avancerade bildfunktioner, inklusive MPR, MIP, MINIP och volymrendering. PostDICOM är bland de första applikationerna som erbjuder webb-baserat PACS för lagring av DICOM-bilder. Den tillåter export till flera format och delning av bilder är enklare genom molnlagring. Så om du letar efter att förenkla ditt DICOM-arbetsflöde, prova PostDICOM!