2

SAMUEL COVAS SALOMAtildeO

INTEGRANDO SISTEMAS DE AUXIacuteLIO AO DIAGNOacuteSTICO NO SISTEMA GERENCIADOR DE

IMAGENS MEacuteDICAS

Dissertaccedilatildeo de mestrado apresentada ao Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo Interunidades Bioengenharia ndash Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto Instituto de Quiacutemica de Satildeo Carlos da Universidade de Satildeo Paulo como parte dos requisitos para a obtenccedilatildeo do tiacutetulo de mestre em Bioengenharia Aacuterea de Concentraccedilatildeo Bioengenharia Orientador Prof Dr Paulo Mazzoncini de Azevedo Marques

Satildeo Carlos 2010

AUTORIZO A REPRODUCcedilAtildeO E DIVULGACcedilAtildeO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRONICO PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA DESDE QUE CITADA A FONTE

Ficha catalograacutefica preparada pela Seccedilatildeo de Tratamento da Informaccedilatildeo do Serviccedilo de Biblioteca - EESCjUSP

Salomatildeo Samuel Covas S173i Integrando sistemas de auxilio ao diagnoacutestico no

sistema gerenciador de imagens meacutedicas Samuel Covas SalolTatildeo orientador Paulo Mazzoncini de Azevedo Marques

Satildeo Carlos 2010

Dissertaccedilatildeo (Mestrado-Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo e Aacuterea de Concentraccedilatildeo em Bioengenharia) -- Escola de Engenharia de Satildeo CarlosFaculdade de Medicina de Ribeiratildeo PretoInstituto de Quiacutemica de Satildeo Carlos da Universidade de Satildeo Paulo 2010

1 Radiologia 2 Integraccedilatildeo de sistemas 3 CAD 4 PACS 5 DICOM I Titulo

AO

Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo Interunidades em Bioengenharia EESC I FMRP IIQSC

USP 1934 200)

SAMUEL COVAS SALOMAtildeO MESTRADO EM CI~NCIAS AacuteREA DE BIOENGENHARIA

DISSERTACcedilAtildeO APRESENTADA AO PROGRAMA DE POacuteS - GRADUACcedilAtildeO INTERUNIDADES BIOENGENHARIA EESC - FMRP - IOSC DA UNIVERSIDADE DE SAtildeO PAULO PARA OBTENCcedilAtildeO DO TITULO DE MESTRE EM CI~NCIAS NA AacuteREA DE BIOENGENHARIA

Aprovado em()tI061 2cJJJgt

PROF DR PAULO MAZZONCINI DE Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto - USP AZEVEDO MAROUES (ORIENTADOR)

Resultado _l-Oacuteft-_IlrJ__ __v_AAJlt_ Assinatura_~____---~____

PROF DR LAURO WICHERT ANA 1

Resultado ~~

PROFADRAAGMAJUCIMACHADO TRAINA

Resultado f fovl~middot oh O

Faculdade de Mledi~e Ribeiratildeo Preto - USP Assinatura ~Z0N~

)

Instituto de Ciecircncias Matemaacuteticas e de Computaccedilatildeo - USP C_

Assinatura ~1v) tLar-~D

--- _--

A TmilIlIl1Idor S(IIHurclIsc 4()() - CCIlm - SilO Carol - SIgt 3566-590

rctjimciacuteF(I_- (6) 3373-9586 - E-mai IJiocngscuspbr

AUTORIZO A REPRODUCcedilAtildeO E DIVULGACcedilAtildeO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRONICO PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA DESDE QUE CITADA A FONTE

Ficha catalograacutefica preparada pela Seccedilatildeo de Tratamento da Informaccedilatildeo do Serviccedilo de Biblioteca - EESCjUSP

Salomatildeo Samuel Covas S173i Integrando sistemas de auxilio ao diagnoacutestico no

sistema gerenciador de imagens meacutedicas Samuel Covas SalolTatildeo orientador Paulo Mazzoncini de Azevedo Marques

Satildeo Carlos 2010

Dissertaccedilatildeo (Mestrado-Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo e Aacuterea de Concentraccedilatildeo em Bioengenharia) -- Escola de Engenharia de Satildeo CarlosFaculdade de Medicina de Ribeiratildeo PretoInstituto de Quiacutemica de Satildeo Carlos da Universidade de Satildeo Paulo 2010

1 Radiologia 2 Integraccedilatildeo de sistemas 3 CAD 4 PACS 5 DICOM I Titulo

AO

Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo Interunidades em Bioengenharia EESC I FMRP IIQSC

USP 1934 200)

SAMUEL COVAS SALOMAtildeO MESTRADO EM CI~NCIAS AacuteREA DE BIOENGENHARIA

DISSERTACcedilAtildeO APRESENTADA AO PROGRAMA DE POacuteS - GRADUACcedilAtildeO INTERUNIDADES BIOENGENHARIA EESC - FMRP - IOSC DA UNIVERSIDADE DE SAtildeO PAULO PARA OBTENCcedilAtildeO DO TITULO DE MESTRE EM CI~NCIAS NA AacuteREA DE BIOENGENHARIA

Aprovado em()tI061 2cJJJgt

PROF DR PAULO MAZZONCINI DE Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto - USP AZEVEDO MAROUES (ORIENTADOR)

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PROF DR LAURO WICHERT ANA 1

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PROFADRAAGMAJUCIMACHADO TRAINA

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Faculdade de Mledi~e Ribeiratildeo Preto - USP Assinatura ~Z0N~

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Instituto de Ciecircncias Matemaacuteticas e de Computaccedilatildeo - USP C_

Assinatura ~1v) tLar-~D

--- _--

A TmilIlIl1Idor S(IIHurclIsc 4()() - CCIlm - SilO Carol - SIgt 3566-590

rctjimciacuteF(I_- (6) 3373-9586 - E-mai IJiocngscuspbr

Programa de Poacutes-Graduaccedilatildeo Interunidades em Bioengenharia EESC I FMRP IIQSC

USP 1934 200)

SAMUEL COVAS SALOMAtildeO MESTRADO EM CI~NCIAS AacuteREA DE BIOENGENHARIA

DISSERTACcedilAtildeO APRESENTADA AO PROGRAMA DE POacuteS - GRADUACcedilAtildeO INTERUNIDADES BIOENGENHARIA EESC - FMRP - IOSC DA UNIVERSIDADE DE SAtildeO PAULO PARA OBTENCcedilAtildeO DO TITULO DE MESTRE EM CI~NCIAS NA AacuteREA DE BIOENGENHARIA

Aprovado em()tI061 2cJJJgt

PROF DR PAULO MAZZONCINI DE Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto - USP AZEVEDO MAROUES (ORIENTADOR)

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PROF DR LAURO WICHERT ANA 1

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Faculdade de Mledi~e Ribeiratildeo Preto - USP Assinatura ~Z0N~

)

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--- _--

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rctjimciacuteF(I_- (6) 3373-9586 - E-mai IJiocngscuspbr

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DEDICATOacuteRIA

Dedico este trabalho aos meus pais Miguel Jorge e Neusa pelo apoio e incentivo em todos os

momentos desta importante etapa da minha vida e agrave minha esposa Thalita com amor e

gratidatildeo pela sua paciecircncia e compreensatildeo durante a realizaccedilatildeo deste trabalho

5

AGRADECIMENTOS

Agrave Deus pela minha vida e pela sua constante presenccedila em minha caminhada

Agrave minha matildee Neusa que muitas vezes abdicou de seus sonhos e vontades para que os meus se

tornassem possiacuteveis tenho um orgulho muito grande em ser seu filho Muito obrigado matildee

Ao meu pai Miguel Jorge meu motivo de inspiraccedilatildeo e exemplo de vida Obrigado pai por

acreditar em mim e pelo incansaacutevel apoio Esta conquista natildeo eacute somente minha mas tambeacutem

sua

Agrave minha esposa Thalita pela sua dedicaccedilatildeo e paciecircncia nos momentos em que natildeo pude estar

presente pela sua ajuda e compreensatildeo essa vitoacuteria eacute nossa Eu te amo

Aos meus irmatildeos Eduardo e Maira que sempre compartilharam comigo as alegrias e

dificuldades Obrigado

Aos colegas do Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica do HCFMRP Obrigado

pelos conhecimentos compartilhados e a ajuda a mim dispensada

Aos amigos Luis Ricardo e Mariacutelia que sempre estiveram presentes durante a realizaccedilatildeo deste

trabalho Obrigado pelas oportunidades concedidas e pela amizade

6

AGRADECIMENTOS ESPECIAIS

Ao prof Dr Paulo Mazzoncini de Azevedo Marques orientador deste trabalho sempre

presente na arte do ensino e pronto a ajudar na resoluccedilatildeo dos problemas com seus saacutebios

conselhos e sugestotildees Agradeccedilo pelas oportunidades e principalmente pela confianccedila

depositada em mim durante estes meses Espero sempre poder contribuir com seu belo

trabalho desenvolvido no Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto

7

ldquoA mente que se abre a uma nova ideacuteia jamais voltaraacute ao seu tamanho originalrdquo

Albert Einstein

8

RESUMO SALOMAtildeO SC Integrando Sistemas de Auxiacutelio ao Diagnoacutestico no Sistema Gerenciador de Imagens Meacutedicas 2010 65f Dissertaccedilatildeo (Mestrado) ndash Programa de Poacutes Graduaccedilatildeo Interunidades Bioengenharia ndash Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Instituto de Quiacutemica de Satildeo Carlos Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2010 O avanccedilo tecnoloacutegico percebido nos uacuteltimos anos proporcionou a utilizaccedilatildeo em larga escala de equipamentos de aquisiccedilatildeo de imagens meacutedicas em formato digital tais como raios-X tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica e ultrassom O uso desses aparelhos na rotina diaacuteria de um hospital gera um volume expressivo de dados o que demanda soluccedilotildees para armazenamento distribuiccedilatildeo e visualizaccedilatildeo dessas imagens Tal papel eacute desempenhado por sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens ndash PACS ndash atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo DICOM o padratildeo internacional para codificaccedilatildeo e transmissatildeo de imagens meacutedicas Devido agrave sua natureza digital recentemente vaacuterias aplicaccedilotildees voltadas para o processamento de imagens meacutedicas foram desenvolvidas inclusive programas para processar mamografia e tomografia computadorizada de toacuterax tornaram-se produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos Tais aplicaccedilotildees satildeo conhecidas por CAD ou diagnoacutestico auxiliado por computador Sabe-se que soluccedilotildees CAD podem aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar as ferramentas CAD a sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens Para que o CAD auxilie no diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho isolada e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo integrados de forma apropriada a outros sistemas de informaccedilatildeo tais como HIS (Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar) RIS (Sistema de Informaccedilatildeo em Radiologia) e PACS O trabalho aqui descrito apresenta uma soluccedilatildeo de integraccedilatildeo CAD-PACS baseada em bibliotecas livres e de coacutedigo aberto Espera-se que essa soluccedilatildeo possa contribuir de forma efetiva para um aumento de produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando todo o ambiente hospitalar Palavras-chave integraccedilatildeo de sistemas CAD PACS DICOM radiologia

9

ABSTRACT SALOMAtildeO SC Integrating Computer-aided Diagnosis Systems into the Picture Archiving and Communication System 2010 65f Dissertation (Masterrsquos degree) ndash Programa de Poacutes Graduaccedilatildeo Interunidades Bioengenharia ndash Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Instituto de Quiacutemica de Satildeo Carlos Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2010 The technology evolution seen in the last years provided large adoption of digital image acquisition equipments such as x-rays computed tomography magnetic resonance and ultrasound The use of these devices in daily hospital routine generates an expressive image data volume which demands intelligent solutions for image storage distribution and visualization Such role is played by picture archiving and communication systems ndash PACS ndash which make extensively use of the DICOM protocol world industry standard for image transmission and codification in medicine Due to its digital nature recently several medical image processing applications were developed and some programs used to process mammography and chest computed tomography images became commercial products in the last five years These applications are usually known as CAD or computer-aided diagnosis Itrsquos known that CAD solutions may improve the diagnosis efficiency and accuracy by detecting andor classifying automatically abnormalities andor diseases in radiologic exams However little effort was done in the sense of integrating the CAD tools and picture archiving and communication systems To really assist radiologist diagnosis CAD needs to process digital images that are usually stored in the PACS server Nowadays specialist image processing programs like CAD still remains being used on an isolated workstation and the processing results are not integrated in a suitable fashion to other information systems such as HIS (Hospital Information System) RIS (Radiology Information System) and PACS The work described in this dissertation presents a CAD-PACS integration solution based on free and open source programming libraries Itrsquos hoped that this solution may contribute in an effective manner to increase the productivity and improve the radiology workflow bringing benefits to the whole hospital environment Keywords system integration CAD PACS DICOM radiology

10

LISTA DE FIGURAS Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM26 Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem 27 Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo28 Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas 30 Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS31 Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para

11

visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS 33 Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede 34 Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)38 Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)38 Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos43 Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD44 Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa45 Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD46 Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS 48 Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS 50 Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS53 Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens54 Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS54 Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD 55

12

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS 56 Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD 56

13

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM24

Tabela 2 DIMSEs normalizados25

Tabela 3 DIMSEs compostos 25

14

LISTA DE SIGLAS

ACR American College of Radiology

CAD Computer Aided Diagnosis

CRT Cathode Ray Tube

CT Computed Tomography

DICOM Digital Imaging and Communication in Medicine

DIMSE DICOM Message Services Elements

DLT Digital Linear Tape

HD Hard Disk

HIS Health Information System

HRCT High Resolution Computed Tomography

LCD Liquid Crystal Display

MRI Magnetic Resonance Imaging

NEMA National Electrical Manufacturers Association

OSI Open Systems Interconnection Reference Model

PACS Picture Archiving and Communication System

RAID Redundant Array of Inexpensive Disks

RIS Radiology Information System

ROI Region of Interest

SCP Service Class Provider

SCU Service Class User

WS Workstation

15

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 17

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS 17

12 MOTIVACcedilAtildeO18

13 OBJETIVO 20

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO 20

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES 22

21 O PADRAtildeO DICOM 22

211 Classes de objetos 23

212 Serviccedilos 24

213 Comunicaccedilatildeo 26

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM 27

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS29

221 Aquisiccedilatildeo de imagens 30

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens 32

223 Apresentaccedilatildeo de imagens 33

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE 36

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD 40

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 43

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO 46

4 RESULTADOS 51

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES 57

51 LIMITACcedilOtildeES57

16

52 CONCLUSOtildeES59

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS 60

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA61

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 62

17

1 INTRODUCcedilAtildeO

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS

A grande evoluccedilatildeo tecnoloacutegica percebida nas uacuteltimas deacutecadas proporcionou um

avanccedilo significativo em aacutereas relacionadas agrave informaacutetica tais como tecnologia da

informaccedilatildeo engenharias e ciecircncia da computaccedilatildeo Como se trata uma ciecircncia aplicada esse

aprimoramento computacional contribui tambeacutem para o desenvolvimento de outras aacutereas de

cunho cientiacutefico de modo especial a medicina Tal progresso consequentemente levou ao

barateamento das tecnologias de coleta de dados e imagens incentivando instalaccedilotildees meacutedicas

a fazer uso de sistemas de informaccedilatildeo que gerenciam armazenam e organizam os dados

cliacutenicos de pacientes

Nos hospitais o Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar (Hospital Information System -

HIS) eacute responsaacutevel por gerenciar armazenar e prover acesso a diversas informaccedilotildees de

pacientes Geralmente o HIS trata trecircs categorias principais de serviccedilos suporte cliacutenico e

meacutedico nas atividades de cuidado ao paciente administraccedilatildeo diaacuteria das transaccedilotildees de negoacutecio

do hospital (financcedilas folha de pagamento etc) e avaliaccedilatildeo do desempenho hospitalar com

previsatildeo de projetos em longo prazo Nesse sistema a natureza da informaccedilatildeo eacute textual ou

seja eacute comum meacutedicos efetuarem consultas agrave base de dados do hospital para obter histoacutericos

de atendimento ou informaccedilotildees de laudo referentes a um determinado paciente

O impacto tecnoloacutegico eacute tatildeo grande que a abordagem diagnoacutestica meacutedica sofre

influecircncias e vem sendo bastante modificada como por exemplo com o uso de equipamentos

radioloacutegicos cada vez mais potentes que geram imagens meacutedicas digitais de qualidade muito

18

superior e a preccedilos mais acessiacuteveis Dessa forma a crescente utilizaccedilatildeo desses equipamentos

em consultoacuterios cliacutenicas e hospitais gradativamente gera um volume expressivo de imagens

todos os dias A soluccedilatildeo para gerenciar essas imagens de forma eficiente estaacute na adoccedilatildeo de

um Sistema de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens (Picture Archiving and

Communication System - PACS) Ele eacute responsaacutevel por receber armazenar e disponibilizar

para meacutedicos ou outros sistemas as imagens dos diversos dispositivos de aquisiccedilatildeo como por

exemplo raios-X ressonacircncia magneacutetica tomografia computadorizada e ultrassom (CAO e

HUANG 2000)

Ainda dentro do ambiente de diagnoacutestico por imagens o Sistema de Informaccedilatildeo em

Radiologia (Radiology Information System - RIS) foi concebido para controlar processos

como geraccedilatildeo e agendamento de exames manutenccedilatildeo e geraccedilatildeo de laudos e relatoacuterios De

modo geral todo RIS assim como o HIS trata informaccedilotildees de pacientes relacionados a

exames incluindo informaccedilotildees meacutedicas administrativas e demograacuteficas No entanto eacute um

sistema especializado e especiacutefico para a radiologia Embora seja independente de certa

forma o RIS pode ser considerado um subsistema do HIS dentro de um ambiente hospitalar

amplo e com centro de diagnoacutestico proacuteprio uma vez que ambos compartilham as mesmas

informaccedilotildees (MARQUES et al 2000)

12 MOTIVACcedilAtildeO

Devido agrave natureza digital das imagens meacutedicas geradas pelos equipamentos de uacuteltima

geraccedilatildeo a pesquisa e desenvolvimento de teacutecnicas de processamento de imagens contribuiacuteram

para o surgimento de ferramentas de Diagnoacutestico Auxiliado por Computador (Computer

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

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solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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63

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64

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5

AGRADECIMENTOS

Agrave Deus pela minha vida e pela sua constante presenccedila em minha caminhada

Agrave minha matildee Neusa que muitas vezes abdicou de seus sonhos e vontades para que os meus se

tornassem possiacuteveis tenho um orgulho muito grande em ser seu filho Muito obrigado matildee

Ao meu pai Miguel Jorge meu motivo de inspiraccedilatildeo e exemplo de vida Obrigado pai por

acreditar em mim e pelo incansaacutevel apoio Esta conquista natildeo eacute somente minha mas tambeacutem

sua

Agrave minha esposa Thalita pela sua dedicaccedilatildeo e paciecircncia nos momentos em que natildeo pude estar

presente pela sua ajuda e compreensatildeo essa vitoacuteria eacute nossa Eu te amo

Aos meus irmatildeos Eduardo e Maira que sempre compartilharam comigo as alegrias e

dificuldades Obrigado

Aos colegas do Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica do HCFMRP Obrigado

pelos conhecimentos compartilhados e a ajuda a mim dispensada

Aos amigos Luis Ricardo e Mariacutelia que sempre estiveram presentes durante a realizaccedilatildeo deste

trabalho Obrigado pelas oportunidades concedidas e pela amizade

6

AGRADECIMENTOS ESPECIAIS

Ao prof Dr Paulo Mazzoncini de Azevedo Marques orientador deste trabalho sempre

presente na arte do ensino e pronto a ajudar na resoluccedilatildeo dos problemas com seus saacutebios

conselhos e sugestotildees Agradeccedilo pelas oportunidades e principalmente pela confianccedila

depositada em mim durante estes meses Espero sempre poder contribuir com seu belo

trabalho desenvolvido no Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto

7

ldquoA mente que se abre a uma nova ideacuteia jamais voltaraacute ao seu tamanho originalrdquo

Albert Einstein

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RESUMO SALOMAtildeO SC Integrando Sistemas de Auxiacutelio ao Diagnoacutestico no Sistema Gerenciador de Imagens Meacutedicas 2010 65f Dissertaccedilatildeo (Mestrado) ndash Programa de Poacutes Graduaccedilatildeo Interunidades Bioengenharia ndash Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Instituto de Quiacutemica de Satildeo Carlos Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2010 O avanccedilo tecnoloacutegico percebido nos uacuteltimos anos proporcionou a utilizaccedilatildeo em larga escala de equipamentos de aquisiccedilatildeo de imagens meacutedicas em formato digital tais como raios-X tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica e ultrassom O uso desses aparelhos na rotina diaacuteria de um hospital gera um volume expressivo de dados o que demanda soluccedilotildees para armazenamento distribuiccedilatildeo e visualizaccedilatildeo dessas imagens Tal papel eacute desempenhado por sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens ndash PACS ndash atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo DICOM o padratildeo internacional para codificaccedilatildeo e transmissatildeo de imagens meacutedicas Devido agrave sua natureza digital recentemente vaacuterias aplicaccedilotildees voltadas para o processamento de imagens meacutedicas foram desenvolvidas inclusive programas para processar mamografia e tomografia computadorizada de toacuterax tornaram-se produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos Tais aplicaccedilotildees satildeo conhecidas por CAD ou diagnoacutestico auxiliado por computador Sabe-se que soluccedilotildees CAD podem aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar as ferramentas CAD a sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens Para que o CAD auxilie no diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho isolada e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo integrados de forma apropriada a outros sistemas de informaccedilatildeo tais como HIS (Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar) RIS (Sistema de Informaccedilatildeo em Radiologia) e PACS O trabalho aqui descrito apresenta uma soluccedilatildeo de integraccedilatildeo CAD-PACS baseada em bibliotecas livres e de coacutedigo aberto Espera-se que essa soluccedilatildeo possa contribuir de forma efetiva para um aumento de produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando todo o ambiente hospitalar Palavras-chave integraccedilatildeo de sistemas CAD PACS DICOM radiologia

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ABSTRACT SALOMAtildeO SC Integrating Computer-aided Diagnosis Systems into the Picture Archiving and Communication System 2010 65f Dissertation (Masterrsquos degree) ndash Programa de Poacutes Graduaccedilatildeo Interunidades Bioengenharia ndash Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Instituto de Quiacutemica de Satildeo Carlos Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2010 The technology evolution seen in the last years provided large adoption of digital image acquisition equipments such as x-rays computed tomography magnetic resonance and ultrasound The use of these devices in daily hospital routine generates an expressive image data volume which demands intelligent solutions for image storage distribution and visualization Such role is played by picture archiving and communication systems ndash PACS ndash which make extensively use of the DICOM protocol world industry standard for image transmission and codification in medicine Due to its digital nature recently several medical image processing applications were developed and some programs used to process mammography and chest computed tomography images became commercial products in the last five years These applications are usually known as CAD or computer-aided diagnosis Itrsquos known that CAD solutions may improve the diagnosis efficiency and accuracy by detecting andor classifying automatically abnormalities andor diseases in radiologic exams However little effort was done in the sense of integrating the CAD tools and picture archiving and communication systems To really assist radiologist diagnosis CAD needs to process digital images that are usually stored in the PACS server Nowadays specialist image processing programs like CAD still remains being used on an isolated workstation and the processing results are not integrated in a suitable fashion to other information systems such as HIS (Hospital Information System) RIS (Radiology Information System) and PACS The work described in this dissertation presents a CAD-PACS integration solution based on free and open source programming libraries Itrsquos hoped that this solution may contribute in an effective manner to increase the productivity and improve the radiology workflow bringing benefits to the whole hospital environment Keywords system integration CAD PACS DICOM radiology

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LISTA DE FIGURAS Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM26 Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem 27 Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo28 Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas 30 Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS31 Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para

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visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS 33 Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede 34 Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)38 Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)38 Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos43 Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD44 Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa45 Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD46 Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS 48 Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS 50 Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS53 Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens54 Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS54 Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD 55

12

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS 56 Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD 56

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM24

Tabela 2 DIMSEs normalizados25

Tabela 3 DIMSEs compostos 25

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LISTA DE SIGLAS

ACR American College of Radiology

CAD Computer Aided Diagnosis

CRT Cathode Ray Tube

CT Computed Tomography

DICOM Digital Imaging and Communication in Medicine

DIMSE DICOM Message Services Elements

DLT Digital Linear Tape

HD Hard Disk

HIS Health Information System

HRCT High Resolution Computed Tomography

LCD Liquid Crystal Display

MRI Magnetic Resonance Imaging

NEMA National Electrical Manufacturers Association

OSI Open Systems Interconnection Reference Model

PACS Picture Archiving and Communication System

RAID Redundant Array of Inexpensive Disks

RIS Radiology Information System

ROI Region of Interest

SCP Service Class Provider

SCU Service Class User

WS Workstation

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SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 17

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS 17

12 MOTIVACcedilAtildeO18

13 OBJETIVO 20

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO 20

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES 22

21 O PADRAtildeO DICOM 22

211 Classes de objetos 23

212 Serviccedilos 24

213 Comunicaccedilatildeo 26

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM 27

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS29

221 Aquisiccedilatildeo de imagens 30

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens 32

223 Apresentaccedilatildeo de imagens 33

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE 36

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD 40

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 43

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO 46

4 RESULTADOS 51

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES 57

51 LIMITACcedilOtildeES57

16

52 CONCLUSOtildeES59

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS 60

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA61

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 62

17

1 INTRODUCcedilAtildeO

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS

A grande evoluccedilatildeo tecnoloacutegica percebida nas uacuteltimas deacutecadas proporcionou um

avanccedilo significativo em aacutereas relacionadas agrave informaacutetica tais como tecnologia da

informaccedilatildeo engenharias e ciecircncia da computaccedilatildeo Como se trata uma ciecircncia aplicada esse

aprimoramento computacional contribui tambeacutem para o desenvolvimento de outras aacutereas de

cunho cientiacutefico de modo especial a medicina Tal progresso consequentemente levou ao

barateamento das tecnologias de coleta de dados e imagens incentivando instalaccedilotildees meacutedicas

a fazer uso de sistemas de informaccedilatildeo que gerenciam armazenam e organizam os dados

cliacutenicos de pacientes

Nos hospitais o Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar (Hospital Information System -

HIS) eacute responsaacutevel por gerenciar armazenar e prover acesso a diversas informaccedilotildees de

pacientes Geralmente o HIS trata trecircs categorias principais de serviccedilos suporte cliacutenico e

meacutedico nas atividades de cuidado ao paciente administraccedilatildeo diaacuteria das transaccedilotildees de negoacutecio

do hospital (financcedilas folha de pagamento etc) e avaliaccedilatildeo do desempenho hospitalar com

previsatildeo de projetos em longo prazo Nesse sistema a natureza da informaccedilatildeo eacute textual ou

seja eacute comum meacutedicos efetuarem consultas agrave base de dados do hospital para obter histoacutericos

de atendimento ou informaccedilotildees de laudo referentes a um determinado paciente

O impacto tecnoloacutegico eacute tatildeo grande que a abordagem diagnoacutestica meacutedica sofre

influecircncias e vem sendo bastante modificada como por exemplo com o uso de equipamentos

radioloacutegicos cada vez mais potentes que geram imagens meacutedicas digitais de qualidade muito

18

superior e a preccedilos mais acessiacuteveis Dessa forma a crescente utilizaccedilatildeo desses equipamentos

em consultoacuterios cliacutenicas e hospitais gradativamente gera um volume expressivo de imagens

todos os dias A soluccedilatildeo para gerenciar essas imagens de forma eficiente estaacute na adoccedilatildeo de

um Sistema de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens (Picture Archiving and

Communication System - PACS) Ele eacute responsaacutevel por receber armazenar e disponibilizar

para meacutedicos ou outros sistemas as imagens dos diversos dispositivos de aquisiccedilatildeo como por

exemplo raios-X ressonacircncia magneacutetica tomografia computadorizada e ultrassom (CAO e

HUANG 2000)

Ainda dentro do ambiente de diagnoacutestico por imagens o Sistema de Informaccedilatildeo em

Radiologia (Radiology Information System - RIS) foi concebido para controlar processos

como geraccedilatildeo e agendamento de exames manutenccedilatildeo e geraccedilatildeo de laudos e relatoacuterios De

modo geral todo RIS assim como o HIS trata informaccedilotildees de pacientes relacionados a

exames incluindo informaccedilotildees meacutedicas administrativas e demograacuteficas No entanto eacute um

sistema especializado e especiacutefico para a radiologia Embora seja independente de certa

forma o RIS pode ser considerado um subsistema do HIS dentro de um ambiente hospitalar

amplo e com centro de diagnoacutestico proacuteprio uma vez que ambos compartilham as mesmas

informaccedilotildees (MARQUES et al 2000)

12 MOTIVACcedilAtildeO

Devido agrave natureza digital das imagens meacutedicas geradas pelos equipamentos de uacuteltima

geraccedilatildeo a pesquisa e desenvolvimento de teacutecnicas de processamento de imagens contribuiacuteram

para o surgimento de ferramentas de Diagnoacutestico Auxiliado por Computador (Computer

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

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Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

BAKER JA Computer-aided detection (CAD) in screening mammography sensitivity of comercial system in detecting architecture distortion AJR vol 48 p 181-183 2003 BJERDE KW IPI MEDICOM and DICOM relations and possible future International Journal of Cardiac Imaging v11 (suppl3) p 165-170 1995 BURHENNE LW Potencial contribution for computer-aided detection to the sensitivity of screening mammography Radiology vol 62 p 215-554 2000 BYERS T BARRERA E FONTHAM ET et al A midpoint assessment of the American Cancer Society challenge goal to halve the US Cancer mortality rates between the years 1990 and 2015 Cancer vol 107 p 396-405 2006 CAO X HUANG HK Current status and future advances of digital radiography and PACS Engineering in Medicine and Biology Magazine vol 9 no 5 p 80-88 sep 2000 CHANNIN DS Integrating the healthcare enterprise a primer - part 2 Seven brides for seven brothers the IHE integration profile Radiographics vol 21 p 1343-1350 2001 CHANNIN DS SIEGEL EL CARR C Integrating the healthcare enterprise a primer - part 5 the future of IHE Radiographics vol 21 p 1605-1608 2002 CHARRUA DICOM Tookit Disponiacutevel em lthttpwwwcharruasoftcomgt Acesso em 3 mar 2010 CONQUEST Conquest DICOM Software Disponiacutevel em lthttpwwwxs4allnl~ingenium dicomhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 DCMTK Dcmtk Toolkit Disponiacutevel em lthttpdicomoffisdedcmtkphpengt Acesso em 10 mar 2010 DCM4CHE Dcm4che Toolkit Disponiacutevel em lthttpwwwdcm4cheorggt Acesso em 10 mar 2010

63

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64

TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

6

AGRADECIMENTOS ESPECIAIS

Ao prof Dr Paulo Mazzoncini de Azevedo Marques orientador deste trabalho sempre

presente na arte do ensino e pronto a ajudar na resoluccedilatildeo dos problemas com seus saacutebios

conselhos e sugestotildees Agradeccedilo pelas oportunidades e principalmente pela confianccedila

depositada em mim durante estes meses Espero sempre poder contribuir com seu belo

trabalho desenvolvido no Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto

7

ldquoA mente que se abre a uma nova ideacuteia jamais voltaraacute ao seu tamanho originalrdquo

Albert Einstein

8

RESUMO SALOMAtildeO SC Integrando Sistemas de Auxiacutelio ao Diagnoacutestico no Sistema Gerenciador de Imagens Meacutedicas 2010 65f Dissertaccedilatildeo (Mestrado) ndash Programa de Poacutes Graduaccedilatildeo Interunidades Bioengenharia ndash Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Instituto de Quiacutemica de Satildeo Carlos Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2010 O avanccedilo tecnoloacutegico percebido nos uacuteltimos anos proporcionou a utilizaccedilatildeo em larga escala de equipamentos de aquisiccedilatildeo de imagens meacutedicas em formato digital tais como raios-X tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica e ultrassom O uso desses aparelhos na rotina diaacuteria de um hospital gera um volume expressivo de dados o que demanda soluccedilotildees para armazenamento distribuiccedilatildeo e visualizaccedilatildeo dessas imagens Tal papel eacute desempenhado por sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens ndash PACS ndash atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo DICOM o padratildeo internacional para codificaccedilatildeo e transmissatildeo de imagens meacutedicas Devido agrave sua natureza digital recentemente vaacuterias aplicaccedilotildees voltadas para o processamento de imagens meacutedicas foram desenvolvidas inclusive programas para processar mamografia e tomografia computadorizada de toacuterax tornaram-se produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos Tais aplicaccedilotildees satildeo conhecidas por CAD ou diagnoacutestico auxiliado por computador Sabe-se que soluccedilotildees CAD podem aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar as ferramentas CAD a sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens Para que o CAD auxilie no diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho isolada e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo integrados de forma apropriada a outros sistemas de informaccedilatildeo tais como HIS (Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar) RIS (Sistema de Informaccedilatildeo em Radiologia) e PACS O trabalho aqui descrito apresenta uma soluccedilatildeo de integraccedilatildeo CAD-PACS baseada em bibliotecas livres e de coacutedigo aberto Espera-se que essa soluccedilatildeo possa contribuir de forma efetiva para um aumento de produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando todo o ambiente hospitalar Palavras-chave integraccedilatildeo de sistemas CAD PACS DICOM radiologia

9

ABSTRACT SALOMAtildeO SC Integrating Computer-aided Diagnosis Systems into the Picture Archiving and Communication System 2010 65f Dissertation (Masterrsquos degree) ndash Programa de Poacutes Graduaccedilatildeo Interunidades Bioengenharia ndash Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Instituto de Quiacutemica de Satildeo Carlos Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2010 The technology evolution seen in the last years provided large adoption of digital image acquisition equipments such as x-rays computed tomography magnetic resonance and ultrasound The use of these devices in daily hospital routine generates an expressive image data volume which demands intelligent solutions for image storage distribution and visualization Such role is played by picture archiving and communication systems ndash PACS ndash which make extensively use of the DICOM protocol world industry standard for image transmission and codification in medicine Due to its digital nature recently several medical image processing applications were developed and some programs used to process mammography and chest computed tomography images became commercial products in the last five years These applications are usually known as CAD or computer-aided diagnosis Itrsquos known that CAD solutions may improve the diagnosis efficiency and accuracy by detecting andor classifying automatically abnormalities andor diseases in radiologic exams However little effort was done in the sense of integrating the CAD tools and picture archiving and communication systems To really assist radiologist diagnosis CAD needs to process digital images that are usually stored in the PACS server Nowadays specialist image processing programs like CAD still remains being used on an isolated workstation and the processing results are not integrated in a suitable fashion to other information systems such as HIS (Hospital Information System) RIS (Radiology Information System) and PACS The work described in this dissertation presents a CAD-PACS integration solution based on free and open source programming libraries Itrsquos hoped that this solution may contribute in an effective manner to increase the productivity and improve the radiology workflow bringing benefits to the whole hospital environment Keywords system integration CAD PACS DICOM radiology

10

LISTA DE FIGURAS Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM26 Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem 27 Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo28 Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas 30 Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS31 Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para

11

visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS 33 Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede 34 Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)38 Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)38 Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos43 Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD44 Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa45 Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD46 Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS 48 Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS 50 Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS53 Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens54 Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS54 Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD 55

12

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS 56 Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD 56

13

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM24

Tabela 2 DIMSEs normalizados25

Tabela 3 DIMSEs compostos 25

14

LISTA DE SIGLAS

ACR American College of Radiology

CAD Computer Aided Diagnosis

CRT Cathode Ray Tube

CT Computed Tomography

DICOM Digital Imaging and Communication in Medicine

DIMSE DICOM Message Services Elements

DLT Digital Linear Tape

HD Hard Disk

HIS Health Information System

HRCT High Resolution Computed Tomography

LCD Liquid Crystal Display

MRI Magnetic Resonance Imaging

NEMA National Electrical Manufacturers Association

OSI Open Systems Interconnection Reference Model

PACS Picture Archiving and Communication System

RAID Redundant Array of Inexpensive Disks

RIS Radiology Information System

ROI Region of Interest

SCP Service Class Provider

SCU Service Class User

WS Workstation

15

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 17

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS 17

12 MOTIVACcedilAtildeO18

13 OBJETIVO 20

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO 20

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES 22

21 O PADRAtildeO DICOM 22

211 Classes de objetos 23

212 Serviccedilos 24

213 Comunicaccedilatildeo 26

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM 27

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS29

221 Aquisiccedilatildeo de imagens 30

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens 32

223 Apresentaccedilatildeo de imagens 33

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE 36

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD 40

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 43

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO 46

4 RESULTADOS 51

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES 57

51 LIMITACcedilOtildeES57

16

52 CONCLUSOtildeES59

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS 60

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA61

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 62

17

1 INTRODUCcedilAtildeO

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS

A grande evoluccedilatildeo tecnoloacutegica percebida nas uacuteltimas deacutecadas proporcionou um

avanccedilo significativo em aacutereas relacionadas agrave informaacutetica tais como tecnologia da

informaccedilatildeo engenharias e ciecircncia da computaccedilatildeo Como se trata uma ciecircncia aplicada esse

aprimoramento computacional contribui tambeacutem para o desenvolvimento de outras aacutereas de

cunho cientiacutefico de modo especial a medicina Tal progresso consequentemente levou ao

barateamento das tecnologias de coleta de dados e imagens incentivando instalaccedilotildees meacutedicas

a fazer uso de sistemas de informaccedilatildeo que gerenciam armazenam e organizam os dados

cliacutenicos de pacientes

Nos hospitais o Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar (Hospital Information System -

HIS) eacute responsaacutevel por gerenciar armazenar e prover acesso a diversas informaccedilotildees de

pacientes Geralmente o HIS trata trecircs categorias principais de serviccedilos suporte cliacutenico e

meacutedico nas atividades de cuidado ao paciente administraccedilatildeo diaacuteria das transaccedilotildees de negoacutecio

do hospital (financcedilas folha de pagamento etc) e avaliaccedilatildeo do desempenho hospitalar com

previsatildeo de projetos em longo prazo Nesse sistema a natureza da informaccedilatildeo eacute textual ou

seja eacute comum meacutedicos efetuarem consultas agrave base de dados do hospital para obter histoacutericos

de atendimento ou informaccedilotildees de laudo referentes a um determinado paciente

O impacto tecnoloacutegico eacute tatildeo grande que a abordagem diagnoacutestica meacutedica sofre

influecircncias e vem sendo bastante modificada como por exemplo com o uso de equipamentos

radioloacutegicos cada vez mais potentes que geram imagens meacutedicas digitais de qualidade muito

18

superior e a preccedilos mais acessiacuteveis Dessa forma a crescente utilizaccedilatildeo desses equipamentos

em consultoacuterios cliacutenicas e hospitais gradativamente gera um volume expressivo de imagens

todos os dias A soluccedilatildeo para gerenciar essas imagens de forma eficiente estaacute na adoccedilatildeo de

um Sistema de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens (Picture Archiving and

Communication System - PACS) Ele eacute responsaacutevel por receber armazenar e disponibilizar

para meacutedicos ou outros sistemas as imagens dos diversos dispositivos de aquisiccedilatildeo como por

exemplo raios-X ressonacircncia magneacutetica tomografia computadorizada e ultrassom (CAO e

HUANG 2000)

Ainda dentro do ambiente de diagnoacutestico por imagens o Sistema de Informaccedilatildeo em

Radiologia (Radiology Information System - RIS) foi concebido para controlar processos

como geraccedilatildeo e agendamento de exames manutenccedilatildeo e geraccedilatildeo de laudos e relatoacuterios De

modo geral todo RIS assim como o HIS trata informaccedilotildees de pacientes relacionados a

exames incluindo informaccedilotildees meacutedicas administrativas e demograacuteficas No entanto eacute um

sistema especializado e especiacutefico para a radiologia Embora seja independente de certa

forma o RIS pode ser considerado um subsistema do HIS dentro de um ambiente hospitalar

amplo e com centro de diagnoacutestico proacuteprio uma vez que ambos compartilham as mesmas

informaccedilotildees (MARQUES et al 2000)

12 MOTIVACcedilAtildeO

Devido agrave natureza digital das imagens meacutedicas geradas pelos equipamentos de uacuteltima

geraccedilatildeo a pesquisa e desenvolvimento de teacutecnicas de processamento de imagens contribuiacuteram

para o surgimento de ferramentas de Diagnoacutestico Auxiliado por Computador (Computer

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

BAKER JA Computer-aided detection (CAD) in screening mammography sensitivity of comercial system in detecting architecture distortion AJR vol 48 p 181-183 2003 BJERDE KW IPI MEDICOM and DICOM relations and possible future International Journal of Cardiac Imaging v11 (suppl3) p 165-170 1995 BURHENNE LW Potencial contribution for computer-aided detection to the sensitivity of screening mammography Radiology vol 62 p 215-554 2000 BYERS T BARRERA E FONTHAM ET et al A midpoint assessment of the American Cancer Society challenge goal to halve the US Cancer mortality rates between the years 1990 and 2015 Cancer vol 107 p 396-405 2006 CAO X HUANG HK Current status and future advances of digital radiography and PACS Engineering in Medicine and Biology Magazine vol 9 no 5 p 80-88 sep 2000 CHANNIN DS Integrating the healthcare enterprise a primer - part 2 Seven brides for seven brothers the IHE integration profile Radiographics vol 21 p 1343-1350 2001 CHANNIN DS SIEGEL EL CARR C Integrating the healthcare enterprise a primer - part 5 the future of IHE Radiographics vol 21 p 1605-1608 2002 CHARRUA DICOM Tookit Disponiacutevel em lthttpwwwcharruasoftcomgt Acesso em 3 mar 2010 CONQUEST Conquest DICOM Software Disponiacutevel em lthttpwwwxs4allnl~ingenium dicomhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 DCMTK Dcmtk Toolkit Disponiacutevel em lthttpdicomoffisdedcmtkphpengt Acesso em 10 mar 2010 DCM4CHE Dcm4che Toolkit Disponiacutevel em lthttpwwwdcm4cheorggt Acesso em 10 mar 2010

63

DOI K Computer-aided diagnosis in medical imaging historical review current status and future potencial Computerized Medical Imaging and Graphics Elsevier p 198-211 2007 DUO T Evoluccedilotildees em PET-CT e tomografia na mira da GE Sauacutede Business Web Disponiacutevel em lthttpwwwsaudebusinesswebcombrnoticiasindexaspcod=57038gt Acesso em 11 mai 2009 EZDICOM ezDICOM DICOM Viewer Disponiacutevel em lthttpwwwcabiatlcommricro ezdicom indexhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 FURUIE SS REBELO MS MORENO RA SANTOS M BERTOZZO N MOTTA GHMB PIRES FA GUTIERREZ MA Managing medical images and clinical information In Corapos Experience Information Technology in Biomedicine IEEE Transactions vol 11 issue 1 p 17-24 jan 2007 GONZALES RC WINTZ EP Digital image processing Adison-Wesley Publishing Company ed 2 1987 HORII SC A nontechnical introduction to DICOM Disponiacutevel em lthttpwwwrsnaorg TechnologyDICOMintroindexcfmgt Acesso em 12 jul 2009 HUANG HK PACS and imaging informatics basic principles and applications Wiley-Liss 2004 IHE IHE Technical Framework Disponiacutevel em lthttpwwwihenet technical_frameworkgt Acesso em 15 mar 2010 K-PACS KPacs DICOM Viewer Disponiacutevel em lthttpwwwk-pacsnetgt Acesso em 11 mar 2010 MARQUES PMDA SANTOS AC JUacuteNIOR JE et al Implantaccedilatildeo de um sistema de informaccedilatildeo em radiologia em hospital universitaacuterio Radiologia Brasileira vol 33 p 155-160 2000 PONCIANO da Silva M Processamento de consultas por similaridade em imagens meacutedicas visando agrave recuperaccedilatildeo perceptual guiada pelo usuaacuterio 2009 84f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em Ciecircncias de Computaccedilatildeo e Matemaacutetica Computacional) - Instituto de Ciecircncias Matemaacuteticas e de Computaccedilatildeo Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2009

64

TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

7

ldquoA mente que se abre a uma nova ideacuteia jamais voltaraacute ao seu tamanho originalrdquo

Albert Einstein

8

RESUMO SALOMAtildeO SC Integrando Sistemas de Auxiacutelio ao Diagnoacutestico no Sistema Gerenciador de Imagens Meacutedicas 2010 65f Dissertaccedilatildeo (Mestrado) ndash Programa de Poacutes Graduaccedilatildeo Interunidades Bioengenharia ndash Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Instituto de Quiacutemica de Satildeo Carlos Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2010 O avanccedilo tecnoloacutegico percebido nos uacuteltimos anos proporcionou a utilizaccedilatildeo em larga escala de equipamentos de aquisiccedilatildeo de imagens meacutedicas em formato digital tais como raios-X tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica e ultrassom O uso desses aparelhos na rotina diaacuteria de um hospital gera um volume expressivo de dados o que demanda soluccedilotildees para armazenamento distribuiccedilatildeo e visualizaccedilatildeo dessas imagens Tal papel eacute desempenhado por sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens ndash PACS ndash atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo DICOM o padratildeo internacional para codificaccedilatildeo e transmissatildeo de imagens meacutedicas Devido agrave sua natureza digital recentemente vaacuterias aplicaccedilotildees voltadas para o processamento de imagens meacutedicas foram desenvolvidas inclusive programas para processar mamografia e tomografia computadorizada de toacuterax tornaram-se produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos Tais aplicaccedilotildees satildeo conhecidas por CAD ou diagnoacutestico auxiliado por computador Sabe-se que soluccedilotildees CAD podem aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar as ferramentas CAD a sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens Para que o CAD auxilie no diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho isolada e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo integrados de forma apropriada a outros sistemas de informaccedilatildeo tais como HIS (Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar) RIS (Sistema de Informaccedilatildeo em Radiologia) e PACS O trabalho aqui descrito apresenta uma soluccedilatildeo de integraccedilatildeo CAD-PACS baseada em bibliotecas livres e de coacutedigo aberto Espera-se que essa soluccedilatildeo possa contribuir de forma efetiva para um aumento de produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando todo o ambiente hospitalar Palavras-chave integraccedilatildeo de sistemas CAD PACS DICOM radiologia

9

ABSTRACT SALOMAtildeO SC Integrating Computer-aided Diagnosis Systems into the Picture Archiving and Communication System 2010 65f Dissertation (Masterrsquos degree) ndash Programa de Poacutes Graduaccedilatildeo Interunidades Bioengenharia ndash Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Instituto de Quiacutemica de Satildeo Carlos Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2010 The technology evolution seen in the last years provided large adoption of digital image acquisition equipments such as x-rays computed tomography magnetic resonance and ultrasound The use of these devices in daily hospital routine generates an expressive image data volume which demands intelligent solutions for image storage distribution and visualization Such role is played by picture archiving and communication systems ndash PACS ndash which make extensively use of the DICOM protocol world industry standard for image transmission and codification in medicine Due to its digital nature recently several medical image processing applications were developed and some programs used to process mammography and chest computed tomography images became commercial products in the last five years These applications are usually known as CAD or computer-aided diagnosis Itrsquos known that CAD solutions may improve the diagnosis efficiency and accuracy by detecting andor classifying automatically abnormalities andor diseases in radiologic exams However little effort was done in the sense of integrating the CAD tools and picture archiving and communication systems To really assist radiologist diagnosis CAD needs to process digital images that are usually stored in the PACS server Nowadays specialist image processing programs like CAD still remains being used on an isolated workstation and the processing results are not integrated in a suitable fashion to other information systems such as HIS (Hospital Information System) RIS (Radiology Information System) and PACS The work described in this dissertation presents a CAD-PACS integration solution based on free and open source programming libraries Itrsquos hoped that this solution may contribute in an effective manner to increase the productivity and improve the radiology workflow bringing benefits to the whole hospital environment Keywords system integration CAD PACS DICOM radiology

10

LISTA DE FIGURAS Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM26 Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem 27 Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo28 Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas 30 Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS31 Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para

11

visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS 33 Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede 34 Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)38 Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)38 Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos43 Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD44 Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa45 Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD46 Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS 48 Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS 50 Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS53 Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens54 Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS54 Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD 55

12

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS 56 Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD 56

13

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM24

Tabela 2 DIMSEs normalizados25

Tabela 3 DIMSEs compostos 25

14

LISTA DE SIGLAS

ACR American College of Radiology

CAD Computer Aided Diagnosis

CRT Cathode Ray Tube

CT Computed Tomography

DICOM Digital Imaging and Communication in Medicine

DIMSE DICOM Message Services Elements

DLT Digital Linear Tape

HD Hard Disk

HIS Health Information System

HRCT High Resolution Computed Tomography

LCD Liquid Crystal Display

MRI Magnetic Resonance Imaging

NEMA National Electrical Manufacturers Association

OSI Open Systems Interconnection Reference Model

PACS Picture Archiving and Communication System

RAID Redundant Array of Inexpensive Disks

RIS Radiology Information System

ROI Region of Interest

SCP Service Class Provider

SCU Service Class User

WS Workstation

15

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 17

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS 17

12 MOTIVACcedilAtildeO18

13 OBJETIVO 20

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO 20

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES 22

21 O PADRAtildeO DICOM 22

211 Classes de objetos 23

212 Serviccedilos 24

213 Comunicaccedilatildeo 26

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM 27

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS29

221 Aquisiccedilatildeo de imagens 30

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens 32

223 Apresentaccedilatildeo de imagens 33

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE 36

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD 40

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 43

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO 46

4 RESULTADOS 51

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES 57

51 LIMITACcedilOtildeES57

16

52 CONCLUSOtildeES59

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS 60

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA61

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 62

17

1 INTRODUCcedilAtildeO

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS

A grande evoluccedilatildeo tecnoloacutegica percebida nas uacuteltimas deacutecadas proporcionou um

avanccedilo significativo em aacutereas relacionadas agrave informaacutetica tais como tecnologia da

informaccedilatildeo engenharias e ciecircncia da computaccedilatildeo Como se trata uma ciecircncia aplicada esse

aprimoramento computacional contribui tambeacutem para o desenvolvimento de outras aacutereas de

cunho cientiacutefico de modo especial a medicina Tal progresso consequentemente levou ao

barateamento das tecnologias de coleta de dados e imagens incentivando instalaccedilotildees meacutedicas

a fazer uso de sistemas de informaccedilatildeo que gerenciam armazenam e organizam os dados

cliacutenicos de pacientes

Nos hospitais o Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar (Hospital Information System -

HIS) eacute responsaacutevel por gerenciar armazenar e prover acesso a diversas informaccedilotildees de

pacientes Geralmente o HIS trata trecircs categorias principais de serviccedilos suporte cliacutenico e

meacutedico nas atividades de cuidado ao paciente administraccedilatildeo diaacuteria das transaccedilotildees de negoacutecio

do hospital (financcedilas folha de pagamento etc) e avaliaccedilatildeo do desempenho hospitalar com

previsatildeo de projetos em longo prazo Nesse sistema a natureza da informaccedilatildeo eacute textual ou

seja eacute comum meacutedicos efetuarem consultas agrave base de dados do hospital para obter histoacutericos

de atendimento ou informaccedilotildees de laudo referentes a um determinado paciente

O impacto tecnoloacutegico eacute tatildeo grande que a abordagem diagnoacutestica meacutedica sofre

influecircncias e vem sendo bastante modificada como por exemplo com o uso de equipamentos

radioloacutegicos cada vez mais potentes que geram imagens meacutedicas digitais de qualidade muito

18

superior e a preccedilos mais acessiacuteveis Dessa forma a crescente utilizaccedilatildeo desses equipamentos

em consultoacuterios cliacutenicas e hospitais gradativamente gera um volume expressivo de imagens

todos os dias A soluccedilatildeo para gerenciar essas imagens de forma eficiente estaacute na adoccedilatildeo de

um Sistema de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens (Picture Archiving and

Communication System - PACS) Ele eacute responsaacutevel por receber armazenar e disponibilizar

para meacutedicos ou outros sistemas as imagens dos diversos dispositivos de aquisiccedilatildeo como por

exemplo raios-X ressonacircncia magneacutetica tomografia computadorizada e ultrassom (CAO e

HUANG 2000)

Ainda dentro do ambiente de diagnoacutestico por imagens o Sistema de Informaccedilatildeo em

Radiologia (Radiology Information System - RIS) foi concebido para controlar processos

como geraccedilatildeo e agendamento de exames manutenccedilatildeo e geraccedilatildeo de laudos e relatoacuterios De

modo geral todo RIS assim como o HIS trata informaccedilotildees de pacientes relacionados a

exames incluindo informaccedilotildees meacutedicas administrativas e demograacuteficas No entanto eacute um

sistema especializado e especiacutefico para a radiologia Embora seja independente de certa

forma o RIS pode ser considerado um subsistema do HIS dentro de um ambiente hospitalar

amplo e com centro de diagnoacutestico proacuteprio uma vez que ambos compartilham as mesmas

informaccedilotildees (MARQUES et al 2000)

12 MOTIVACcedilAtildeO

Devido agrave natureza digital das imagens meacutedicas geradas pelos equipamentos de uacuteltima

geraccedilatildeo a pesquisa e desenvolvimento de teacutecnicas de processamento de imagens contribuiacuteram

para o surgimento de ferramentas de Diagnoacutestico Auxiliado por Computador (Computer

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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64

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8

RESUMO SALOMAtildeO SC Integrando Sistemas de Auxiacutelio ao Diagnoacutestico no Sistema Gerenciador de Imagens Meacutedicas 2010 65f Dissertaccedilatildeo (Mestrado) ndash Programa de Poacutes Graduaccedilatildeo Interunidades Bioengenharia ndash Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Instituto de Quiacutemica de Satildeo Carlos Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2010 O avanccedilo tecnoloacutegico percebido nos uacuteltimos anos proporcionou a utilizaccedilatildeo em larga escala de equipamentos de aquisiccedilatildeo de imagens meacutedicas em formato digital tais como raios-X tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica e ultrassom O uso desses aparelhos na rotina diaacuteria de um hospital gera um volume expressivo de dados o que demanda soluccedilotildees para armazenamento distribuiccedilatildeo e visualizaccedilatildeo dessas imagens Tal papel eacute desempenhado por sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens ndash PACS ndash atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo DICOM o padratildeo internacional para codificaccedilatildeo e transmissatildeo de imagens meacutedicas Devido agrave sua natureza digital recentemente vaacuterias aplicaccedilotildees voltadas para o processamento de imagens meacutedicas foram desenvolvidas inclusive programas para processar mamografia e tomografia computadorizada de toacuterax tornaram-se produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos Tais aplicaccedilotildees satildeo conhecidas por CAD ou diagnoacutestico auxiliado por computador Sabe-se que soluccedilotildees CAD podem aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar as ferramentas CAD a sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens Para que o CAD auxilie no diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho isolada e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo integrados de forma apropriada a outros sistemas de informaccedilatildeo tais como HIS (Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar) RIS (Sistema de Informaccedilatildeo em Radiologia) e PACS O trabalho aqui descrito apresenta uma soluccedilatildeo de integraccedilatildeo CAD-PACS baseada em bibliotecas livres e de coacutedigo aberto Espera-se que essa soluccedilatildeo possa contribuir de forma efetiva para um aumento de produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando todo o ambiente hospitalar Palavras-chave integraccedilatildeo de sistemas CAD PACS DICOM radiologia

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ABSTRACT SALOMAtildeO SC Integrating Computer-aided Diagnosis Systems into the Picture Archiving and Communication System 2010 65f Dissertation (Masterrsquos degree) ndash Programa de Poacutes Graduaccedilatildeo Interunidades Bioengenharia ndash Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Instituto de Quiacutemica de Satildeo Carlos Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2010 The technology evolution seen in the last years provided large adoption of digital image acquisition equipments such as x-rays computed tomography magnetic resonance and ultrasound The use of these devices in daily hospital routine generates an expressive image data volume which demands intelligent solutions for image storage distribution and visualization Such role is played by picture archiving and communication systems ndash PACS ndash which make extensively use of the DICOM protocol world industry standard for image transmission and codification in medicine Due to its digital nature recently several medical image processing applications were developed and some programs used to process mammography and chest computed tomography images became commercial products in the last five years These applications are usually known as CAD or computer-aided diagnosis Itrsquos known that CAD solutions may improve the diagnosis efficiency and accuracy by detecting andor classifying automatically abnormalities andor diseases in radiologic exams However little effort was done in the sense of integrating the CAD tools and picture archiving and communication systems To really assist radiologist diagnosis CAD needs to process digital images that are usually stored in the PACS server Nowadays specialist image processing programs like CAD still remains being used on an isolated workstation and the processing results are not integrated in a suitable fashion to other information systems such as HIS (Hospital Information System) RIS (Radiology Information System) and PACS The work described in this dissertation presents a CAD-PACS integration solution based on free and open source programming libraries Itrsquos hoped that this solution may contribute in an effective manner to increase the productivity and improve the radiology workflow bringing benefits to the whole hospital environment Keywords system integration CAD PACS DICOM radiology

10

LISTA DE FIGURAS Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM26 Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem 27 Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo28 Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas 30 Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS31 Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para

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visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS 33 Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede 34 Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)38 Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)38 Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos43 Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD44 Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa45 Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD46 Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS 48 Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS 50 Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS53 Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens54 Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS54 Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD 55

12

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS 56 Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD 56

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM24

Tabela 2 DIMSEs normalizados25

Tabela 3 DIMSEs compostos 25

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LISTA DE SIGLAS

ACR American College of Radiology

CAD Computer Aided Diagnosis

CRT Cathode Ray Tube

CT Computed Tomography

DICOM Digital Imaging and Communication in Medicine

DIMSE DICOM Message Services Elements

DLT Digital Linear Tape

HD Hard Disk

HIS Health Information System

HRCT High Resolution Computed Tomography

LCD Liquid Crystal Display

MRI Magnetic Resonance Imaging

NEMA National Electrical Manufacturers Association

OSI Open Systems Interconnection Reference Model

PACS Picture Archiving and Communication System

RAID Redundant Array of Inexpensive Disks

RIS Radiology Information System

ROI Region of Interest

SCP Service Class Provider

SCU Service Class User

WS Workstation

15

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 17

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS 17

12 MOTIVACcedilAtildeO18

13 OBJETIVO 20

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO 20

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES 22

21 O PADRAtildeO DICOM 22

211 Classes de objetos 23

212 Serviccedilos 24

213 Comunicaccedilatildeo 26

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM 27

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS29

221 Aquisiccedilatildeo de imagens 30

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens 32

223 Apresentaccedilatildeo de imagens 33

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE 36

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD 40

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 43

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO 46

4 RESULTADOS 51

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES 57

51 LIMITACcedilOtildeES57

16

52 CONCLUSOtildeES59

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS 60

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA61

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 62

17

1 INTRODUCcedilAtildeO

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS

A grande evoluccedilatildeo tecnoloacutegica percebida nas uacuteltimas deacutecadas proporcionou um

avanccedilo significativo em aacutereas relacionadas agrave informaacutetica tais como tecnologia da

informaccedilatildeo engenharias e ciecircncia da computaccedilatildeo Como se trata uma ciecircncia aplicada esse

aprimoramento computacional contribui tambeacutem para o desenvolvimento de outras aacutereas de

cunho cientiacutefico de modo especial a medicina Tal progresso consequentemente levou ao

barateamento das tecnologias de coleta de dados e imagens incentivando instalaccedilotildees meacutedicas

a fazer uso de sistemas de informaccedilatildeo que gerenciam armazenam e organizam os dados

cliacutenicos de pacientes

Nos hospitais o Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar (Hospital Information System -

HIS) eacute responsaacutevel por gerenciar armazenar e prover acesso a diversas informaccedilotildees de

pacientes Geralmente o HIS trata trecircs categorias principais de serviccedilos suporte cliacutenico e

meacutedico nas atividades de cuidado ao paciente administraccedilatildeo diaacuteria das transaccedilotildees de negoacutecio

do hospital (financcedilas folha de pagamento etc) e avaliaccedilatildeo do desempenho hospitalar com

previsatildeo de projetos em longo prazo Nesse sistema a natureza da informaccedilatildeo eacute textual ou

seja eacute comum meacutedicos efetuarem consultas agrave base de dados do hospital para obter histoacutericos

de atendimento ou informaccedilotildees de laudo referentes a um determinado paciente

O impacto tecnoloacutegico eacute tatildeo grande que a abordagem diagnoacutestica meacutedica sofre

influecircncias e vem sendo bastante modificada como por exemplo com o uso de equipamentos

radioloacutegicos cada vez mais potentes que geram imagens meacutedicas digitais de qualidade muito

18

superior e a preccedilos mais acessiacuteveis Dessa forma a crescente utilizaccedilatildeo desses equipamentos

em consultoacuterios cliacutenicas e hospitais gradativamente gera um volume expressivo de imagens

todos os dias A soluccedilatildeo para gerenciar essas imagens de forma eficiente estaacute na adoccedilatildeo de

um Sistema de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens (Picture Archiving and

Communication System - PACS) Ele eacute responsaacutevel por receber armazenar e disponibilizar

para meacutedicos ou outros sistemas as imagens dos diversos dispositivos de aquisiccedilatildeo como por

exemplo raios-X ressonacircncia magneacutetica tomografia computadorizada e ultrassom (CAO e

HUANG 2000)

Ainda dentro do ambiente de diagnoacutestico por imagens o Sistema de Informaccedilatildeo em

Radiologia (Radiology Information System - RIS) foi concebido para controlar processos

como geraccedilatildeo e agendamento de exames manutenccedilatildeo e geraccedilatildeo de laudos e relatoacuterios De

modo geral todo RIS assim como o HIS trata informaccedilotildees de pacientes relacionados a

exames incluindo informaccedilotildees meacutedicas administrativas e demograacuteficas No entanto eacute um

sistema especializado e especiacutefico para a radiologia Embora seja independente de certa

forma o RIS pode ser considerado um subsistema do HIS dentro de um ambiente hospitalar

amplo e com centro de diagnoacutestico proacuteprio uma vez que ambos compartilham as mesmas

informaccedilotildees (MARQUES et al 2000)

12 MOTIVACcedilAtildeO

Devido agrave natureza digital das imagens meacutedicas geradas pelos equipamentos de uacuteltima

geraccedilatildeo a pesquisa e desenvolvimento de teacutecnicas de processamento de imagens contribuiacuteram

para o surgimento de ferramentas de Diagnoacutestico Auxiliado por Computador (Computer

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

BAKER JA Computer-aided detection (CAD) in screening mammography sensitivity of comercial system in detecting architecture distortion AJR vol 48 p 181-183 2003 BJERDE KW IPI MEDICOM and DICOM relations and possible future International Journal of Cardiac Imaging v11 (suppl3) p 165-170 1995 BURHENNE LW Potencial contribution for computer-aided detection to the sensitivity of screening mammography Radiology vol 62 p 215-554 2000 BYERS T BARRERA E FONTHAM ET et al A midpoint assessment of the American Cancer Society challenge goal to halve the US Cancer mortality rates between the years 1990 and 2015 Cancer vol 107 p 396-405 2006 CAO X HUANG HK Current status and future advances of digital radiography and PACS Engineering in Medicine and Biology Magazine vol 9 no 5 p 80-88 sep 2000 CHANNIN DS Integrating the healthcare enterprise a primer - part 2 Seven brides for seven brothers the IHE integration profile Radiographics vol 21 p 1343-1350 2001 CHANNIN DS SIEGEL EL CARR C Integrating the healthcare enterprise a primer - part 5 the future of IHE Radiographics vol 21 p 1605-1608 2002 CHARRUA DICOM Tookit Disponiacutevel em lthttpwwwcharruasoftcomgt Acesso em 3 mar 2010 CONQUEST Conquest DICOM Software Disponiacutevel em lthttpwwwxs4allnl~ingenium dicomhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 DCMTK Dcmtk Toolkit Disponiacutevel em lthttpdicomoffisdedcmtkphpengt Acesso em 10 mar 2010 DCM4CHE Dcm4che Toolkit Disponiacutevel em lthttpwwwdcm4cheorggt Acesso em 10 mar 2010

63

DOI K Computer-aided diagnosis in medical imaging historical review current status and future potencial Computerized Medical Imaging and Graphics Elsevier p 198-211 2007 DUO T Evoluccedilotildees em PET-CT e tomografia na mira da GE Sauacutede Business Web Disponiacutevel em lthttpwwwsaudebusinesswebcombrnoticiasindexaspcod=57038gt Acesso em 11 mai 2009 EZDICOM ezDICOM DICOM Viewer Disponiacutevel em lthttpwwwcabiatlcommricro ezdicom indexhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 FURUIE SS REBELO MS MORENO RA SANTOS M BERTOZZO N MOTTA GHMB PIRES FA GUTIERREZ MA Managing medical images and clinical information In Corapos Experience Information Technology in Biomedicine IEEE Transactions vol 11 issue 1 p 17-24 jan 2007 GONZALES RC WINTZ EP Digital image processing Adison-Wesley Publishing Company ed 2 1987 HORII SC A nontechnical introduction to DICOM Disponiacutevel em lthttpwwwrsnaorg TechnologyDICOMintroindexcfmgt Acesso em 12 jul 2009 HUANG HK PACS and imaging informatics basic principles and applications Wiley-Liss 2004 IHE IHE Technical Framework Disponiacutevel em lthttpwwwihenet technical_frameworkgt Acesso em 15 mar 2010 K-PACS KPacs DICOM Viewer Disponiacutevel em lthttpwwwk-pacsnetgt Acesso em 11 mar 2010 MARQUES PMDA SANTOS AC JUacuteNIOR JE et al Implantaccedilatildeo de um sistema de informaccedilatildeo em radiologia em hospital universitaacuterio Radiologia Brasileira vol 33 p 155-160 2000 PONCIANO da Silva M Processamento de consultas por similaridade em imagens meacutedicas visando agrave recuperaccedilatildeo perceptual guiada pelo usuaacuterio 2009 84f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em Ciecircncias de Computaccedilatildeo e Matemaacutetica Computacional) - Instituto de Ciecircncias Matemaacuteticas e de Computaccedilatildeo Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2009

64

TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

9

ABSTRACT SALOMAtildeO SC Integrating Computer-aided Diagnosis Systems into the Picture Archiving and Communication System 2010 65f Dissertation (Masterrsquos degree) ndash Programa de Poacutes Graduaccedilatildeo Interunidades Bioengenharia ndash Escola de Engenharia de Satildeo Carlos Instituto de Quiacutemica de Satildeo Carlos Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2010 The technology evolution seen in the last years provided large adoption of digital image acquisition equipments such as x-rays computed tomography magnetic resonance and ultrasound The use of these devices in daily hospital routine generates an expressive image data volume which demands intelligent solutions for image storage distribution and visualization Such role is played by picture archiving and communication systems ndash PACS ndash which make extensively use of the DICOM protocol world industry standard for image transmission and codification in medicine Due to its digital nature recently several medical image processing applications were developed and some programs used to process mammography and chest computed tomography images became commercial products in the last five years These applications are usually known as CAD or computer-aided diagnosis Itrsquos known that CAD solutions may improve the diagnosis efficiency and accuracy by detecting andor classifying automatically abnormalities andor diseases in radiologic exams However little effort was done in the sense of integrating the CAD tools and picture archiving and communication systems To really assist radiologist diagnosis CAD needs to process digital images that are usually stored in the PACS server Nowadays specialist image processing programs like CAD still remains being used on an isolated workstation and the processing results are not integrated in a suitable fashion to other information systems such as HIS (Hospital Information System) RIS (Radiology Information System) and PACS The work described in this dissertation presents a CAD-PACS integration solution based on free and open source programming libraries Itrsquos hoped that this solution may contribute in an effective manner to increase the productivity and improve the radiology workflow bringing benefits to the whole hospital environment Keywords system integration CAD PACS DICOM radiology

10

LISTA DE FIGURAS Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM26 Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem 27 Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo28 Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas 30 Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS31 Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para

11

visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS 33 Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede 34 Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)38 Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)38 Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos43 Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD44 Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa45 Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD46 Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS 48 Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS 50 Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS53 Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens54 Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS54 Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD 55

12

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS 56 Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD 56

13

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM24

Tabela 2 DIMSEs normalizados25

Tabela 3 DIMSEs compostos 25

14

LISTA DE SIGLAS

ACR American College of Radiology

CAD Computer Aided Diagnosis

CRT Cathode Ray Tube

CT Computed Tomography

DICOM Digital Imaging and Communication in Medicine

DIMSE DICOM Message Services Elements

DLT Digital Linear Tape

HD Hard Disk

HIS Health Information System

HRCT High Resolution Computed Tomography

LCD Liquid Crystal Display

MRI Magnetic Resonance Imaging

NEMA National Electrical Manufacturers Association

OSI Open Systems Interconnection Reference Model

PACS Picture Archiving and Communication System

RAID Redundant Array of Inexpensive Disks

RIS Radiology Information System

ROI Region of Interest

SCP Service Class Provider

SCU Service Class User

WS Workstation

15

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 17

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS 17

12 MOTIVACcedilAtildeO18

13 OBJETIVO 20

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO 20

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES 22

21 O PADRAtildeO DICOM 22

211 Classes de objetos 23

212 Serviccedilos 24

213 Comunicaccedilatildeo 26

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM 27

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS29

221 Aquisiccedilatildeo de imagens 30

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens 32

223 Apresentaccedilatildeo de imagens 33

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE 36

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD 40

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 43

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO 46

4 RESULTADOS 51

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES 57

51 LIMITACcedilOtildeES57

16

52 CONCLUSOtildeES59

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS 60

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA61

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 62

17

1 INTRODUCcedilAtildeO

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS

A grande evoluccedilatildeo tecnoloacutegica percebida nas uacuteltimas deacutecadas proporcionou um

avanccedilo significativo em aacutereas relacionadas agrave informaacutetica tais como tecnologia da

informaccedilatildeo engenharias e ciecircncia da computaccedilatildeo Como se trata uma ciecircncia aplicada esse

aprimoramento computacional contribui tambeacutem para o desenvolvimento de outras aacutereas de

cunho cientiacutefico de modo especial a medicina Tal progresso consequentemente levou ao

barateamento das tecnologias de coleta de dados e imagens incentivando instalaccedilotildees meacutedicas

a fazer uso de sistemas de informaccedilatildeo que gerenciam armazenam e organizam os dados

cliacutenicos de pacientes

Nos hospitais o Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar (Hospital Information System -

HIS) eacute responsaacutevel por gerenciar armazenar e prover acesso a diversas informaccedilotildees de

pacientes Geralmente o HIS trata trecircs categorias principais de serviccedilos suporte cliacutenico e

meacutedico nas atividades de cuidado ao paciente administraccedilatildeo diaacuteria das transaccedilotildees de negoacutecio

do hospital (financcedilas folha de pagamento etc) e avaliaccedilatildeo do desempenho hospitalar com

previsatildeo de projetos em longo prazo Nesse sistema a natureza da informaccedilatildeo eacute textual ou

seja eacute comum meacutedicos efetuarem consultas agrave base de dados do hospital para obter histoacutericos

de atendimento ou informaccedilotildees de laudo referentes a um determinado paciente

O impacto tecnoloacutegico eacute tatildeo grande que a abordagem diagnoacutestica meacutedica sofre

influecircncias e vem sendo bastante modificada como por exemplo com o uso de equipamentos

radioloacutegicos cada vez mais potentes que geram imagens meacutedicas digitais de qualidade muito

18

superior e a preccedilos mais acessiacuteveis Dessa forma a crescente utilizaccedilatildeo desses equipamentos

em consultoacuterios cliacutenicas e hospitais gradativamente gera um volume expressivo de imagens

todos os dias A soluccedilatildeo para gerenciar essas imagens de forma eficiente estaacute na adoccedilatildeo de

um Sistema de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens (Picture Archiving and

Communication System - PACS) Ele eacute responsaacutevel por receber armazenar e disponibilizar

para meacutedicos ou outros sistemas as imagens dos diversos dispositivos de aquisiccedilatildeo como por

exemplo raios-X ressonacircncia magneacutetica tomografia computadorizada e ultrassom (CAO e

HUANG 2000)

Ainda dentro do ambiente de diagnoacutestico por imagens o Sistema de Informaccedilatildeo em

Radiologia (Radiology Information System - RIS) foi concebido para controlar processos

como geraccedilatildeo e agendamento de exames manutenccedilatildeo e geraccedilatildeo de laudos e relatoacuterios De

modo geral todo RIS assim como o HIS trata informaccedilotildees de pacientes relacionados a

exames incluindo informaccedilotildees meacutedicas administrativas e demograacuteficas No entanto eacute um

sistema especializado e especiacutefico para a radiologia Embora seja independente de certa

forma o RIS pode ser considerado um subsistema do HIS dentro de um ambiente hospitalar

amplo e com centro de diagnoacutestico proacuteprio uma vez que ambos compartilham as mesmas

informaccedilotildees (MARQUES et al 2000)

12 MOTIVACcedilAtildeO

Devido agrave natureza digital das imagens meacutedicas geradas pelos equipamentos de uacuteltima

geraccedilatildeo a pesquisa e desenvolvimento de teacutecnicas de processamento de imagens contribuiacuteram

para o surgimento de ferramentas de Diagnoacutestico Auxiliado por Computador (Computer

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

10

LISTA DE FIGURAS Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM26 Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem 27 Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo28 Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas 30 Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS31 Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para

11

visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS 33 Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede 34 Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)38 Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)38 Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos43 Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD44 Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa45 Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD46 Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS 48 Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS 50 Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS53 Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens54 Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS54 Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD 55

12

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS 56 Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD 56

13

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM24

Tabela 2 DIMSEs normalizados25

Tabela 3 DIMSEs compostos 25

14

LISTA DE SIGLAS

ACR American College of Radiology

CAD Computer Aided Diagnosis

CRT Cathode Ray Tube

CT Computed Tomography

DICOM Digital Imaging and Communication in Medicine

DIMSE DICOM Message Services Elements

DLT Digital Linear Tape

HD Hard Disk

HIS Health Information System

HRCT High Resolution Computed Tomography

LCD Liquid Crystal Display

MRI Magnetic Resonance Imaging

NEMA National Electrical Manufacturers Association

OSI Open Systems Interconnection Reference Model

PACS Picture Archiving and Communication System

RAID Redundant Array of Inexpensive Disks

RIS Radiology Information System

ROI Region of Interest

SCP Service Class Provider

SCU Service Class User

WS Workstation

15

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 17

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS 17

12 MOTIVACcedilAtildeO18

13 OBJETIVO 20

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO 20

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES 22

21 O PADRAtildeO DICOM 22

211 Classes de objetos 23

212 Serviccedilos 24

213 Comunicaccedilatildeo 26

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM 27

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS29

221 Aquisiccedilatildeo de imagens 30

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens 32

223 Apresentaccedilatildeo de imagens 33

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE 36

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD 40

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 43

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO 46

4 RESULTADOS 51

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES 57

51 LIMITACcedilOtildeES57

16

52 CONCLUSOtildeES59

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS 60

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA61

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 62

17

1 INTRODUCcedilAtildeO

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS

A grande evoluccedilatildeo tecnoloacutegica percebida nas uacuteltimas deacutecadas proporcionou um

avanccedilo significativo em aacutereas relacionadas agrave informaacutetica tais como tecnologia da

informaccedilatildeo engenharias e ciecircncia da computaccedilatildeo Como se trata uma ciecircncia aplicada esse

aprimoramento computacional contribui tambeacutem para o desenvolvimento de outras aacutereas de

cunho cientiacutefico de modo especial a medicina Tal progresso consequentemente levou ao

barateamento das tecnologias de coleta de dados e imagens incentivando instalaccedilotildees meacutedicas

a fazer uso de sistemas de informaccedilatildeo que gerenciam armazenam e organizam os dados

cliacutenicos de pacientes

Nos hospitais o Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar (Hospital Information System -

HIS) eacute responsaacutevel por gerenciar armazenar e prover acesso a diversas informaccedilotildees de

pacientes Geralmente o HIS trata trecircs categorias principais de serviccedilos suporte cliacutenico e

meacutedico nas atividades de cuidado ao paciente administraccedilatildeo diaacuteria das transaccedilotildees de negoacutecio

do hospital (financcedilas folha de pagamento etc) e avaliaccedilatildeo do desempenho hospitalar com

previsatildeo de projetos em longo prazo Nesse sistema a natureza da informaccedilatildeo eacute textual ou

seja eacute comum meacutedicos efetuarem consultas agrave base de dados do hospital para obter histoacutericos

de atendimento ou informaccedilotildees de laudo referentes a um determinado paciente

O impacto tecnoloacutegico eacute tatildeo grande que a abordagem diagnoacutestica meacutedica sofre

influecircncias e vem sendo bastante modificada como por exemplo com o uso de equipamentos

radioloacutegicos cada vez mais potentes que geram imagens meacutedicas digitais de qualidade muito

18

superior e a preccedilos mais acessiacuteveis Dessa forma a crescente utilizaccedilatildeo desses equipamentos

em consultoacuterios cliacutenicas e hospitais gradativamente gera um volume expressivo de imagens

todos os dias A soluccedilatildeo para gerenciar essas imagens de forma eficiente estaacute na adoccedilatildeo de

um Sistema de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens (Picture Archiving and

Communication System - PACS) Ele eacute responsaacutevel por receber armazenar e disponibilizar

para meacutedicos ou outros sistemas as imagens dos diversos dispositivos de aquisiccedilatildeo como por

exemplo raios-X ressonacircncia magneacutetica tomografia computadorizada e ultrassom (CAO e

HUANG 2000)

Ainda dentro do ambiente de diagnoacutestico por imagens o Sistema de Informaccedilatildeo em

Radiologia (Radiology Information System - RIS) foi concebido para controlar processos

como geraccedilatildeo e agendamento de exames manutenccedilatildeo e geraccedilatildeo de laudos e relatoacuterios De

modo geral todo RIS assim como o HIS trata informaccedilotildees de pacientes relacionados a

exames incluindo informaccedilotildees meacutedicas administrativas e demograacuteficas No entanto eacute um

sistema especializado e especiacutefico para a radiologia Embora seja independente de certa

forma o RIS pode ser considerado um subsistema do HIS dentro de um ambiente hospitalar

amplo e com centro de diagnoacutestico proacuteprio uma vez que ambos compartilham as mesmas

informaccedilotildees (MARQUES et al 2000)

12 MOTIVACcedilAtildeO

Devido agrave natureza digital das imagens meacutedicas geradas pelos equipamentos de uacuteltima

geraccedilatildeo a pesquisa e desenvolvimento de teacutecnicas de processamento de imagens contribuiacuteram

para o surgimento de ferramentas de Diagnoacutestico Auxiliado por Computador (Computer

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

BAKER JA Computer-aided detection (CAD) in screening mammography sensitivity of comercial system in detecting architecture distortion AJR vol 48 p 181-183 2003 BJERDE KW IPI MEDICOM and DICOM relations and possible future International Journal of Cardiac Imaging v11 (suppl3) p 165-170 1995 BURHENNE LW Potencial contribution for computer-aided detection to the sensitivity of screening mammography Radiology vol 62 p 215-554 2000 BYERS T BARRERA E FONTHAM ET et al A midpoint assessment of the American Cancer Society challenge goal to halve the US Cancer mortality rates between the years 1990 and 2015 Cancer vol 107 p 396-405 2006 CAO X HUANG HK Current status and future advances of digital radiography and PACS Engineering in Medicine and Biology Magazine vol 9 no 5 p 80-88 sep 2000 CHANNIN DS Integrating the healthcare enterprise a primer - part 2 Seven brides for seven brothers the IHE integration profile Radiographics vol 21 p 1343-1350 2001 CHANNIN DS SIEGEL EL CARR C Integrating the healthcare enterprise a primer - part 5 the future of IHE Radiographics vol 21 p 1605-1608 2002 CHARRUA DICOM Tookit Disponiacutevel em lthttpwwwcharruasoftcomgt Acesso em 3 mar 2010 CONQUEST Conquest DICOM Software Disponiacutevel em lthttpwwwxs4allnl~ingenium dicomhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 DCMTK Dcmtk Toolkit Disponiacutevel em lthttpdicomoffisdedcmtkphpengt Acesso em 10 mar 2010 DCM4CHE Dcm4che Toolkit Disponiacutevel em lthttpwwwdcm4cheorggt Acesso em 10 mar 2010

63

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64

TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

11

visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS 33 Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede 34 Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)38 Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)38 Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos43 Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD44 Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa45 Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD46 Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS 48 Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS 50 Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS53 Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens54 Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS54 Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD 55

12

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS 56 Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD 56

13

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM24

Tabela 2 DIMSEs normalizados25

Tabela 3 DIMSEs compostos 25

14

LISTA DE SIGLAS

ACR American College of Radiology

CAD Computer Aided Diagnosis

CRT Cathode Ray Tube

CT Computed Tomography

DICOM Digital Imaging and Communication in Medicine

DIMSE DICOM Message Services Elements

DLT Digital Linear Tape

HD Hard Disk

HIS Health Information System

HRCT High Resolution Computed Tomography

LCD Liquid Crystal Display

MRI Magnetic Resonance Imaging

NEMA National Electrical Manufacturers Association

OSI Open Systems Interconnection Reference Model

PACS Picture Archiving and Communication System

RAID Redundant Array of Inexpensive Disks

RIS Radiology Information System

ROI Region of Interest

SCP Service Class Provider

SCU Service Class User

WS Workstation

15

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 17

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS 17

12 MOTIVACcedilAtildeO18

13 OBJETIVO 20

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO 20

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES 22

21 O PADRAtildeO DICOM 22

211 Classes de objetos 23

212 Serviccedilos 24

213 Comunicaccedilatildeo 26

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM 27

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS29

221 Aquisiccedilatildeo de imagens 30

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens 32

223 Apresentaccedilatildeo de imagens 33

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE 36

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD 40

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 43

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO 46

4 RESULTADOS 51

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES 57

51 LIMITACcedilOtildeES57

16

52 CONCLUSOtildeES59

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS 60

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA61

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 62

17

1 INTRODUCcedilAtildeO

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS

A grande evoluccedilatildeo tecnoloacutegica percebida nas uacuteltimas deacutecadas proporcionou um

avanccedilo significativo em aacutereas relacionadas agrave informaacutetica tais como tecnologia da

informaccedilatildeo engenharias e ciecircncia da computaccedilatildeo Como se trata uma ciecircncia aplicada esse

aprimoramento computacional contribui tambeacutem para o desenvolvimento de outras aacutereas de

cunho cientiacutefico de modo especial a medicina Tal progresso consequentemente levou ao

barateamento das tecnologias de coleta de dados e imagens incentivando instalaccedilotildees meacutedicas

a fazer uso de sistemas de informaccedilatildeo que gerenciam armazenam e organizam os dados

cliacutenicos de pacientes

Nos hospitais o Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar (Hospital Information System -

HIS) eacute responsaacutevel por gerenciar armazenar e prover acesso a diversas informaccedilotildees de

pacientes Geralmente o HIS trata trecircs categorias principais de serviccedilos suporte cliacutenico e

meacutedico nas atividades de cuidado ao paciente administraccedilatildeo diaacuteria das transaccedilotildees de negoacutecio

do hospital (financcedilas folha de pagamento etc) e avaliaccedilatildeo do desempenho hospitalar com

previsatildeo de projetos em longo prazo Nesse sistema a natureza da informaccedilatildeo eacute textual ou

seja eacute comum meacutedicos efetuarem consultas agrave base de dados do hospital para obter histoacutericos

de atendimento ou informaccedilotildees de laudo referentes a um determinado paciente

O impacto tecnoloacutegico eacute tatildeo grande que a abordagem diagnoacutestica meacutedica sofre

influecircncias e vem sendo bastante modificada como por exemplo com o uso de equipamentos

radioloacutegicos cada vez mais potentes que geram imagens meacutedicas digitais de qualidade muito

18

superior e a preccedilos mais acessiacuteveis Dessa forma a crescente utilizaccedilatildeo desses equipamentos

em consultoacuterios cliacutenicas e hospitais gradativamente gera um volume expressivo de imagens

todos os dias A soluccedilatildeo para gerenciar essas imagens de forma eficiente estaacute na adoccedilatildeo de

um Sistema de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens (Picture Archiving and

Communication System - PACS) Ele eacute responsaacutevel por receber armazenar e disponibilizar

para meacutedicos ou outros sistemas as imagens dos diversos dispositivos de aquisiccedilatildeo como por

exemplo raios-X ressonacircncia magneacutetica tomografia computadorizada e ultrassom (CAO e

HUANG 2000)

Ainda dentro do ambiente de diagnoacutestico por imagens o Sistema de Informaccedilatildeo em

Radiologia (Radiology Information System - RIS) foi concebido para controlar processos

como geraccedilatildeo e agendamento de exames manutenccedilatildeo e geraccedilatildeo de laudos e relatoacuterios De

modo geral todo RIS assim como o HIS trata informaccedilotildees de pacientes relacionados a

exames incluindo informaccedilotildees meacutedicas administrativas e demograacuteficas No entanto eacute um

sistema especializado e especiacutefico para a radiologia Embora seja independente de certa

forma o RIS pode ser considerado um subsistema do HIS dentro de um ambiente hospitalar

amplo e com centro de diagnoacutestico proacuteprio uma vez que ambos compartilham as mesmas

informaccedilotildees (MARQUES et al 2000)

12 MOTIVACcedilAtildeO

Devido agrave natureza digital das imagens meacutedicas geradas pelos equipamentos de uacuteltima

geraccedilatildeo a pesquisa e desenvolvimento de teacutecnicas de processamento de imagens contribuiacuteram

para o surgimento de ferramentas de Diagnoacutestico Auxiliado por Computador (Computer

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

BAKER JA Computer-aided detection (CAD) in screening mammography sensitivity of comercial system in detecting architecture distortion AJR vol 48 p 181-183 2003 BJERDE KW IPI MEDICOM and DICOM relations and possible future International Journal of Cardiac Imaging v11 (suppl3) p 165-170 1995 BURHENNE LW Potencial contribution for computer-aided detection to the sensitivity of screening mammography Radiology vol 62 p 215-554 2000 BYERS T BARRERA E FONTHAM ET et al A midpoint assessment of the American Cancer Society challenge goal to halve the US Cancer mortality rates between the years 1990 and 2015 Cancer vol 107 p 396-405 2006 CAO X HUANG HK Current status and future advances of digital radiography and PACS Engineering in Medicine and Biology Magazine vol 9 no 5 p 80-88 sep 2000 CHANNIN DS Integrating the healthcare enterprise a primer - part 2 Seven brides for seven brothers the IHE integration profile Radiographics vol 21 p 1343-1350 2001 CHANNIN DS SIEGEL EL CARR C Integrating the healthcare enterprise a primer - part 5 the future of IHE Radiographics vol 21 p 1605-1608 2002 CHARRUA DICOM Tookit Disponiacutevel em lthttpwwwcharruasoftcomgt Acesso em 3 mar 2010 CONQUEST Conquest DICOM Software Disponiacutevel em lthttpwwwxs4allnl~ingenium dicomhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 DCMTK Dcmtk Toolkit Disponiacutevel em lthttpdicomoffisdedcmtkphpengt Acesso em 10 mar 2010 DCM4CHE Dcm4che Toolkit Disponiacutevel em lthttpwwwdcm4cheorggt Acesso em 10 mar 2010

63

DOI K Computer-aided diagnosis in medical imaging historical review current status and future potencial Computerized Medical Imaging and Graphics Elsevier p 198-211 2007 DUO T Evoluccedilotildees em PET-CT e tomografia na mira da GE Sauacutede Business Web Disponiacutevel em lthttpwwwsaudebusinesswebcombrnoticiasindexaspcod=57038gt Acesso em 11 mai 2009 EZDICOM ezDICOM DICOM Viewer Disponiacutevel em lthttpwwwcabiatlcommricro ezdicom indexhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 FURUIE SS REBELO MS MORENO RA SANTOS M BERTOZZO N MOTTA GHMB PIRES FA GUTIERREZ MA Managing medical images and clinical information In Corapos Experience Information Technology in Biomedicine IEEE Transactions vol 11 issue 1 p 17-24 jan 2007 GONZALES RC WINTZ EP Digital image processing Adison-Wesley Publishing Company ed 2 1987 HORII SC A nontechnical introduction to DICOM Disponiacutevel em lthttpwwwrsnaorg TechnologyDICOMintroindexcfmgt Acesso em 12 jul 2009 HUANG HK PACS and imaging informatics basic principles and applications Wiley-Liss 2004 IHE IHE Technical Framework Disponiacutevel em lthttpwwwihenet technical_frameworkgt Acesso em 15 mar 2010 K-PACS KPacs DICOM Viewer Disponiacutevel em lthttpwwwk-pacsnetgt Acesso em 11 mar 2010 MARQUES PMDA SANTOS AC JUacuteNIOR JE et al Implantaccedilatildeo de um sistema de informaccedilatildeo em radiologia em hospital universitaacuterio Radiologia Brasileira vol 33 p 155-160 2000 PONCIANO da Silva M Processamento de consultas por similaridade em imagens meacutedicas visando agrave recuperaccedilatildeo perceptual guiada pelo usuaacuterio 2009 84f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em Ciecircncias de Computaccedilatildeo e Matemaacutetica Computacional) - Instituto de Ciecircncias Matemaacuteticas e de Computaccedilatildeo Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2009

64

TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

12

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS 56 Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD 56

13

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM24

Tabela 2 DIMSEs normalizados25

Tabela 3 DIMSEs compostos 25

14

LISTA DE SIGLAS

ACR American College of Radiology

CAD Computer Aided Diagnosis

CRT Cathode Ray Tube

CT Computed Tomography

DICOM Digital Imaging and Communication in Medicine

DIMSE DICOM Message Services Elements

DLT Digital Linear Tape

HD Hard Disk

HIS Health Information System

HRCT High Resolution Computed Tomography

LCD Liquid Crystal Display

MRI Magnetic Resonance Imaging

NEMA National Electrical Manufacturers Association

OSI Open Systems Interconnection Reference Model

PACS Picture Archiving and Communication System

RAID Redundant Array of Inexpensive Disks

RIS Radiology Information System

ROI Region of Interest

SCP Service Class Provider

SCU Service Class User

WS Workstation

15

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 17

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS 17

12 MOTIVACcedilAtildeO18

13 OBJETIVO 20

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO 20

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES 22

21 O PADRAtildeO DICOM 22

211 Classes de objetos 23

212 Serviccedilos 24

213 Comunicaccedilatildeo 26

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM 27

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS29

221 Aquisiccedilatildeo de imagens 30

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens 32

223 Apresentaccedilatildeo de imagens 33

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE 36

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD 40

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 43

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO 46

4 RESULTADOS 51

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES 57

51 LIMITACcedilOtildeES57

16

52 CONCLUSOtildeES59

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS 60

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA61

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 62

17

1 INTRODUCcedilAtildeO

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS

A grande evoluccedilatildeo tecnoloacutegica percebida nas uacuteltimas deacutecadas proporcionou um

avanccedilo significativo em aacutereas relacionadas agrave informaacutetica tais como tecnologia da

informaccedilatildeo engenharias e ciecircncia da computaccedilatildeo Como se trata uma ciecircncia aplicada esse

aprimoramento computacional contribui tambeacutem para o desenvolvimento de outras aacutereas de

cunho cientiacutefico de modo especial a medicina Tal progresso consequentemente levou ao

barateamento das tecnologias de coleta de dados e imagens incentivando instalaccedilotildees meacutedicas

a fazer uso de sistemas de informaccedilatildeo que gerenciam armazenam e organizam os dados

cliacutenicos de pacientes

Nos hospitais o Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar (Hospital Information System -

HIS) eacute responsaacutevel por gerenciar armazenar e prover acesso a diversas informaccedilotildees de

pacientes Geralmente o HIS trata trecircs categorias principais de serviccedilos suporte cliacutenico e

meacutedico nas atividades de cuidado ao paciente administraccedilatildeo diaacuteria das transaccedilotildees de negoacutecio

do hospital (financcedilas folha de pagamento etc) e avaliaccedilatildeo do desempenho hospitalar com

previsatildeo de projetos em longo prazo Nesse sistema a natureza da informaccedilatildeo eacute textual ou

seja eacute comum meacutedicos efetuarem consultas agrave base de dados do hospital para obter histoacutericos

de atendimento ou informaccedilotildees de laudo referentes a um determinado paciente

O impacto tecnoloacutegico eacute tatildeo grande que a abordagem diagnoacutestica meacutedica sofre

influecircncias e vem sendo bastante modificada como por exemplo com o uso de equipamentos

radioloacutegicos cada vez mais potentes que geram imagens meacutedicas digitais de qualidade muito

18

superior e a preccedilos mais acessiacuteveis Dessa forma a crescente utilizaccedilatildeo desses equipamentos

em consultoacuterios cliacutenicas e hospitais gradativamente gera um volume expressivo de imagens

todos os dias A soluccedilatildeo para gerenciar essas imagens de forma eficiente estaacute na adoccedilatildeo de

um Sistema de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens (Picture Archiving and

Communication System - PACS) Ele eacute responsaacutevel por receber armazenar e disponibilizar

para meacutedicos ou outros sistemas as imagens dos diversos dispositivos de aquisiccedilatildeo como por

exemplo raios-X ressonacircncia magneacutetica tomografia computadorizada e ultrassom (CAO e

HUANG 2000)

Ainda dentro do ambiente de diagnoacutestico por imagens o Sistema de Informaccedilatildeo em

Radiologia (Radiology Information System - RIS) foi concebido para controlar processos

como geraccedilatildeo e agendamento de exames manutenccedilatildeo e geraccedilatildeo de laudos e relatoacuterios De

modo geral todo RIS assim como o HIS trata informaccedilotildees de pacientes relacionados a

exames incluindo informaccedilotildees meacutedicas administrativas e demograacuteficas No entanto eacute um

sistema especializado e especiacutefico para a radiologia Embora seja independente de certa

forma o RIS pode ser considerado um subsistema do HIS dentro de um ambiente hospitalar

amplo e com centro de diagnoacutestico proacuteprio uma vez que ambos compartilham as mesmas

informaccedilotildees (MARQUES et al 2000)

12 MOTIVACcedilAtildeO

Devido agrave natureza digital das imagens meacutedicas geradas pelos equipamentos de uacuteltima

geraccedilatildeo a pesquisa e desenvolvimento de teacutecnicas de processamento de imagens contribuiacuteram

para o surgimento de ferramentas de Diagnoacutestico Auxiliado por Computador (Computer

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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63

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64

TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

13

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM24

Tabela 2 DIMSEs normalizados25

Tabela 3 DIMSEs compostos 25

14

LISTA DE SIGLAS

ACR American College of Radiology

CAD Computer Aided Diagnosis

CRT Cathode Ray Tube

CT Computed Tomography

DICOM Digital Imaging and Communication in Medicine

DIMSE DICOM Message Services Elements

DLT Digital Linear Tape

HD Hard Disk

HIS Health Information System

HRCT High Resolution Computed Tomography

LCD Liquid Crystal Display

MRI Magnetic Resonance Imaging

NEMA National Electrical Manufacturers Association

OSI Open Systems Interconnection Reference Model

PACS Picture Archiving and Communication System

RAID Redundant Array of Inexpensive Disks

RIS Radiology Information System

ROI Region of Interest

SCP Service Class Provider

SCU Service Class User

WS Workstation

15

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 17

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS 17

12 MOTIVACcedilAtildeO18

13 OBJETIVO 20

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO 20

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES 22

21 O PADRAtildeO DICOM 22

211 Classes de objetos 23

212 Serviccedilos 24

213 Comunicaccedilatildeo 26

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM 27

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS29

221 Aquisiccedilatildeo de imagens 30

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens 32

223 Apresentaccedilatildeo de imagens 33

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE 36

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD 40

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 43

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO 46

4 RESULTADOS 51

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES 57

51 LIMITACcedilOtildeES57

16

52 CONCLUSOtildeES59

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS 60

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA61

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 62

17

1 INTRODUCcedilAtildeO

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS

A grande evoluccedilatildeo tecnoloacutegica percebida nas uacuteltimas deacutecadas proporcionou um

avanccedilo significativo em aacutereas relacionadas agrave informaacutetica tais como tecnologia da

informaccedilatildeo engenharias e ciecircncia da computaccedilatildeo Como se trata uma ciecircncia aplicada esse

aprimoramento computacional contribui tambeacutem para o desenvolvimento de outras aacutereas de

cunho cientiacutefico de modo especial a medicina Tal progresso consequentemente levou ao

barateamento das tecnologias de coleta de dados e imagens incentivando instalaccedilotildees meacutedicas

a fazer uso de sistemas de informaccedilatildeo que gerenciam armazenam e organizam os dados

cliacutenicos de pacientes

Nos hospitais o Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar (Hospital Information System -

HIS) eacute responsaacutevel por gerenciar armazenar e prover acesso a diversas informaccedilotildees de

pacientes Geralmente o HIS trata trecircs categorias principais de serviccedilos suporte cliacutenico e

meacutedico nas atividades de cuidado ao paciente administraccedilatildeo diaacuteria das transaccedilotildees de negoacutecio

do hospital (financcedilas folha de pagamento etc) e avaliaccedilatildeo do desempenho hospitalar com

previsatildeo de projetos em longo prazo Nesse sistema a natureza da informaccedilatildeo eacute textual ou

seja eacute comum meacutedicos efetuarem consultas agrave base de dados do hospital para obter histoacutericos

de atendimento ou informaccedilotildees de laudo referentes a um determinado paciente

O impacto tecnoloacutegico eacute tatildeo grande que a abordagem diagnoacutestica meacutedica sofre

influecircncias e vem sendo bastante modificada como por exemplo com o uso de equipamentos

radioloacutegicos cada vez mais potentes que geram imagens meacutedicas digitais de qualidade muito

18

superior e a preccedilos mais acessiacuteveis Dessa forma a crescente utilizaccedilatildeo desses equipamentos

em consultoacuterios cliacutenicas e hospitais gradativamente gera um volume expressivo de imagens

todos os dias A soluccedilatildeo para gerenciar essas imagens de forma eficiente estaacute na adoccedilatildeo de

um Sistema de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens (Picture Archiving and

Communication System - PACS) Ele eacute responsaacutevel por receber armazenar e disponibilizar

para meacutedicos ou outros sistemas as imagens dos diversos dispositivos de aquisiccedilatildeo como por

exemplo raios-X ressonacircncia magneacutetica tomografia computadorizada e ultrassom (CAO e

HUANG 2000)

Ainda dentro do ambiente de diagnoacutestico por imagens o Sistema de Informaccedilatildeo em

Radiologia (Radiology Information System - RIS) foi concebido para controlar processos

como geraccedilatildeo e agendamento de exames manutenccedilatildeo e geraccedilatildeo de laudos e relatoacuterios De

modo geral todo RIS assim como o HIS trata informaccedilotildees de pacientes relacionados a

exames incluindo informaccedilotildees meacutedicas administrativas e demograacuteficas No entanto eacute um

sistema especializado e especiacutefico para a radiologia Embora seja independente de certa

forma o RIS pode ser considerado um subsistema do HIS dentro de um ambiente hospitalar

amplo e com centro de diagnoacutestico proacuteprio uma vez que ambos compartilham as mesmas

informaccedilotildees (MARQUES et al 2000)

12 MOTIVACcedilAtildeO

Devido agrave natureza digital das imagens meacutedicas geradas pelos equipamentos de uacuteltima

geraccedilatildeo a pesquisa e desenvolvimento de teacutecnicas de processamento de imagens contribuiacuteram

para o surgimento de ferramentas de Diagnoacutestico Auxiliado por Computador (Computer

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

BAKER JA Computer-aided detection (CAD) in screening mammography sensitivity of comercial system in detecting architecture distortion AJR vol 48 p 181-183 2003 BJERDE KW IPI MEDICOM and DICOM relations and possible future International Journal of Cardiac Imaging v11 (suppl3) p 165-170 1995 BURHENNE LW Potencial contribution for computer-aided detection to the sensitivity of screening mammography Radiology vol 62 p 215-554 2000 BYERS T BARRERA E FONTHAM ET et al A midpoint assessment of the American Cancer Society challenge goal to halve the US Cancer mortality rates between the years 1990 and 2015 Cancer vol 107 p 396-405 2006 CAO X HUANG HK Current status and future advances of digital radiography and PACS Engineering in Medicine and Biology Magazine vol 9 no 5 p 80-88 sep 2000 CHANNIN DS Integrating the healthcare enterprise a primer - part 2 Seven brides for seven brothers the IHE integration profile Radiographics vol 21 p 1343-1350 2001 CHANNIN DS SIEGEL EL CARR C Integrating the healthcare enterprise a primer - part 5 the future of IHE Radiographics vol 21 p 1605-1608 2002 CHARRUA DICOM Tookit Disponiacutevel em lthttpwwwcharruasoftcomgt Acesso em 3 mar 2010 CONQUEST Conquest DICOM Software Disponiacutevel em lthttpwwwxs4allnl~ingenium dicomhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 DCMTK Dcmtk Toolkit Disponiacutevel em lthttpdicomoffisdedcmtkphpengt Acesso em 10 mar 2010 DCM4CHE Dcm4che Toolkit Disponiacutevel em lthttpwwwdcm4cheorggt Acesso em 10 mar 2010

63

DOI K Computer-aided diagnosis in medical imaging historical review current status and future potencial Computerized Medical Imaging and Graphics Elsevier p 198-211 2007 DUO T Evoluccedilotildees em PET-CT e tomografia na mira da GE Sauacutede Business Web Disponiacutevel em lthttpwwwsaudebusinesswebcombrnoticiasindexaspcod=57038gt Acesso em 11 mai 2009 EZDICOM ezDICOM DICOM Viewer Disponiacutevel em lthttpwwwcabiatlcommricro ezdicom indexhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 FURUIE SS REBELO MS MORENO RA SANTOS M BERTOZZO N MOTTA GHMB PIRES FA GUTIERREZ MA Managing medical images and clinical information In Corapos Experience Information Technology in Biomedicine IEEE Transactions vol 11 issue 1 p 17-24 jan 2007 GONZALES RC WINTZ EP Digital image processing Adison-Wesley Publishing Company ed 2 1987 HORII SC A nontechnical introduction to DICOM Disponiacutevel em lthttpwwwrsnaorg TechnologyDICOMintroindexcfmgt Acesso em 12 jul 2009 HUANG HK PACS and imaging informatics basic principles and applications Wiley-Liss 2004 IHE IHE Technical Framework Disponiacutevel em lthttpwwwihenet technical_frameworkgt Acesso em 15 mar 2010 K-PACS KPacs DICOM Viewer Disponiacutevel em lthttpwwwk-pacsnetgt Acesso em 11 mar 2010 MARQUES PMDA SANTOS AC JUacuteNIOR JE et al Implantaccedilatildeo de um sistema de informaccedilatildeo em radiologia em hospital universitaacuterio Radiologia Brasileira vol 33 p 155-160 2000 PONCIANO da Silva M Processamento de consultas por similaridade em imagens meacutedicas visando agrave recuperaccedilatildeo perceptual guiada pelo usuaacuterio 2009 84f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em Ciecircncias de Computaccedilatildeo e Matemaacutetica Computacional) - Instituto de Ciecircncias Matemaacuteticas e de Computaccedilatildeo Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2009

64

TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

14

LISTA DE SIGLAS

ACR American College of Radiology

CAD Computer Aided Diagnosis

CRT Cathode Ray Tube

CT Computed Tomography

DICOM Digital Imaging and Communication in Medicine

DIMSE DICOM Message Services Elements

DLT Digital Linear Tape

HD Hard Disk

HIS Health Information System

HRCT High Resolution Computed Tomography

LCD Liquid Crystal Display

MRI Magnetic Resonance Imaging

NEMA National Electrical Manufacturers Association

OSI Open Systems Interconnection Reference Model

PACS Picture Archiving and Communication System

RAID Redundant Array of Inexpensive Disks

RIS Radiology Information System

ROI Region of Interest

SCP Service Class Provider

SCU Service Class User

WS Workstation

15

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 17

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS 17

12 MOTIVACcedilAtildeO18

13 OBJETIVO 20

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO 20

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES 22

21 O PADRAtildeO DICOM 22

211 Classes de objetos 23

212 Serviccedilos 24

213 Comunicaccedilatildeo 26

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM 27

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS29

221 Aquisiccedilatildeo de imagens 30

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens 32

223 Apresentaccedilatildeo de imagens 33

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE 36

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD 40

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 43

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO 46

4 RESULTADOS 51

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES 57

51 LIMITACcedilOtildeES57

16

52 CONCLUSOtildeES59

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS 60

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA61

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 62

17

1 INTRODUCcedilAtildeO

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS

A grande evoluccedilatildeo tecnoloacutegica percebida nas uacuteltimas deacutecadas proporcionou um

avanccedilo significativo em aacutereas relacionadas agrave informaacutetica tais como tecnologia da

informaccedilatildeo engenharias e ciecircncia da computaccedilatildeo Como se trata uma ciecircncia aplicada esse

aprimoramento computacional contribui tambeacutem para o desenvolvimento de outras aacutereas de

cunho cientiacutefico de modo especial a medicina Tal progresso consequentemente levou ao

barateamento das tecnologias de coleta de dados e imagens incentivando instalaccedilotildees meacutedicas

a fazer uso de sistemas de informaccedilatildeo que gerenciam armazenam e organizam os dados

cliacutenicos de pacientes

Nos hospitais o Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar (Hospital Information System -

HIS) eacute responsaacutevel por gerenciar armazenar e prover acesso a diversas informaccedilotildees de

pacientes Geralmente o HIS trata trecircs categorias principais de serviccedilos suporte cliacutenico e

meacutedico nas atividades de cuidado ao paciente administraccedilatildeo diaacuteria das transaccedilotildees de negoacutecio

do hospital (financcedilas folha de pagamento etc) e avaliaccedilatildeo do desempenho hospitalar com

previsatildeo de projetos em longo prazo Nesse sistema a natureza da informaccedilatildeo eacute textual ou

seja eacute comum meacutedicos efetuarem consultas agrave base de dados do hospital para obter histoacutericos

de atendimento ou informaccedilotildees de laudo referentes a um determinado paciente

O impacto tecnoloacutegico eacute tatildeo grande que a abordagem diagnoacutestica meacutedica sofre

influecircncias e vem sendo bastante modificada como por exemplo com o uso de equipamentos

radioloacutegicos cada vez mais potentes que geram imagens meacutedicas digitais de qualidade muito

18

superior e a preccedilos mais acessiacuteveis Dessa forma a crescente utilizaccedilatildeo desses equipamentos

em consultoacuterios cliacutenicas e hospitais gradativamente gera um volume expressivo de imagens

todos os dias A soluccedilatildeo para gerenciar essas imagens de forma eficiente estaacute na adoccedilatildeo de

um Sistema de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens (Picture Archiving and

Communication System - PACS) Ele eacute responsaacutevel por receber armazenar e disponibilizar

para meacutedicos ou outros sistemas as imagens dos diversos dispositivos de aquisiccedilatildeo como por

exemplo raios-X ressonacircncia magneacutetica tomografia computadorizada e ultrassom (CAO e

HUANG 2000)

Ainda dentro do ambiente de diagnoacutestico por imagens o Sistema de Informaccedilatildeo em

Radiologia (Radiology Information System - RIS) foi concebido para controlar processos

como geraccedilatildeo e agendamento de exames manutenccedilatildeo e geraccedilatildeo de laudos e relatoacuterios De

modo geral todo RIS assim como o HIS trata informaccedilotildees de pacientes relacionados a

exames incluindo informaccedilotildees meacutedicas administrativas e demograacuteficas No entanto eacute um

sistema especializado e especiacutefico para a radiologia Embora seja independente de certa

forma o RIS pode ser considerado um subsistema do HIS dentro de um ambiente hospitalar

amplo e com centro de diagnoacutestico proacuteprio uma vez que ambos compartilham as mesmas

informaccedilotildees (MARQUES et al 2000)

12 MOTIVACcedilAtildeO

Devido agrave natureza digital das imagens meacutedicas geradas pelos equipamentos de uacuteltima

geraccedilatildeo a pesquisa e desenvolvimento de teacutecnicas de processamento de imagens contribuiacuteram

para o surgimento de ferramentas de Diagnoacutestico Auxiliado por Computador (Computer

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

BAKER JA Computer-aided detection (CAD) in screening mammography sensitivity of comercial system in detecting architecture distortion AJR vol 48 p 181-183 2003 BJERDE KW IPI MEDICOM and DICOM relations and possible future International Journal of Cardiac Imaging v11 (suppl3) p 165-170 1995 BURHENNE LW Potencial contribution for computer-aided detection to the sensitivity of screening mammography Radiology vol 62 p 215-554 2000 BYERS T BARRERA E FONTHAM ET et al A midpoint assessment of the American Cancer Society challenge goal to halve the US Cancer mortality rates between the years 1990 and 2015 Cancer vol 107 p 396-405 2006 CAO X HUANG HK Current status and future advances of digital radiography and PACS Engineering in Medicine and Biology Magazine vol 9 no 5 p 80-88 sep 2000 CHANNIN DS Integrating the healthcare enterprise a primer - part 2 Seven brides for seven brothers the IHE integration profile Radiographics vol 21 p 1343-1350 2001 CHANNIN DS SIEGEL EL CARR C Integrating the healthcare enterprise a primer - part 5 the future of IHE Radiographics vol 21 p 1605-1608 2002 CHARRUA DICOM Tookit Disponiacutevel em lthttpwwwcharruasoftcomgt Acesso em 3 mar 2010 CONQUEST Conquest DICOM Software Disponiacutevel em lthttpwwwxs4allnl~ingenium dicomhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 DCMTK Dcmtk Toolkit Disponiacutevel em lthttpdicomoffisdedcmtkphpengt Acesso em 10 mar 2010 DCM4CHE Dcm4che Toolkit Disponiacutevel em lthttpwwwdcm4cheorggt Acesso em 10 mar 2010

63

DOI K Computer-aided diagnosis in medical imaging historical review current status and future potencial Computerized Medical Imaging and Graphics Elsevier p 198-211 2007 DUO T Evoluccedilotildees em PET-CT e tomografia na mira da GE Sauacutede Business Web Disponiacutevel em lthttpwwwsaudebusinesswebcombrnoticiasindexaspcod=57038gt Acesso em 11 mai 2009 EZDICOM ezDICOM DICOM Viewer Disponiacutevel em lthttpwwwcabiatlcommricro ezdicom indexhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 FURUIE SS REBELO MS MORENO RA SANTOS M BERTOZZO N MOTTA GHMB PIRES FA GUTIERREZ MA Managing medical images and clinical information In Corapos Experience Information Technology in Biomedicine IEEE Transactions vol 11 issue 1 p 17-24 jan 2007 GONZALES RC WINTZ EP Digital image processing Adison-Wesley Publishing Company ed 2 1987 HORII SC A nontechnical introduction to DICOM Disponiacutevel em lthttpwwwrsnaorg TechnologyDICOMintroindexcfmgt Acesso em 12 jul 2009 HUANG HK PACS and imaging informatics basic principles and applications Wiley-Liss 2004 IHE IHE Technical Framework Disponiacutevel em lthttpwwwihenet technical_frameworkgt Acesso em 15 mar 2010 K-PACS KPacs DICOM Viewer Disponiacutevel em lthttpwwwk-pacsnetgt Acesso em 11 mar 2010 MARQUES PMDA SANTOS AC JUacuteNIOR JE et al Implantaccedilatildeo de um sistema de informaccedilatildeo em radiologia em hospital universitaacuterio Radiologia Brasileira vol 33 p 155-160 2000 PONCIANO da Silva M Processamento de consultas por similaridade em imagens meacutedicas visando agrave recuperaccedilatildeo perceptual guiada pelo usuaacuterio 2009 84f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em Ciecircncias de Computaccedilatildeo e Matemaacutetica Computacional) - Instituto de Ciecircncias Matemaacuteticas e de Computaccedilatildeo Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2009

64

TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

15

SUMAacuteRIO

1 INTRODUCcedilAtildeO 17

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS 17

12 MOTIVACcedilAtildeO18

13 OBJETIVO 20

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO 20

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES 22

21 O PADRAtildeO DICOM 22

211 Classes de objetos 23

212 Serviccedilos 24

213 Comunicaccedilatildeo 26

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM 27

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS29

221 Aquisiccedilatildeo de imagens 30

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens 32

223 Apresentaccedilatildeo de imagens 33

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE 36

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD 40

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS 43

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO 46

4 RESULTADOS 51

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES 57

51 LIMITACcedilOtildeES57

16

52 CONCLUSOtildeES59

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS 60

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA61

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 62

17

1 INTRODUCcedilAtildeO

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS

A grande evoluccedilatildeo tecnoloacutegica percebida nas uacuteltimas deacutecadas proporcionou um

avanccedilo significativo em aacutereas relacionadas agrave informaacutetica tais como tecnologia da

informaccedilatildeo engenharias e ciecircncia da computaccedilatildeo Como se trata uma ciecircncia aplicada esse

aprimoramento computacional contribui tambeacutem para o desenvolvimento de outras aacutereas de

cunho cientiacutefico de modo especial a medicina Tal progresso consequentemente levou ao

barateamento das tecnologias de coleta de dados e imagens incentivando instalaccedilotildees meacutedicas

a fazer uso de sistemas de informaccedilatildeo que gerenciam armazenam e organizam os dados

cliacutenicos de pacientes

Nos hospitais o Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar (Hospital Information System -

HIS) eacute responsaacutevel por gerenciar armazenar e prover acesso a diversas informaccedilotildees de

pacientes Geralmente o HIS trata trecircs categorias principais de serviccedilos suporte cliacutenico e

meacutedico nas atividades de cuidado ao paciente administraccedilatildeo diaacuteria das transaccedilotildees de negoacutecio

do hospital (financcedilas folha de pagamento etc) e avaliaccedilatildeo do desempenho hospitalar com

previsatildeo de projetos em longo prazo Nesse sistema a natureza da informaccedilatildeo eacute textual ou

seja eacute comum meacutedicos efetuarem consultas agrave base de dados do hospital para obter histoacutericos

de atendimento ou informaccedilotildees de laudo referentes a um determinado paciente

O impacto tecnoloacutegico eacute tatildeo grande que a abordagem diagnoacutestica meacutedica sofre

influecircncias e vem sendo bastante modificada como por exemplo com o uso de equipamentos

radioloacutegicos cada vez mais potentes que geram imagens meacutedicas digitais de qualidade muito

18

superior e a preccedilos mais acessiacuteveis Dessa forma a crescente utilizaccedilatildeo desses equipamentos

em consultoacuterios cliacutenicas e hospitais gradativamente gera um volume expressivo de imagens

todos os dias A soluccedilatildeo para gerenciar essas imagens de forma eficiente estaacute na adoccedilatildeo de

um Sistema de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens (Picture Archiving and

Communication System - PACS) Ele eacute responsaacutevel por receber armazenar e disponibilizar

para meacutedicos ou outros sistemas as imagens dos diversos dispositivos de aquisiccedilatildeo como por

exemplo raios-X ressonacircncia magneacutetica tomografia computadorizada e ultrassom (CAO e

HUANG 2000)

Ainda dentro do ambiente de diagnoacutestico por imagens o Sistema de Informaccedilatildeo em

Radiologia (Radiology Information System - RIS) foi concebido para controlar processos

como geraccedilatildeo e agendamento de exames manutenccedilatildeo e geraccedilatildeo de laudos e relatoacuterios De

modo geral todo RIS assim como o HIS trata informaccedilotildees de pacientes relacionados a

exames incluindo informaccedilotildees meacutedicas administrativas e demograacuteficas No entanto eacute um

sistema especializado e especiacutefico para a radiologia Embora seja independente de certa

forma o RIS pode ser considerado um subsistema do HIS dentro de um ambiente hospitalar

amplo e com centro de diagnoacutestico proacuteprio uma vez que ambos compartilham as mesmas

informaccedilotildees (MARQUES et al 2000)

12 MOTIVACcedilAtildeO

Devido agrave natureza digital das imagens meacutedicas geradas pelos equipamentos de uacuteltima

geraccedilatildeo a pesquisa e desenvolvimento de teacutecnicas de processamento de imagens contribuiacuteram

para o surgimento de ferramentas de Diagnoacutestico Auxiliado por Computador (Computer

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

BAKER JA Computer-aided detection (CAD) in screening mammography sensitivity of comercial system in detecting architecture distortion AJR vol 48 p 181-183 2003 BJERDE KW IPI MEDICOM and DICOM relations and possible future International Journal of Cardiac Imaging v11 (suppl3) p 165-170 1995 BURHENNE LW Potencial contribution for computer-aided detection to the sensitivity of screening mammography Radiology vol 62 p 215-554 2000 BYERS T BARRERA E FONTHAM ET et al A midpoint assessment of the American Cancer Society challenge goal to halve the US Cancer mortality rates between the years 1990 and 2015 Cancer vol 107 p 396-405 2006 CAO X HUANG HK Current status and future advances of digital radiography and PACS Engineering in Medicine and Biology Magazine vol 9 no 5 p 80-88 sep 2000 CHANNIN DS Integrating the healthcare enterprise a primer - part 2 Seven brides for seven brothers the IHE integration profile Radiographics vol 21 p 1343-1350 2001 CHANNIN DS SIEGEL EL CARR C Integrating the healthcare enterprise a primer - part 5 the future of IHE Radiographics vol 21 p 1605-1608 2002 CHARRUA DICOM Tookit Disponiacutevel em lthttpwwwcharruasoftcomgt Acesso em 3 mar 2010 CONQUEST Conquest DICOM Software Disponiacutevel em lthttpwwwxs4allnl~ingenium dicomhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 DCMTK Dcmtk Toolkit Disponiacutevel em lthttpdicomoffisdedcmtkphpengt Acesso em 10 mar 2010 DCM4CHE Dcm4che Toolkit Disponiacutevel em lthttpwwwdcm4cheorggt Acesso em 10 mar 2010

63

DOI K Computer-aided diagnosis in medical imaging historical review current status and future potencial Computerized Medical Imaging and Graphics Elsevier p 198-211 2007 DUO T Evoluccedilotildees em PET-CT e tomografia na mira da GE Sauacutede Business Web Disponiacutevel em lthttpwwwsaudebusinesswebcombrnoticiasindexaspcod=57038gt Acesso em 11 mai 2009 EZDICOM ezDICOM DICOM Viewer Disponiacutevel em lthttpwwwcabiatlcommricro ezdicom indexhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 FURUIE SS REBELO MS MORENO RA SANTOS M BERTOZZO N MOTTA GHMB PIRES FA GUTIERREZ MA Managing medical images and clinical information In Corapos Experience Information Technology in Biomedicine IEEE Transactions vol 11 issue 1 p 17-24 jan 2007 GONZALES RC WINTZ EP Digital image processing Adison-Wesley Publishing Company ed 2 1987 HORII SC A nontechnical introduction to DICOM Disponiacutevel em lthttpwwwrsnaorg TechnologyDICOMintroindexcfmgt Acesso em 12 jul 2009 HUANG HK PACS and imaging informatics basic principles and applications Wiley-Liss 2004 IHE IHE Technical Framework Disponiacutevel em lthttpwwwihenet technical_frameworkgt Acesso em 15 mar 2010 K-PACS KPacs DICOM Viewer Disponiacutevel em lthttpwwwk-pacsnetgt Acesso em 11 mar 2010 MARQUES PMDA SANTOS AC JUacuteNIOR JE et al Implantaccedilatildeo de um sistema de informaccedilatildeo em radiologia em hospital universitaacuterio Radiologia Brasileira vol 33 p 155-160 2000 PONCIANO da Silva M Processamento de consultas por similaridade em imagens meacutedicas visando agrave recuperaccedilatildeo perceptual guiada pelo usuaacuterio 2009 84f Dissertaccedilatildeo (Mestrado em Ciecircncias de Computaccedilatildeo e Matemaacutetica Computacional) - Instituto de Ciecircncias Matemaacuteticas e de Computaccedilatildeo Universidade de Satildeo Paulo Satildeo Carlos 2009

64

TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

16

52 CONCLUSOtildeES59

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS 60

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA61

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS 62

17

1 INTRODUCcedilAtildeO

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS

A grande evoluccedilatildeo tecnoloacutegica percebida nas uacuteltimas deacutecadas proporcionou um

avanccedilo significativo em aacutereas relacionadas agrave informaacutetica tais como tecnologia da

informaccedilatildeo engenharias e ciecircncia da computaccedilatildeo Como se trata uma ciecircncia aplicada esse

aprimoramento computacional contribui tambeacutem para o desenvolvimento de outras aacutereas de

cunho cientiacutefico de modo especial a medicina Tal progresso consequentemente levou ao

barateamento das tecnologias de coleta de dados e imagens incentivando instalaccedilotildees meacutedicas

a fazer uso de sistemas de informaccedilatildeo que gerenciam armazenam e organizam os dados

cliacutenicos de pacientes

Nos hospitais o Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar (Hospital Information System -

HIS) eacute responsaacutevel por gerenciar armazenar e prover acesso a diversas informaccedilotildees de

pacientes Geralmente o HIS trata trecircs categorias principais de serviccedilos suporte cliacutenico e

meacutedico nas atividades de cuidado ao paciente administraccedilatildeo diaacuteria das transaccedilotildees de negoacutecio

do hospital (financcedilas folha de pagamento etc) e avaliaccedilatildeo do desempenho hospitalar com

previsatildeo de projetos em longo prazo Nesse sistema a natureza da informaccedilatildeo eacute textual ou

seja eacute comum meacutedicos efetuarem consultas agrave base de dados do hospital para obter histoacutericos

de atendimento ou informaccedilotildees de laudo referentes a um determinado paciente

O impacto tecnoloacutegico eacute tatildeo grande que a abordagem diagnoacutestica meacutedica sofre

influecircncias e vem sendo bastante modificada como por exemplo com o uso de equipamentos

radioloacutegicos cada vez mais potentes que geram imagens meacutedicas digitais de qualidade muito

18

superior e a preccedilos mais acessiacuteveis Dessa forma a crescente utilizaccedilatildeo desses equipamentos

em consultoacuterios cliacutenicas e hospitais gradativamente gera um volume expressivo de imagens

todos os dias A soluccedilatildeo para gerenciar essas imagens de forma eficiente estaacute na adoccedilatildeo de

um Sistema de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens (Picture Archiving and

Communication System - PACS) Ele eacute responsaacutevel por receber armazenar e disponibilizar

para meacutedicos ou outros sistemas as imagens dos diversos dispositivos de aquisiccedilatildeo como por

exemplo raios-X ressonacircncia magneacutetica tomografia computadorizada e ultrassom (CAO e

HUANG 2000)

Ainda dentro do ambiente de diagnoacutestico por imagens o Sistema de Informaccedilatildeo em

Radiologia (Radiology Information System - RIS) foi concebido para controlar processos

como geraccedilatildeo e agendamento de exames manutenccedilatildeo e geraccedilatildeo de laudos e relatoacuterios De

modo geral todo RIS assim como o HIS trata informaccedilotildees de pacientes relacionados a

exames incluindo informaccedilotildees meacutedicas administrativas e demograacuteficas No entanto eacute um

sistema especializado e especiacutefico para a radiologia Embora seja independente de certa

forma o RIS pode ser considerado um subsistema do HIS dentro de um ambiente hospitalar

amplo e com centro de diagnoacutestico proacuteprio uma vez que ambos compartilham as mesmas

informaccedilotildees (MARQUES et al 2000)

12 MOTIVACcedilAtildeO

Devido agrave natureza digital das imagens meacutedicas geradas pelos equipamentos de uacuteltima

geraccedilatildeo a pesquisa e desenvolvimento de teacutecnicas de processamento de imagens contribuiacuteram

para o surgimento de ferramentas de Diagnoacutestico Auxiliado por Computador (Computer

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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63

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64

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17

1 INTRODUCcedilAtildeO

11 CONSIDERACcedilOtildeES INICIAIS

A grande evoluccedilatildeo tecnoloacutegica percebida nas uacuteltimas deacutecadas proporcionou um

avanccedilo significativo em aacutereas relacionadas agrave informaacutetica tais como tecnologia da

informaccedilatildeo engenharias e ciecircncia da computaccedilatildeo Como se trata uma ciecircncia aplicada esse

aprimoramento computacional contribui tambeacutem para o desenvolvimento de outras aacutereas de

cunho cientiacutefico de modo especial a medicina Tal progresso consequentemente levou ao

barateamento das tecnologias de coleta de dados e imagens incentivando instalaccedilotildees meacutedicas

a fazer uso de sistemas de informaccedilatildeo que gerenciam armazenam e organizam os dados

cliacutenicos de pacientes

Nos hospitais o Sistema de Informaccedilatildeo Hospitalar (Hospital Information System -

HIS) eacute responsaacutevel por gerenciar armazenar e prover acesso a diversas informaccedilotildees de

pacientes Geralmente o HIS trata trecircs categorias principais de serviccedilos suporte cliacutenico e

meacutedico nas atividades de cuidado ao paciente administraccedilatildeo diaacuteria das transaccedilotildees de negoacutecio

do hospital (financcedilas folha de pagamento etc) e avaliaccedilatildeo do desempenho hospitalar com

previsatildeo de projetos em longo prazo Nesse sistema a natureza da informaccedilatildeo eacute textual ou

seja eacute comum meacutedicos efetuarem consultas agrave base de dados do hospital para obter histoacutericos

de atendimento ou informaccedilotildees de laudo referentes a um determinado paciente

O impacto tecnoloacutegico eacute tatildeo grande que a abordagem diagnoacutestica meacutedica sofre

influecircncias e vem sendo bastante modificada como por exemplo com o uso de equipamentos

radioloacutegicos cada vez mais potentes que geram imagens meacutedicas digitais de qualidade muito

18

superior e a preccedilos mais acessiacuteveis Dessa forma a crescente utilizaccedilatildeo desses equipamentos

em consultoacuterios cliacutenicas e hospitais gradativamente gera um volume expressivo de imagens

todos os dias A soluccedilatildeo para gerenciar essas imagens de forma eficiente estaacute na adoccedilatildeo de

um Sistema de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens (Picture Archiving and

Communication System - PACS) Ele eacute responsaacutevel por receber armazenar e disponibilizar

para meacutedicos ou outros sistemas as imagens dos diversos dispositivos de aquisiccedilatildeo como por

exemplo raios-X ressonacircncia magneacutetica tomografia computadorizada e ultrassom (CAO e

HUANG 2000)

Ainda dentro do ambiente de diagnoacutestico por imagens o Sistema de Informaccedilatildeo em

Radiologia (Radiology Information System - RIS) foi concebido para controlar processos

como geraccedilatildeo e agendamento de exames manutenccedilatildeo e geraccedilatildeo de laudos e relatoacuterios De

modo geral todo RIS assim como o HIS trata informaccedilotildees de pacientes relacionados a

exames incluindo informaccedilotildees meacutedicas administrativas e demograacuteficas No entanto eacute um

sistema especializado e especiacutefico para a radiologia Embora seja independente de certa

forma o RIS pode ser considerado um subsistema do HIS dentro de um ambiente hospitalar

amplo e com centro de diagnoacutestico proacuteprio uma vez que ambos compartilham as mesmas

informaccedilotildees (MARQUES et al 2000)

12 MOTIVACcedilAtildeO

Devido agrave natureza digital das imagens meacutedicas geradas pelos equipamentos de uacuteltima

geraccedilatildeo a pesquisa e desenvolvimento de teacutecnicas de processamento de imagens contribuiacuteram

para o surgimento de ferramentas de Diagnoacutestico Auxiliado por Computador (Computer

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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63

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64

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18

superior e a preccedilos mais acessiacuteveis Dessa forma a crescente utilizaccedilatildeo desses equipamentos

em consultoacuterios cliacutenicas e hospitais gradativamente gera um volume expressivo de imagens

todos os dias A soluccedilatildeo para gerenciar essas imagens de forma eficiente estaacute na adoccedilatildeo de

um Sistema de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens (Picture Archiving and

Communication System - PACS) Ele eacute responsaacutevel por receber armazenar e disponibilizar

para meacutedicos ou outros sistemas as imagens dos diversos dispositivos de aquisiccedilatildeo como por

exemplo raios-X ressonacircncia magneacutetica tomografia computadorizada e ultrassom (CAO e

HUANG 2000)

Ainda dentro do ambiente de diagnoacutestico por imagens o Sistema de Informaccedilatildeo em

Radiologia (Radiology Information System - RIS) foi concebido para controlar processos

como geraccedilatildeo e agendamento de exames manutenccedilatildeo e geraccedilatildeo de laudos e relatoacuterios De

modo geral todo RIS assim como o HIS trata informaccedilotildees de pacientes relacionados a

exames incluindo informaccedilotildees meacutedicas administrativas e demograacuteficas No entanto eacute um

sistema especializado e especiacutefico para a radiologia Embora seja independente de certa

forma o RIS pode ser considerado um subsistema do HIS dentro de um ambiente hospitalar

amplo e com centro de diagnoacutestico proacuteprio uma vez que ambos compartilham as mesmas

informaccedilotildees (MARQUES et al 2000)

12 MOTIVACcedilAtildeO

Devido agrave natureza digital das imagens meacutedicas geradas pelos equipamentos de uacuteltima

geraccedilatildeo a pesquisa e desenvolvimento de teacutecnicas de processamento de imagens contribuiacuteram

para o surgimento de ferramentas de Diagnoacutestico Auxiliado por Computador (Computer

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

BAKER JA Computer-aided detection (CAD) in screening mammography sensitivity of comercial system in detecting architecture distortion AJR vol 48 p 181-183 2003 BJERDE KW IPI MEDICOM and DICOM relations and possible future International Journal of Cardiac Imaging v11 (suppl3) p 165-170 1995 BURHENNE LW Potencial contribution for computer-aided detection to the sensitivity of screening mammography Radiology vol 62 p 215-554 2000 BYERS T BARRERA E FONTHAM ET et al A midpoint assessment of the American Cancer Society challenge goal to halve the US Cancer mortality rates between the years 1990 and 2015 Cancer vol 107 p 396-405 2006 CAO X HUANG HK Current status and future advances of digital radiography and PACS Engineering in Medicine and Biology Magazine vol 9 no 5 p 80-88 sep 2000 CHANNIN DS Integrating the healthcare enterprise a primer - part 2 Seven brides for seven brothers the IHE integration profile Radiographics vol 21 p 1343-1350 2001 CHANNIN DS SIEGEL EL CARR C Integrating the healthcare enterprise a primer - part 5 the future of IHE Radiographics vol 21 p 1605-1608 2002 CHARRUA DICOM Tookit Disponiacutevel em lthttpwwwcharruasoftcomgt Acesso em 3 mar 2010 CONQUEST Conquest DICOM Software Disponiacutevel em lthttpwwwxs4allnl~ingenium dicomhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 DCMTK Dcmtk Toolkit Disponiacutevel em lthttpdicomoffisdedcmtkphpengt Acesso em 10 mar 2010 DCM4CHE Dcm4che Toolkit Disponiacutevel em lthttpwwwdcm4cheorggt Acesso em 10 mar 2010

63

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64

TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

19

Aided Diagnosis - CAD) Sabe-se que o CAD pode aprimorar a eficiecircncia e a precisatildeo de

diagnoacutesticos cliacutenicos detectando eou classificando automaticamente anormalidades eou

doenccedilas em exames meacutedicos radioloacutegicos Vaacuterias aplicaccedilotildees CAD foram desenvolvidas pela

comunidade cientiacutefica especializada em processamento de imagens (BURHENNE 2000)

Dentre estas aplicaccedilotildees voltadas para mamografia raios-X e tomografia computadorizada de

toacuterax surgiram como produtos comerciais nos uacuteltimos cinco anos (BAKER 2003)

Aliados a aplicaccedilotildees CAD percebe-se que sistemas HIS RIS e PACS compartilham

diversas informaccedilotildees entre si principalmente no que diz respeito a dados de pacientes A

integraccedilatildeo entre eles eacute fundamental para o bom desempenho do fluxo de trabalho e sabe-se

que ela tem sido o grande interesse de meacutedicos e do setor hospitalar em geral (FURUIE et al

2007) Entretanto pouco esforccedilo foi realizado no sentido de se integrar sistemas CAD com

Sistemas de Comunicaccedilatildeo e Arquivamento de Imagens Para que o CAD auxilie no

diagnoacutestico meacutedico ele necessita processar imagens digitais que normalmente estatildeo

armazenadas no PACS Atualmente ainda o padratildeo para a utilizaccedilatildeo de sistemas especialistas

em processamento de imagens meacutedicas como CAD permanece sendo uma estaccedilatildeo de trabalho

(Workstation ndash WS) individual e os resultados obtidos dos processamentos natildeo satildeo

integrados de forma apropriada aos outros sistemas de informaccedilatildeo ou ao PACS (ZHOU

BRENT e ANH 2007) Espera-se que uma soluccedilatildeo completa e integrada possa contribuir

significativamente para a produtividade e melhoria dos processos na radiologia beneficiando

todo o ambiente hospitalar

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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63

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64

TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

20

13 OBJETIVO

O objetivo desse estudo foi desenvolver um framework que implementa meacutetodos de

integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS A forma de se integrar os dois sistemas deve ser

geneacuterica para que seja possiacutevel aplicaacute-la tambeacutem a sistemas CAD proprietaacuterios que jaacute existam

no mercado O resultado da integraccedilatildeo deve possibilitar o pronto acesso a exames com

imagens originais do paciente e imagens resultantes do processamento do CAD fornecendo

ao radiologista informaccedilotildees adicionais relevantes para a tomada de decisatildeo

14 ORGANIZACcedilAtildeO DO DOCUMENTO

Essa dissertaccedilatildeo apresenta a seguinte organizaccedilatildeo

bull No presente capiacutetulo foram apresentadas consideraccedilotildees iniciais a motivaccedilatildeo para o

desenvolvimento do trabalho os objetivos de seu desenvolvimento e a organizaccedilatildeo

desse documento

bull No capiacutetulo 2 satildeo introduzidos os principais conceitos sobre o padratildeo DICOM a

estrutura e o funcionamento de sistemas de comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens

meacutedicas a iniciativa IHE bem como o conceito de diagnoacutestico auxiliado por

computador

bull No capiacutetulo 3 satildeo apresentados os materiais e meacutetodos demonstrando como esse

trabalho foi desenvolvido e aplicado as tecnologias utilizadas e a arquitetura

detalhada do modelo de integraccedilatildeo

21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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63

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64

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21

bull No capiacutetulo 4 satildeo apresentados os resultados da integraccedilatildeo entre os sistemas CAD e

PACS aplicando-se o modelo proposto

bull No capiacutetulo 5 satildeo discutidas as contribuiccedilotildees da dissertaccedilatildeo e suas limitaccedilotildees

apontando as conclusotildees do trabalho possiacuteveis melhorias e trabalhos futuros

bull No capiacutetulo 6 satildeo apresentados os artigos publicados resultantes desse estudo

22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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63

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64

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22

2 DICOM PACS IHE e CAD ndash CONCEITOS E APLICACcedilOtildeES

21 O PADRAtildeO DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) eacute o padratildeo global para

transferecircncia de imagens radioloacutegicas e outras informaccedilotildees meacutedicas entre computadores O

DICOM atual geralmente identificado como versatildeo 30 evoluiu das versotildees 10 (1985) e 20

(1988) de um padratildeo desenvolvido pelo Coleacutegio Americano de Radiologia (American College

of Radiology - ACR) em conjunto com a Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes Eleacutetricos

(National Electrical Manufacturers Association - NEMA) dos Estados Unidos

Sabe-se que a conectividade prevista pelo padratildeo eacute muito importante no que diz

respeito agrave razatildeo custobenefiacutecio para aacutereas da sauacutede que fazem uso de imagens meacutedicas

Usuaacuterios DICOM podem prover serviccedilos de radiologia entre instalaccedilotildees localizadas em

diferentes regiotildees geograacuteficas aproveitar recursos de tecnologia da informaccedilatildeo jaacute existentes e

manter os custos baixos atraveacutes da compatibilidade e interoperabilidade de novos

equipamentos e sistemas Como resultado as imagens podem ser capturadas e transferidas de

forma mais raacutepida e eficiente meacutedicos podem concluir o diagnoacutestico brevemente e

consequentemente antecipar a decisatildeo de qual tratamento deve ser adotado para determinado

paciente (HORII 2009)

O DICOM eacute extremamente adaptaacutevel uma caracteriacutestica que levou outras

especialidades a adotarem o padratildeo tais como endoscopia e odontologia O fato de que

muitos fabricantes de equipamentos de diagnoacutestico por imagem satildeo corporaccedilotildees globais

despertou um interesse consideraacutevel no padratildeo Por exemplo na Europa organizaccedilotildees de

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

BAKER JA Computer-aided detection (CAD) in screening mammography sensitivity of comercial system in detecting architecture distortion AJR vol 48 p 181-183 2003 BJERDE KW IPI MEDICOM and DICOM relations and possible future International Journal of Cardiac Imaging v11 (suppl3) p 165-170 1995 BURHENNE LW Potencial contribution for computer-aided detection to the sensitivity of screening mammography Radiology vol 62 p 215-554 2000 BYERS T BARRERA E FONTHAM ET et al A midpoint assessment of the American Cancer Society challenge goal to halve the US Cancer mortality rates between the years 1990 and 2015 Cancer vol 107 p 396-405 2006 CAO X HUANG HK Current status and future advances of digital radiography and PACS Engineering in Medicine and Biology Magazine vol 9 no 5 p 80-88 sep 2000 CHANNIN DS Integrating the healthcare enterprise a primer - part 2 Seven brides for seven brothers the IHE integration profile Radiographics vol 21 p 1343-1350 2001 CHANNIN DS SIEGEL EL CARR C Integrating the healthcare enterprise a primer - part 5 the future of IHE Radiographics vol 21 p 1605-1608 2002 CHARRUA DICOM Tookit Disponiacutevel em lthttpwwwcharruasoftcomgt Acesso em 3 mar 2010 CONQUEST Conquest DICOM Software Disponiacutevel em lthttpwwwxs4allnl~ingenium dicomhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 DCMTK Dcmtk Toolkit Disponiacutevel em lthttpdicomoffisdedcmtkphpengt Acesso em 10 mar 2010 DCM4CHE Dcm4che Toolkit Disponiacutevel em lthttpwwwdcm4cheorggt Acesso em 10 mar 2010

63

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64

TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

23

regulamentaccedilatildeo utilizam o DICOM como base para o padratildeo compatiacutevel MEDICOM

(BJERDE 1995) daquele continente Organizaccedilotildees do Japatildeo tambeacutem adotaram partes do

padratildeo para atender suas necessidades Devido a seu impacto mundial o DICOM agora eacute

mantido e atualizado por um comitecirc multidisciplinar internacional

211 Classes de objetos

O DICOM eacute um padratildeo orientado a objetos que abstrai objetos do mundo real

Conceitualmente todo objeto pertence a uma determinada classe de objetos No padratildeo

DICOM uma classe de objeto consiste de objetos normalizados e objetos compostos Classes

de objetos de informaccedilatildeo normalizados incluem atributos inerentes ao mundo real

Considerando duas classes de objeto como por exemplo Estudo e Paciente pode-se afirmar

que a data do estudo e a hora de geraccedilatildeo da imagem satildeo atributos da classe Estudo pois estatildeo

presentes sempre que um estudo eacute realizado Por outro lado o nome do paciente natildeo pertence

agrave classe Estudo pois eacute uma informaccedilatildeo pertinente ao paciente e portanto atribuiacutedo agrave classe

Paciente

O uso de classes de objetos de informaccedilatildeo pode identificar de forma mais precisa e

sem ambiguidade objetos encontrados em equipamentos e aplicaccedilotildees de diagnoacutestico por

imagem No entanto pode ser vantajoso em alguns casos combinar objetos normalizados para

formar classes de objetos compostos Por exemplo o objeto de informaccedilatildeo de uma radiografia

computadorizada eacute considerado composto pois possui atributos da classe do Estudo (data e

hora da imagem) e da classe do Paciente (nome do paciente) como mostra a Tabela 1

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

BAKER JA Computer-aided detection (CAD) in screening mammography sensitivity of comercial system in detecting architecture distortion AJR vol 48 p 181-183 2003 BJERDE KW IPI MEDICOM and DICOM relations and possible future International Journal of Cardiac Imaging v11 (suppl3) p 165-170 1995 BURHENNE LW Potencial contribution for computer-aided detection to the sensitivity of screening mammography Radiology vol 62 p 215-554 2000 BYERS T BARRERA E FONTHAM ET et al A midpoint assessment of the American Cancer Society challenge goal to halve the US Cancer mortality rates between the years 1990 and 2015 Cancer vol 107 p 396-405 2006 CAO X HUANG HK Current status and future advances of digital radiography and PACS Engineering in Medicine and Biology Magazine vol 9 no 5 p 80-88 sep 2000 CHANNIN DS Integrating the healthcare enterprise a primer - part 2 Seven brides for seven brothers the IHE integration profile Radiographics vol 21 p 1343-1350 2001 CHANNIN DS SIEGEL EL CARR C Integrating the healthcare enterprise a primer - part 5 the future of IHE Radiographics vol 21 p 1605-1608 2002 CHARRUA DICOM Tookit Disponiacutevel em lthttpwwwcharruasoftcomgt Acesso em 3 mar 2010 CONQUEST Conquest DICOM Software Disponiacutevel em lthttpwwwxs4allnl~ingenium dicomhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 DCMTK Dcmtk Toolkit Disponiacutevel em lthttpdicomoffisdedcmtkphpengt Acesso em 10 mar 2010 DCM4CHE Dcm4che Toolkit Disponiacutevel em lthttpwwwdcm4cheorggt Acesso em 10 mar 2010

63

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64

TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

24

Tabela 1 ndash Classes de objetos de informaccedilatildeo DICOM

Normalizado Composto

Paciente Radiografia computadorizada

Estudo Tomografia computadorizada

Resultados Imagem de filme digitalizado

Fonte de armazenamento Imagem digital de subtraccedilatildeo

Anotaccedilotildees da imagem Imagem de ressonacircncia magneacutetica

Imagem de medicina nuclear

Imagem de ultrassom

Graacuteficos Curvas

212 Serviccedilos

Serviccedilos DICOM satildeo utilizados para a comunicaccedilatildeo de objetos de informaccedilatildeo dentro

de um dispositivo e para que dispositivos possam executar serviccedilos para um determinado

objeto como por exemplo armazenar ou mostrar esse objeto Um serviccedilo geralmente eacute

construiacutedo sobre uma seacuterie de Elementos de Serviccedilo de Mensagem (DICOM Message

Services Elements - DIMSEs) Existem dois tipos de DIMSEs um para objetos normalizados

(mais especiacutefico) e outro para objetos compostos (mais geral) conforme mostram as Tabelas

2 e 3 Esses elementos satildeo programas de computador especialmente escritos para executar

funccedilotildees especiacuteficas De modo geral um dispositivo lanccedila um comando de solicitaccedilatildeo e o

receptor responde com um comando de aceitaccedilatildeo

Um serviccedilo tambeacutem eacute conhecido como Classe de Serviccedilo por causa da natureza

orientada a objetos do seu modelo de informaccedilatildeo Dessa maneira se um dispositivo oferece

um serviccedilo entatildeo ele pertence a uma Classe Provedora de Serviccedilos (Service Class Provider -

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

BAKER JA Computer-aided detection (CAD) in screening mammography sensitivity of comercial system in detecting architecture distortion AJR vol 48 p 181-183 2003 BJERDE KW IPI MEDICOM and DICOM relations and possible future International Journal of Cardiac Imaging v11 (suppl3) p 165-170 1995 BURHENNE LW Potencial contribution for computer-aided detection to the sensitivity of screening mammography Radiology vol 62 p 215-554 2000 BYERS T BARRERA E FONTHAM ET et al A midpoint assessment of the American Cancer Society challenge goal to halve the US Cancer mortality rates between the years 1990 and 2015 Cancer vol 107 p 396-405 2006 CAO X HUANG HK Current status and future advances of digital radiography and PACS Engineering in Medicine and Biology Magazine vol 9 no 5 p 80-88 sep 2000 CHANNIN DS Integrating the healthcare enterprise a primer - part 2 Seven brides for seven brothers the IHE integration profile Radiographics vol 21 p 1343-1350 2001 CHANNIN DS SIEGEL EL CARR C Integrating the healthcare enterprise a primer - part 5 the future of IHE Radiographics vol 21 p 1605-1608 2002 CHARRUA DICOM Tookit Disponiacutevel em lthttpwwwcharruasoftcomgt Acesso em 3 mar 2010 CONQUEST Conquest DICOM Software Disponiacutevel em lthttpwwwxs4allnl~ingenium dicomhtmlgt Acesso em 11 mar 2010 DCMTK Dcmtk Toolkit Disponiacutevel em lthttpdicomoffisdedcmtkphpengt Acesso em 10 mar 2010 DCM4CHE Dcm4che Toolkit Disponiacutevel em lthttpwwwdcm4cheorggt Acesso em 10 mar 2010

63

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64

TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

25

SCP) Caso ele apenas utilize um serviccedilo entatildeo eacute considerado um Usuaacuterio de Serviccedilos

(Service Class User - SCU) Por exemplo uma unidade gravadora de discos Blu-ray em um

servidor PACS assume o papel de um SCP para o servidor armazenar imagens Por outro

lado um scanner de CT assume o papel de SCU ao solicitar que imagens sejam armazenadas

no servidor PACS Dependendo do caso um dispositivo pode atuar tanto como SCP SCU ou

ambos

Tabela 2 ndash DIMSEs normalizados

Comando Funccedilatildeo

N-Event-Report Notificaccedilatildeo de evento para um objeto

N-Get Recuperaccedilatildeo do valor de um atributo de um objeto

N-Set Especificaccedilatildeo do valor de um atributo para um objeto

N-Action Especificaccedilatildeo de accedilatildeo para um objeto

N-Create Criaccedilatildeo de um objeto

N-Delete Exclusatildeo de um objeto

Tabela 3 ndash DIMSEs compostos

Comando Funccedilatildeo

C-Echo Verificaccedilatildeo da conexatildeo

C-Store Transmissatildeo da instacircncia de um objeto

C-Find Consulta informaccedilotildees da instacircncia de um objeto

C-Get Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto para a entidade solicitante

C-Move Transmissatildeo (servidor-cliente) da instacircncia de um objeto Nem sempre o receptor seraacute a mesma entidade que solicitou a transmissatildeo

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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64

TANENBAUM AS Redes de computadores Campus ed 4 p 955 2003 WILEY G The prophet motive how PACS was developed and sold Imaging economics Disponiacutevel em lthttpwwwimagingeconomicscomissuesarticles2005-05_01aspgt Acesso em 14 mai 2005 YOSHIDA H NAPPI J MACENEANEY P RUBIN D DACHMAN AH Computer-aided diagnosis scheme for the detection of polyps at CT colonography Radiographics vol 22 p 963-979 2002 ZHOU ZL BRENT JL ANH H CAD-PACS integration toolkit based on DICOM secondary capture structured report and IHE workflow profiles Computerized Medical Imaging and Graphics vol 31 p 346-352 2007

26

213 Comunicaccedilatildeo

O padratildeo DICOM utiliza padrotildees jaacute existentes de comunicaccedilatildeo em rede baseados no

de Modelo de Referecircncia para a Interconexatildeo de Sistemas Abertos (Open Systems

Interconnection Reference Model - OSI) para transmissatildeo de informaccedilotildees e imagens meacutedicas

O modelo OSI consiste de sete camadas onde a camada mais alta compotildee as interfaces de

aplicaccedilatildeo com o usuaacuterio e a camada mais baixa consiste no meio fiacutesico (fios e cabos) pelo

qual a informaccedilatildeo eacute enviada e recebida (TANENBAUM 2003) Quando objetos com

informaccedilatildeo ou imagens meacutedicas satildeo enviados entre camadas de um mesmo dispositivo esse

processo eacute chamado de serviccedilo Por outro lado quando objetos satildeo enviados entre dois

dispositivos diferentes tal processo eacute considerado um protocolo Dessa maneira quando um

processo caracteriza um protocolo diz-se no padratildeo DICOM que os dois dispositivos

estabeleceram uma associaccedilatildeo A Figura 1 ilustra a transmissatildeo de imagens de CT de um

scanner para uma WS

Figura 1 Envio de uma seacuterie de imagens de tomografia computadorizada de um scanner para uma WS a) O scanner codifica todas as imagens em um objeto DICOM b) O scanner invoca uma seacuterie de serviccedilos para mover o objeto ateacute a camada fiacutesica do modelo OSI c) A WS utiliza uma seacuterie de serviccedilos para receber o objeto atraveacutes da camada fiacutesica e depois move-lo para camadas de maior niacutevel d) A WS decodifica e apresenta a imagem do objeto DICOM

27

214 Utilizaccedilatildeo de serviccedilos DICOM

Para usuaacuterios finais as funcionalidades DICOM mais esperadas para a rotina diaacuteria

satildeo serviccedilos eficientes para enviar receber consultar e recuperar imagens A Figura 2

apresenta os passos envolvidos no envio de muacuteltiplas imagens de um exame de CT para um

determinado servidor PACS Nesse exemplo cada imagem eacute transmitida do scanner para o

servidor utilizando o serviccedilo DICOM C-Store onde o scanner assume o papel de SCU e o

servidor o papel de SCP

Figura 2 Envio de muacuteltiplas imagens de um SCU para um SCP 0) Scanner e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) Scanner (SCU) solicita um serviccedilo C-Store ao servidor (SCP) 2) Servidor recebe solicitaccedilatildeo do scanner e envia resposta de aceitaccedilatildeo agrave solicitaccedilatildeo do serviccedilo 3) Scanner envia pacote de dados referente agrave primeira imagem ao servidor 4) Servidor executa serviccedilo C-Store solicitado armazenando o pacote 5) Quando o serviccedilo eacute terminado o servidor envia uma resposta de confirmaccedilatildeo para o scanner 6) Apoacutes receber a confirmaccedilatildeo da execuccedilatildeo do serviccedilo o scanner envia o proacuteximo pacote de dados da imagem

28

para o servidor 7) Os passos 4 5 e 6 se repetem ateacute que todos os pacotes de dados da primeira imagem sejam transmitidos 8) O scanner solicita um segundo serviccedilo C-Store ao servidor para transmitir a segunda imagem Os passos de 1 ateacute 7 se repetem ateacute que todas as imagens do estudo sejam transmitidas 9) O scanner e o servidor invocam comandos DICOM para se desconectarem Figura 3 Operaccedilatildeo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens 0) WS e servidor estabelecem uma associaccedilatildeo 1) WS solicita serviccedilo C-Find ao servidor 2) Servidor recebe a solicitaccedilatildeo da WS (2a) executa o serviccedilo C-Find (2b) e depois envia os resultados para a WS (2c) 3) WS recebe resposta do servidor com resultados da consulta 4) Usuaacuterio da WS escolhe imagens desejadas para recuperaccedilatildeo e solicita serviccedilo C-Move ao servidor 5) Servidor recebe solicitaccedilatildeo de serviccedilo C-Move (5a) e prepara serviccedilo C-Store SCU (5b) 6) Serviccedilo C-Store SCU do servidor recupera imagens do banco de dados 7) Servidor solicita serviccedilo C-Store agrave WS (C-Store SCP) 8) WS recebe solicitaccedilatildeo C-Store do servidor e inicia processo de armazenamento das imagens 9) Apoacutes a WS receber e armazenar os dados da uacuteltima imagem as duas entidades terminam a associaccedilatildeo

29

O processo de envio e recebimento utilizando C-Store eacute considerado relativamente

simples comparado ao serviccedilo de consulta e recuperaccedilatildeo de imagens (Query and Retrieve ndash

QR) A Figura 3 ilustra um exemplo mais complexo onde uma WS efetua consultas no

servidor para recuperar exames Eacute um serviccedilo composto que envolve o trabalho de trecircs

DIMSEs C-Find C-Move e C-Store Nesse caso especiacutefico como a WS necessita consultar e

depois armazenar os exames recuperados ela assume respectivamente o papel de QR SCU e

C-Store SCP Por outro lado o servidor assume o papel de QR SCP e C-Store SCU

22 SISTEMAS DE COMUNICACcedilAtildeO E ARQUIVAMENTO DE IMAGENS ndash PACS

No ambiente de geraccedilatildeo e anaacutelise de imagens em hospitais e cliacutenicas a transmissatildeo o

gerenciamento e o armazenamento dessas imagens meacutedicas satildeo realizados por sistemas de

comunicaccedilatildeo e arquivamento de imagens (Picture Archiving and Communication System ndash

PACS) que revolucionaram a praacutetica da radiologia e da medicina em geral O conceito de

PACS foi introduzido pela primeira vez em meados de 1980 apoacutes uma seacuterie de estudos

relacionados ao diagnoacutestico por imagem digital ser apresentada em vaacuterias conferecircncias e

universidades norte-americanas (WILEY 2005) Todo sistema PACS deve ser compatiacutevel

com o padratildeo DICOM devido agrave sua natureza de aplicaccedilatildeo Eacute composto por equipamentos e

sistemas voltados para aquisiccedilatildeo arquivamento e apresentaccedilatildeo de dados e imagens meacutedicas

(HUANG 2004) Cada componente eacute devidamente integrado atraveacutes de redes de

computadores e aplicaccedilotildees de software A Figura 4 apresenta os componentes baacutesicos e o

fluxo de dados de um PACS

30

Figura 4 Componentes baacutesicos e fluxo de dados de um PACS Nota-se que o PACS sintetiza a integraccedilatildeo de vaacuterios sistemas passando pelo sistema de informaccedilatildeo hospitalar aquisiccedilatildeo arquivamento e visualizaccedilatildeo de imagens Servidores de aplicaccedilatildeo acoplados ao PACS expandem a estrutura para pesquisa educaccedilatildeo e outras aplicaccedilotildees cliacutenicas

221 Aquisiccedilatildeo de imagens

A aquisiccedilatildeo de dados e imagens eacute fundamental pois eacute um componente indispensaacutevel

para a existecircncia de um PACS Muitas vezes ela foi considerada um trabalho complexo no

que diz respeito agrave comunicaccedilatildeo com o PACS Existem vaacuterios fabricantes de equipamentos

para aquisiccedilatildeo e muitos deles natildeo eram compatiacuteveis com o padratildeo DICOM exigindo trabalho

redobrado para transformar os dados adquiridos em objetos DICOM vaacutelidos para

armazenamento no PACS Entretanto a cada ano surgem dispositivos cada vez mais

modernos como por exemplo a tomografia computadorizada de alta definiccedilatildeo (High

Resolution Computed Tomography ndash HRCT) Sabe-se que o equipamento Discovery CT750

HD da multinacional GE alia alta definiccedilatildeo a baixa dosagem de radiaccedilatildeo Tal tecnologia

31

possui um detector chamado Gemstone capaz de fornecer imagens ateacute 100 vezes mais raacutepido

com ateacute 33 mais detalhes para exames de corpo inteiro e ateacute 47 para exames cardiacuteacos E

ainda essa tecnologia reduz em 50 as doses de radiaccedilatildeo se comparado a sistemas anteriores

(DUO 2009)

Figura 5 Esquema que apresenta um sistema de aquisiccedilatildeo de imagens (equipamento radioloacutegico) acoplado a um computador que atua como canal de comunicaccedilatildeo com o PACS

Esses equipamentos de diagnoacutestico por imagem mais avanccedilados possuem acoplado um

computador que aleacutem de armazenar as imagens adquiridas funciona como um canal de

comunicaccedilatildeo (gateway) com o PACS como mostra a Figura 5 Eles executam trecircs tarefas

primaacuterias adquire a imagem atraveacutes do equipamento radioloacutegico converte os dados para um

formato padratildeo compatiacutevel com o PACS (padratildeo DICOM) e enfim encaminha o estudo que

conteacutem a imagem para o servidor PACS ou estaccedilotildees de trabalho

32

222 Controlador PACS e servidor de arquivamento de imagens

O servidor eacute a peccedila fundamental de uma arquitetura PACS Ele consiste de dois

componentes principais o controlador PACS e o servidor de arquivamento de imagens O

primeiro consiste de equipamentos de hardware e aplicaccedilotildees de software que controlam a

comunicaccedilatildeo e todo fluxo de dados no PACS O segundo eacute responsaacutevel pelo armazenamento

seguranccedila e integridade dos dados das imagens recebidas pelo PACS

Em termos de hardware o servidor de arquivamento de imagens pode ser considerado

um datacenter composto de computadores de alto desempenho dispositivos de

armazenamento e conexotildees de rede ultra raacutepidas Os principais dispositivos para

armazenamento em um PACS incluem discos magneacuteticos (Hard Disk ndash HD) conjunto de

discos independentes (Reduntant Array of Inexpensive Disks ndash RAID) fitas magneacuteticas

(Digital Linear Tape ndash DLT) aleacutem de CDs e DVDs Devido agrave grande velocidade de acesso e

confiabilidade geralmente sistemas PACS utilizam RAID para armazenamento de dados que

natildeo necessitam estar disponiacuteveis por um longo periacuteodo de tempo Por outro lado fitas

magneacuteticas satildeo comuns quando o armazenamento eacute permanente ou deve ser mantido por

muitos anos A Figura 6 apresenta uma possiacutevel configuraccedilatildeo para o servidor de

arquivamento de imagens

O software implementado no servidor de arquivamento deve ser compatiacutevel com o

padratildeo DICOM pois eacute atraveacutes dele que o servidor recebe exames grava informaccedilotildees do

paciente no banco de dados e armazena as imagens em discos ou fitas magneacuteticas O servidor

deve suportar tambeacutem serviccedilos QR assim como serviccedilos independentes para C-Store C-Find

e C-Move para comunicaccedilatildeo com diferentes estaccedilotildees de trabalho

33

Figura 6 A configuraccedilatildeo de um sistema de arquivamento e de uma rede PACS Uma biblioteca DLT eacute utilizada para armazenamento permanente nesse exemplo O servidor de arquivamento estaacute conectado agrave DLT e a um par espelhado de servidores de banco de dados Informaccedilotildees de pacientes e estudos satildeo armazenadas no banco de dados as imagens satildeo armazenadas na DLT Uma rede Ethernet local conecta todos os componentes PACS e um Switch de alta velocidade conecta o servidor de arquivamento a estaccedilotildees de trabalho para visualizaccedilatildeo Tambeacutem o servidor de arquivamento estaacute conectado a sistemas remotos como por exemplo sistemas HIS e RIS

223 Apresentaccedilatildeo de imagens

Sabe-se que a radiografia eacute a primeira modalidade de exame por imagem que se tem

notiacutecia Mesmo depois de deacutecadas de evoluccedilatildeo tecnoloacutegica ela ainda permanece ativa

respondendo por aproximadamente 70 do volume de estudos em todo o mundo Ateacute meados

de 1980 a uacutenica forma de aquisiccedilatildeo de uma radiografia era atraveacutes de filme De forma

semelhante quando outras modalidades como ultrassom tomografia computadorizada e

ressonacircncia magneacutetica surgiram ainda era necessaacuterio imprimir as imagens em filme para

visualizaccedilatildeo Com o surgimento do PACS percebeu-se a necessidade da utilizaccedilatildeo de

34

monitores acoplados a computadores para visualizaccedilatildeo de imagens Os primeiros monitores

padratildeo CRT natildeo exprimiam a qualidade necessaacuteria comparada agrave de um filme radioloacutegico

portanto os fabricantes tiveram de produzir monitores especiacuteficos para a aacuterea meacutedica com

foacutesforos especiais para atingir niacuteveis maiores de luminacircncia e menor distorccedilatildeo espacial Mais

tarde os monitores LCD foram adotados devido ao seu baixo custo durabilidade e qualidade

de exibiccedilatildeo de imagens coloridas As primeiras estaccedilotildees de trabalho (Workstations ndash WS)

PACS eram compostas por quatro monitores O nuacutemero de monitores estava diretamente

ligado ao costume dos radiologistas para visualizar imagens

Figura 7 Esquema tiacutepico de uma estaccedilatildeo de trabalho com dois monitores A estaccedilatildeo eacute composta por um computador uma placa de viacutedeo com capacidade para processamento de imagens dois monitores 1600x1280 cada disco magneacutetico e conexotildees de rede

Uma WS para visualizaccedilatildeo de imagens eacute composta basicamente de quatro

componentes de hardware um computador uma placa de viacutedeo monitores e dispositivos de

armazenamento O computador da estaccedilatildeo possui software instalado para se comunicar com o

PACS via rede e atraveacutes da placa de viacutedeo transforma os dados de imagem armazenados

35

para visualizaccedilatildeo nos monitores Dispositivos RAID satildeo utilizados para armazenamento A

Figura 7 apresenta a composiccedilatildeo de uma WS tiacutepica que conteacutem dois monitores

As estaccedilotildees de trabalho podem ser categorizadas em seis tipos diferentes de acordo

com sua aplicaccedilatildeo diagnoacutestica revisatildeo anaacutelise digitalizaccedilatildeo e impressatildeo ensino e estaccedilatildeo

desktop

bull WS diagnoacutestica eacute geralmente utilizada por radiologistas para determinar o diagnoacutestico

primaacuterio Utiliza monitores de maior resoluccedilatildeo e qualidade aleacutem de apresentar uma

interface amigaacutevel com funccedilotildees faacuteceis de usar

bull WS para revisatildeo eacute voltada para radiologistas e meacutedicos que desejam rever casos de

pacientes Tanto imagens quanto laudos devem ser apresentados nessa estaccedilatildeo

bull A anaacutelise de imagens eacute feita por uma WS especiacutefica onde eacute possiacutevel executar tarefas

computacionalmente pesadas tais como processar imagens extrair paracircmetros de

regiotildees de interesse (ROI) e renderizar volumes 3D de exames de CT ou MRI Nesse

caso necessita de processador e placa de viacutedeo de alto desempenho

bull WS para digitalizaccedilatildeo e impressatildeo eacute normalmente utilizada por teacutecnicos em radiologia

que necessitam digitalizar filmes para armazenamento em banco de dados de histoacuterico

Quando houver necessidade teacutecnicos tambeacutem efetuam a impressatildeo de imagens em

filme ou papel

bull Uma WS para ensino eacute utilizada para ensino interativo da estaccedilatildeo Ela simula a

utilizaccedilatildeo do sistema de visualizaccedilatildeo acelerando o aprendizado

bull A estaccedilatildeo desktop eacute utilizada por meacutedicos pesquisadores ou professores que

necessitam de informaccedilotildees armazenadas no PACS para criar slides para aulas ou

palestras

36

Vale ressaltar que uma WS pode desempenhar mais de uma ou todas as categorias

citadas dependendo dos seus recursos de hardware e de sua capacidade de processamento

Em alguns casos devido ao atual estaacutegio da tecnologia da informaccedilatildeo os computadores

pessoais podem ser utilizados como WS em um sistema de comunicaccedilatildeo integrado ao PACS

23 IHE ndash INTEGRATING THE HEALTHCARE ENTERPRISE

Mesmo com a adoccedilatildeo dos vaacuterios sistemas de informaccedilatildeo heterogecircneos para o

ambiente hospitalar ainda existe a necessidade de um consenso de como realizar a integraccedilatildeo

entre essas diversas soluccedilotildees Pensando nessa questatildeo por volta de 1998 a RSNA

(Radiological Society of North America) e a HIMSS (Healthcare Information and

Management System Society) iniciaram a construccedilatildeo do modelo IHE (Integrating the

Healthcare Enterprise) Trata-se de um modelo de informaccedilatildeo de alto niacutevel desenvolvido para

orientar na utilizaccedilatildeo e adaptaccedilatildeo dos padrotildees DICOM e HL7 O padratildeo HL7 (Health Level

Seven) foi estabelecido em marccedilo de 1987 Ele foi organizado para desenvolver meacutetodos

voltados para a troca de informaccedilatildeo digital entre ambientes meacutedicos particularmente no que

diz respeito a programas de computador hospitalares Seu principal objetivo eacute simplificar a

interface entre aplicaccedilotildees de vaacuterios fabricantes O HL7 enfatiza o formato de dados

protocolos e certos elementos textuais chave para a troca de informaccedilatildeo entre sistemas como

HIS RIS e PACS (HUANG 2004)

As diretrizes propostas pelo IHE definem um modelo de informaccedilatildeo comum entre os

padrotildees DICOM e HL7 para completar tarefas definidas para transaccedilotildees cliacutenicas e

radioloacutegicas Segundo Huang (2004) existem trecircs conceitos principais no modelo IHE

37

bull Modelo de dados o modelo de dados eacute adaptado dos padrotildees DICOM e HL7 e

apresenta o relacionamento entre as informaccedilotildees chave como por exemplo paciente

visita pedido e estudo

bull Ator um ator eacute aquele que troca mensagens com outros atores para concluir tarefas ou

transaccedilotildees especiacuteficas Um ator natildeo necessariamente uma pessoa eacute definido em

termos geneacutericos como um produto neutro dentro de um ambiente hospitalar ou

empresarial

bull Perfis de integraccedilatildeo um perfil de integraccedilatildeo eacute a organizaccedilatildeo de funccedilotildees que inclui

atores e transaccedilotildees requeridos para resolver uma tarefa ou necessidade cliacutenica em

particular Como exemplo pode-se citar o perfil ldquoFluxo de trabalho programadordquo

(Radiology Scheduled Workflow ndash SWF) que incorpora todos os passos e processos de

um tiacutepico agendamento de pacientes que vai desde o registro do paciente exame

aquisiccedilatildeo de imagens ateacute a visualizaccedilatildeo e laudo e o perfil ldquoFluxo de poacutes-

processamentordquo (Post-Processing Workflow ndash PWF) que complementa o perfil

anterior mais especificamente atua como uma extensatildeo do passo de aquisiccedilatildeo de

imagens fornecendo meios de gerenciar tarefas de poacutes-processamento tais como

controle de qualidade reconstruccedilatildeo 3D e diagnoacutestico auxiliado por computador

(CAD) conforme mostram as Figuras 8 e 9

Os perfis de integraccedilatildeo IHE satildeo extremamente importantes para fabricantes de

equipamentos meacutedicos e desenvolvedores de sistemas para a aacuterea hospitalar principalmente

para a radiologia pois orienta e incentiva a implementaccedilatildeo de meacutetodos de integraccedilatildeo

padronizados entre as soluccedilotildees que seus produtos oferecem (CHANNIN 2001) A versatildeo do

documento teacutecnico IHE mais recente para a aacuterea de radiologia eacute de 2008 e contempla

dezessete perfis (IHE 2010)

bull Fluxo de trabalho programado (SWF)

38

Figura 8 Perfil IHE Fluxo de Trabalho Programado (Radiology Scheduled Workflow ndash SWF)

Figura 9 Perfil IHE Fluxo de poacutes-processamento (Post-Processing Workflow ndash PWF)

39

bull Reconciliaccedilatildeo de informaccedilatildeo do paciente (PIR)

bull Apresentaccedilatildeo consistente de imagens (CPI)

bull Apresentaccedilatildeo de procedimentos agrupados (PGP)

bull Acesso a informaccedilotildees de radiologia (ARI)

bull Anotaccedilatildeo de imagem chave (KIN)

bull Relatoacuterio numeacuterico e imagem simples (SINR)

bull Custo de postagem (CHG)

bull Fluxo de poacutes-processamento (PWF)

bull Fluxo de relatoacuterio (RWF)

bull Documentos de evidecircncia (ED)

bull Dados portateis para imagem diagnoacutestica (PDI)

bull Imagem de medicina nuclear

bull Compartilhamento de documentos entre centros de sauacutede para imagem diagnoacutestica

(XDS-I)

bull Imagem de mamografia

bull Importaccedilatildeo de fluxo de reconciliaccedilatildeo (IRWF)

bull Arquivo de ensino e exportaccedilatildeo de estudos meacutedicos (TCE)

Sabe-se que integrando os sistemas RIS e PACS conforme as orientaccedilotildees do IHE eacute

possiacutevel reduzir significativamente a quantidade de processos e pessoas envolvidas no fluxo

de trabalho de um departamento de radiologia A otimizaccedilatildeo pode chegar a mais de dez

processos a partir do momento que existe um ambiente digital integrado (CHANNIN

SIEGEL e CARR 2002)

40

24 DIAGNOacuteSTICO AUXILIADO POR COMPUTADOR ndash CAD

Diagnoacutestico auxiliado por computador (Computer-Aided Diagnosis ndash CAD) pode ser

definido como um diagnoacutestico feito por um radiologista que utiliza o resultado de anaacutelises

quantitativas automatizadas de imagens radiograacuteficas como uma segunda opiniatildeo para a

tomada de decisotildees diagnoacutesticas Vale ressaltar que o computador eacute utilizado apenas como

ferramenta para fornecer informaccedilatildeo adicional sendo o diagnoacutestico final sempre realizado

pelo radiologista Portanto o diagnoacutestico auxiliado por computador eacute diferente do conceito

baacutesico de diagnoacutestico automatizado que foi um conceito proposto e estudado nas deacutecadas de

60 e 70 A finalidade do CAD eacute melhorar a precisatildeo do diagnoacutestico bem como a consistecircncia

da interpretaccedilatildeo da imagem radioloacutegica mediante o uso da resposta do computador como

referecircncia Basicamente existem dois tipos de aplicaccedilotildees de sistemas CAD O primeiro

consiste no auxiacutelio agrave detecccedilatildeo de lesotildees Atraveacutes da varredura da imagem pelo computador ele

localiza padrotildees considerados anormais como por exemplo agrupamentos de

microcalcificaccedilotildees em imagens mamograacuteficas ou noacutedulos pulmonares em imagens de toacuterax

O segundo consiste no auxiacutelio ao diagnoacutestico Pela quantificaccedilatildeo de caracteriacutesticas da imagem

e sua classificaccedilatildeo o sistema identifica padrotildees normais ou anormais como por exemplo a

associaccedilatildeo da quantidade e forma das microcalcificaccedilotildees presentes em um agrupamento com

a malignidade ou natildeo do tumor ou a associaccedilatildeo da textura dos pulmotildees com lesotildees

intersticiais em imagens de toacuterax (DOI 2007)

Em geral os sistemas CAD utilizam-se de teacutecnicas provenientes de duas aacutereas do

conhecimento visatildeo computacional que envolve o processamento de imagens segmentaccedilatildeo

e extraccedilatildeo de atributos e inteligecircncia artificial que inclui meacutetodos para seleccedilatildeo de atributos e

reconhecimento de padrotildees (GONZALES e WINTZ 1987) CAD agrega uma base conceitual

41

ampla e geneacuterica e pode ser aplicada a todas as modalidades de obtenccedilatildeo de imagem

incluindo radiografia convencional tomografia computadorizada ressonacircncia magneacutetica

ultra-sonografia e medicina nuclear Pode-se tambeacutem desenvolver esquemas de CAD para

todos os tipos de exame de todas as partes do corpo como cracircnio toacuterax abdome osso e

sistema vascular entre outros Poreacutem atualmente os principais objetos de pesquisa para o

desenvolvimento de sistemas CAD incluem imagens de toacuterax mamografias e intestino

(YOSHIDA et al 2002) Nota-se que a detecccedilatildeo de cacircncer de mama pulmatildeo e intestino

atraveacutes de CAD vem sendo avaliada pois satildeo lesotildees difiacuteceis de encontrar e demandam muito

tempo dos radiologistas Inclusive sistemas comerciais para detecccedilatildeo desses tipos de cacircncer

jaacute estatildeo disponiacuteveis para uso cliacutenico (BYERS et al 2006)

Eacute provaacutevel que no futuro aplicaccedilotildees CAD sejam incluiacutedas junto com outros softwares

para processamento de imagens em estaccedilotildees de trabalho que manipulam modalidades tais

como mamografia digital tomografia computadorizada e ressonacircncia magneacutetica Da mesma

forma muitos outros projetos de CAD devem ser utilizados como pacotes de software

implementados como parte integrante do PACS Assim os radiologistas poderatildeo usar esses

pacotes na estaccedilatildeo de trabalho de duas formas primeiro para realizar a leitura das imagens

sem o auxiacutelio da maacutequina e segundo solicitar ao computador o resultado do processamento

CAD como ajuda para a tomada de decisatildeo Uma outra importante aplicaccedilatildeo seria a pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens similares no PACS atraveacutes da teacutecnica conhecida como Recuperaccedilatildeo

de Imagens Baseada em Conteuacutedo (Content Based Image Retrieval ndash CBIR) Estudos recentes

apontam que a similaridade de noacutedulos de pulmatildeo em exames de CT e lesotildees em

mamografias podem ser quantificadas atraveacutes do uso de redes neurais artificiais treinadas com

caracteriacutesticas referentes aos exames em questatildeo e com informaccedilotildees subjetivas dadas por um

grupo de radiologistas (DOI 2007) Entretanto pouco esforccedilo foi tomado no sentido de se

42

integrar CAD a sistemas PACS onde CAD geralmente eacute ou pretende ser utilizado Portanto

CAD permanece sendo uma uacutenica e isolada estaccedilatildeo de trabalho

43

3 MATERIAIS E MEacuteTODOS

O framework para integraccedilatildeo entre sistemas CAD e PACS objeto deste estudo foi

desenvolvido no Centro de Ciecircncias das Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das

Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de Ribeiratildeo Preto (HCFMRP) ndash USP Para validar o

experimento um ambiente de testes foi construiacutedo utilizando um sistema CAD desenvolvido

no CCIFM para classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo em exames de tomografia

computadorizada de alta resoluccedilatildeo (HRCT) de toacuterax o sistema Conquest como servidor

PACS e o software K-PACS como cliente DICOM para visualizaccedilatildeo de imagens na estaccedilatildeo de

trabalho do meacutedico Os equipamentos foram conectados em rede local (LAN) de 100Mbits

Figura 10 Interface do servidor Conquest para gerenciamento de imagens meacutedicas O menu agrave direita apresenta as diversas funcionalidades fornecidas pelo servidor dentre elas pode-se destacar funccedilotildees para visualizaccedilatildeo do cabeccedilalho DICOM envio de imagens para outros SCPs e anonimizaccedilatildeo de seacuteries e estudos

44

Conquest eacute um servidor compatiacutevel com o padratildeo DICOM e foi desenvolvido baseado

no coacutedigo de domiacutenio puacuteblico UCDMC DICOM criado por Mark Oskin quando esteve no

Centro Meacutedico da Universidade da Califoacuternia em Davis (Figura 10) O software do servidor

Conquest foi desenvolvido por Marcel van Herk and Lambert Zijp no Instituto de Cacircncer da

Holanda que tambeacutem decidiram estender o sistema para o domiacutenio puacuteblico (CONQUEST

2010) O Conquest eacute extensivamente utilizado no HCFMRP para o gerenciamento de diversas

modalidades de imagens meacutedicas

Figura 11 Interface para consulta e recuperaccedilatildeo de imagens do K-PACS Eacute possiacutevel requisitar informaccedilotildees de pacientes de qualquer servidor PACS configurado aleacutem de importar transferir exportar e gravar exames de imagem em CD ou DVD

45

Figura 12 Interface do moacutedulo de visualizaccedilatildeo de imagens do K-PACS O painel inferior apresenta vaacuterias ferramentas para manipulaccedilatildeo de imagens Dentre elas pode-se destacar o recurso de janelamento zoompan e o efeito de lupa

K-PACS eacute uma aplicaccedilatildeo de uso geral para visualizaccedilatildeo de imagens meacutedicas (Figura

11) Foi construiacuteda com software livre e fornece diversas ferramentas para manipulaccedilatildeo de

imagens O software tambeacutem implementa as mais importantes classes serviccedilos DICOM tais

como C-Store SCP para armazenamento local de exames pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

(QR) e envio de imagens (K-PACS 2010) Os serviccedilos de comunicaccedilatildeo em rede encontrados

no K-PACS foram implementados utilizando o Charrua DICOM toolkit (CHARRUA 2010)

Alguns moacutedulos fazem uso da biblioteca DCMTK da Universidade de Oldenburg Alemanha

(DCMTK 2010) O moacutedulo de visualizaccedilatildeo eacute baseado no excelente plugin ezDICOMax

ActiveX (EZDICOM 2010) conforme mostra a Figura 12 Assim como o Conquest o K-

PACS eacute largamente utilizado no HCFMRP

46

31 ARQUITETURA E IMPLEMENTACcedilAtildeO DO MODELO DE INTEGRACcedilAtildeO

O framework do modelo de integraccedilatildeo eacute composto por uma seacuterie de pacotes de

software escritos na linguagem Java de programaccedilatildeo com o objetivo de realizar a integraccedilatildeo

entre os sistemas CAD e PACS O framework tambeacutem faz uso extensivo da biblioteca

dcm4che 2 toolkit uma implementaccedilatildeo do padratildeo DICOM em Java de alta performance e de

coacutedigo aberto (DCM4CHE 2010) A partir desses pacotes foi concebido um software cliente

denominado Client-CAD que atua como uma entidade intermediaacuteria entre o PACS e o CAD

A integraccedilatildeo entre as duas aplicaccedilotildees eacute realizada atraveacutes do protocolo de comunicaccedilatildeo

DICOM O modelo inclui ainda a implementaccedilatildeo de um componente de software denominado

i-cad utilizado especialmente para alterar o nuacutemero de seacuterie de imagens DICOM (ZHOU et

al 2007) aleacutem de interfaces que permitem o acoplamento de moacutedulos especiacuteficos para o

processamento de outras modalidades de imagens meacutedicas como mostra a Figura 13

Figura 13 Esquema que apresenta a arquitetura do modelo de integraccedilatildeo e seus principais componentes As aplicaccedilotildees CAD se comunicam com o servidor PACS atraveacutes dos serviccedilos de comunicaccedilatildeo fornecidos pelo cliente Client-CAD

CAD-1

(CT)

Cliente

CAD-2

(MR)

Cliente

CAD-3

(NM)

Cliente

CBIR

Cliente

Servidor PACS

Estaccedilatildeo (WS) HIS RIS hellipServidor HTTP

47

No ambiente construiacutedo para o experimento um sistema CAD para classificaccedilatildeo de

lesotildees intersticiais de pulmatildeo foi instalado e executado em um computador individual

permanecendo em pleno funcionamento com seu proacuteprio recurso de hardware e software Para

que o CAD possa estabelecer uma conexatildeo com o PACS o software cliente Client-CAD foi

instalado nesse mesmo computador O cliente exerce um papel fundamental na integraccedilatildeo De

acordo com a terminologia DICOM ele pode atuar tanto como SCU ou SCP dependendo do

processo interno invocado

Uma vez ativado o software Client-CAD interage periodicamente com o servidor

PACS atraveacutes de comandos DICOM C-Find e C-Move O comando C-Find exprime uma

consulta baseada no cabeccedilalho DICOM podendo ou natildeo conter filtros para retornar resultados

mais especiacuteficos No caso do experimento o cliente foi configurado para consultar estudos de

modalidade CT (tomografia computadorizada) e regiatildeo anatocircmica CHEST (toacuterax) Dessa

forma quando o servidor PACS recebe um novo exame de HRCT de toacuterax o cliente solicita

ao PACS uma coacutepia desse exame atraveacutes de uma operaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de

imagens (QR) As imagens recuperadas satildeo entatildeo processadas uma de cada vez pelo pipeline

CAD

O pipeline CAD eacute composto de cinco passos preacute-processamento segmentaccedilatildeo

extraccedilatildeo de caracteriacutesticas classificaccedilatildeo e poacutes-processamento No preacute-processamento os

dados de imagem (pixels) satildeo extraiacutedos do arquivo DICOM No passo seguinte os pulmotildees

satildeo segmentados utilizando-se um algoritmo iterativo para limiarizaccedilatildeo de imagens

(PONCIANO da Silva 2009) e depois a imagem resultante eacute demarcada por regiotildees de

interesse (ROIs) de 20x20 pixels Durante o passo de classificaccedilatildeo cada ROI eacute definida como

pertencente a uma das sete classes de caracterizaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo

conhecidas Normal Vidro fosco Reticular Nodular Favo de mel Enfisematoso e

Consolidaccedilatildeo No passo de poacutes-processamento cada ROI recebe uma coloraccedilatildeo que identifica

48

sua classe de caracterizaccedilatildeo e um novo arquivo DICOM com o resultado do processamento eacute

gerado

Concluindo a integraccedilatildeo CAD-PACS o Client-CAD inclui o novo arquivo DICOM

em uma nova seacuterie de imagens atraveacutes do componente i-cad e o envia de volta para o servidor

PACS A Figura 14 apresenta o princiacutepio de funcionamento do Client-CAD

Figura 14 Princiacutepio de funcionamento do software Client-CAD criado utilizando o framework para integraccedilatildeo CAD-PACS Ilustra o funcionamento dos processos Receptor Robocirc e Transmissor responsaacuteveis pelo processamento e envio dos resultados de CAD para o PACS

O primeiro processo chamado de Receptor representa uma thread Java que

implementa o serviccedilo DICOM C-Store SCP Ele entra em accedilatildeo sempre que o Client-CAD

49

solicita uma coacutepia de um determinado exame armazenado no servidor PACS Para cada

imagem recebida o cliente invoca o processo Robocirc que inicia a execuccedilatildeo do pipeline CAD

O Robocirc foi programado para trabalhar de duas formas diferentes A primeira diz

respeito a soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel obter o coacutedigo fonte do programa

Nesse caso o Robocirc se utiliza de meacutetodos nativos fornecidos pela classe Java Robot A classe

Robot torna possiacutevel a utilizaccedilatildeo do CAD pelo proacuteprio computador pois ela simula entradas

de teclado movimentos e clique de mouse portanto eacute como se uma pessoa estivesse

utilizando o sistema quando na verdade essa pessoa eacute o proacuteprio Client-CAD A segunda

forma eacute voltada para soluccedilotildees CAD de coacutedigo aberto O framework do modelo de integraccedilatildeo

fornece uma classe especiacutefica para a implementaccedilatildeo eou chamada dos algoritmos de

processamento CAD

Uma vez que a execuccedilatildeo do pipeline CAD eacute finalizada o Robocirc armazena localmente a

imagem resultante do processamento e invoca o terceiro e uacuteltimo processo Trata-se do

processo Transmissor Nessa etapa o componente de software i-cad eacute utilizado para alterar o

nuacutemero de seacuterie da imagem processada Atraveacutes de um comando DICOM C-Store SCU o

Transmissor envia a imagem resultante para o servidor PACS fechando o ciclo de

funcionamento do Client-CAD O diagrama de classes da Figura 15 apresenta as principais

classes desenvolvidas para a implementaccedilatildeo do projeto

50

Figura 15 Diagrama de classes que inclui as principais classes envolvidas na integraccedilatildeo CAD-PACS Pode-se destacar a classe DicomQueryRetrieveSCUService responsaacutevel pela pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens a classe Robot que executa o processamento CAD e a classe DicomCStoreSCUService utilizada para enviar os resultados para o PACS

51

4 RESULTADOS

O software cliente Client-CAD foi desenvolvido para integrar a aplicaccedilatildeo CAD para

classificaccedilatildeo de lesotildees intersticiais de pulmatildeo desenvolvida no Centro de Ciecircncias das

Imagens e Fiacutesica Meacutedica (CCIFM) do Hospital das Cliacutenicas da Faculdade de Medicina de

Ribeiratildeo Preto (HCFMRP-USP) ao servidor PACS em produccedilatildeo nessa instituiccedilatildeo

O CAD foi instalado e ativado juntamente com o software Client-CAD em um

computador individual e dedicado Devido aos serviccedilos de comunicaccedilatildeo implementados o

Client-CAD transforma o computador em uma entidade de aplicaccedilatildeo DICOM reconhecida na

rede Isso significa que atraveacutes do cliente o computador agrega a funcionalidade de se

comunicar com qualquer servidor PACS

O fluxo de trabalho do Client-CAD implementa quatro tarefas importantes para o ecircxito

da integraccedilatildeo

bull Pesquisa e recuperaccedilatildeo (QR) o cliente consulta o servidor PACS periodicamente

pesquisando por novos exames realizados atraveacutes do envio de comandos DICOM

C-Find SCU A consulta sempre eacute realizada em niacutevel de estudo utilizando a

sintaxe DICOM Study Root Query Retrieve Information Model FIND

bull Processamento CAD uma vez que as imagens satildeo recebidas e armazenadas o

cliente invoca a rotina CAD para processar e gerar o resultado de cada imagem O

resultado consiste de uma imagem JPEG que conteacutem informaccedilotildees relevantes para

auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista O CAD pode ser executado

de duas maneiras utilizando um script automatizado ou implementando uma

integraccedilatildeo com software de coacutedigo aberto A primeira opccedilatildeo eacute mais voltada para

soluccedilotildees CAD proprietaacuterias onde natildeo eacute possiacutevel ter acesso ao coacutedigo fonte do

52

sistema Portanto um script eacute interpretado pela classe Java Robot que atraveacutes de

meacutetodos nativos executa o CAD como se a aplicaccedilatildeo estivesse sendo utilizada por

uma pessoa real Por outro lado caso o CAD seja um sistema de coacutedigo aberto o

Client-CAD fornece uma classe chamada CADProcessing que permite ao

desenvolvedor de software implementar os algoritmos de processamento de

imagens diretamente no cliente Essa classe atua como uma interface entre o

cliente e o software CAD

bull Encapsulamento para cada imagem JPEG resultante do processamento CAD o

cliente gera um novo arquivo DICOM que encapsula a imagem JPEG Todas as

Tags DICOM requeridas como por exemplo Patient ID Patient Name Study

Instance UID entre outras satildeo copiadas do arquivo DICOM original A diferenccedila

entre o arquivo original e a versatildeo encapsulada eacute que o arquivo encapsulado eacute

codificado com uma imagem JPEG utilizando a classe DICOM Secondary

Capture Image Storage (segunda captura) e a sintaxe de transferecircncia

JPEGLossless O arquivo encapsulado possui tambeacutem novos valores para as Tags

Series Number Series Instance UID e SOP Instance UID

bull Transferecircncia a uacuteltima tarefa do cliente eacute enviar cada arquivo DICOM com o

resultado CAD encapsulado para o servidor PACS O envio eacute realizado atraveacutes do

comando DICOM C-Store SCU implementado no cliente Quando o servidor

PACS recebe o arquivo o gerenciador de arquivamento armazena seu conteuacutedo na

mesma pasta do paciente do arquivo original mas dentro de uma nova seacuterie de

imagens de acordo com os novos valores gerados para as Tags Series Number

Series Instance UID and SOP Instance UID

53

Figura 16 Interface do software Client-CAD Configuraccedilotildees para comunicaccedilatildeo com o PACS

A Figura 16 apresenta a interface do software cliente Client-CAD Eacute possiacutevel

visualizar os paracircmetros utilizados pelo cliente Os campos no canto superior esquerdo satildeo

utilizados para configurar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM do Client-CAD Logo abaixo estatildeo

os campos que identificam o servidor PACS que seraacute consultado Ainda abaixo o uacuteltimo

bloco estabelece as configuraccedilotildees do agendador de consultas e filtros do cliente para pesquisa

e recuperaccedilatildeo de imagens Do lado direito eacute possiacutevel selecionar a opccedilatildeo de integraccedilatildeo atraveacutes

de script ou integraccedilatildeo de coacutedigo aberto

A segunda aba da interface do Client-CAD apresenta o log de atividade da aplicaccedilatildeo

Eacute possiacutevel visualizar pelas Figuras 17 e 18 o registro de cada tarefa realizada pelo cliente

Considerando uma consulta que satisfaccedila as configuraccedilotildees inicialmente o cliente se conecta

ao servidor PACS depois recupera e armazena as imagens finalmente invoca o processo robocirc

para processamento e envio das imagens resultantes do CAD

54

Figura 17 Software Client-CAD em accedilatildeo Solicitaccedilatildeo de pesquisa e recuperaccedilatildeo de imagens

Figura 18 Software Client-CAD em accedilatildeo Processamento e envio das imagens para o PACS

55

A Figura 19 apresenta a interaccedilatildeo entre o cliente e o servidor PACS (Conquest) No

destaque eacute possiacutevel visualizar a entidade de aplicaccedilatildeo DICOM CLIENT-CAD solicitando o

armazenamento de uma imagem resultado do processamento CAD

Figura 19 Interface do servidor Conquest para visualizaccedilatildeo de eventos e status No destaque eacute possiacutevel visualizar a interaccedilatildeo do servidor com o cliente para integraccedilatildeo Client-CAD

Com as imagens processadas corretamente armazenadas no servidor PACS eacute possiacutevel

visualizar a nova seacuterie criada pela integraccedilatildeo CAD-PACS na estaccedilatildeo de visualizaccedilatildeo As

Figuras 20 e 21 mostram o visualizador K-PACS apresentando exemplos de seacuteries de imagens

originais ao lado da correspondente seacuterie processada pelo sistema CAD

56

Figura 20 Interface de pesquisa do visualizador K-PACS No destaque trecircs novas seacuteries de imagens processadas apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS

Figura 21 Moacutedulo de visualizaccedilatildeo do K-PACS apoacutes a integraccedilatildeo CAD-PACS A faixa superior apresenta as seacuteries de imagens originais do paciente A faixa inferior apresenta as seacuteries correspondentes de imagens processadas por CAD

57

5 DISCUSSAtildeO E CONCLUSOtildeES

51 LIMITACcedilOtildeES

Durante o desenvolvimento da aplicaccedilatildeo Client-CAD e apoacutes os testes iniciais foram

detectadas algumas limitaccedilotildees quando se utiliza o meacutetodo de integraccedilatildeo com script

automatizado O script eacute gerado atraveacutes de um programa desenvolvido para capturar cliques

movimentos de mouse e entradas de teclado Com esse software ativado basta que uma

pessoa utilize o sistema CAD simulando uma rotina comum de processamento que o

programa grava todo comportamento e utilizaccedilatildeo do CAD pelo usuaacuterio

Quando o Client-CAD interpreta um script seu robocirc interno tenta reproduzir

exatamente o comportamento do usuaacuterio executando passo a passo e no tempo designado os

comandos definidos Considerando que a aplicaccedilatildeo CAD esteja funcionando em um

computador estaacutevel com software e hardware robustos a execuccedilatildeo dos comandos

teoricamente ocorreraacute de forma satisfatoacuteria iniciando e finalizando cada ciclo de

processamento de forma correta No entanto o maior problema com este meacutetodo de

integraccedilatildeo foi exatamente o sincronismo Uma vez iniciado o robocirc apenas termina sua tarefa

quando finaliza o uacuteltimo comando presente no script O robocirc natildeo reconhece mensagens de

aviso ou de erro do sistema CAD e nem do sistema operacional o que invalida a execuccedilatildeo do

script nesses casos

Outro fator limitante eacute o fato de que o script automatizado depende de uma rotina de

processamento CAD padronizada com iniacutecio meio e fim bem definidos Caso a rotina seja

58

dinacircmica como por exemplo a necessidade de ajustes diversos durante o processamento o

robocirc tambeacutem deveria ser inteligente o suficiente para detectar as mudanccedilas no fluxo de

informaccedilatildeo e iniciar novos processos de interpretaccedilatildeo Nesse caso o robocirc necessitaria ser

dotado de inteligecircncia artificial ou entatildeo fornecer preacute-requisitos para sua utilizaccedilatildeo o que natildeo

exclui a limitaccedilatildeo

No que diz respeito ao formato dos arquivos utilizados durante a integraccedilatildeo os uacutenicos

formatos suportados pelo framework satildeo o DICOM e o JPEG Portanto o modelo de

integraccedilatildeo eacute compatiacutevel apenas com aplicaccedilotildees CAD que fornecem uma imagem JPEG como

resultado do processamento Caso o CAD natildeo forneccedila tal saiacuteda uma soluccedilatildeo seria capturar e

encapsular a imagem da tela do computador no momento que o resultado eacute apresentado Essa

alternativa simples no entanto pode de certa forma comprometer a qualidade da leitura dos

resultados e atrapalhar a interpretaccedilatildeo dos dados por parte do meacutedico devido aos vaacuterios

elementos visuais e textuais presentes na tela do computador que formam a imagem

capturada

De modo geral sistemas CAD nem sempre apresentam seus resultados apenas na

forma de imagem Eacute comum encontrar dados quantitativos distribuiacutedos em planilhas graacuteficos

documentos HTML e ateacute relatoacuterios completos no formato de arquivo PDF Satildeo dados

relevantes que se integrados ao exame do paciente no servidor PACS fornece um conjunto

valioso de informaccedilotildees para auxiliar na tomada de decisatildeo do meacutedico radiologista Tal

integraccedilatildeo pode ser realizada utilizando-se meacutetodos propostos pelo DICOM Structured

Reporting (SR) uma nova extensatildeo do padratildeo DICOM que estabelece padrotildees para a

codificaccedilatildeo de documentos que incorporam referecircncias para imagens meacutedicas e dados

relacionados bem como serviccedilos para a transmissatildeo e troca de informaccedilatildeo Em outras

palavras o DICOM SR abstrai o modelo de informaccedilatildeo e de serviccedilos DICOM para o

armazenamento e transmissatildeo de documentos estruturados

59

52 CONCLUSOtildeES

Como apresentado neste estudo de certa forma sistemas PACS e CAD se

complementam e uma convergecircncia no sentido de se integrar essas duas tecnologias jaacute eacute

cogitada em estudos recentes Atraveacutes dos vaacuterios serviccedilos DICOM tais como C-Find C-

Move e C-Store programas de computador construiacutedos para auxiliar o meio meacutedico podem se

comunicar livremente com servidores PACS e estaccedilotildees de diagnoacutestico desde que um

framework ou metodologias de integraccedilatildeo estejam disponiacuteveis para esse fim Natildeo existe na

literatura da aacuterea um estudo que apresente formas de integraccedilatildeo utilizando software de coacutedigo

aberto que contemple o padratildeo DICOM

Os resultados alcanccedilados com o modelo de integraccedilatildeo CAD-PACS apresentado neste

trabalho demonstram que eacute possiacutevel integrar os dois sistemas por meio de serviccedilos de

comunicaccedilatildeo DICOM implementados por bibliotecas de software livre como por exemplo o

excelente dcm4che 2 toolkit Embora os resultados tenham sido obtidos a partir de exames de

tomografia computadorizada de alta resoluccedilatildeo de pulmatildeo o modelo estaacute preparado para

integrar resultados CAD de qualquer modalidade de imagem devido a sua caracteriacutestica

modular de trabalho

Um aspecto importante do modelo de integraccedilatildeo eacute seu fluxo de informaccedilatildeo

automatizado com nenhuma intervenccedilatildeo humana e que pode trazer uma seacuterie de benefiacutecios

tais como melhora na eficiecircncia de tarefas de poacutes-processamento otimizaccedilatildeo do tempo

disponiacutevel deixando o meacutedico radiologista livre para outras atividades importantes e a

garantia da consistecircncia e integridade das informaccedilotildees do paciente durante a troca de dados

entre os sistemas

60

Enfim o framework desenvolvido tem grande potencial de incluir resultados de

processamento CAD de uma forma amigaacutevel no fluxo de trabalho da radiologia

proporcionando uma contribuiccedilatildeo inovadora com um conjunto de soluccedilotildees de coacutedigo aberto

que juntas fornecem ferramentas especialistas focadas na integraccedilatildeo de sistemas CAD e

PACS visando sempre o auxiacutelio ao diagnoacutestico meacutedico

53 PROPOSTA DE TRABALHOS FUTUROS

Propotildeem-se como trabalhos futuros

bull Expansatildeo do framework proposto visando a utilizaccedilatildeo da extensatildeo DICOM Structured

Reporting (SR) para a integraccedilatildeo de diversos tipos de documentos (imagens planilhas

relatoacuterios etc) no exame do paciente armazenado no servidor PACS

bull Pesquisa e desenvolvimento de novas teacutecnicas para utilizaccedilatildeo automaacutetica de sistemas

CAD proprietaacuterios aplicando-se conhecimentos de inteligecircncia artificial (redes

neurais) e visatildeo computacional para o aprendizado do robocirc

bull Estudo de viabilidade para utilizaccedilatildeo do serviccedilo DICOM Instance Availability

Notification (IAN) durante o processo de integraccedilatildeo Utilizando-se IANs o Client-

CAD natildeo necessitaria realizar consultas perioacutedicas por exames mas aguardar o

servidor PACS notificaacute-lo da chegada de novos exames de imagem completos

61

6 ARTIGOS RESULTANTES DA PESQUISA

Submissatildeo Abril 2010 em revisatildeo

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Caetano GF Traina AJM Ponciano-Silva M

Macedo AA Pessotti HC Integrating Computer-aided Diagnosis (CAD) in a PACS

environment using the dcm4che2 open source toolkit International Journal of Computer

Assisted Radiology and Surgery

Azevedo-Marques PM Salomatildeo SC Traina AJM Ponciano-Silva M Macedo AA

Pessotti HC CAD-PACS integration a framework for pattern recognition of diffuse lung

disease in HRCT In CARS 2009 - Computer Assisted Radiology and Surgery 2009 Berlim

- Germany

Salomatildeo SC Azevedo-Marques PM Integrando procedimentos de auxiacutelio ao diagnoacutestico no

sistema de gerenciamento de imagens meacutedicas In 21 Congresso Brasileiro de Engenharia

Biomeacutedica 2008 Salvador - Bahia

62

REFEREcircNCIAS BIBLIOGRAacuteFICAS

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