Resumo
Este trabalho apresenta uma proposta de sistema para área da telemedicina ou especificamente para a área da teleradiologia. O sistema proposto denomina-se Cyclops Personal, onde seu principal objetivo é ler informações contidas em arquivos de imagem padrão DICOM 3.0, oferecendo aos médicos uma ferramenta de auxílio para análise de imagens médicas.
O sistema Cyclops Personal oferece aos médicos mais do que somente a visualização de imagens médicas, ele oferece a possibilidade de se trabalhar com as mesmas técnicas utilizadas durante as analises feitas em filmes radiológicos, ou seja, o médico poderá com este sistema ter o domínio da imagem com a possibilidade de editar as imagens através de ferramentas como linha, circulo e retângulo, sinalizando as áreas que considerar mais importante, ampliar e rotacionar a imagem para que possa observar e analisar da melhor forma possível. Buscou-se no decorrer do desenvolvimento, programar de maneira que a aplicação fosse mais interativa possível com bom grau de usabilidade, não esquecendo também de sua performance perante os computadores, ou seja, desenvolver uma aplicação que exigisse o mínimo possível do hardware.
Este sistema foi batizado com o nome Cyclops Personal, por ser parte integrante do projeto Cyclops. O projeto Cyclops é formado por duas entidades que fazem entre si, uma cooperação binacional entre Brasil e Alemanha. Esta parceria visa o desenvolvimento de ferramentas de análise e diagnóstico de imagens médicas.
Palavras chave: Telemedicina, Teleradiologia, DICOM, Cyclops Personal, Imagens Médicas.
Abstract
This work specifically presents a proposal of system for area of the telemedicina or for the area of the teleradiologia. The considered system calls Cyclops Personal, where its main objective is to read information contained in image archives standard DICOM 3,0, offering to the doctors a tool of aid for analysis of medical images. The Cyclops system Personal offers more to the doctors of the one than only the visualization of medical images, it it offers the possibility of if to work with the same techniques used during you analyze them done in radiological films, or either, the doctor will be able with this system to have the domain of the image with the possibility to edit the images through tools as line, circulates and rectangle, signaling the areas that to consider more important, to extend and to rotacionar the image so that he can observe and analyze most good of the possible form. One searched in elapsing of the development, to program thus the application was more interactive possible with good degree of usability, also not forgetting its performance before the computers, or either, to develop an application that demanded the possible minimum of the hardware. This system was baptized with the name Cyclops Personal, for being integrant part of the Cyclops project. The Cyclops project is formed by two entities that make between itself, a binational cooperation between Brazil and Germany. This partnership aims at the development of analysis tools and diagnosis of medical images.
Keyword:. Telemedicine, Teleradiologia, DICOM, Cyclops Personal, Medical Images.
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John Anderson Freitas Mendes, Daniel Duarte Abdala e Aldo von Wangenheim
Pós Graduação em Ciência da Computação Universidade Federal de Santa Catarina
Florianópolis, SC – Brasil
1. Introdução
Nas últimas décadas, as telecomunicações tiveram sua evolução impulsionada pela grande demanda existente, aliada as constantes junções de tecnologias com a computação. Ambas as áreas atingem diretamente ou indiretamente uma grande massa da população mundial, sendo assim, as inovações e propostas de investimentos em pesquisa nas áreas de grande carência, permitiram a criação de uma área de conhecimento que unia as telecomunicações, computação e saúde, denominando telemedicina. A utilização da telemedicina possibilitou uma significativa redução nos custos das instituições ligadas a saúde por permitir um tratamento e acompanhamento mais próximo, sem a necessidade de deslocamento de médicos e equipamentos, ou mesmo, dos próprios pacientes para a manutenção da saúde, descongestionando hospitais, laboratórios e centros médicos. A telemedicina trouxe a possibilidade de exames, consultas e até cirurgias serem feitas remotamente pelos médicos sem a necessidade da presença física do profissional de saúde.
A atual evolução dos computadores bem como com a dos aparelhos de captura e geração de imagens médicas, tornou-se possível o desenvolvimento de diversas aplicações em informática médica devido principalmente a: (1) existência de um padrão para representação, geração, comunicação e armazenamento de exames baseados em imagens médicas; (2) Barateamento do suporte computacional (equipamentos e software) necessários; (3) Conhecimento acumulado nesta área de aplicação. Estes fatores ressaltam que a grande maioria das organizações de saúde (hospitais, clínicas, etc) visam diminuir custos, desenvolveram diversas pesquisas, buscando levantar quais os fatores que mais encareciam os procedimentos funcionais de suas organizações.
Além da diminuição significativa no custo do exame, o armazenamento em meio digital ainda permite que sejam manipulados diretamente em um computador, o que cria a possibilidade de disponibilizar para médicos, ferramentas adicionais à análise tais como ajuste da janela de observação (window), manipulações de imagens tais como zoon, rotação, desenhos sobre os exames e também reconstruções em três dimensões de estruturas presentes nas imagens, além de ferramentas precisas e confiáveis para mensuração.
Pode-se observar as vantagens da utilização. As abordagens apresentadas são várias. Porém o
mercado carece de boas ferramentas para suprir as necessidades.
1.1. Cyclops Personal
A proposta apresentada denomina-se Cyclops Personal onde visa atender a uma demanda teleradiologia. A proposta deste sistema computacional surgiu como uma ramificação de um projeto maior de pesquisa na área de inteligência artificial aplicada a análise e diagnóstico baseado em imagens médicas.
Embora existam já algumas ferramentas existentes no mercado, a experiência adquirida junto a parceiros médicos, mostra que várias deficiências são observadas. De posse desta informação, este projeto visa basicamente, suprir as deficiências encontradas nas demais ferramentas.
2. Ferramentas Clientes DICOM
Algum tempo após o surgimento das primeiras imagens médicas em formato digital, o ACR e a NEMA perceberam a necessidade de padronização para PACS. Então, em 1983, foi formado um comitê conjunto para desenvolver um padrão para facilitar a conectividade entre diversos fabricantes de equipamentos de imagens médicas. Com este objetivo este comitê publicou em 1995 a versão 1.0 deste padrão com o documento chamado ACR/NEMA Standards Publication No. 300-1985. [1]
Este documento sofreu várias revisões e em 1982 foi lançada à versão 2.0 deste padrão, que foi denominada ACR/NEMA Standards Publication No. 300-1988. Esta versão realmente se tornou o padrão para comunicação e intercâmbio de imagens. Apesar de ter sido largamente utilizada, a versão do padrão sofria de muitas deficiências quanto a parte de comunicação em rede. Então, o padrão sofreu uma revisão e reorganização de grande escala e entre 1992 e 1993 foi publicada uma nova versão chamada ACR/NEMA Standards Publication PS3, que ficou mais conhecida pelo nome DICOM 3.0 (do inglês Digital Imaging and Communications in Medicine).[1]
Após mais três anos de trabalho auxiliados por várias sugestões das áreas industriais e acadêmicas, o DICOM 3.0 foi dado por completo. Assim, esta versão acabou se tornando o padrão de facto para PACS, pois apresenta uma definição realmente abrangente e robusta para comunicação e intercâmbio de imagens médicas.[2]
A abrangência do padrão DICOM 3.0 em PACS não se restringe simplesmente a um protocolo de
codificação dos dados da imagem e sua transmissão. Ele também define diversas classes de serviços, como armazenamento, recuperação, pesquisa e impressão de imagens, formatos utilizados no armazenamento das imagens em meios removíveis, processos de negociação de associações para a transmissão dos dados das imagens através de redes, etc. [2][4]
A estrutura interna dos arquivos de imagem DICOM não corresponde simplesmente a armazenar a imagem médica. Nela também podemos encontrar outras informações importantes que possibilita uma organização das imagens, ou seja, podemos classificar as imagens em diferentes níveis de hierarquia.[3][5]
Existem no mercado várias ferramentas que fazem a leitura/decodificação de imagens padrão DICOM, onde podemos citar:
e-Film - é o mais conceituado e conhecido cliente de imagens médicas existente na atualidade. Podemos dizer que ele é um software completo, possuindo ferramentas para comunicação em redes, ferramentas de auxilio a diagnóstico, filtros para alteração de contraste e ferramenta de impressão. Até meados de 2001, este software era freeware, mas após esta data passou a ser comercializado. Outro ponto interessante é que o e-Film possui sérios problemas com seu driver de impressão, inviabilizando algumas tarefas de impressão, quando o volume a ser impresso excede um certo limite. EzDicom - O EzDicom é um software freeware que decodifica arquivos DICOM, inclusive imagens “multi-frame”. Ele apresenta uma ótima performance. Porém, ele só trabalha com imagens DICOM separadas, e não dá pouco suporte para o trabalho com séries de imagens. O máximo que ele permite é a leitura da informação contida em cada um dos “Tags” que ela apresenta.
Ele também apresenta uma boa ferramenta para ajuste de Window (contraste e brilho da imagem), que é muito apreciada pelos médicos para auxiliar no diagnóstico de determinados problemas. O “zoom” na imagem também é permitido.
LeadTools - É uma ferramenta comercial que também possui uma versão demo limitada que permite abrir e visualizar toda a informação contida em um arquivo DICOM. Interpreta corretamente a maioria dos tags do padrão, mas parece mais uma ferramenta de auxilio a desenvolvedores de software médico no padrão DICOM do que um cliente de auxílio a diagnóstico.
Osíris - Este programa foi por muito tempo considerado o melhor cliente para imagens médicas no padrão DICOM. Como podemos observar na figura, ele pede que especifiquemos alguns
parâmetros da imagem. Este inconveniente tem feito que o mesmo caia em desuso embora ele possua um conjunto de ferramentas bem interessante e também comunicação via rede.
Dicom Editor - Ferramenta desenvolvida no âmbito do projeto Cyclops, possui uma boa interpretação do padrão DICOM, comunicação em redes, mas não possui ferramenta de impressão de imagens. Este software é a base do projeto Cyclops servindo como trampolim para todas as outras aplicações desenvolvidas no projeto. Seu principal ponto negativo é sua performance, que só será aceitável se o computador que o executar for extremamente potente. Vale lembrar que o software foi desenvolvido em Smalltalk, o que significa que seu funcionamento pode ser em pelo menos sete sistemas operacionais diferentes, entre eles estão o Windows, MacOS, UNIX, Linux, AIX, Solaris, etc.
Figura 1 - Janela do DICOM Editor
3. Cyclops Personal
O sistema Cyclops Personal, foi desenvolvido buscando ter as várias funcionalidades essenciais e também ferramentas com melhor desempenho e dinamismo.
A software possui uma área intuitiva de simples manuseio. Na janela principal denominada DICOM Editor, pode-se executar todas os trabalhos necessários.
O funcionamento do software segue o seguinte princípio: (1) o médico pode estar interessado em recuperar exames para análise localizados remotamente em algum banco de dados de imagens médicas; (2) recupera-los a partir do disco local, no caso de exames já baixados do banco de dados ou “casos interessantes” mantidos localmente para revisão. Assim, ao executar o projeto o médico tem acesso a ambas as formas de recuperação de exames. Uma vez abertos, são apresentadas diversas informações, todas elas especificadas no padrão DICOM e geradas no momento da captura das imagens junto a um equipamento específico, tal como um tomógrafo ou um ultrasom.
A figura 2 apresenta uma tela do software com alguns exames carregados.
Figura 2 - Janela principal do Cyclops Personal
Uma vez que os exames estejam carregados, o médico pode então utilizar as ferramentas existentes para auxílio do diagnóstico. A figura 3 mostra o software em modo de exame com uma série tomográfica aberta.
A seguir são apresentadas as principais funções do Cyclops Personal.
Cyclops Series Viewer - Ferramenta de auxilio a diagnóstico desenvolvida no sistema. Ela tem como principal objetivo permitir ao médico visualizar várias imagens ao mesmo tempo (geralmente da mesma série), onde permite operações gráficas que possam auxilia-lo no diagnóstico. Dentre tais ferramentas podemos encontrar ferramentas de desenho, mensuração, ajuste de contraste, geração de imagens piloto, ajustes de zoom, posicionamento, rotação de imagens, etc.
Figura 3 - Janela com uma série de Imagens
Printer Tool – Esta é uma seção do software que foi cuidadosamente trabalhada para que tivesse um desempenho e performance acima das demais ferramentas clientes de imagens DICOM. Um dos principias problemas encontrados no software e-film é o fato de que seu driver de impressão, pois gera arquivos temporários de grande tamanho durante o
processo de impressão. Em testes desenvolvidos na clinica DMI, onde existe uma impressora da KODAK específica para impressão de imagens médicas, constatou-se que para se imprimir uma folha contendo seis imagens de tomografia, um arquivo de aproximadamente 30MB era gerado e o processo demorava quase 3 minutos. Diante deste quadro, a ferramenta de impressão do Cyclops Personal foi desenvolvida de modo a minimizar estes recursos, obtendo uma melhor performance em comparação com o e-Film. A figura 4 apresenta a janela correspondente do Cyclops printer tools com a possibilidade de seleção das imagens que se deseja imprimir. O layout de impressão também pode ser escolhido, ou seja, pode-se definir qual a quantidade de imagens que o relatório aceitará, podendo selecionar opções de uma única figura, 4 ou 9 figuras distribuídas uniformemente.
Figura 4 - Janela com o Cyclops Printer Tools
Cyclops Mailer – Este módulo foi desenvolvido com o objetivo de que os médicos que executam os laudos a partir das imagens DICOM possam também compartilhar e solicitar segundas opiniões de colegas de trabalho, ou seja, os médicos poderão enviar as imagens mais importantes para outros médicos por e-mail, sem mesmo ter que sair do Cyclops Personal. As imagens são vinculadas ao corpo do e-mail, utilizando o protocolo mime, e encaminhada para o e-mail de destino, onde o médico que as receber poderá opinar e remeter uma resposta mais rápida do que atualmente é feito. A figura 5 apresenta a janela do Cyclops Mailer e sua funcionalidade de selecionar as imagens que deseja incorporar ao corpo da mensagem, evitando assim, anexos e a possível dificuldade de outros usuários terem aplicativos específicos para abrir as imagens anexadas.
Figura 5 - Janela do Cyclops Mailler
Query Tool – Este módulo possibilita uma comunicação unilateral com o servidor de imagens. Ele executa uma comunicação com repositórios de imagens e/ou com os equipamentos de captura de imagens, mas esta comunicação é apenas de consulta não permitindo ainda a sincronizar as imagens existentes no Cyclops Personal com os equipamentos de captura de imagens. Com este recurso, o Cyclops Personal passa a ter uma demanda de utilização em clinicas que possuem um servidor de imagens padrão DICOM, pois a comunicação poderá ser efetuada através da própria rede interna da clinica, evitando assim, o trabalho de transportar as imagens do repositório para o computador com o cliente Cyclops Personal. O ambiente de comunicação Query Tool, é apresentado na figura 6 a seguir.
Figura 6 - Janela Query Tools
A figura 7 apresenta uma tela de um ambiente de configuração, pode-se definir qual o nome do repositório, nome do banco de imagens e portas de comunicação para que haja a comunicação unilateral entre o Cyclops Personal e o repositório de imagens médicas.
Figura 7 - Janela de configuração dos parâmetros de comunicação com o repositório
4. Metodologia da Aplicação
Em todas áreas do mercado as aplicações computacionais são muito exigidas, mas em especial a área da saúde é considerada uma das mais exigentes, ou seja, buscam a qualidade das aplicações, dinamismo, confiabilidade e bom desempenho.
Com a preocupação de um software capaz de satisfazer a exigência do mercado médico, buscou-se avaliar e observar pontos importantes em outros softwares já existentes no mercado para que pudesse definir alguns objetivos para o desenvolvimento. Visando a necessidade de futuras implementações e também da necessidade do software ser executado em vários ambientes diferentes com equipamentos mais ou menos potentes, foi colocando também a preocupação de desenvolver o Cyclops Personal, mas com a preocupação de buscar sua usabilidade, que requisitasse o mínimo possível de recursos de software e hardware para que o software se adaptasse da melhor maneira possível aos computadores existentes na maioria das clinicas e hospitais. Também se procurou contemplar todas as funcionalidades previamente idealizadas e definidas no que consideramos um bom cliente de imagens médicas no que diz respeito a manutenção e manuseio.
Baseado em todos os fatos citados foi definido como objetivos do projeto:
a) Criar um software capaz de ler informações contidas em um arquivo DICOM;
b) O software deve fornecer funcionalidades que auxiliem os médicos no exame das imagens, tais como ferramentas de edição gráfica e impressão; c) Criar uma estrutura expansível, de modo que novas funcionalidades possam ser facilmente adicionadas ao software.
Para que fosse possível atingir tais objetivos, foram necessários estudos para se conhecer o padrão DICOM em detalhes, estudando suas definições contidas no “Draft DICOM Standard” e em outros documentos, com isso, foi possível efetuar a modelagem e implementação de leitura das informações contidas nos arquivos DICOM. Outra etapa fundamental foi à criação do visualizador de imagens com algumas funcionalidades, tais como ferramentas de ampliação e redução das imagens DICOM, angulação de áreas definidas pelo usuário, linhas, círculos e retângulos.
Adicionar outras funcionalidades extras, tais como um mailer de Imagens ou impressão de imagens. d) Criar artefatos de software que disponibilizem serviços para as aplicações que serão posteriormente portadas e que não existem na linguagem alvo escolhida.
5. Conclusão
A proposta de um cliente DICOM visa oferecer uma ferramenta mais robusta, flexível e confiável do ponto de vista prático. Para isso, foram definidos objetivos e requisitos para seu desenvolvimento visando alta performance, baixa requisição de hardware e compatibilidade total com o ambiente Windows®. Existiu também a necessidade de ter um cliente DICOM que possuísse modularidade para que fosse possível expandir-lo e amplia-lo na medida em que fosse necessário. Outro ponto importante e de grande preocupação foi sua reusabilidade, onde visa exportar módulos do Cyclops Personal para outras aplicações e ter uma ferramenta que permita a integração com novas aplicações. A portabilidade tornou-se inquestionável pelo motivo da existência de diversas plataformas como o Linux que esta cada vez mais definindo seu espaço no mercado corporativo e por fim e necessário, foi a necessidade de ter um software com alta performance para atender a grande maioria de equipamentos menos robustos.
Em todos os requisitos e objetivos propostos foram cumpridos podendo citar que o Cyclops Personal é uma ferramenta que mais se aproxima da realidade e necessidade existente no meio hospitalar.
Referência
[1] CLUNIE, David A. Medical Image Format
FAQ. Questões freqüentemente perguntadas sobre Formatos de Imagens Médicas, com enfoque para o padrão DICOM. Disponível
em: <http://www.dclunie.com/medical-image-faq/html/>. Acesso em: 11 de dezembro de 2001.
[2] DELLANI, Paulo - Desenvolvimento de um
Servidor de Imagens Médicas Digitais no Padrão Dicom. Dissertação de Mestrado –
2001
[3] PS 3.3-2000 Information Object Definitions: Documentação DICOM - define quais são os objetos de informação que são definidos pelo projeto e o modo como estes são constituídos.
[4] NATIONAL ELECTRICAL MANUFACTURERS ASSOCIATION.
Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) - Part 1: Introduction
and Overview. Virginia, 2000. Disponível em:
<ftp://medical.nema.org/medical/dicom/200 0/draft/00_01dr.pdf>. Acesso em: 10 de novembro de 2000.
[5] NATIONAL ELECTRICAL MANUFACTURERS ASSOCIATION.
Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) - Part 6: Data
Dictionary. Virginia, 2000. Disponível em: <ftp://medical.nema.org/medical/dicom/200 0/draft/00_06dr.pdf>. Acesso em: 10 de novembro de 2000.
