24   MeDiMed

Úvodem definujme terminologické pojmy, které se objevují v příspěvku a nejsou zcela běžné v oblasti informačních technologií:

24.1   Úvod do problematiky

Ústav výpočetní techniky MU úzce spolupracuje již od roku 1999 s brněnskými nemocnicemi při zavádění informačních a komunikačních technologií v oblasti pořizování, přenosu, archivace a zobrazování digitálních obrazových medicínských informací. Tato spolupráce představuje řadu koordinovaných aktivit a projektů směřujících k vybudování metropolitního archivu medicínských obrazových informací získávaných z nemocničních modalit, diagnostických zařízení, jako je ultrazvuk (US), digitální mamograf (DMG), počítačový tomograf (CT), magnetická rezonance (MR) a další, a jeho zpřístupnění prostřednictvím počítačové sítě. Cílem je využít možností současných informačních technologií a lékařské informatiky jak pro zvýšení kvality medicínské operativy a obecné lékařské péče, tak pro zlepšení podmínek pro medicínský výzkum a výuku studentů.

Řešení zahrnuje podporu přenosů obrazových informací mezi jednotlivými pracovišti (nemocnicemi), která pacient v průběhu léčby navštíví, s možností konzultací vzdálených specialistů. Výsledkem je usnadnění a urychlení formulace správné diagnózy, vyloučení opakovaných vyšetření, úspora času pacienta i lékaře a tím i finančních prostředků. V současnosti provozované řešení lze chápat jako pilotní projekt i pro ostatní regiony v republice.

24.1.1   Rekapitulace

Jako základ archivu byl koncem roku 1999 pořízen systém PACS pro zpracování, přenos a archivaci obrazových dat (statických i dynamických) v reálném čase. V témže roce došlo také k připojení prvních modalit typu ultrazvuk. Jednalo se o propojení pracovišť v rámci Fakultní nemocnice Brno (lokalit Obilní trh - porodnice a Černopolní - dětská nemocnice) s cílem umožnit konzultace ultrazvukového vyšetření specialisty na prenatální intrauterinní diagnostiku plodů a orgánovou, hlavně kardiologickou, diagnostiku novorozenců. Přenos dat mezi těmito lokalitami se uskutečňuje přes vyhrazená vlákna Brněnské akademické počítačové sítě.

Protože ultrazvuky provozované v uvedených lokalitách měly pouze analogový výstup, bylo třeba zajistit konverzi analogových výstupu těchto zařízení do formátu DICOM. V průběhu roku 2000 získali řešitelé řadu konkrétních informací o možnostech a omezeních instalovaného systému PACS. Systém byl průběžně upravován na základě požadavků z praktického provozu a bylo zahájeno postupné budování databází snímků.

Jedním z prvních klíčových výsledků projektu bylo dosažení shody mezi všemi spolupracujícími subjekty o nutnosti používání standardu DICOM. Tím byla podpořena snaha nemocnic, aby nově pořizovaná diagnostická zařízení byla již tímto rozhraním vybavována. V druhé polovině roku 2000 došlo k připojení magnetické rezonance, a to ve Fakultní nemocnici u Sv. Anny (FN USA). Toto zařízení jako první již výstup DICOM obsahovalo. V roce 2001 byly v Masarykově onkologickém ústavu (MOÚ) postupně připojovány další modality vybavené DICOM rozhraním. Jednalo se o digitální mamograf, počítačový tomograf a tři ultrazvuky.

24.1.2   Oblasti řešení

Komplexní řešení aktivit na vytvoření metropolitního archivu obrazových medicínských informací a jeho využívání zahrnuje tři oblasti: legislativní, technickou a finanční.

V oblasti legislativní se jedná zejména o zabezpečení medicínských informací před možným zneužitím. Jde o velmi citlivou oblast, která je z hlediska nemocnic velmi sledována, a požadavky na zabezpečení dat - jak v místech jejich vzniku, tak i při přenosu a archivaci - jsou velmi striktní.

Vzhledem k tomu, že řešení této otázky přesáhlo rámec projektu, ale současně se jednalo o zcela zásadní podmínku pro jeho další rozvoj, uskutečnilo se již v počáteční etapě prací setkání ředitelů všech brněnských nemocnic, náměstka primátora města Brna, rektora MU, zástupce MZČR a řešitelského pracoviště výzkumného záměru ÚVT MU, které veškeré aktivity související s archivem koordinuje. Na něm byly dohodnuty základní principy řešení, které umožnily systém koordinovaným způsobem rozvíjet.

Technická oblast zahrnuje zkoumání a realizaci praktických řešení ve dvou podoblastech týkajících se potřebného technického vybavení pro provoz a využívání celého systému.

První se zabývá vlastní archivací: archivním serverem a jeho bezpečným provozem, volbou archivačních médií s ohledem na cenu, provozní parametry a kapacitu při ukládání obrazových informací. Patří sem také otázky z oblasti rychlosti, bezpečnosti a spolehlivosti síťových přenosů, přístupových práv, atd.

Druhou podoblastí je problematika zobrazovacích jednotek. Je zřejmé, že požadavky kladené na tato zařízení nejsou u všech připojovaných modalit stejné a obecně se také mohou značně lišit od reality běžné v jiných aplikačních oblastech. Například požadavky na ostrost obrazovky u magnetické rezonance jsou natolik vysoké, že se pohybují na hranici (a občas i za ní) možností dostupných zobrazovacích jednotek. Takto náročné požadavky nejsou např. v souladu s možnostmi běžně dodávaných plochých monitorů.

Finanční oblast představuje jednak hledání finančních zdrojů pro rozvoj systému (jak v rozpočtu jednotlivých nemocnic, tak i v tuzemských a zahraničních grantových programech), současně však také hledání optimální rovnováhy mezi požadavky, technickými možnostmi a cenou řešení v jednotlivých oblastech nasazení.

K tomu je nezbytná úzká spolupráce se specialisty v příslušných oblastech medicíny, neboť jen ti jsou schopni určit, jaké zobrazovací jednotky jsou ještě vhodné a dostatečné pro daný účel a danou modalitu. U ultrazvuku nejsou například zdaleka tak vysoké požadavky na kvalitu monitorů (a tím i jejich cenu) jako u magnetické rezonance. Podobným problémem je nalezení optimálního způsobu archivace umožňujícího okamžitý přístup k datům. Zde záleží především na množství ukládané informace (jedno vyšetření může obsahovat jednotky, desítky, ba i stovky snímků).

24.1.3   Pracoviště centrální archivace

Významným výsledkem roku 2001 bylo vybudování centrálního serverového pracoviště archivu v zajištěné části nového počítačového sálu ÚVT na Botanické 68a (samotný sál i s pracovištěm byl oficiálně otevřen 6. prosince 2001). Vzhledem k potřebě maximálního fyzického zabezpečení citlivých dat na serverech a archivačních zařízeních bylo pracoviště instalováno v samostatné, fyzicky oddělené a uzamčené sekci sálu. Toto pracoviště umožňuje propojení diagnostických modalit brněnských nemocnic a v době psaní tohoto článku obhospodařovalo obrazovou dokumentaci sestávající z 980 000 samostatných snímků. Celkem tato vyšetření představují 1,3 TB dat uložených na 300 DVD discích dlouhodobého archivu.

Pracoviště centrální archivace tvoří následující zařízení:

24.1.4   Zobrazovací stanice

Spolu s rozvojem a provozem archivu probíhá průběžně ověřování možností aktuálně dostupných zobrazovacích stanic. K objektivnímu zhodnocení je zapotřebí získat větší množství dat, které umožní až provoz vyššího počtu a variability modalit připojených v letošním a příštím roce.

Dosavadní poznatky potvrzují, že v současnosti neexistuje univerzální typ zobrazovací stanice a ani prohlížecí software, plně vyhovující všem typům modalit a oblastí/odborností jejich použití. Ve speciálních případech (například tomografické snímky mozkových struktur) zaostávají některé soudobé parametry digitálního zobrazení za možnostmi klasického snímku.

Problémy nejsou však jen technického charakteru; významnou překážku, s níž se řešitelé musí potýkat, představuje také setrvačnost přístupu, nedůvěra a malá flexibilita části lékařských specialistů.

24.1.5   Oblasti aktuální spolupráce

Na základě praktických zkušeností bylo pro zařazení do aktivit metropolitního archivu vybráno sedm dílčích aplikací z různých medicínských oblastí:

Magnetická rezonance pro Masarykův onkologický ústav (MOÚ)
Přenos vyšetření MR z FN USA na radiologii MOÚ a archivace obrazu v kontextu s CT nálezy.
Mammodiagnostika
Přenos vyšetření DMG a US prsu z MOÚ na onkologické oddělení FN USA.
Diagnostika prsu v MOÚ
Elektronická archivace a přenos obrazové dokumentace vybraných pacientů (studie, prezentace) radiologie MOÚ kombinující DMG, CT a US nálezy.
Diagnostika mozku ve FN USA
Elektronická archivace a přenos obrazové dokumentace s patologií centrálního nervového systému (studie, prezentace) oddělení zobrazovacích metod FN USA kombinující CT, MR a AG nálezy, sdílení s pracovišti neurochirurgie, radiační onkologie a neurologie elektronickou cestou v rámci FN USA.
Dětská onkologie
Elektronická archivace obrazové dokumentace všech pacientů dětské onkologie kombinující zejména rtg, CT, MR, AG a histologické nálezy, včetně stahování laboratorních výsledků z nemocničního informačního systému, s možností transportu nebo sdílení s dalšími pracovišti dětské onkologie v ČR.
Neonatální kardiologie
Elektronická archivace obrazové dokumentace US u srdečních vad novorozenců s možností exportu a konzultace na kardiochirurgickém pracovišti.
Patologie
Vývoj konzultační sítě patologů - přenos obrazu za účelem konzultací a dvojího čtení mezi pracovišti patologie zúčastněných nemocnic - případně přenos za účelem komplexní obrazové dokumentace vybraných pacientů.

24.1.6   Technické řešení projektu

První přenosy medicínských obrazových dat byly uskutečněny na zcela izolované síti spojující pouze PACS server a příslušné modality. Tím odpadly veškeré problémy spojené jak se zabezpečením, tak s adresací sítě. Po prvních krocích, kdy jsme se přiblížili rutinnímu provozu, vznikla potřeba přístupu k PACS z běžných stanic zapojených do vnitřní sítě nemocnice. Tím vznikl problém s adresací sítě, protože nemocnice zúčastněné na projektu používají pro adresaci svých vnitřních sítí privátní adresy a jejich adresní prostory se tedy překrývají. Řešením obou problémů bylo nasazení překladových firewallů. Obecné schéma připojení brněnských nemocnic je zachyceno na obrázku.

[Obrázek]

Obrázek 24.1: Schéma připojení brněnských nemocnic

Centrální PACSové servery jsou od přenosové sítě odděleny firewallem. Ten kromě filtrace provozu zajišťuje ještě překlad adres těchto serverů. Každá nemocnice proto může tentýž PACS server vidět pod jinou IP adresou pode potřeb svého adresního prostoru.

Na straně nemocnice je rovněž umístěn překladový firewall. Výstup z tohoto firewallu je připojen do hraničního směrovače nemocnice. Tím je zajištěna jak bezpečnost PACS systému - tento firewall je pod naší správou - tak bezpečnost vnitřní sítě nemocnice před případnou chybou na naší straně, protože veškerý provoz prochází směrovačem, který je pod správou nemocnice. Zároveň toto řešení umožňuje snadno provozovat na jedné koncové stanici jak přístup do PACS systému, tak i přístup do Internetu. Na tomto firewallu se překládají IP adresy stanic a modalit z vnitřní sítě nemocnice do adresního prostoru, který nekoliduje s adresací jiných účastníků nebo serverů.

24.2   Práce na projektu v roce 2003

24.2.1   Související projekty

V roce 2003 pokračovaly výzkumně-vývojové a implementační práce na rozvoji systému PACS. Zatímco první část realizace systému probíhala v rámci řešení projektu MŠMT, jejímž hlavním cílem byl výzkum týkající se získání věrohodných dat o nutných přenosových kapacitách, objemech ukládaných dat, práci s obrazovými informacemi, možnostech obrazového informačního systému, možnostech a omezeních v připojování jednotlivých vstupních informačních zdrojů (ultrazvuk, CT, magnetická rezonance atd.).

Druhá část byla hrazena ze zdrojů grantové agentury MZČR a byla silně zaměřena na získání informací o nárocích jednotlivých modalit na provoz, zkušeností radiologů s prohlížecími stanicemi včetně výběru vhodného prohlížeče pro výuku, požadavcích na dobu odezvy při reálném provozu atd. V průběhu řešení projektu se do budovaného systému postupně zapojily všechny brněnské nemocnice. Tyto nemocnice jsou připojeny k centrálnímu PACSu vyhrazenými optickými linkami hvězdicovitým způsobem, a to z důvodů bezpečnosti a rychlosti. Napojení nemocnic na brněnskou metropolitní akademickou sít je zřejmé z obrázku.

[Obrázek]

Obrázek 24.2: Brněnská optokabelová síť (větší obrázek)

V současné době se na rozvoji projektu významně podílí CESNET, z. s. p. o. vzhledem k tomu, že se do systému připojují další organizace mimo brněnský region . Připojení těchto lokalit do systému má značné požadavky na kvalitu přenosových služeb a s tím souvisí i řada nových požadavků, jež jsou řešeny v našem projektu. Cílem je získání širších zkušeností s přenosem velkých objemů dat z různých modalit mezi vzdálenými lokalitami. Jedná se o přenosy po veřejné síti, u nichž je nutné implementovat příslušné zabezpečení s využitím šifrovacích algoritmů a dalších technologií.

24.2.2   Rozšiřování mimo brněnský region

V roce 2003 jsme začali připojovat i mimobrněnské účastníky. Pro mimobrněnské nemocnice je kritickým parametrem získání dostatečně širokého datového kanálu pro komunikaci s PACS servery umístěnými v Brně.

Jako velmi vhodné řešení se jeví použití sítě národního výzkumu CESNET2. Tato síť poskytuje dostatečnou přenosovou kapacitu pro aplikace přenosu medicínských obrazových dat. Jediným problémem je zajištění bezpečnosti přenášených dat. Jako řešení jsme zvolili použití IPSEC tunelu. Tento tunel je realizován na zařízení Cisco PIX Firewall. Na straně ÚVT MU v Brně je použit PIX 525, který slouží pouze pro zakončení IPSEC tunelů ze vzdálených nemocnic. Tento PIX je připojen na firewall oddělující PACS servery od zbytku sítě. Na straně vzdálené nemocnice je použit PIX 515E. Slouží jak pro zakončení IPSEC tunelu, tak i pro překlad adres a filtrování provozu mezi nemocnicí a PACSem. Pro šifrování IPSEC tunelu se v současnosti používá algoritmus 3DES, připravujeme přechod na algoritmus AES. Obecné schéma připojení mimobrněnských nemocnic znázorňuje obrázek.

[Obrázek]

Obrázek 24.3: Schéma připojení mimobrněnských nemocnic

Počátkem roku 2003 byla připojena nemocnice Kyjov prostřednictvím sítě CSNET2 přenosovou rychlostí 10 Mb/s. Současně byly v této nemocnici instalovány dvě prohlížecí stanice, které umožňují kromě zobrazování snímků z vlastního CT zejména vzájemnou komunikaci mezi spolupracujícími pracovišti brněnských nemocnic. Okresní nemocnice Kyjov v současnosti nevyužívá náš systém pro dlouhodobou archivaci. Postupně se však zapojuje do systému pro výměnu obrazových informací.

Zkušenosti získané při zapojování nemocnice Kyjov jsme zúročili při připojování nemocnice Jihlava. Tato nemocnice je připojena pronajatým datovým okruhem s rychlostí 8 Mb/s. Tato rychlost však není zcela dostatečná vzhledem k faktu, že nemocnice Jihlava celou produkci obrazových informací ze svých modalit ukládá do centrálního PACSu. Z tohoto důvodu probíhají jednání o možnostech rychlejšího napojení prostřednictvím sítě CESNET2.

Veškerý rutinní provoz tohoto pracoviště je v současnosti plně závislý na našem systému. Nemocnice se postupně vybavila šesti diagnostickými stanicemi, které kromě zpracování vlastních rentgenových snímků umožňují i vzájemnou výměnu obrazových studií s brněnskými nemocnicemi. Pro tuto nemocnici zajišťujeme i dlouhodobou archivaci a jsme připraveni poskytnout plnou podporu při případném přechodu na plně digitální zpracování obrazové informace.

24.3   Předpokládaný postup dalších prací

Práce plánované na příští rok můžeme rozdělit do následujících oblastí: připojování dalších účastníků, zvyšování kapacity stávajících přípojek a zvyšování spolehlivosti.

24.3.1   Připojování dalších účastníků

O připojení do výše popisovaného systému projevila zájem řada subjektů. V nejbližším termínu, v případě vyřešení realizace přenosových tras, se očekává připojení zdravotnického zařízení IKEM. V tomto případě půjde o připojení prostřednictvím sítě CESNET2. Takové připojení je z pohledu zabezpečení přenášených medicínských dat vlastně připojením po veřejné datové síti, proto bude přenášená data nutno šifrovat.

Protože stávající datový okruh, kterým je připojena nemocnice Jihlava, nemá dostatečnou kapacitu a zvýšení přenosové kapacity u meziměstských datových okruhů je finančně náročné, předpokládáme, že i nemocnice Jihlava bude pro připojení do našeho systému PACS využívat síť CESNET2. Výslednou topologii znázorňuje obrázek.

[Obrázek]

Obrázek 24.4: Připojení jednotlivých účastníků projektu

24.3.2   Zvýšení spolehlivosti

S ohledem na narůstající využívání centrálního sytému PACS a předpoklad zapojení dalších nemocnic a zdravotnických zařízení v městě Brně i mimo region je nutné zvýšit spolehlivost jak samotného systému, tak i přenosových tras. Ke zvýšení bezpečnosti systému povede realizace záložního centra. Záložní centrum vybudujeme v lokalitě Komenského náměstí, kde je umístěna centrální počítačová učebna MU s nepřetržitým provozem. Abychom se chránili proti možnému výpadku dodavatele softwarového vybavení, bude záložní PACS realizován na software jiného výrobce. Data mezi primárním a záložním centrem budou vyměňována pomocí protokolu DICOM.

V rámci zvýšení spolehlivosti přenosových tras počítáme s vybudováním nezávislého datového okruhu do hlavního i záložního centra pro všechny brněnské nemocnice. Toto řešení je možné díky vlastnictví rozsáhlé optokabelové sítě. Plánovaná topologie sítě je na obrázku.

[Obrázek]

Obrázek 24.5: Logická topologie sítě po vybudování záložního centra

Výrazně složitější situace je u mimobrněnských zdravotnických zařízení. Vybudování dvou nezávislých pevných datových okruhů s dostatečnou kapacitou není finančně únosné. Proto pro tyto účastníky plánujeme otestovat možnosti zálohy pomocí sady komutovaných okruhů. Toto řešení bude kromě technického vybavení vyžadovat i jistá organizační opatření. Protože záložní datový okruh není dost dobře možné zřídit s kapacitou odpovídající kapacitě hlavního datového okruhu, bude zapotřebí najít vhodný pracovní postup pro přenos medicínských obrazových dat tak, aby tato data byla k dispozici na vhodném lokálním záchytném serveru v předstihu před příslušným lékařským výkonem.

24.3.3   Nové aplikace

Ve spolupráci s projektem Multimediální přenosy budeme zkoumat možnosti on-line audio a videokomunikace uživatelů systému PACS. Předpokládáme, že budeme schopni nabídnout uživatelům možnost vzdálené konzultace nad medicínskými obrazovými informacemi uloženými v systému PACS.

24.4   Výsledky

Všechny výše zmiňované aktivity umožnily, případně umožní nárůst počtu pracovišť zapojených do budovaného systému a tím i zvýšit objem ukládaných informací pro účely vědy a výzkumu a samozřejmě i pro zlepšení úrovně výuky studentů lékařských oborů.

Poznatky z vybraných aplikací i obecných řešení aplikovaných v systému MeDiMed byly letos publikovány a prezentovány na domácích i zahraničních konferencích. Publikace jsou uvedeny v příloze této zprávy.

předchozí
obsah 		následující
další weby:fond rozvojemetacentrumCzechLightpřenosyvideoservereduroameduID.cz