Controle de Dose de Radiação Aplicado ao Sistema
Catarinense de Telemedicina
Florianópolis, Santa Catarina 28 de fevereiro de 2013
Controle de Dose de Radiação Aplicado ao Sistema
Catarinense de Telemedicina
Trabalho de conclusão de curso apresentado como parte dos requisitos para obtenção do grau de Bacharel em Ciências da Computação
Orientador:
Prof. Dr. rer.nat. Aldo von Wangenheim
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
Florianópolis, Santa Catarina 28 de fevereiro de 2013
Agradeço ao professor Aldo von Wangenheim, meu orientador, pelo apoio na realização deste trabalho.
Aos membros da banca, Harley Wagner, Matheus Savi, pelo apoio, críticas e sugestões.
Ao Cloves Barcellos, Richard Martini, Thiago Coelho Prado, que ajudaram na compreensão e interpretação dos padrões de comunicação DICOM.
Aos colegas do LABTELEMED, principalmente o Felipe Duarte que me auxiliou nessa etapa final; e aos demais colegas de trabalho, Cristina Ruby, Tiago Steinmetz, Alexandre Mar-quez, Luiz Felipe Kohler, Anderson Bragiatto e João Siquerolli PQD; que de forma direta ou indireta também colaboraram.
A tomografia computadorizada é um dos principais métodos de exames radiológicos. Entre-tanto, deve-se observar que por haver exposição à radiação ionizante no processo de aquisição das imagens, este procedimento apresenta riscos inerentes, e sua utilização deve ser resultado de uma análise entre o custo e o benefício promovido pelo procedimento. Para dar subsídio de informações às pessoas envolvidas com o processo, os dados de dosimetria provenientes dos ex-ames médicos são dados de grande importância a serem armazenados.Contudo, atualmente há uma heterogeneidade no armazenamento destes. Desde equipamentos que não armazena essa informação, até equipamentos que armazena de maneira incompleta e proprietária. Entretanto, já há soluções e esforços por parte dos fabricantes de equipamentos médicos para armazenar de maneira padronizada, isto é, arquivosestruturados e esquematizados pelo grupo DICOM, tal ar-quivo denominado Radiation Dose Structured Report (RDSR). Neste trabalho são apresentados os conceitos necessários para realizar a implantação do controle de dose de radiação, desde o processo de análise dos dados disponíveis,a aquisição e uniformização dos dados, e a geração dos arquivos estruturados. Concomitantemente, estes dados são indexados para realizar um pós-processamento com o intuito de explorar melhor essa fonte de informação. E por último, o trabalho utiliza como objeto de estudo, a viabilidade de implantação no Sistema Catarinense de Telemedicina. Os resultados obtidos são uma aplicação modular, pronta para auxiliar na captação dos dados de dosimetria para fornecer uma base de informação e embasar estatísti-cas e técniestatísti-cas de mineração de dados; como também os passos e processos necessários para acomodar o recebimento e armazenamento destes arquivos estruturados em um ambiente hos-pitalar informatizado. E por fim, as dificuldades e desafios a serem enfrentadas na implantação do controle de dose de radiação em um Sistema de Telemedicina em larga escala.
Palavras-chave: Tomografia Computadorizada, Dose Radiação, DICOM, RDSR, Telemedic-ina
The computerized tomography is one of the main methods of radiologic study. However, it must be noted that since there is exposure to ionizing radiation in the process of acquiring the images, this procedure presents inherent risks, and its utilization must result from an analysis of the pros and cons promoted by the procedure. To give a subsidy of information to the people in-volved in the process, the dosimetry data from the medical examinations is information of great importance to be stored. Although, currently there is a heterogeneity in the storage process of these information. From equipments that does not support, to ones that stores the information in an incomplete and proprietary way. However, there are solutions and efforts made by manufac-turers of the equipment to store in a standard way, in essence, files structured and schematized by the DICOM group, also known as Radiation Dose Structured Report (RDSR). In this paper are presented the concepts necessary to perform the implementation of the radiation dosage control, from the analysis process of the available data, to the acquisition and uniformization of the data and generation of structured files. Simultaneously, these data are indexed to realize a post-processing with the aim to better explore this source of information. And finally, this paper utilizes as the object of study, the feasibility of implementation on the Sistema Catarinense de Telemedicina. The obtained results are a modular application, ready to assist in the captation of dosimetry data to supply an information base and to base statistics and techniques of data mining; as well as the necessary steps and processes to accommodate the reception and storage of these structured files in a computerized hospital environment. And finally, the difficulties and challenges to face in the implantation of the radiation dose control in a large scale telemedicine system.
AAPM . . . American Association of Physicists in Medicine
ACR . . . American College of Radiology
ANVISA . . . Agência Nacional de Vigilância Sanitária
API . . . Application Programming Interface
CNEN . . . Comissão Nacional de Energia Nuclear
DICOM . . . Digital Imaging and Communications in Medicine
DICOM SR . . . DICOM Structured Reporting
Gy . . . Grays
ICRP . . . International Commission on Radiological Protection
IHE . . . Integrating the Healthcare Enterprise
IOD . . . Information Object Definition
IOM . . . Information Object Module
MR . . . Ressonância Magnética
NEMA . . . National Electrical Manufacturers Association
PACS . . . Picture Archiving and Communication System
RCTM . . . Rede Catarinense de Telemedicina
RDSR . . . Radiation Structured Report
RSL . . . Revisão Sistemática da Literatura
SIIM . . . Society for Imaging Informatics in Medicine
TC . . . Tomografia Computadorizada
Lista de Figuras Lista de Tabelas 1 Introdução p. 13 1.1 Contextualização . . . p. 13 1.2 Problema . . . p. 17 1.3 Justificativa . . . p. 17 1.4 Cenário de Aplicação . . . p. 18 1.4.1 Cenário 1 . . . p. 18 1.4.2 Cenário 2 . . . p. 18 1.5 Objetivos . . . p. 19 1.5.1 Objetivos Gerais . . . p. 19 1.5.2 Objetivos Específicos . . . p. 19 1.6 Resultados Esperados . . . p. 19 1.7 Limitações do Trabalho . . . p. 20 1.8 Estrutura do Trabalho . . . p. 20 2 Revisão Bibliográfica p. 21 2.1 Conceitos Fundamentais . . . p. 21
2.1.1 Sistema Catarinense de Telemedicina . . . p. 21
2.1.2 Grandezas e Unidades Dosimétricas . . . p. 23
2.1.5 Tecnologia de OCR - Optical character recognition . . . p. 33
2.2 Revisão Sistemática . . . p. 33 2.2.1 Questão de Pesquisa . . . p. 33
2.2.2 Definições da bases de dados e termos de pesquisa . . . p. 34
2.2.3 Critérios de Inclusão e Exclusão . . . p. 36
2.2.4 Seleção dos Estudos . . . p. 37
2.2.5 Extração dos Dados . . . p. 37
2.2.6 Detalhamento dos Trabalhos Relacionados . . . p. 38
3 Desenvolvimento p. 45
3.1 Ferramenta Geradora . . . p. 45 3.1.1 Visão Geral . . . p. 45
3.1.2 Etapa 1 - Análise dos Dados . . . p. 47
3.1.3 Etapa 2 - Extração dos Dados . . . p. 48
3.1.4 Etapa 3 - Geração Arquivo de Saída . . . p. 53
3.2 Alteração no PACS . . . p. 59
3.3 Implantação no STT - Estudo de Viabilidade . . . p. 61
4 Conclusão p. 66
5 Trabalhos Futuros p. 68
Referências Bibliográficas p. 69
Apêndice A -- DICOM - IOD CT - Campos Extraídos p. 73
Apêndice B -- RPT - 204 p. 77
1.1 Célula após sofrer radiação. . . p. 14
2.1 Visão Geral do Sistema Catarinense de Telemedicina. . . p. 22
2.2 Página inicial Portal de Telemedicina. . . p. 23
2.3 Exemplos da utilização do padrão DICOM. . . p. 26
2.4 Hierarquia da informação no contexto DICOM. . . p. 29
2.5 Estrutura interna de um arquivo DICOM. . . p. 30 2.6 Abstração do conjunto de elementos ordenados crescentemente pelas
respec-tivas TAG. . . p. 31
2.7 Processo alto nível para comunicação DICOM. . . p. 32 2.8 Exemplo do processo de extração de dados através de OCR. . . p. 33
2.9 Diagrama exibindo o processo automatizado realizado pela aplicação DIRA. . p. 38
2.10 Gráfico exibindo a relação das medidas de CTDIvol e o tamanho do Phantom. Exames realizados em um aparelho 16-MDCT (Sensation, Siemens
Health-care). . . p. 39
2.11 Diagrama exibindo o processo automatizado realizado pela aplicação
RADI-ANCE. . . p. 40
2.12 Imagem exibindo a diferença entre os DoseSheets de cada fabricante. (A):
Philips; (B): Toshiba; (C): Siemens. . . p. 41
2.13 RADIANCE - esquema do banco de dados. . . p. 42
2.14 RADIANCE - análise de exames por tomógrafo. . . p. 42
2.15 Diagrama do processo automatizado realizado pela aplicação PERMOSS. . . p. 43
2.16 Software PERMOS. . . p. 44 3.1 Visão Geral do Sistema. . . p. 46
3.3 Fluxograma de execuçao da ferramenta cycRDSR. . . p. 49
3.4 Diagrama UML - Hierarquia de classes para modularizar a etapa de extração
dos dados. . . p. 52
3.5 Grafo exibindo a relação entre as centenas de nodos do arquivo RDSR. . . p. 53
3.6 Intercomunicação de informação entre dois processos distintos. . . p. 56
3.7 Fluxograma - Etapas do processo para armazenamento do CSV. . . p. 58 3.8 Tomógrafos que suporta o envio de RDSR. . . p. 59
3.9 Conexão DICOM mal sucedida. . . p. 60
3.10 Fluxograma de execuçao da ferramenta cycRDSR. . . p. 61
3.11 Integração do cycRDSR no Sistema Catarinense de Telemedicina. . . p. 63
3.12 Possível campo para exibir as informações de dosimetria na janela de exame. p. 64
3.13 Análise entre protocolos utilizados em diferentes instituições. . . p. 65
B.1 CTDIvol mensurado com dosímetros nos phantom em comparação com o
valor exibido no aparelho. . . p. 78
B.2 Conversão entre medidas AP e LAT. . . p. 79
1.1 Tabela de comparação entre radiação de exames médicos e a radiação natural p. 15
A.1 Tabela com o conteúdo de um arquivo de TC - (CT IOD) . . . p. 73
A.2 Tabela com os campos referentes ao IOM - GENERAL . . . p. 74
A.3 Tabela com os campos referentes ao IOM - STUDY . . . p. 74
A.4 Tabela com os campos referentes ao IOM - SERIES . . . p. 74
A.5 Tabela com os campos referentes ao IOM - EQUIPMENT . . . p. 75 A.6 Tabela com os campos referentes ao IOM - PATIENT . . . p. 75
1
Introdução
1.1
Contextualização
Existem diversas modalidades de exames médicos, diferenciando-se entre elas pelas re-spectivas tecnologias e técnicas utilizadas. Dentre todas modalidades, há um sub-grupo que se assemelham por compartilhar a utilização do raio-X para realizar captação da(s) imagem(ns), como a Radiografia, a Mamografia, a Fluoroscopia e a Tomografia Computadorizada. Geral-mente esses exames são utilizados para identificar fraturas de ossos, pneumonia, tumores, blo-queios intestinais, pedra nos rins, problemas cardíacos, lesões do diafragma, etc; os benefícios e vantagens da realização desses exames são imensos (FDA, 2009). Entretanto, não há como ignorar que essa eficácia clínica e a popularização dos equipamentos estão resultando em um grande aumento na solicitação e realização deste sub-grupo de exames, expondo cada vez mais a população à radiação ionizante (JR et al., 2007).
Conforme (RADIATION, 2006), de maneira simplista, os raios-X são ondas eletromagnéti-cas que transportam energia de um ponto a outro. Esse fenômeno do transporte é denominado radiação. Exemplificando, essas ondas atravessam roupas, tecidos, orgãos; e a interação desta energia presente na onda com o corpo humano poderá promover alterações físico químicas no meio intracelular, a mensuração da energia depositada em um tecido biológico é chamada de dose de radiação absorvida.
Em suma, a dose de radiação absorvida (efeito biológico) é mensurada em grays (Gy) , enquanto que a dose de radiação equivalente utiliza a unidade do Sistema Internacional de Unidades (SI), isto é, em sievert (Sv) . Contudo, para os raios X e γ (Gama), 1 Gy é equivalente a 1 Sv (BRENNER; HRICAK, 2010).
Apenas para deixar mais didático o processo de compreensão deste trabalho, segue abaixo um simples infográfico presente em uma reportagem do jornal "Folha de S.Paulo", datada de 25/06/2011, sobre como a radiação é utilizada para gerar imagens do interior do paciente atrav-essa as células do corpo, e dependendo da intensidade e do tempo de exposição, podem ou não
danificar estas células. Como se poder visualizar na figura 1.1 (FOLHA, 2011).
Figura 1.1: Célula após sofrer radiação.
Fonte:FOLHA. Médicos pedem menos tomografias para evitar radiação. 2011. Disponível em:<http://www1.folha.uol.com.br/equilibrioesaude/934875-medicos-pedem-menos-tom ografias-para-evitar-radiacao.shtml>.
Um estudo realizado em 2009, estimou que 29.000 futuros cânceres (aproximadamente 2% do total de cânceres diagnosticados anualmente nos Estados Unidos) poderiam ser relacionados a realização de exames de Tomografia Computadorizada nos EUA em 2007 (GONZALEZ et al., 2009).
Mesmo que não possa inferir o risco de câncer baseado na exposição à radiação, é altamente importante considerar que deve haver a conscientização sobre o perigo associado à radiação ionizante. Mesmo que o risco de adquirir câncer associado a um exame radiológico seja mais baixo que o risco natural, é inaceitável fazer o paciente ter risco adicionado se isto não for beneficiar o paciente (VERDUN et al., 2008).
Os efeitos da radiação podem ser categorizado em efeitos determinístico e estocásticos (acumulativos). A probabilidade do efeito acumulativo em um paciente, pode ser prevista con-hecendo o histórico de valores de dose de radiação. Este é o principal motivo para haver um histórico dose de radiação para cada paciente (MILLER et al., 2004).
Conforme (HUDA; METTLER, 2011), a média de radiação médica de dose efetiva (DE) entregue a população americana em 2006 foi de aproximadamente 3.0mSv, um aumento de 600% em uma única geração. E a perspecitva é de que os exames de CT continuaram sendo o principal contribuinte. A comparação entre a radiação de natural de fundo e a radiação de exames médicos pode ser visualizada na tabela 1.1.
Tabela 1.1: Tabela de comparação entre radiação de exames médicos e a radiação natural
Procedimento: Dose
Efe-tiva da Radiação Comparação com a radi-ação natural de fundo: Região Abdominal:
Tomografia Computadorizada (CT) - Abdômen 10 mSv 3 anos
Tomografia Computadorizada (CT) - Tronco 10 mSv 3 anos
Osso:
Radiografia da Extremidade 0.001 mSv Menos de 1 dia
Tórax:
Tomografia Computadorizada (CT) - Tórax 8 mSv 3 anos
Radiografia-Tórax 0.1 mSv 10 dias
Exame Feminino:
Mamografia 0.7 mSv 3 meses
Fonte: (FDA, 2009) apud RadiologyInfo.org; Courtesy: American College of Radiology and Radiological Society of North America
No Brasil, o órgão que faz adequações nas recomendações internacionais e as adotam para regulamentar o uso da radiação, é a Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN) . Em setembro de 1973, a CNEN elaborou as Normas básicas de proteção radiológica, cuja atual-ização mais recente é o documento NN-3.01, “Diretrizes básicas de proteção radiológica”, de janeiro de 2005. Esta norma é uma tradução com adaptação da International Commission on Radiological Protection (ICRP) Publicação 60 de 1990. A recomendação mais recente relativa à proteção radiológica está na ICRP Publicação 103: The 2007 Recommendations of the In-ternational Commission on Radiological Protection, a qual substituiu a ICRP Publicação 60 de 1990. Sendo que a ICRP é a comissão da Sociedade Internacional de Radiologia, a qual tem por missão elaborar guias de proteção radiológica e estabelecer limites de exposição às radiações ionizantes.(OKUNO, 2009).
Contudo, vale ressaltar que este documento do CNEN não estipula limites de doses para pacientes nas exposições médicas. Isto é, não há um valor absoluto sobre a quantidade máxima de dose que um paciente pode receber em um exame. Mas a Portaria 453/98 do Ministério da Saúde/ANVISA , estabelece níveis de referência de radiodiagnóstico a serem seguidas. Espera-se que, boas práticas e técnicas Espera-sejam utilizadas para que tais níveis não Espera-sejam ultrapassados
(OLIVEIRA; KHOURY, 2003).
Segundo (RON, 2003), o acesso ao histórico do paciente pode influenciar diretamente o pedido de realização de novos exames. Pois em certos casos, esta informação irá auxiliar o médico a chegar em um consenso sobre a exposição à radiação acumulada do paciente.
O conjunto de históricos sintetizará uma base de informações que terá um grande potencial a ser explorado. No entanto, estas informações devem estar armazenadas de maneira padronizada. Atualmente, há diversos padrões para manipulação, de informações clínicas, mas para radiolo-gia digital, o principal padrão é o Digital Imaging Communications in Medicine (DICOM) (AZEVEDO-MARQUES; SALOMÃO, 2009).
Com a finalidade de padronizar o armazenamento de informações médicas mais complexas, no ano de 2000, o comitê DICOM definiu mais um formato de arquivo, o DICOM Struc-tured Reporting (DICOM SR)(CLUNIE, 2000). Sendo que em 2008, foi lançado uma sub-categoria de DICOM SR para armazenar dados de dosimetria, o Radiation Dose Structured Report (RDSR).
Algumas informações de dose estão presentes nos cabeçalhos dos arquivos (imagens) DI-COM. Dependendo do fabricante, modelo, versão do software; esses dados podem estar em campos públicos e/ou em campos privados ou até mesmo omitidos. Além disso, esta infor-mação está somente associada com a imagem deste arquivo, isto é, se as imagens forem apa-gadas, consecutivamente estas informações também serão perdidas. E devido a esses proble-mas, surgiu a necessidade de criar um padrão para armazenar, gerenciar, visualizar, transferir estes dados. Em 2007, foi lançado como parte do padrão DICOM a primeira geração de RDSR, inicialmente para armazenamento de informações referentes a procedimentos de fluoroscopia (NEMA, 2012). Sendo que em 2008, já estava presente no padrão, estruturas similares para suportar os dados de mamografia e Tomografia Computadorizada (TC). O RDSR é um objeto DICOM que pode ser criado e gerenciado separadamente da criação e armazenamento das ima-gens. Todos os dados presentes no RDSR, seguem um padrão e uma estrutura, ou seja, os dados são armazenados em campos públicos ("conhecidos"), cada campo com seu respectivo identifi-cador (TAG). Outro ponto relevante a ser destacado é que o RDSR é um arquivo independente, mesmo se as imagens geradas durante a realização do exame forem descartadas, o RDSR irá registrar os dados de radiação referente ao procedimento realizado.
Já o Sistema Catarinense de Telemedicina (STT/SC) , projeto realizado pelo grupo de pesquisa INCOD da Universidade Federal de Santa Catarina, é um sistema estadual para mazenamento e visualização de exames. Um dos seus principais objetivos é fornecer o ar-mazenamento de imagens DICOM advindas de aparelhos médicos conectados à Rede
Catari-nense de Telemedicina (RTCM). A RCTM conecta diferentes instituições de saúde, como hos-pitais, postos de saúde, e outras unidades de saúde de cuidados básicos(WANGENHEIM et al., 2010). Esse armazenamento de aquivos DICOM é feito através de um servidor de im-agens médicas — o principal componente do Picture Archiving and Communication System (PACS) —; no contexto do STT/SC, este servidor utiliza um software projetado e construído pelo próprio grupo de pesquisa, tal software é o CyclopsDCMServer.
1.2
Problema
Atualmente a Rede Catarinense de Telemedicina (RCTM) não possui um registro sobre as informações referentes a dose de radiação ionizante que cada paciente foi exposto ao ser submetido a um exame médico. Destacando-se os seguintes entraves:
• o servidor PACS da RCTM não possui estrutura necessária para armazemanento e geren-ciamento do RDSR;
• os dados de dose utilizam unidades e/ou padrões diferentes entre os fabricantes;
• antigos equipamentos não exportam valores de doses no arquivo DICOM, apenas exibe os valores no monitor junto ao equipamento.
1.3
Justificativa
Conforme (APPLEGATE; THOMAS, 2011), ultimamente há um aumento da conscienti-zação sobre o risco acumulativo da radiação ionizante em exames médicos. Com isso, tem aumentado a discussão sobre a necessidade de haver um registro de dose de radiação. Um ex-emplo prático disso, é uma lei que entrará em vigor no estado da California (USA), obrigando o armazenamento das informações de radiação nos exames de TC. Mesmo não havendo uma obrigatoriedade na legislação brasileira, é importante que o Sistema Catarinense de Telemedic-ina esteja preparado para colaborar e participar desta evolução na coleta de informações sobre o registro de doses de radiação. Segundo (IHE, 2012), o perfil do Integrating the Healthcare En-terprise(IHE) define que armazenar os valores de dose entregue aos pacientes pode contribuir para diversos segmentos:
• Para as instalações (clínicas/hospitais) que expõe os pacientes à radiação vai ser possível monitorar esse registro de dose, e realizar a verificação das suas políticas, procedimentos e realmente conferir se os protocolos são adequados e sendo seguido de forma adequada;
• Para os físicos médicos, o monitoramento do registro de dose podem auxiliá-los na com-preensão de como as mudanças nas técnicas e protocolos afetam a dose de radiação e a qualidade de imagem. Isto irá permitir eles manterem as doses dos paciente tão baixos quanto razoavelmente alcançável (ALARA);
• Para os médicos dos pacientes, os dados fornecidos pelo monitoramento do registro de dose podem ajudar a determinar — em consulta com o físico médico — se o benefício a partir da informação do exame superam qualquer risco pequeno que pode ser associado com a aquisição de imagem;
• Para as sociedade e as agências reguladoras, uma coleção de registro de dose pode ser útil na definição ou revisão das diretrizes de dose radiação em exames médicos. Muitos destes grupos têm expressado o desejo de estabelecer padrões de níveis de prática ou a dose de referência com base em um entendimento quantitativo da prática atual, no entanto que o encontraram dificuldade em coletar esses dados;
• Para os físicos, físicos médicos, tecnólogos; este tipo de dado pode ser vital para desen-volver uma compreensão mais detalhada dos impactos da exposição à radiação sobre a saúde.
1.4
Cenário de Aplicação
Apenas para exemplificar a utilização dos valores de dosimetria, segue abaixo dois cenários de aplicação.
1.4.1
Cenário 1
Cada unidade de saúde, que faça parte do STT/SC e realiza exames de TC, vai poder analisar e inferir novas informações de dosimetria. E consecutivamente, conseguir ter mais subsídios para analisar e verificar suas políticas e protocolos de TC.
1.4.2
Cenário 2
Imaginando um paciente que no último ano teve a necessidade de realizar diversos exames médicos, dentre eles algumas TC. Quando este paciente realizar uma nova consulta médica, pode ser que seu médico sinta a necessidade de solicitar mais uma TC para prover o diagnóstico. Então, este profissional de saúde, poderá através do resultado desse trabalho consultar os valores
de radiação no histórico do paciente. Com base nesses valores, o mesmo vai poder realizar uma escolha mais coesa e correta e talvez cancelar a escolha de solicitar este exame de TC. E assim solicitar que o paciente faça outro tipo de exame como a Ultrassonografia (US) ou Ressonância Magnética (MR), desde que tal exame consiga ser suficiente para fornecer o diagnóstico.
1.5
Objetivos
1.5.1
Objetivos Gerais
Desenvolver as etapas necessárias para realizar a extração e armazenamento padronizado das informações de dosimetria. Adaptar a estrura do STT/SC para armazenar essas informações, como também, analisar uma abordagem de como essas informações poderiam ser integradas a atual arquitetura e conjuntura do sistema.
1.5.2
Objetivos Específicos
• Obj.1. Desenvolver uma ferramenta, doravante denominada "Cyclops Radiation Dose", capaz de extrair as informações de dosimetria de um exame — considerando um exame como um conjunto de um ou mais arquivos que armazenam as imagens médicas —, e manipular tais informações para convergir na geração de um único arquivo RDSR. Além disso, de maneira paralela, criar um arquivo de texto para auxiliar um outro trabalho que fará um pós-processamento nessas informações;
• Obj.2. Desenvolver novos serviços na Application Programming Interface (API) do servi-dor PACS utilizado no STT/SC (Cyclops DCMServer) para prover o suporte à comuni-cação e ao armazenamento de um RDSR;
• Obj.3. Realizar um estudo viabilidade da integração entre o Portal de Telemedicina e Cyclops DCMServer com a ferramenta proposta "Cyclops Radiation Dose".
1.6
Resultados Esperados
Espera-se que após o término deste trabalho, exista uma ferramenta genérica extratora de dados de dosimetria, que possa auxiliar no pós-processamento e análise dos protocolos em-pregados em exames de TC, de uma instituição de saúde arbitrária. Além disso, que a infra-estrutura do STT/SC esteja preparada para armazenar tais dados padronizados. E por fim, que
haja subsídios suficientes para direcionar esforços e modificações no STT/SC para que seja possível utilizar os demais resultados deste trabalho.
1.7
Limitações do Trabalho
De acordo com (PINA et al., 2009), entre os métodos de diagnósticos por imagem que utiliza radiação ionizante, a TC é o exame que proporciona maior dose para o paciente. Com base nisso, este presente trabalho limitou seu escopo para atender o controle de radiação de TC. Sendo assim, não são abordados os exames das seguintes modalidades: mamografia, radiografia e fluoroscopia.
1.8
Estrutura do Trabalho
Este trabalho está estruturado na seguinte maneira:
• no capítulo 1 foi apresentado a Introdução do trabalho, a contextualização, a definição do problema, a justificativa, os objetivos e os cenários de aplicação;
• no capítulo 2 será apresentado a Revisão Bibliográfica, subdivido em duas partes, a primeira parte descrevendo os conceitos necessários para a compreensão do trabalho, isto é, um resumo dos temas relevantes, como: DICOM, PACS, RDSR, TC, Radiação, entre outros; e a segunda parte contendo a revisão sistemática e as respectivas explanações dos artigos correlatos ao presente trabalho;
• no capítulo 3 será apresentado o Desenvolvimento, detalhando as etapas da para realiza-ção dos objetivos. Ou seja, desde da arquitetura da ferramenta extratora dos dados de dosimetria, as etapas e processos envolvidos, e a integração com outros sistemas;
• no capítulo 4 será apresentado a conclusão, descrevendo uma discussão sobre a eficácia da ferramenta extratora dos dados, os processo de uniformização dos dados, além disso, os resultados da análise sobre o processo de integração da aplicação no STT;
2
Revisão Bibliográfica
Este capítulo apresenta a seção de fundamentação teórica necessária para a compreensão do presente trabalho. Para que seja compreensível certas etapas e processos de implementação discutida no próximo capítulo, há uma ênfase na diferenciação dos tipos de tomógrafos, for-mas de mensurar os valores de dosimetria, a codificação interna dos arquivos de tomografia, a forma de comunicação realizada no protocolo DICOM. Sendo que no final deste capitulo, há a apresentação da revisão sistemática proposta em (KITCHENHAM, 2004).
2.1
Conceitos Fundamentais
2.1.1
Sistema Catarinense de Telemedicina
O Sistema Catarinense de Telemedicina (STT/SC), é um projeto desenvolvido e mantido pelo grupo INCOD da UFSC. De acordo com (MACEDO et al., 2008), o sistema é constituído por um conjunto de serviços para auxílio a saúde. Como pode ser observado na figura 2.1.
Figura 2.1: Visão Geral do Sistema Catarinense de Telemedicina.
Neste modelo de telemedicina adotado, os hospitais dos municípios, realizam os exames nos pacientes, tais como: eletrocardiogramas, hemodinâmicas, cintilografias, tomografias e ressonâncias; e os envia para um banco de dados centralizado, no Hospital Universitário(MACEDO et al., 2008).
Fornecendo resultados de mais de 45.000 exames mensais (média 2012) a 268 dos 293 mu-nicípios catarinenses, conectando 300 instituições que realizam envio de exames a uma única in-stância do servidor PACS CyclopsDICOMServer — outro serviço integrante da infra-estrutura do STT/SC—, servidor de imagens médicas desenvolvido pelo mesmo grupo (NOBRE; WAN-GENHEIM, 2010).
Cada instituição vinculada ao sistema possui uma "bridge"(um servidor que intermedeia a conexão entre o equipamento e o sistema), essa fica responsável em receber, armazenar e dis-tribuir as imagens enviadas pelo diferentes equipamentos presentes na instituição. A informação é temporariamente armazenada na "bridge", assim reduzindo ataques externos e mantendo a a segurança no processo de comunicação (WANGENHEIM et al., 2009) .
Um do serviços é o Portal de Telemedicina, uma ferramenta de interface para auxílio ao trabalho dos profissionais de saúde, como pode ser visto na . Uma de suas funcionalidade é a visualização de exames remotamente, possibilitando a realização de telediagnósticos direta-mente pela internet (GIULIANO et al., ).
Figura 2.2: Página inicial Portal de Telemedicina.
2.1.2
Grandezas e Unidades Dosimétricas
As medições de radiação em tomografia computadorizada é um procedimento complexo, pois as grandezas e as metodologias de dosimetria e os instrumentos de medição são diferentes da radiologia convencional (BASTOS, 2006).
A padronização das grandezas usadas para a caracterização da radioatividade, quanto a interação e efeitos, é feito pela Comissão Internacional de Unidades e Medidas de Radiação (ICRU - International Commission on Radiation Units and Measurements); que define as grandezas físicas básicas; e pela Comissão Internacional de Proteção Radiológica (ICRP - International Commission on Radiological Protection); que é responsável pela definição das grandezas de radioproteção (CASTRO, 2005).
De acordo com a (RECOMMENDATIONS, 1990), as três principais grandezas de proteção recomendadas são:
• Dose Absorvida Média em um Órgão ou Tecido (DT);
• Dose Equivalente em um Órgão ou Tecido (HT,R);
• Dose Efetiva (E).
CTDI=1 h
Z ∞
−∞
Dose Absorvida no Órgão - DT
A grandeza física básica é a dose absorvida, DT (MCCOLLOUGH et al., 2011). Sendo a energia média depositada pela radiação ionizante em um um órgão ou tecido definido, T, dividida pela massa daquele órgão, dada pela expressão,
DT= de dm
onde de é a energia média depositada pela radiação ionizante em um meio de massa dm.
A dose absorvida é expressa em J/kg no Sistema Internacional de Unidades e o nome espe-cial para esta unidade é o gray (Gy). Sendo grays (1 Gy = 1 J/kg) ou rads (1 rad = 100 erg/g). A conversão entre rads e grays é
100rad= 1Gy.
A dose absorvida não descreve onde a radiação foi absorvida, nem reflete a radiosensibili-dade, ou o risco de detrimento causado nesses tecidos irradiados.
Conforme (DONNELLY et al., 2001), a estimativa é um processo na etapa na avaliação do detrimento à saúde, relacionado à determinada prática, quais sejam:
• Efeitos determinísticos: dose absorvida nas regiões mais irradiadas, como por exemplo a superfície do corpo;
• Efeitos estocásticos: a dose média absorvida em tecidos ou órgãos individualmente de acordo com a ICRP 60.
Dose Equivalente
Como existe diferentes tipos de radiação, o resultado poderia ser diferente para uma mesma dose absorvida. Sendo assim, foi necessário criar um conceito para comparar os efeitos devido ao diferentes tipos de radiação. Algumas radiações são mais efetivas do que outras em causar efeitos estocásticos. Por isso foi criado a grandeza dose equivalente HT, que é a dose absorvida média em um órgão ou tecido, (DT,R), multiplicada por um fator de peso adimensional da radiação, wR, relativo ao tipo e energia da radiação incidente R, ou seja:
A dose equivalente é expressa em J/kg no Sistema Internacional de Unidades. Para evitar confusão com a dose absorvida, a unidade para a dose equivalente recebe o nome especial de sievert (Sv).
Os fatores de peso da radiação wR foram estipulados pela ICRP-60 com base nos valores da Eficácia Biológica Relativa (RBE) da radiação na indução de efeitos estocásticos a baixas doses. Como já supracitadao, no caso dos Raio-X e Gama, esse fator de conveersão é um. No entanto, como esse termo aparecerá futuramente, era necessário exibir esta breve definição.
Dose Efetiva
Os valores de dose efetiva não são calculados ou simulados neste neste trabalho, mas para efeitos de compreensão dos campos necessários na geração do arquivo RDSR, segue a diferen-ciação entre este termo e os demais termos já citados acima.
Dose Efetiva, antigamente referenciada como Dose Equivalente, leva em consideração o local onde a dose de radiação está sendo absorvida, isto é, qual tecido ou orgão está sendo irradiado. E isto reflete nos resultados dos riscos estocáticos causados pela radiação em um paciente de TC. O cálculo da dose efetiva é realizado com uma média ponderada referente a cada orgão irradiado:
E=
∑
wt.Htonde wT é o fator de peso do tecido T e HT é a dose equivalente a ele atribuída.
No Sistema Internacional de Unidades, a dose efetiva é expressa em J/kg, mas recebe o nome especial de sievert (Sv). E a conversão entre rems e sievert é: 100 rem equivale 1 Sv.
Os valores de wT para os órgãos ou tecidos considerados para o cálculo da dose efetiva, estipulados pela publicação no 60 da ICRP (ICRP, 1991),
2.1.3
PACS - Servidor Imagens Médicas
De acordo com (DELLANI, 2001), PACS (Picture Archiving and Communications Sys-tem) são sistemas formados por aparelhos de diagnóstico médico — aparelhos que fornecem imagens digitais, como CT, US e MR —, estações de trabalho para processamento das imagens e servidores de armazenamento de imagens médicas digitais; todos interconectados. A função do PACS é facilitar a visualização, impressão e outras operações com as imagens armazenadas
nos servidores.
O servidor de imagens médicas digitais é o principal componente do PACS. É neste servidor que as imagens médicas digitais e informações relacionadas produzidas nos diversos aparelhos de diagnóstico médico de um PACS são armazenadas (DELLANI, 2001).
Segundo (AZEVEDO-MARQUES; SALOMÃO, 2009), um sistema de arquivamento e co-municação voltado para o diagnóstico por imagem que permite o pronto acesso às imagens médicas em formato digital em qualquer setor de um hospital. O conceito de PACS foi definido por um consórcio integrado pela American National Association of Electric Machines (NEMA), Radiology Society of North America (RSNA) e um conjunto de empresas e universidades dos Estados Unidos da América.
2.1.4
DICOM
Segundo (PIANYKH, 2011), o protocolo DICOM (Digital Imaging Communications in Medicine) representa anos de esforços para criar padronizações universais na área de infor-mação médica digital. Em linhas gerais, pode-se conceituar como um conjunto de definições para haver um padrão na transferência e comunicação entre equipamentos médicos e computa-dores; como também a padronização no armazenamento dessas informações digitais na área médica, figura 2.3.
(a) Mapeamento do "mundo real"para o for-mato de um arquivo DICOM.
(b) Comunicação entre dois equipamentos uti-lização o padrão DICOM de comunicação.
Figura 2.3: Exemplos da utilização do padrão DICOM.
Fonte: (PIANYKH, 2011), página 8.
Conforme (DELLANI, 2001), atualmente o DICOM é o padrão de fato para PACS, sendo suportado pela grande maioria dos aparelhos de imagens de diagnóstico médico. O fato de um aparelho suportar o protocolo DICOM, garante que este equipamento possa ser integrado em um PACS já existente, Sua abrangência no PACS vai desde a codificação dos dados das ima-gens, a definição de diversas classes de serviços, como armazenamento, recuperação, pesquisa
e impressão de imagens, formatos utilizados no armazenamento das imagens em meios re-movíveis, processos de negociação de associações para a transmissão dos dados das imagens através de redes, etc. O padrão DICOM define essas regras sobre a hierarquia dos objetos DI-COM, a forma como os arquivos devem ser armazenados, como deve ocorrer a comunicação entre equipamentos, etc; através de um conjunto de documentos do NEMA. Segundo (NEMA, 2011a), estes documentos estão separados pelos diferentes assuntos que cada um aborda. No total são dezesseis documentos, totalizando mais de 10.000 páginas. Esses arquivos continuam em crescente desenvolvimento, isto é, o processo de adições ao padrão é contínuo, Supplements e Change Proposals são publicados no DICOM website desde a última versão (2011). Segue abaixo a lista de arquivos da última versão:
• PS 3.1 - Introduction and Overview: breve introdução ao padrão DICOM e ao conteúdos dos demais documentos;
• PS 3.2 - Conformance: define os princípios para todas as implementações que desejam estar em conformidade com o padrão DICOM;
• PS 3.3 - Information Object Definitions: descreve como os objetos de informação são construídos (IOD, IOM, Datasets);
• PS 3.4 - Service Class Specifications: contém a especificação das Classes de Serviço (SOPClass);
• PS 3.5 - Data Structures and Encoding: especifica o método de codificação e decodifi-cação respectivamente ao realizar a transmissão e a recepção dos dados;
• PS 3.6 - Data Dictionary: uma lista com todas as TAG correspondentes aos atributos dos objetos de informação que fazem parte do padrão;
• PS 3.7 - Message Exchange: descreve os serviços DICOM comumente referenciados como DIMSE-C e DIMSE-N;
• PS 3.8 - Network Communication Support for Message Exchange: especifica o processo de negociação de associação (handshake), protocolos da camada superior, transporte dos dados.
• PS 3.9 - Point to Point Communication Support for Message Exchange: especifica a uti-lização do padrão DICOM sobre conexões ponto-a-ponto;
• PS 3.11 - Media Storage Application Profiles;
• PS 3.12 - Media Formats and Physical Media for Media Interchange:
• PS 3.13 - Print Management Point-to-Point Communication Support:
• PS 3.14 - Grayscale Standard Display Function;
• PS 3.15 - Security Profiles;
• PS 3.16 - Content Mapping Resource;
• PS 3.17 - Explanatory Information;
• PS 3.18 - Web Access to DICOM Persistent Objects (WADO).
Neste presente trabalho, são utilizados somente três documentos, sendo eles: PS-3.3 2011, PS-3.6 2011 e PS-3.16 2011.
Histórico
Apenas contextualizando o histórico do padrão, este foi desenvolvido de maneira conjunta entre a comunidade científica e os fabricantes de equipamentos médicos — relacionados com a geração das imagens médicas. Em 1983, o Colégio Americano de Radiologia (American College of Radiology - ACR) e a Associação Nacional dos Fabricantes de Produtos Elétri-cos (National Electrical Manufacturers Association - NEMA), decidiram se unir para criar um padrão capaz de possibilitar a transferência de imagens e troca de informações independente do fabricante do equipamento. E so ano de 1985 o padrão ACR-NEMA — antiga nomenclatura do padrão — foi publicado em sua versão 1.0, sendo a primeira que aceitava a realização da comunicação de dados sem utilizar uma forma proprietária vinculada a algum fabricante. A versão 1.0 foi substituída pela versão 2.0 em 1988, essa versão incluía as principais definições independente da terminologia, estrutura de dados e codificação. Só no ano de 1993, foi apre-sentada a versão 3.0, denominada Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM), nessa versão foi adicionado o uso do protocolo TCP/IP para possibilitar a comunicação inde-pendente do fabricante do equipamento. A estrutura de dados também foi alterada para suportar um modelo que comporta identificadores únicos para serviços e objetos como imagens, dados de pacientes, formato wave ou laudos estruturados (BIDGOOD; HORII, 1992).
Hierarquia da Informação
Independente do armazenamento em arquivo, o padrão DICOM define uma hierarquia do objeto paciente no contexto DICOM, como pode ser visto na figura 2.4. Sendo que um paciente pode possuir um ou mais estudos — nesse contexto, estudo seria um exame de TC. E cada exame pode possuir uma ou mais séries — sendo que esta, é um conjuntos de imagens com características em comum, e.g, Série de imagens do Tórax com contraste. E por fim cada série pode possuir uma ou mais instâncias, sendo estas imagens ou objetos DICOM SR (PIANYKH, 2011 apud JUNIOR, 2012, p. 35).
Figura 2.4: Hierarquia da informação no contexto DICOM.
Fonte: (NEMA, 2011b apud JUNIOR, 2012)
Classe de Serviços - Service-Object Pair(SOP)
O SOP Class é definido com um conjunto identificador de Information Object Definition (IOD) and a DICOM Service Elements (DIMSE). As definições dos SOP Class contém regras semânticas que delimita e descreve o uso de serviços no DIMSE ou atributos do IOD. Exemplo de elementos de serviços: Store, Get, Find, Move, etc. Examples of Objects are CT images, MR images, but also include schedule lists, print queues, etc.
O Objeto DICOM
Na figura 2.5, pode-se ter uma visão genérica de como funciona internamente o armazena-mento de arquivos DICOM, sejam eles resultantes dos exames de tomografia computadorizada, ultra-sonografia, ressonância magnética, mamografia, radiografia, entre outras modalidades; o
arquivo possui a imagem (matriz de pixel) e mais um conjunto de campos, doravante DICOM HEADERS, que contém as informações do exame, do paciente, do equipamento, da imagem, entre outras.
Figura 2.5: Estrutura interna de um arquivo DICOM.
Fonte: (PIANYKH, 2011). Página 242.
Conforme (NEMA, 2011b), a estrutura interna é diretamente relacionada a classe de arquivo que está sendo armazenada. doravante SOPClass. Devido o contexto deste trabalho, segue abaixo apenas como é internamente um arquivo de SOPClass CT Image Storage. O padrão DICOM define os Information Object Definition (IOD), que possui seus respectivos módulos, estes por sua vez denominados Information Object Module (IOM). No apêndice A é descrito o IOD de TC, isto é, o conjunto de módulos e respectivos campos que compõem cada arquivo resultado de um exame de TC.
E cada IOM é constituído por um conjunto de data element obrigatórios e opcionais que são identificados unicamente no padrão e agrupados de acordo com similaridade. Dessa maneira, cada data element, é identificado pelo grupo (G) ao qual pertence e o elemento dentro desse grupo (E), resultando assim em um identificador seguindo o formato hexadecimal (0xGGGG, 0xEEEE), por exemplo, o identificador (0010, 0010) é mapeado para o nome do paciente (PRADO, 2012 apud NEMA, 2011b).
Figura 2.6: Abstração do conjunto de elementos ordenados crescentemente pelas respectivas TAG.
Fonte: (NEMA, 2011c).
Como supracitado, o padrão DICOM define diversos serviços, no entanto, um equipa-mento e/ou software não necessita implementar todos esses serviços. Sendo assim, para saber quais sao os servicos atendidos, os fabricantes de equipamentos e/ou software produzem doc-umentos chamados Conformance Statements. Estes contém exatamente todas as informações necessárias como os tipos de modalidades que são suportadas, sintaxes de transferência de da-dos, serviços que podem requisitar ou serem requisitados e quais possíveis extensões estão disponíveis.(PRADO, 2012).
Comunicação
Além de definir o formato dos arquivos de imagens médicas, o grupo DICOM também de-fine um protoloco de comunicação se baseando em padrões já existentes. Há um conjunto de documentos que abordam somente este processo, porém, de maneira sucinta, pode-se dizer que há diversas classes de serviço definidas através de serviços chamados DIMSE (DICOM Mes-sage Service Element). Estes serviços são encapsulados na camada de aplicação — tendo como referência as camadas OSI —, a qual se encontra sobre a camada de transporte. O protocolo de transporte escolhido pelo comitê foi o TCP (Transfer Control Protocol), pois de acordo com a sua definição, este protocolo fornece um canal de comunição confiável que assegura que os dados transferidos cheguem ao destino (PRADO, 2012).
comuni-cam através do protocolo DICOM são denominados entidades de aplicação Application Entity (AE).
No documento que descreve das regras referentes as classes de serviços (NEMA, 2011c), está definido as regras que devem ser estabelecidas durante a comunicação de duas entidades. A entidade que provê os serviços é denominada SCP (Service Class Provider), enquanto que a entidade que requisita o serviço é chamado de SCU (Service Class User).
A relação de fluxo normal entre duas entidades ocorre em três etapas, conforme ilustrado na figura 2.7. Conforme será abordado durante o desenvolvimento, no início da comuni-cação são verificados quais operações podem ser executadas e quais serviços (SOPClass) estão disponíveis.
Figura 2.7: Processo alto nível para comunicação DICOM.
2.1.5
Tecnologia de OCR - Optical character recognition
Conforme (HIRAYAMA et al., 2011), a grosso modo, a tecnologia de OCR (Optical char-acter recognition) são ferramentas e/ou técnicas que conseguem converter diferentes tipos de documentos, como papéis escaneados e imagens; para um um arquivo de dados editável. Isto é, um software de OCR consegue "ler"uma imagem e separar as letras da imagem, colocandos em palavras, e permitindo trabalhar e utilizar os dados que estavam "impressos"na imagem.
Um exemplo disso é a extração dos valores contidos em alguns Dose Sheet. Como pode ser visto na figura 2.8
(a) Imagem Dose Sheet. (b) Informações extraídas no formato texto.
Figura 2.8: Exemplo do processo de extração de dados através de OCR.
2.2
Revisão Sistemática
Como já supracitado, a revisão foi realizada utilizando o método da Revisão Sistemática da Literatura (RSL) descrito em (KITCHENHAM, 2004). Segundo esse documento, é necessário estabelecer critérios imutáveis de pesquisa com o intuito de identificar, avaliar e compreender toda literatura relevante de um dado tema. De certa forma, acaba sendo o processo de realizar uma série de etapas para tornar a pesquisa reprodutível. E neste trabalho, a revisão sistemática tem como foco como realizar o controle de dose radiaçao, sendo as sub-áreas, extração e ar-mazenamento de dados de dosimetria referentes a exames de TC.
2.2.1
Questão de Pesquisa
A pesquisa deste trabalho foi realizada para obter os estudos relacionados com o controle de radiação, principalmente os que possuam relação com o processo de extração dos dados
de dosimetria e/ou a maneira como é realizada o armazenamento destas informações em um ambiente PACS.
As questões de pesquisa foram:
Q1. Quais as abordagem existentes para extrair a dose de radiação nos exames de TC?
Q2. Quais as maneiras existentes para armazenar estes dados de maneira padronizada?
2.2.2
Definições da bases de dados e termos de pesquisa
Os motores de busca escolhidos para realizar as pesquisas com as palavras-chave referentes as questões da pesquisa são:
• ACM Digital Library
• IEEExplore
• Science Direct
• Pubmed
• American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation
• Radiology RSNA
• Oxford Journals
As pesquisas — quando foi possível filtrar pelo critério de data — realizadas cobriram os trabalhos publicados de 2006 até o primeiro semestre de 2012. Mesmo que o principal enfoque foi sobre a utilizaçã do RDSR, o qual foi lançado em 2009, também se tentou verificar os trabalhos que de certa forma geram um documento estruturado não padronizado. Os termos tem correlação diretamente com as questões de pesquisa. Nos motores de busca que não possuiam busca avançada, tentou-se colocar o termo mais genérico. Concomitantemente, a pesquisa foi delimitada somente ao título, abstract e palavras-chave. Sendo que os portais de pesquisa da ACM Digital Library, IEEEXplore e ScienceDirect foram utilizados inicialmente. No entanto, não foi encontrado um conjunto significativo de artigos correlatos. Por isso, houve uma nova pesquisa envolvendo outros portais como: Pubmed, American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation, Radiology RSNA e Oxford Journals. E de maneira complementar, há um artigo que iria ser apresentado no SIIM2012 — encontro anual da Society for Imaging Informatics
in Medicinerealizado em 2012 —, e que havia de ser incluído para corroborar a expansão e complitude do tema, haja vista que este artigo possui informação mais atualizada.
Segue abaixo cada pesquisa e a respectiva quantidade de estudos encontrados:
IEEEXplore 210 resultados ( " D i a g n o s t i c I m a g i n g " OR " R a d i o l o g y " OR " M e d i c a l I m a g i n g " OR "X−Ray " OR " Tomography " OR "CT E x a m i n a t i o n s " ) AND ( " Dose " OR " R a d i a t i o n " OR ( " R a d i a t i o n " AND ( " Dose T r a c k i n g " OR " M o n i t o r i n g " OR " C o n t r o l " OR " Dose " OR " Dosage " OR " R e g i s t e r " OR " H i s t o r y " OR " Dose E x t r a c t i o n " OR " R e p o r t " ) ) ) OR " Dose I n d e x R e g i s t r y " OR " D o s i m e t r y " OR " Dose R e c o r d s " OR " Dose E x t r a c t i o n " " Dose r e g i s t r i e s " OR " R a d i a t i o n S t r u c t u r e d R e p o r t " OR "RDSR"
Science Direct 118 resultados
pub−d a t e > 2006 and t i t l e ( ( " D i a g n o s t i c I m a g i n g " OR " R a d i o l o g y " OR " M e d i c a l I m a g i n g "
OR "X−Ray " OR " Tomography " OR "CT " )
AND ( " R a d i a t i o n " AND ( " Dose " OR " Dose T r a c k i n g " OR " M o n i t o r i n g " OR " C o n t r o l " OR " R e g i s t e r " OR " H i s t o r y " OR " Dose E x t r a c t i o n " OR " R e p o r t " ) ) OR " Dose I n d e x R e g i s t r y " , OR " Dose R e c o r d s " OR " D o s e c E x t r a c t i o n " OR " Dose r e g i s t r i e s " OR " R a d i a t i o n S t r u c t u r e d R e p o r t " OR "RDSR " ) [ J o u r n a l s ( Computer S c i e n c e , M e d i c i n e and D e n t i s t r y ) ] ACM 49 resultados ( ( T i t l e : D i a g n o s t i c ) AND ( T i t l e : I m a g i n g ) ) OR ( T i t l e : R a d i o l o g y ) OR ( ( T i t l e : M e d i c a l ) AND ( T i t l e : I m a g i n g ) ) OR ( T i t l e : X−Ray ) OR ( T i t l e : Tomography ) OR ( T i t l e : CT ) ) AND ( ( A b s t r a c t : Dose ) OR ( A b s t r a c t : R a d i a t i o n )
OR ( ( A b s t r a c t : R a d i a t i o n ) AND ( ( ( A b s t r a c t : Dose ) AND ( A b s t r a c t : T r a c k i n g ) ) OR ( A b s t r a c t : M o n i t o r i n g ) OR ( A b s t r a c t : C o n t r o l ) OR ( A b s t r a c t : Dose ) OR ( A b s t r a c t : Dosage ) OR ( A b s t r a c t : R e g i s t e r ) OR ( A b s t r a c t : H i s t o r y ) OR ( A b s t r a c t : Dose E x t r a c t i o n ) OR ( A b s t r a c t : R e p o r t ) ) ) ) OR ( ( ( T i t l e : Dose ) AND ( T i t l e : I n d e x ) AND ( T i t l e : R e g i s t r y ) ) OR ( T i t l e : D o s i m e t r y ) OR ( ( T i t l e : R a d i a t i o n ) AND ( T i t l e : S t r u c t u r e d ) AND ( T i t l e : R e p o r t ) ) ) OR ( Keywords : RDSR ) Pubmed 403 resultados R a d i a t i o n Dose [ T i t l e ] AND CT [ T i t l e ]
American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation 33 Resultados R a d i a t i o n Dose
Radiology RSNA 108 resultados
R a d i a t i o n Dose ( a s p h r a s e ) i n t i t l e .
Oxford Journals - Radiation Protection Dosimetry 102 resultados R a d i a t i o n Dose ( a s p h r a s e ) i n t i t l e
2.2.3
Critérios de Inclusão e Exclusão
Foram incluídos artigos escritos na língua vernácula ou língua inglesa relacionados com a extração, ou o armazenamento ou o uso do padrão DICOM SR para arquivar dados de dosime-tria. Foi levado em consideração artigos de conferências ou publicados em journals. Sendo que estes artigos não necessariamente precisam estar indexados por algum motor de busca. A primeira forma de de realizar o filtro dos resultados, foi partir para a leitura somente do título. Quando percebido correlação, era realizado a leitura do abstract do artigo. Com isso, houve a seleção de doze artigos. E como etapa posterior, foi realizado a leitura completa de cada um desses artigos.
2.2.4
Seleção dos Estudos
Como alguns portais de busca possuiam a limitação de não possuir busca avançada, em alguns casos foi necessário incluir o termo mais genérico para não deixar algum artigo excluso de maneira despercebida. Sendo assim, a pesquisa retornou mais 700 artigos. Dentre estes artigos, 5 foram selecionados como importantes para a pesquisa. Houve casos que dois artigos pelos mesmos autores referenciam a mesma abordagem, como foi o caso de (COOK et al., 2010) e (COOK et al., 2011). Nesse caso somente um dos artigos foi selecionado.
2.2.5
Extração dos Dados
Os dados foram dispostos na forma de tabela de forma sumarizada para análise dos estudos selecionados durante a condução da revisão sistemática.
Para cada um dos artigos aprovados, foram extraídas as seguintes informações:
Referência. Referência do estudo;
Técnica. Se a técnica de extração é baseada na leitura do Dose Sheet com o uso de de OCR; ou se apenas é lido diretamente do Dicom Header quando presentes, e como foram com-plementadas quando houve necessidade;
Dose Efetiva. Se há a geração do valores de dose efetiva;
Geração de RDSR. Se utiliza o padrão DICOM RDSR para armazenamanto destes dados.
A tabela 2.2.5 exibe estas informações de maneira agrupada e mais clara de compreender.
Autores (Ano) Título Técnica DoseEfetiva RDSR SHIH et al. Automated Framework for
Digital Radiation Dose In-dex Reporting From CT Dose Reports
DoseSheet OCR
Sim
-JAHNEN et al. Automatic Computed Tomography Patient Dose Calculation Using DICOM Header Metadata
Dicom Header (CT-EXpo)
-
-COOK et al. RADIANCE: An Auto-mated, Enterprisewide So-lution for Archiving and Reporting CT Radiation Dose Estimates1
DoseSheet OCR
Autores (Ano) Título Técnica DoseEfetiva RDSR LI; ZHANG; LIU Automated Extraction of
Radiation Dose Informa-tion From CT Dose Report Images
DoseSheet OCR
-
-SODICKSON et al. Automated Body Size Extraction Using Axial CT Images to Calcu-late Water-Equivalent Diameter DoseSheet OCR - Sim
2.2.6
Detalhamento dos Trabalhos Relacionados
Nesses últimos 2 anos, foram desenvolvidos algumas soluções para prover uma ferramenta que auxilie na geração de registros de dose de radiação.
Em 2011, um grupo de trabalho (SHIH et al., 2011) descreveu sobre o desenvolvimento de uma ferramenta para TC, doravante DIRA (Dose Index Reporting Application), capaz de extrair informações de radiação, dentre elas o maior foco, o CTDI. E como resultado, ter a possibilidade de automatizar o controle de qualidade, promover a conscientização de proteção, e sintetizar um registro de cada paciente, podendo correlacionar seu respectivo nível de saúde com a exposição(oes) já sofrida(s). Um fato a ser destacado, é que a extração ocorre analisando o Dose Sheet presente em cada exame, e foi utilizado apenas Dose Sheet que não contém in-formações digitais, isto é, sendo necessário fazer o uso de OCR. O processo para extrair as informações está descrito abaixo, na figura 2.9.
Figura 2.9: Diagrama exibindo o processo automatizado realizado pela aplicação DIRA.
Fonte: (SHIH et al., 2011). Página 1172.
De maneira geral, na primeira etapa, o PACS envia o DoseSheet — referenciado pelos autores como CT dose report — através de um DICOM C-STORE à aplicação DIRA, e o RIS realiza o envio do peso e altura através de HL7. Na segunda etapa, a aplicação executa um processo de extrair os valores presentes no DoseSheet. Na terceira etapa, é realizado o processo de inferir o valores de dose do paciente, pois o valor de dose obtido na etapa an-terior (Manufacturer-generated CTDI) é altamente dependente ao tamanho do Phantom, não refletindo exatamente o tamanho do paciente. Isto é feito em duas sub-etapas, primeiramente é
correlacionado tamanho e peso do paciente com uma tabela de CTDI/Phantom. Além disso, se o exame for um CT abdominal, há a mensuração das dimensões anteroposterior (AP) e e lateral (LAT). Na última etapa, as informações extraídas são armazenadas em um banco de dados para correlações futuras, como por exemplo, dose efetiva.
Figura 2.10: Gráfico exibindo a relação das medidas de CTDIvol e o tamanho do Phantom. Exames realizados em um aparelho 16-MDCT (Sensation, Siemens Healthcare).
Fonte: (SHIH et al., 2011). Página 1173.
Os resultados obtidos foram satisfatórios, a aplicação conseguiu 100% de êxito ao ler os 518 dos 518 Dose Sheets testados. Além disso, a ferramenta se apresentou genérica o suficiente para extrair informações de exames que não possuem dados no DICOM Header e DICOM SR. No entanto, esta aplicação acaba sendo um pouco dependente da implementação RIS que deve fornecer os dados de altura e peso, haja vista que tais informações podem não estar presentes no PACS.
Em 2011, um outro grupo de trabalho (COOK et al., 2011) também descreveu sobre o desenvolvimento de uma ferramenta mais completa para TC, doravante RADIANCE (Radiation Dose Intelligent Analytics for CT Examinations). Devido o fato deste trabalho ser o trabalho mais similar com o presente trabalho, será abordado com mais enfase todas as etapas.
Esta ferramenta é capaz de extrair informações de radiação, similar ao trabalho descrito an-teriormente. No entanto, com anuâncias que os diferem. Os autores projetaram uma ferramenta open-source que extrai informações de diferentes DoseSheets, sejam eles da Philips, Toshiba, Siemens, GE ou NeuroLogica; e com base nos valores extraídos gera um arquivo RDSR e faz a indexação das informações em um banco de dados para futuras análises. O processo geral para extrair as informações está descrito na figura abaixo, 2.11.
Figura 2.11: Diagrama exibindo o processo automatizado realizado pela aplicação RADI-ANCE.
Fonte: (COOK et al., 2010).
Resumindo, a primeira etapa é referente ao procedimento da aplicação se conectar ao PACS para buscar o DoseSheet (DICOM) de um dado exame. Após a aquisição do arquivo, é realizado com o auxílio de uma ferramenta OCR, a conversão do DoseSheet (JPG) para um arquivo texto American Standard Code for Information (ASCII). E utilizando outra ferramenta, o DCMTK, para gerar um arquivo XML contendo o valor do cabeçalho do DoseSheet (DICOM). Desta-cando o problema que ocorre ao obter o DoseSheet, alguns fabricantes usam um único Series Number para identificar o DoseSheet, como por exemplo, série 501 para o Siemens Medical Systems, série 999 para GE Medical Systems, e o mais recente, série 9000 para o Toshiba Med-ical Systems. Nenhum DoseSheet gerado pela Philips MedMed-ical Systems ou Toshiba antes de 2009 são numerados. Já na segunda etapa, ocorre o processo de realizar a leitura e análise das saídas geradas na etapa anterior. A análise do conteúdo ASCII, é feita de acordo com o fab-ricante do tomógrafo responsável pelo exame, como se pode observar na figura 2.12, os Dose Sheet de cada fabricante tem diferenças de posicionamento, conteúdo, tamanho dos caracteres, tipografia, etc; As informações extraídas são: kilovoltage, x-ray tube milliamperes, reference milliamperes, CTDIvol, e DLP. Ainda nesta mesma etapa, de maneira concomitante, também ocorre a leitura do arquivo XML, extraindo valores como data do exame, código do exame (examination code), descrição (study description), fabricante e modelo do equipamento, insti-tuição, identificação e data de nascimento do paciente.
Figura 2.12: Imagem exibindo a diferença entre os DoseSheets de cada fabricante. (A): Philips; (B): Toshiba; (C): Siemens.
Figura adapatada com base em (COOK et al., 2010) e (COOK et al., 2011).
Na terceira etapa, os dados adquiridos na etapa anterior são armazenados em um banco de dados relacional. Mas antes deste armazenamento, é necessário fazer certas correções em erros intrínsecos ao processo da utilizado pela específica ferramenta de OCR. Como por exemplo, trocar valores como "0I20"para "0120", haja vista que erroneamente foi adicionado um caracter "I"no lugar do "1". Ainda nesta etapa, também é estimado novos dados, como o valor de dose efetiva, isto é realizado multiplicando o o valor total de DLP por um fator k — definido no documento 60 da International Commission on Radiologic Protection — dependente da região do corpo que foi realizado o exame.
E o último processo dessa etapa é gerar um arquivo RDSR para o exame. Isto é realizado utilizando um pacote JAVA, o PixelMed DICOM Toolkit. O RADIANCE preenche um doc-umento com base nos valores armazenados no banco e gera um automaticamente o RDSR e o envia para o ACR DIR. Esta automatização do processo elimina a etapa de entrada manual de dados agilizando o processo. O conteúdo de outros arquivos RDSR também poderiam ser importados para o banco de dados, dando a possibilidade coexistir dentro do sistema, tanto os tomógrafos que exportam RDSR como os que não exportam.
Sobre o processo de indexação, foi utilizado a terceira forma normal para normalização dos dados, consecutivamente havendo diversas separações de entidades que se relacionam. Como por exemplo, a separação por Paciente (Pacient), que possibilitará um histórico individual por paciente. Segue abaixo na figura 2.13 o esquema do banco de dados.
Já a última etapa é referente ao pós-processamento, que seria a etapa de análise aos dados extraídos e inferidos nas etapas anteriores.
Figura 2.13: RADIANCE - esquema do banco de dados.
Fonte: (COOK et al., 2011).
Com base nos dados, pôde ser feita diversas análises dos dados de dosimetria de TC. Como verificar o nível de radiação associado a cada tomógrafo para o mesmo protocolo de aquisição, figura 2.14. Os valores de dose de radiação são de grande importância para melhorar o processo de aquisiçaõ de imagens. Podendo comparar os níveis de radiação dos exames realizados com os níveis de referência presentes na literatura.
Figura 2.14: RADIANCE - análise de exames por tomógrafo.
Fonte: (COOK et al., 2011).
Um outro trabalho publicado no ano de 2011, (JAHNEN et al., 2011), com parceria do min-istério da saúde de Luxemburgo, também relatou o desenvolvimento de uma ferramenta para extrair dados de dosimetria de TC. No entanto, o principal objetivo era auxiliar no controle
nacional de níveis de referência (DRLs - Diagnostic Reference Level. Este sistema, doravante PERMOS (Performance and Monitoring Server), baseia-se numa abordagem híbrida, fazendo a extração de alguns dados contidos no cabeçalho DICOM, e utiliza-se desses dados para ali-mentar outros sofwares, como por exemplo: CT-EXPO, ImpactDose e CT Dose; para conseguir atingir o objetivo de estimar a dose do paciente.
Assim como os demais trabalhos já citados, o processo de funcionamento do PerMos é baseado em 3 etapas, mais precisamente três etapas: Aquisição dos Metadados (DICOM Head-ers), Processamento dos Dados e Estimação dos Dados e Representação. Apenas para elucidar como estas etapas se comportam, na figura 2.16 é possível analisar a interação entre estas etapas.
Figura 2.15: Diagrama do processo automatizado realizado pela aplicação PERMOSS.
Fonte: (JAHNEN et al., 2011).
Na etapa de Aquisição dos metadados, os usuários do sistema devem realizar o envio das imagens para a aplicação, isto pode ser feito através de um DICOM C-STORE através do PACS, ou a própria aplicação buscar o exame desejado através de uma pesquisa sucedida de um DICOM C-GET. Assim que as imagens são recebidas, é verificado se as imagens são da modalidade CT, as imagens são anonimizadas, e os metadados são extraídos e as imagens são deletadas.
A segunda etapa consiste em processar os dados, primeiro tem que harmonizar as infor-mações, pois mesmo que o padrão DICOM defina campos bem delimitados para armazenar as informações, talvez por razões históricas, há fabricantes e modelos que diferem onde ar-mazenam algumas informações. Como por exemplo, o campo Table Feed é armazenado na DICOM Tag (0x01F1,1028) por um fabricante, enquanto outro fabricante armazena no campo (0x0009,0042).
metada-dos a partir de valores presentes. Foi escolhido a utilização do CT-Expo porque ainda está em desenvolvimento e suporta todos os modelos do contexto do trabalho. Este processo é feito de maneira automática, com base em valores como kVp, modelo e fabricante do equipamento, corrente, já se consegue inferir mais informações como: Pitch, Exposure, Scan Length. A duas etapas manuais é quando faltam valores nos metadados (DICOM Headers) e a categorização da série em SCAN, RECONSTRUCTION, DOSEINFO e TOPOGRAM; pois o software não sabe decidir de maneira automática.
Figura 2.16: Software PERMOS.
Fonte: (JAHNEN et al., 2011).
A última etapa é responsável é a utilização de ferramentas de Data Mining para extrair informações não perceptíveis individualmente.
Os resultados deste trabalho foram usado na pesquisa nacional do país de Luxemburgo. Sendo utilizado em cinco hospitais com diferentes infra-estruturas e totabilizando oito tomó-grafos (três equipamentos da General Eletric, cinco equipamentos Siemens). Os dados foram coletados dos seis protocolos mais frequentes: brain, facial bones/sinus, cervical spine, chest, abdomee lumbar spine; totalizando 1100 exames. Como planejado, conseguiu-se calcular CT-DIvol, CTDIw e DLP automaticamente baseando nos metadados (DICOM Header).
3
Desenvolvimento
Este capítulo apresenta os métodos utilizado para implementação dos objetivos. A primeira seção explora a etapa do desenvolvimento da ferramenta geradora de RDSR. A seção seguinte explora como é realizado a exportação dos dados para um padrão intermediário, de tal maneira que possa abranger e auxiliar outros trabalhos que necessitam analisar os valores uniformizados encontrados nos arquivos DICOM de exames TC. Já na terceira seção, pretende-se explicar como e quais mudanças foram feitas no servidor PACS (cyclopsDCMServer) para armazenar um arquivo RDSR arbitrário. E por fim, as propostas de alterações no STT/SC para incorporar a utilização do RDSR.
3.1
Ferramenta Geradora
Segundo (CLUNIE, 2010), todos os novos equipamentos começarão a codificar as infor-mações de dose no DICOM Radiation Dose Structured Report (RDSR). No entanto, ainda haverá os antigos equipamentos que não foram atualizados, e poderão nunca ser. Assim sendo necessário criar um pseudo RDSR, isto é, preenchendo os campos que sejam passíveis de ex-tração e/ou inferência. Geralmente, os arquivos DICOM possuem apenas técnicas (kVP, mA), e as informações de dose estão presente somenente em imagens, ou seja, requer intervenção humana para compreensão. Nesta seção será apreesentado o desenvolvimento da ferramenta responsável na extração dos dados de dosimetria, isto é, exibindo as etapas de extração, uni-formização dos possíveis fluxos suportados, e a geração do arquivo RDSR.
3.1.1
Visão Geral
A ferramenta geradora do RDSR/CSV, foi construída visando reaproveitar a base do soft-ware cyclopsDCMServer, com a finalidade de agregar apenas mais um módulo ao sistema já existe, de tal forma que não impactasse profundamente no modelo atual de funcionamento. Apenas recapitulando, o cyclopsDCMServer foi implementado através de API C++ das bib-liotecas disponibilizadas em ambiente GNU/Linux.
Figura 3.1: Visão Geral do Sistema.
Como se pode observar na 3.1, em suma, um tómografo envia um exame — no caso deste presente trabalho, assume que um exame é constituído por imagem(ns) e opcionalmente um ar-quivo de DoseSheet — ao servidor de imagens médicas presente no PACS, no caso do STT/SC, o cyclopsDCMServer. Supondo que já houve o término do envio deste exame, ou seja, a garan-tia de que todos os arquivos do exame já estão presentes no servidor, a ferramenta desenvolvida tem como objetivo realizar a análise do exame, e assim sintetizar os arquivos resultantes deste análise, isto é, o RDSR e os CSV. As próximas sub-seções exibem como é realizado o desen-volvimento da ferramenta.
3.1.2
Etapa 1 - Análise dos Dados
As tecnologias e técnicas empregadas nos trabalhos correlatos, abordam a elaboração de regras bem definidas sobre quais os passos a serem seguidos, e que valores são previstos. O objetivo desta primeira etapa é gerar subsídios para a modelagem e implementação da segunda etapa. Devido ao fato de existir a possibilidade dos arquivos DICOM serem heterogêneos, isto é, arquivos podem possuir diferenças dependendo do software, modelo e fabricante do equipa-mento gerador do arquivo; foi necessário criar uma etapa para realizar a análise dos dados presentes em um conjunto de exames. Para realizar esta análise, foi utilizado a ferramenta dcm-dump pertencente ao conjunto de ferramentas da biblioteca DCMTK Toolkit (OFFIS, 2012). Como se pode visualizar no código abaixo, foi automatizado o processo de realizar o dump de todos arquivos .dcm dentro de um diretório — e seus respectivos sub-diretórios.
1 e c h o ‘pwd ‘ > dump . t x t 2 3 f o r ARQUIVO i n ‘ d i r −d ∗‘ ; 4 do 5 NOME=‘ e c h o "$ARQUIVO" | s e d ’ s / \ .[^ \ .] ∗$ / / ’ ‘ 6 EXTENSAO=‘ e c h o "$ARQUIVO" | s e d ’ s / .∗\ . / / ’ ‘ 7 i f [ "$EXTENSAO" == " dcm " ] ; t h e n
8 dcmdump $NOME" . "$EXTENSAO | p a s t e −s −d ’ \ t ’ > >dump . t x t
9 f i
10 d o n e
codigo–fonte/cycdcmdump.sh
O propósito é utilizar esta etapa apenas para visualizar quais dados estão presentes no ar-quivo DICOM. Ou seja, se os dados estão contidos em campos privados ou públicos, se certos dados estão omissos ou vazios, etc. Com base em um conjunto de amostras, é possível decidir qual a melhor abordagem possível para extrair os dados de dosimetria. Como pode ser visual-izado na imagem 3.2, este pré-processamento fornece uma fonte comparativa necessária para a próxima etapa.
