Bài giảng Hệ thống thông tin y tế - Chương 1 đến 4 - Phạm Phúc Ngọc

nsolicited)QRY – Query, original modeRAS – Pharmacy/treatment administrationRDE – Pharmacy/treatment encoded orderRGV – Pharmacy/treatment giveSIU – Scheduling information unsolicited2.6. VÍ DỤ2.6. VÍ DỤ2.6. VÍ DỤ2.6. VÍ DỤTrang web tham khảoƯƠNG 3: CHUẨN DỮ LIỆU DẠNG HÌNH ẢNH DICOMMỤC TIÊUSau khi học xong chương này, sinh viên có thể:- Nắm được cấu trúc của chuẩn DICOM- Trình bày được các lớp đối tượng và lớp dịch vụ- Trình bày được quy tắc mã hóa dữ liệu- Nắm được nguyên lý trao đổi thông tin trong DICOM3.1. TỔNG QUANRa đời năm 1985, có tên là ACR-NEMA mục đích của chuẩn là để cho các thiết bị tạo ảnh của các nhà sản xuất khác nhau có thể trao đổi và chia sẻ thông tin trong môi trường thông tin y tế;Phiên bản 1 (1985) xác định việc truyền bản tin, khuôn dạng dữ liệu và các lệnh ứng dụng;Phiên bản 2 (1988) định nghĩa thêm về phần cứng, giao thức phần mềm và từ điển dữ liệu chuẩn;Phiên bản 3 (DICOM) hoàn thiện thêm các tiêu chuẩn cho việc truyền thông dữ liệu dạng hình ảnh.3.2. CẤU TRÚC CỦA DICOMThích nghi;Định nghĩa đối tượng thông tin IOD;Lớp dịch vụ;Cấu trúc dữ liệu;Từ điển dữ liệu;Trao đổi thông tin;Hỗ trợ truyền thông;...3.3. LỚP ĐỐI TƯỢNG VÀ LỚP DỊCH VỤLớp đối tượng3.3. LỚP ĐỐI TƯỢNG VÀ LỚP DỊCH VỤMinh họa Lớp đối tượng3.3. LỚP ĐỐI TƯỢNG VÀ LỚP DỊCH VỤLớp dịch vụ3.3. LỚP ĐỐI TƯỢNG VÀ LỚP DỊCH VỤLớp dịch vụ tiêu chuẩn và tổ hợp3.4. Mà HÓA DỮ LIỆUMã hóa giá trị;Mã hóa bộ dữ liệu;Mã hóa dữ liệu điểm ảnh;Mà HÓA GIÁ TRỊMã hóa bộ ký tự mặc định của DICOM:Mà HÓA BỘ DỮ LIỆUCấu trúc file DICOM và Bộ dữ liệu:Mà HÓA BỘ DỮ LIỆUMã hóa:Thông tin đầu file: 128bytes Preamble, 4 bytes chứa ký tự “DICM”Thành phần dữ liệu: Nhãn (Tag), Chiều dài giá trị VL, Giá trị thể hiện VR.Mà HÓA BỘ DỮ LIỆUMã hóa Little Endian và Big Endian:- Little Endian: Byte bên phải có trọng số lớn hơn;- Big Endian: Byte bên trái có trọng số lớn hơn;Mà HÓA DỮ LIỆU ĐIỂM ẢNHVí dụ dữ liệu điểm ảnh 16 bit:Cách mã hóa: Từ trái qua phải, từ trên xuống dưới.3.5. TRAO ĐỔI THÔNG TIN TRONG DICOMPHẠM VI ỨNG DỤNG CÁC CHUẨN TRONG MẠNG THÔNG TIN Y TẾ3.6. VÍ DỤ3.6. VÍ DỤ3.6. VÍ DỤ3.6. VÍ DỤ3.6. VÍ DỤ3.6. VÍ DỤ3.6. VÍ DỤ3.6. VÍ DỤ3.6. VÍ DỤCHƯƠNG 4: MÁY TÍNH CỔNG NHẬN ẢNHMỤC TIÊUSau khi học xong chương này, sinh viên có thể:Trình bày được các chức năng chính của cổng nhận ảnhNắm được các vấn đề khó khăn khi thu nhận ảnhNắm được nguyên tắc giao diện với các thiết bị tuân theo chuẩn DICOMNắm được nguyên tắc giao diện với các thiết bị không theo chuẩn DICOMTrình bày được nguyên tắc chống lỗi cho quá trình nhận ảnhTrình bày nguyên tắc điều khiển xử lý đa mức trong cổng nhận ảnhCHƯƠNG 4: MÁY TÍNH CỔNG NHẬN ẢNH4.1. Khái niệmMáy tính cổng nhận ảnh gồm tập các chương trình phần mềm trong máy tính để thực hiện việc nhận ảnh từ các thiết bị tạo ảnh hoặc từ các modul khác trong PACS, sau đó gửi ảnh đến bộ điều khiển PACS để lưu trữ và đến trạm hiển thị để hiển thị.4.2. Các chức năng chínhDuy trì tính toàn vẹn của dữ liệu nhận được;Thực hiện thu nhận tự động;Phân phối ảnh đến các trạm hiển thị và lưu trữ;Thuận tiện cho người sử dụng...4.3. Các vấn đề khó khănPhải giao diện với nhiều thiết bị tạo ảnh và các modul trong PACS khác nhau, do đó đòi hỏi giao thức rất phức tạp.Phải có cơ chế kiểm soát lỗi vì phải nhận dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau nên tỷ lệ lỗi cao.Việc nhận ảnh và tối thiểu hóa lỗi phải được thực hiện hoàn toàn tự động, do đó cấu trúc sẽ phức tạp và giá thành cao.4.4. Các quá trình thực hiện trong cổng nhận ảnh4.5. Giao diện với các thiết bị tuân theo chuẩn DICOMĐặc điểm: Dễ thực hiện, sử dụng mô hình cặp SCU/SCP của dịch vụ DICOM C-STORE để thực hiện việc thu nhận ảnh.- SCU: Service Class User- SCP: Service Class Provider4.6. Giao diện với các thiết bị không theo chuẩn DICOMĐặc điểm: Phức tạp, khó thực hiện hơn. Sử dụng 5 mô hình giao diện: Mô hình giao diện tuần tự; Mô hình giao diện trực tiếp; Mô hình truy cập bộ nhớ; Mô hình ổ đĩa dùng chung; Mô hình mạng kết nối.MÔ HÌNH GIAO DIỆN TUẦN TỰNguyên lý: Dùng một số thiết bị giao diện riêng được cung cấp bởi nhà sản xuất ghép vào hệ thống.- PPI: Parallel Peripheral Interface- NIE: Network Interface Equipment Ưu nhược điểmĐộ phức tạp lớn do phải sử dụng nhiều thiết bị giao diện riêng;Tốc độ truyền dữ liệu thấp do phải truyền và xử lý qua nhiều thiết bị giao diện;Giá thành cao;Tuy nhiên, đây là mô hình đầu tiên, các thiết bị giao diện riêng đơn giản, dễ thay thế và nghiên cứu...MÔ HÌNH GIAO DIỆN TRỰC TIẾPNguyên lý: Sử dụng các thiết bị giao diện đã chuẩn hóa. Thực chất là việc tích hợp các thiết bị giao diện riêng lại.Ưu nhược điểmKết nối đơn giản do chỉ sử dụng một loại thiết bị giao diện;Sản phẩm là công nghiệp;Tốc độ và thông lượng dữ liệu cao do việc kết nối trực tiếp giữa thiết bị tạo ảnh và máy tính nhận ảnh;Giá thành hợp lý;Khó tìm hiểu, nghiên cứu...MÔ HÌNH TRUY CẬP BỘ NHỚNguyên lý: Sử dụng cổng RAM kép gọi là Megalink để thực hiện giao diện. Cả FRS và máy tính cổng nhận ảnh đều có thể truy cập bộ nhớ RAM này.- FRS: Fast Reconstruction System Ưu nhược điểmTốc độ và thông lượng rất cao, tương đương với việc đọc và ghi dữ liệu từ CPU vào ổ cứng của máy tính;Do sử dụng bộ nhớ RAM nên giá thành rất cao, dung lượng bộ nhớ RAM thấp...MÔ HÌNH Ổ ĐĨA DÙNG CHUNGNguyên lý: Sử dụng một bộ nhớ có khả năng cho cả thiết bị tạo ảnh và máy tính cổng nhận ảnh sử dụng giao thức NFS để truy nhập.- NFS: Network File System Ưu nhược điểmĐây là mô hình có hiệu quả truy nhập dữ liệu lớn nhất do dùng chung ổ đĩa nên bất cứ khi nào có dữ liệu ảnh ở ổ đĩa cục bộ thì nó cũng có ở máy tính cổng nhận ảnh;Do việc sử dụng giao thức NFS nên có giá thành thấp, thực hiện đơn giản vì NFS có thể cài đặt ở tất cả các máy tính hiện nay;Tuy nhiên phải yêu cầu đến mạng và hoạt động vào/ra của ổ đĩa nên làm giảm mức độ hoạt động của hệ thống tạo ảnh...MÔ HÌNH MẠNG KẾT NỐINguyên lý: Sử dụng thêm một máy tính đặt tại thiết bị tạo ảnh. Máy tính này sẽ được kết nối với máy tính cổng nhận ảnh thông qua việc kết nối mạng.Ưu nhược điểmVì mô hình mạng kết nối tuân theo tiêu chuẩn công nghiệp nên giá thành sẽ thấp;Thiết bị có khả năng linh động và dễ dàng thực hiện;Tuy nhiên việc lựa chọn mô hình kết nối mạng cho phù hợp lại phức tạp...4.7. Giao diện với các môđun PACS khácCác môđun của PACS được coi như một PACS nhỏ, độc lập và có mạng thông tin kết nối giữa các thành phần của chúng như: thiết bị tạo ảnh, CSDL, lưu trữ và hiển thị.Ví dụ cho môđun US: 4.8. Chống lỗi cho quá trình nhận ảnhSử dụng các phần mềm để phát hiện lỗi và sửa lỗi;Phần mềm điều khiển các tiến trình nhận ảnh và giám sát sơ đồ dòng dữ liệu xem có vấn đề gì không. Nếu có lỗi thì cần có cơ chế tự phục hồi hoạt động cho hệ thống;Nếu thấy có nhiều lần bị lỗi thì phải có cơ chế báo hiệu cho người quản lý biết để xử lý, thường qua đường điện thoại... Cấu hình Central dial up để khôi phục lỗi khi bị kẹt4.9. Điều khiển xử lý đa mức trong cổng nhận ảnhMục đích là làm tăng độ tin cậy và hiệu quả của cổng nhận ảnh khi nó phải thực hiện nhiều công việc cùng lúc như: nhận ảnh, định dạng ảnh, loại bỏ nhiễu, định hướng truyền, mã hóa và truyền ảnh...Thường nếu xử lý theo kiểu đơn mức (tuần tự) thì xử lý chậm, gây ra trễ, nếu bị lỗi thì có thể bị dừng quá trình nhận ảnh... Sơ đồ mô hình điều khiển đơn mức:Các mô hình thường dùng trong điều khiển đa mức là: điều khiển xử lý đa mức chủ/khách và điều khiển xử lý đa mức theo sự kiện...Lý thuyết về điều khiển xử lý đa mứcLý thuyết về điều khiển xử lý dùng để tối thiểu hóa thời gian xử lý và nhận ảnh. Kỹ thuật này dựa trên cơ chế xử lý với độ ưu tiên như nhau của các tiến trình và được xử lý trên bộ VXL đa nhiệm. Khi đó thời gian tối thiểu để xử lý ảnh là:Tỷ số giữa lượng công việc cần được xử lý của 2 tiến trình là: Trong đó: fo là tần số của CPU; Si là số chu kỳ CPU yêu cầu để hoàn thành tiến trình thứ i.Kiến trúc điều khiển xử lý đa mức chủ/kháchĐặc điểm:* Chủ giám sát, điều khiển lượng công việc giữa các tiến trình;* Để chống lỗi thì mỗi tiến trình được phân ra thành tiến trình “cha” và tiến trình “con”;Tiến trình “cha” thực hiện các công việc:* Kiểm tra hàng đợi đầu vào xem có công việc cần thực hiện không;* Sinh tiến trình “con” để thực hiện chức năng xử lý ảnh ;* Giám sát thời gian xử lý của tiến trình “con”;Tiến trình “con” thực hiện các công việc:* Kiểm tra lỗi;* Tìm ảnh cần xử lý và thực hiện xử lý;* Xóa công việc khỏi hàng đợi...Kiến trúc điều khiển xử lý đa mức chủ/kháchƯu điểm: Tất cả các lỗi của tiến trình “con” không thể ngăn cản tiến trình “cha” nhận và xử lý ảnh. Do đó sẽ làm tăng độ tin cậy cho hệ thống.Sơ đồ mô hình điều khiển xử lý đa mức chủ/kháchKiến trúc điều khiển xử lý đa mức theo sự kiệnĐặc điểm:* Tương tự như điều khiển xử lý đa mức chủ/khách;* Cho mỗi tiến trình, ngoài các công việc thực hiện như ở trên thì có thêm các chức năng sau:Chủ giám sát: Giám sát các tiến trình “cha” và môi trường hoạt động của hệ thống. Là chủ của các tiến trình “cha” và “con” nhưng là khách của giám sát trung tâm;Tiến trình “cha”: Nhận sự kiện kích hoạt từ tiến trình “con”, nhận thông tin kiểm tra từ giám sát trung tâm;Tiến trình “con”: Gửi các lệnh như công việc bắt đầu, công việc kết thúc, kích hoạt tới chủ giám sát và tiến trình “cha” kế tiếp...Sơ đồ mô hình điều khiển xử lý đa mức theo sự kiệnSơ đồ thông tin giữa giám sát trung tâm , chủ giám sát và tiến trình “cha”Ví dụ cho quá trình truyền thông ảnh CR trong PACSGồm 7 tiến trình cần thực hiện tại cổng nhận ảnh:DASM Server: Nhận ảnh từ hệ thống CR;Thông tin: Truyền dữ liệu;Định dạng: Định dạng lại ảnh theo kích cỡ xác định;Loại bỏ nhiễu: Tự động loại bỏ tín hiệu nhiễu;5. Định hướng: Xoay ảnh sang dạng phù hợp để hiển thị;6. Điều chỉnh LUT: Tăng chất lượng ảnh hiển thị sau khi xóa nền;7. Mã hóa mào đầu: Chuyển sang dạng chuẩn DICOM.Kết quả đạt được sau khi thực hiện xử lýSo sánh 20 giá trị xử lý giữa đơn mức và đa mức ta có:Đơn mức:- Thời gian trung bình: 4’2”- Độ lệch chuẩn trung bình: 1’37”Đa mức:- Thời gian trung bình: 2’56”- Độ lệch chuẩn trung bình: 34”KL: Như vậy, so với đơn mức, điều khiển đa mức sẽ tăng tốc độ xử lý, giảm thời gian chết, tăng độ tin cậy, giảm sự can thiệp của người sử dụng...