Медициналық суреттерді сақтау және беру жүйесі

Кіріспе

Медициналық бейнелеу технологиясы

Суреттерді архивтеу және коммуникация жүйесі (PACS) – әр түрлі көздерден (машина түрлері) алынған суреттерді экономикалық тұрғыдан сақтауға және оларға ыңғайлы қол жеткізуге мүмкіндік беретін медициналық бейнелеу технологиясы. Электрондық суреттер мен есептер PACS арқылы цифрлық түрде беріледі; бұл рентгендік пленканы сақтау және қорғау үшін пайдаланылатын қапшықтар – пленкалық қоршауларды қолмен тіркеу, іздеу немесе тасымалдау қажеттілігін жояды. PACS суреттерін сақтау және берудің әмбебап форматы – DICOM (медицинадағы цифрлық бейнелеу және коммуникация). Сканерленген құжаттар сияқты бейне емес деректерді DICOM-ға енгізілгеннен кейін PDF (Portable Document Format) сияқты стандартты форматтарда қосуға болады. PACS төрт негізгі компоненттен тұрады: рентгендік сурет (PF), компьютерлік томография (CT) және магниттік-резонанстық бейнелеу (MRI) сияқты бейнелеу әдістері, пациент туралы ақпаратты беруге арналған қорғалған желі, суреттерді қарау және интерпретациялау үшін жұмыс станциялары және суреттер мен есептерді сақтау және алуға арналған архивтер. Қолданыстағы және дамып келе жатқан веб-технологиялармен біріктірілген PACS суреттерге, интерпретацияларға және қатысты деректерге уақтылы және тиімді қол жеткізуге мүмкіндік береді. PACS дәстүрлі пленкалық бейнелерді іздеу, тарату және көрсетумен байланысты физикалық және уақыттық кедергілерді азайтады.

Суреттердің түрлері

PACS-тің көпшілігі әртүрлі медициналық бейнелеу құралдарынан түсетін суреттерді өңдейді, оның ішінде ультрадыбысты (ҰД), магниттік резонансты (МР), ядролық медицина бейнелеуін, позитрондық эмиссиялық томографияны (ПЭТ), компьютерлік томографияны (КТ), эндоскопияны (ЭС), маммографияны (МГ), цифрлық рентгенографияны (ЦР), фосфорлық пластинкалық рентгенографияны, көрінетін жарық фотосуретін (КЖФ), гистопатологияны, офтальмологияны және тағы да басқаларын. Сурет форматтарының жаңа түрлері үнемі қосылып отырады. Радиологиядан басқа кардиология, онкология, гастроэнтерология және тіпті зертхана сияқты клиникалық салаларда да PACS-ке енгізілетін медициналық суреттер жасалады. (DICOM қолданыс салаларын қараңыз).

Сәулет

Архитектура – қажетті функционалдылықтың физикалық іске асырылуы, я болмаса сырттан көрінетін нәрсе. Пайдаланушыға байланысты әртүрлі көзқарастар болады. Радиолог әдетте қарау станциясын, ал технолог – QA жұмыс станциясын көреді, ал PACS әкімшісі уақытының көп бөлігін климатты бақылайтын компьютер бөлмесінде өткізеді. Әртүрлі сатушылардың пікірлері де әртүрлі. Әдетте PACS көптеген құрылғылардан тұрады. Типик PACS жүйелеріндегі алғашқы қадам – модальность. Модальность дегеніміз компьютерлік томография (КТ), ультрадыбыс, ядролық медицина, позитрон-эмиссиялық томография (ПЭТ) және магниттік-резонанстық томография (МРТ) болып табылады. Медициналық мекеменің жұмыс процесіне байланысты, көптеген модальностьтар сапаны қамтамасыз ету (QA) жұмыс станциясына немесе кейде PACS шлюзі деп аталатын жерге деректерді жібереді. QA жұмыс станциясы – пациент туралы демографиялық мәліметтердің және зерттеудің басқа да маңызды атрибуттарының дұрыс екеніне көз жеткізу үшін арналған бақылау бекеті. Егер зерттеу туралы ақпарат дұрыс болса, суреттер сақтау үшін архивке жіберіледі. Орталық сақтау құрылғысы (архив) суреттерді, кейде есептерді, өлшемдерді және суреттермен байланысты басқа да ақпаратты сақтайды. PACS жұмыс процесінің келесі қадамы – оқу жұмыс станциялары. Радиолог пациенттің зерттеуін қарап, диагнозын қоятын жер – оқу жұмыс станциясы. Әдетте оқу жұмыс станциясына радиологқа соңғы есепті дайындауда көмектесетін есеп беру пакеті қоса беріледі. Есеп беру бағдарламалық жасақтамасы міндетті емес, және дәрігерлер есептерін диктанттаудың әртүрлі тәсілдерін пайдаланады. Аталған жұмыс процесіне қосымша, пациенттерге немесе басқа дәрігерлерге тарату үшін пациент зерттеулерін жазу үшін CD/DVD авторлық бағдарламалық жасақтамасы қолданылады. Жоғарыдағы схема көптеген бейнелеу орталықтары мен ауруханалардағы типик жұмыс процесін көрсетеді. Бұл бөлім Рентгенологиялық ақпараттық жүйеге, ауруханалық ақпараттық жүйеге және PACS жұмыс процесімен байланысты басқа да алдыңғы жүйелерге интеграциялауды қамтымайды. Көбінесе PACS интернет немесе кең ауқымды желі (WAN) арқылы байланыс құралы ретінде пайдалану үшін веб-базалы интерфейстерді қамтиды, әдетте VPN (Virtual Private Network) немесе SSL (Secure Sockets Layer) арқылы. Клиенттік бағдарламалық қамтамасыз ету ActiveX, JavaScript және/немесе Java апплеттерін пайдалана алады. Күрделі PACS клиенттері – компьютердің барлық ресурстарын пайдалана алатын және веб-браузерлер мен Java-ның жиі жаңартылуына әсер етпейтін толық қосымшалар. Суреттер мен есептерді тарату қажеттілігі артып келе жатқандықтан, PACS жүйелері DICOM стандартының 18-бөлімін қолдауға итермелеуде. Web Access to DICOM Objects (WADO) – суреттер мен есептерді веб арқылы шын мәнінде портативті орта арқылы ашуға қажетті стандартты құрайды. PACS архитектурасының шеңберінен шықпай, WADO платформааралық мүмкіндіктерге шешім болып табылады және дәрігерлер мен пациенттерге суреттер мен есептерді таратуды арттыра алады. PACS суреттерінің сақтық көшірмесін жасау – PACS архитектурасының маңызды, бірақ кейде назардан тыс қалған бөлігі (төменде қараңыз). АҚШ-та HIPAA талап етеді, PACS-тен сурет жоғалған жағдайда пациент суреттерінің сақтық көшірмелері жасалуы керек. Суреттерді сақтық көшірмелеудің бірнеше әдістері бар, бірақ олар әдетте суреттердің көшірмелерін сақтау үшін бөлек компьютерге, мүмкіндігінше басқа орынға автоматты түрде жіберуді қамтиды.

The architecture is the physical implementation of required functionality, or what one sees from the outside. There are different views, depending on the user. A radiologist typically sees a viewing station, a technologist a QA workstation, while a PACS administrator might spend most of their time in the climate controlled computer room. The composite view is rather different for the various vendors. Typically a PACS consists of a multitude of devices. The first step in typical PACS systems is the modality. Modalities are typically computed tomography (CT), ultrasound, nuclear medicine, positron emission tomography (PET), and magnetic resonance imaging (MRI). Depending on the facility's workflow most modalities send to a quality assurance (QA) workstation or sometimes called a PACS gateway. The QA workstation is a checkpoint to make sure patient demographics are correct as well as other important attributes of a study. If the study information is correct the images are passed to the archive for storage. The central storage device (archive) stores images and in some cases reports, measurements and other information that resides with the images. The next step in the PACS workflow is the reading workstations. The reading workstation is where the radiologist reviews the patient's study and formulates their diagnosis. Normally tied to the reading workstation is a reporting package that assists the radiologist with dictating the final report. Reporting software is optional and there are various ways in which doctors prefer to dictate their report. Ancillary to the workflow mentioned, there is normally CD/DVD authoring software used to burn patient studies for distribution to patients or referring physicians. The diagram above shows a typical workflow in most imaging centers and hospitals. Note that this section does not cover integration to a Radiology Information System, Hospital Information System and other such front end system that relates to the PACS workflow. More and more PACS include web based interfaces to utilize the internet or a wide area network (WAN) as their means of communication, usually via VPN (Virtual Private Network) or SSL (Secure Sockets Layer). The clients side software may use ActiveX, JavaScript and/or a Java Applet. More robust PACS clients are full applications which can utilize the full resources of the computer they are executing on and are unaffected by the frequent unattended Web Browser and Java updates. As the need for distribution of images and reports becomes more widespread there is a push for PACS systems to support DICOM part 18 of the DICOM standard. Web Access to DICOM Objects (WADO) creates the necessary standard to expose images and reports over the web through truly portable medium. Without stepping outside the focus of the PACS architecture, WADO becomes the solution to cross platform capability and can increase the distribution of images and reports to referring physicians and patients. PACS image backup is a critical, but sometimes overlooked, part of the PACS Architecture (see below). Within the United States, HIPAA requires that backup copies of patient images be made in case of image loss from the PACS. There are several methods of backing up the images, but they typically involve automatically sending copies of the images to a separate computer for storage, preferably off site.

Сұрау салу (C-FIND) және суретті (инстанцияны) алу (C-MOVE және C-GET)

PACS серверімен байланыс DICOM бейне "сияқыларына" ұқсас, бірақ әртүрлі атрибуттары бар DICOM хабарламалары арқылы жүзеге асырылады. Сұрау (C FIND) келесідей орындалады:

Клиент PACS серверіне желілік қосылымды орнатады. Клиент DICOM атрибуттарының тізімі болып табылатын C FIND сұрау хабарламасын дайындайды. Клиент C FIND сұраныс хабарламасын сәйкес келуі тиіс кілттермен толтырады. Мысалы, пациенттің идентификаторын сұрау үшін, пациент идентификаторы атрибуты пациенттің идентификаторымен толтырылады. Клиент серверден алуға ниеттенген барлық атрибуттар үшін бос (нөлдік ұзындығы) атрибуттарды жасайды. Мысалы, егер клиент кескіндерді алу үшін пайдалана алатын идентификаторды алуды қаласа (кескіндерді алу туралы қараңыз), ол C FIND сұраныс хабарламаларына нөлдік ұзындығы SOPInstanceUID (0008,0018) атрибутын қосуы керек. C FIND сұраныс хабарламасы серверге жіберіледі. Сервер клиентке C FIND жауап хабарламаларының тізімін қайтарады, олардың әрқайсысы DICOM атрибуттарының тізімі болып табылады және әр сәйкестік үшін мәндермен толтырылады. Клиент жауап хабарламаларынан қажетті атрибуттарды шығарады. Кескіндер (және басқа да күрделі мысалдар, мысалы, көрсету күйлері және құрылымдық есептер) кейіннен PACS серверінен C MOVE немесе C GET сұранысы арқылы DICOM желілік протоколын пайдалана отырып алынады. Алу зерттеу, серия немесе кескін (мысал) деңгейінде жүргізілуі мүмкін. C MOVE сұранысы алынған мысалдардың қайда жіберу керектігін көрсетеді (бір немесе бірнеше жеке қосылымдардағы жеке C STORE хабарламаларын пайдалана отырып) және мақсатты қолданба атауы (AE атауы) деп аталатын идентификатормен. C MOVE жұмыс істеуі үшін сервер AE Title-ді TCP/IP мекенжайымен және портпен сәйкестендіруге конфигурациялануы керек, сондықтан сервер суреттерді жіберу сұралатын барлық AE Title-дерін алдын ала білуі керек. C GET, керісінше, C STORE операцияларын сұраумен бірдей қосылымда орындайды, сондықтан "сервердің" "клиенттің" TCP/IP мекенжайы мен портын білуі қажет емес, сондықтан бұл өрт қабырғалары арқылы және желілік мекенжай аудармасымен, C MOVE үшін қажетті TCP C STORE қосылымдары өтпейтін ортада оңай жұмыс істейді. C MOVE және C GET арасындағы айырмашылық белсенді және пассивті FTP арасындағы айырмашылыққа ұқсас. C MOVE көбінесе кәсіпорындар мен мекемелерде қолданылады, ал C GET кәсіпорындар арасында тиімдірек. Традициялық DICOM желілік қызметтерінен басқа, әсіресе кәсіпорындар арасында пайдалану үшін, DICOM (және IHE) басқа іздеу механизмдерін анықтайды, соның ішінде WADO, WADO WS және соңғы уақытта WADO RS.

The client establishes the network connection to the PACS server. The client prepares a C FIND request message which is a list of DICOM attributes. The client fills in the C FIND request message with the keys that should be matched. E. g. to query for a patient ID, the patient ID attribute is filled with the patient's ID. The client creates empty (zero length) attributes for all the attributes it wishes to receive from the server. E. g. if the client wishes to receive an ID that it can use to receive images (see image retrieval) it should include a zero length SOPInstanceUID (0008,0018) attribute in the C FIND request messages. The C FIND request message is sent to the server. The server sends back to the client a list of C FIND response messages, each of which is also a list of DICOM attributes, populated with values for each match. The client extracts the attributes that are of interest from the response messages objects. Images (and other composite instances like Presentation States and Structured Reports) are then retrieved from a PACS server through either a C MOVE or C GET request, using the DICOM network protocol. Retrieval can be performed at the Study, Series or Image (instance) level. The C MOVE request specifies where the retrieved instances should be sent (using separate C STORE messages on one or more separate connections) with an identifier known as the destination Application Entity Title (AE Title). For a C MOVE to work, the server must be configured with mapping of the AE Title to a TCP/IP address and port, and as a consequence the server must know in advance all the AE Titles that it will ever be requested to send images to. A C GET, on the other hand, performs the C STORE operations on the same connection as the request, and hence does not require that the "server" know the "client" TCP/IP address and port, and hence also works more easily through firewalls and with network address translation, environments in which the incoming TCP C STORE connections required for C MOVE may not get through. The difference between C MOVE and C GET is somewhat analogous to the difference between active and passive FTP. C MOVE is most commonly used within enterprises and facilities, whereas C GET is more practical between enterprises. In addition to the traditional DICOM network services, particularly for cross enterprise use, DICOM (and IHE) define other retrieval mechanisms, including WADO, WADO WS and most recently WADO RS.

Суреттерді архивтеу және сақтық көшірмелеу

Цифрлық медициналық суреттер әдетте PACS жүйесінде жергілікті түрде сақталады. Қате немесе апат жағдайында суреттерді қалпына келтіру мүмкіндігі болуы маңызды (және АҚШ-та HIPAA қауіпсіздік ережелерінің әкімшілік сақшылықтары бөлімінде талап етіледі). Әрбір мекеме әртүрлі болғанымен, суреттерді сақтық көшірмелеудің мақсаты – оны автоматтандырып, басқаруды мүмкіндігінше жеңілдету. Көшірмелердің қажет болмауына үміт артылады; алайда, апатты жою және бизнес-үзелістілікті сақтау жоспарларында сайттың толығымен немесе уақытша жоғалған жағдайда да деректердің көшірмелерін сақтау көзделуі тиіс. Суреттердің көшірмелері бірнеше орында, соның ішінде апатты жою қабілетін қамтамасыз ету үшін сайттан тыс жерде сақталуы керек. PACS деректері басқа да маңызды бизнес-деректерден ерекшеленбейді және бірнеше орында бірнеше көшірмемен қорғалуы тиіс. PACS деректері қорғалған денсаулық сақтау ақпараты (PHI) ретінде қарастырылатындықтан, ережелер, әсіресе HIPAA және HIPAA HiTech талаптары қолданылуы мүмкін. Суреттер диск, таспа немесе оптикалық тасымалдағыштар сияқты желіден тыс орталарда жергілікті және қашықтан сақталуы мүмкін. Қазіргі заманғы деректерді қорғау технологияларын пайдаланатын сақтау жүйелерін қолдану, әсіресе үлкен сыйымдылық және өнімділік қажеттілігі бар ұйымдар үшін кең таралған. Сақтау жүйелері PACS серверіне әртүрлі тәсілдермен конфигурацияланып, қосылуы мүмкін, мысалы, тікелей қосылған сақтау (DAS), желілік қосылған сақтау (NAS) немесе сақтау аймақтық желісі (SAN) арқылы. Сақтау қалай қосылған болса да, кәсіпорындық сақтау жүйелері әдетте RAID және басқа технологияларды жоғары қолжетімділік пен ақаулыққа төзімділікті қамтамасыз ету үшін пайдаланады. PACS-ті ішінара немесе толығымен қайта құру қажет болған жағдайда, деректерді PACS-ке жылдам қайтарудың кейбір құралдары қажет, әсіресе PACS жұмыс істеп тұрғанда. Қазіргі заманғы деректерді сақтау көшірмелеу технологияларын PACS ақпаратына қолдануға болады, оның ішінде жергілікті қорғалған көшірмелерді жасау үшін уақыт бойынша көшірмелерді жасау, сондай-ақ диск және таспаға негізделген жүйелерді қоса алғанда, бөлек репозиторийлерде деректердің толық көшірмелерін жасау. Деректердің қашықтан көшірмелері физикалық түрде таспаларды сайттан тыс жерге жылжыту арқылы немесе деректерді қашықтан сақтау жүйелеріне көшіру арқылы жасалуы керек. HIPAA қорғалған деректер жылжыған кезде шифрлануы керек, бұл физикалық таспа арқылы немесе WAN арқылы екінші орынға көшірмелеу технологиялары арқылы жіберуді қамтиды. PACS деректерінің көшірмелерін жасаудың басқа әдістеріне физикалық түрде сайттан тыс тасымалданатын сыртқы құралдар (қатты дискілер, DVD дискілер немесе көптеген пациенттердің суреттерін сақтауға болатын басқа құралдар) кіреді. HIPAA HITECH көптеген жағдайларда сақталған деректерді шифрлауды немесе талаптарды орындамаған жағдайда санкциялардан сақтану үшін басқа қауіпсіздік шараларын талап етеді. Сақтық көшірме инфрақұрылымы сондай-ақ суреттерді жаңа PACS-ке көшіруді қолдауы мүмкін. Архивтеуге қажетті суреттердің көп көлеміне байланысты көптеген радиологиялық орталықтар өз жүйелерін бұлтқа негізделген PACS-ке көшіруде.

Digital medical images are typically stored locally on a PACS for retrieval. It is important (and required in the United States by the Security Rule's Administrative Safeguards section of HIPAA) that facilities have a means of recovering images in the event of an error or disaster. While each facility is different, the goal in image back up is to make it automatic and as easy to administer as possible. The hope is that the copies won't be needed; however, disaster recovery and business continuity planning dictates that plans should include maintaining copies of data even when an entire site is temporarily or permanently lost. Ideally, copies of images should be maintained in several locations, including off site to provide disaster recovery capabilities. In general, PACS data is no different than other business critical data and should be protected with multiple copies at multiple locations. As PACS data can be considered protected health information (PHI), regulations may apply, most notably HIPAA and HIPAA Hi Tech requirements. Images may be stored both locally and remotely on off line media such as disk, tape or optical media. The use of storage systems, using modern data protection technologies has become increasingly common, particularly for larger organizations with greater capacity and performance requirements. Storage systems may be configured and attached to the PACS server in various ways, either as Direct Attached Storage (DAS), Network attached storage (NAS), or via a Storage Area Network (SAN). However the storage is attached, enterprise storage systems commonly utilize RAID and other technologies to provide high availability and fault tolerance to protect against failures. In the event that it is necessary to reconstruct a PACS partially or completely, some means of rapidly transferring data back to the PACS is required, preferably while the PACS continues to operate. Modern data storage replication technologies may be applied to PACS information, including the creation of local copies via point in time copy for locally protected copies, along with complete copies of data on separate repositories including disk and tape based systems. Remote copies of data should be created, either by physically moving tapes off site, or copying data to remote storage systems. Whenever HIPAA protected data is moved, it should be encrypted, which includes sending via physical tape or replication technologies over WAN to a secondary location. Other options for creating copies of PACS data include removable media (hard drives, DVDs or other media that can hold many patients' images) that is physically transferred off site. HIPAA HITECH mandates encryption of stored data in many instances or other security mechanisms to avoid penalties for failure to comply. The back up infrastructure may also be capable of supporting the migration of images to a new PACS. Due to the high volume of images that need to be archived many rad centers are migrating their systems to a Cloud based PACS.

Қабылдау сынағы

PACS орнату процесі күрделі, уақыт, ресурстар, жоспарлау және сынауды қажет етеді. Қабылдау сынағын тапсырғанша орнату толыққанды болмайды. Жаңа орналымды қабылдау сынағы – пайдаланушының сәйкестігін, функционалдығын және, әсіресе, клиникалық қауіпсіздікті қамтамасыз ету үшін өте маңызды қадам. Мысалы, Therac 25 радиациялық медициналық құрылғысын қарастырайық, ол бақытсыз оқиғаларға себеп болды, онда пациенттерге тексерілмеген бағдарламалық басқару салдарынан радиацияның аса көп дозасы берілді. Қабылдау сынағы PACS клиникалық қолдануға дайын екенін анықтайды және кепілдік мерзімін белгілейтін, төлем жасау кезеңі болып табылады. Сынақ процесіне қажетті уақыт мекеменің көлеміне байланысты өзгереді, бірақ 30 күндік мерзімді келісімшарт шарты жиі кездеседі. Ол келісімшарт жасау алдында егжей-тегжейлі жоспарлауды және сынақ критерийлерін әзірлеуді талап етеді. Бұл – белгілі бір сынақ хаттамалары мен стандарттарды талап ететін бірлескен процесс. Сынақ кемшіліктерді анықтайды. Бір зерттеуде ең көп кездесетін кемшіліктер ең қымбат компоненттер екені анықталды. Сәтсіздіктердің жиілігі бойынша тізімі: Жұмыс станциясы; HIS/RIS/ACS брокерлік интерфейстері; RIS; Компьютерлік мониторлар; Веб-базалық кескін тарату жүйесі; Модальдік интерфейстер; Архивтік құрылғылар; Техникалық қызмет көрсету; Оқыту; Желі; DICOM; Телерадиология; Қауіпсіздік; Фильмді цифрлау.

Тарих

Алғашқы PACS жүйесінің бірін 1972 жылы доктор Ричард Дж. Стеккел құрды. PACS принциптері алғаш рет 1982 жылы радиологтардың мәжілісінде талқыланды. PACS терминін кім ойлап тапқандығы туралы әртүрлі пікірлер бар. Жүрек-қан тамырлары радиологы доктор Андре Дюринкс 1983 жылы бұл терминді алғаш рет 1981 жылы қолданғанын мәлімдеді. Дегенмен, доктор Сэмюэл Дуайер бұл терминді доктор Джудит М. Превитт енгізгенін айтады. 1990 жылдардың басында Лондонда жұмыс істеген медицина физигі доктор Гарольд Гласс Ұлыбритания үкіметінен қаржыландыру алып, көп жыл бойы жобаны басқарды, нәтижесінде Лондондағы Хаммерсмит ауруханасы Ұлыбританиядағы алғашқы фильмсіз ауруханаға айналды. Доктор Гласс жоба іске қосылғаннан кейін бірнеше айдан кейін қайтыс болды, бірақ PACS саласындағы пионерлердің бірі деп есептеледі. PACS-тің алғашқы кең ауқымды орнатылуы 1982 жылы Канзас университетінде, Канзас-Ситиде жүзеге асты.

Регламенттік мәселелер

АҚШ-та PACS медициналық құрылғылар ретінде жіктеледі, сондықтан сатуға шығарылса, АҚШ-тың Тамақ және Дәрі-дәрмек басқармасы (USFDA) тарапынан реттеледі. Жалпы алғанда, олар 2-сыныптық бақылауға жатады, демек 510(k) талап етіледі, бірақ PACS-тің жеке компоненттері кем қатаң жалпы бақылауға да жата алады. Кейбір арнайы қолданыстар, мысалы, бастапқы маммографиялық интерпретация үшін пайдалану, Маммография сапасы стандарттары заңы шеңберінде қосымша реттеледі. Медициналық бейнелеу информатикасы қоғамы (SIIM) – PACS және оған байланысты цифрлық тақырыптар бойынша зерттеулер мен білім беруді ілгерілету үшін жыл сайынғы конференция және рецензияланған журнал ұсынатын әлемдік кәсіби және сауда ұйымы.