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Systèmes dinformation et normes en imagerie médicale Dr Philippe PUECH Jean-François LAHAYE Dr Frédéric LEFEVRE.

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1 Systèmes dinformation et normes en imagerie médicale Dr Philippe PUECH Jean-François LAHAYE Dr Frédéric LEFEVRE

2 Plan Les images numériques DICOM Le réseau DICOM RIS et PACS –Présentation et Intégration des systèmes –Archivage des images Un PACS en 2011 –Quy trouve-t-on ? Que reste-t-il à faire ? Discussion

3 Les images numériques

4 Stockage numérique Image en noir et blanc 32 pixels Couleur = 0 ou 1 Taille = 32*32*1 =1024 bits =128 octets

5 Stockage numérique Image en couleurs 32 pixels Couleur = 0 à 255 = 8 bits Taille = 32*32*8 =8192 bits =1024 octets =1 Ko Trois exemple doctets… = = = 174

6 512 pixels 512x512 = pixels Profondeur de 12 bits = bits = octets = 393 Ko

7 Interpolation des images

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9 Stockage numérique Image en couleurs –256 niveaux = 8 bits –16 millions de couleurs = 24 bits En radiologie… –La matrice nest pas de 32*32, mais 512*512… –Codage des images monochromes sur 12 bits = 2^12 = 4096 niveaux (lœil ne peut en distinguer que 16) –Codage des images couleurs sur 24 bits = 2^24 = 16M de niveaux (qualité photo) –1 examen de 500 images = 500 x 327Ko = 163 Mo –1 clé USB = 390 images DICOM…non comprimées

10 La compression Palette –On définit une palette de couleurs avec un index –La « couleur » attribuée à chaque pixel est le numéro dindex (sur 1 bit, et non plus un niveau sur 8 ou 24) RLE –Compression la plus simple (remplacement de suites de pixels répétitifs) JPEG –Ce nest plus un format, cest une norme qui contient en elle plusieurs formats Formats propriétaires –Améliorations « propriétaires » de techniques déjà décrites (ex : Philips iSyntax)

11 La compression JPEG –Lossy –Lossless –JPEG 2000 ($) –Wavelet –Progressif ou non –Sur 8, 12, 16 ou 24 bits Notion de « dégradation non visible » 1:10 en général

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20 DICOM

21 Digital Imaging and Communications in Medicine (NEMA+ACR en 1983) –Organisation internationale –24 groupes de travail ; pour chacun 3 réunions annuelles (USA, Asie) + TConfs –Mise à jour permanente Objectifs – Standardisation – Interopérabilité des équipements Création dun « standard » en 1985 –Universellement accepté en radiologie, et au-delà de limagerie, pour les images médicales.

22 Le standard DICOM ) Format dimage –Toutes les machines dimagerie médicale se « DICOMisent » –Multiformat ; multimédia (son, video, encaps., CR) 2 ) Protocole déchange de données –Un peu lourd mais « passe partout » 3 ) Le tout décrit dans une norme (documents accès libre web) –Texte original + Suppléments + Corrections 4) Documents de conformité = « Conformance Statements » –Fournis par les constructeurs

23 Le format DICOM Un entête Un nombre de champs variables qui décrivent les données du patient, son statut lors de lexamen, les paramètres de lacquisition, de la série dimages, dune seule image, un compte rendu. Quelques champs suffisent à déterminer lencodage de limage Transfer Syntax UID Bytes allocated Rows & Columns Couleurs ou N&B Les données de limage Non comprimées …ou comprimées (24 types différents) RLE Lossless JPEG JPEG LS JPEG lossy Une description de la façon avec laquelle les fichiers doivent être agencés, nommés

24 Les attributs (champs) DICOM Dicom définit un grand nombre d attributs dans un dictionnaire de données Mais, chaque constructeur peut se définir des attributs propriétaires non prévus par le standard. Ils doivent toutefois être décrits dans les « conformance statements » de la machine (=notice technique)

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28 Attribut « Magnetic Field Strength » Groupe 18 (Acquisition Group) Element 135 (87 en Hex) Type de données « DS » (Decimal String) Valeur : « 1.5 »

29 Visionner les images Il faut disposer dun logiciel capable –de lire les images (si si !) –de décoder les images (24 formats différents) –den afficher la hiérarchie –de les afficher de façon « médicale » …et si possible –de réaliser des reconstructions multiplanaires –dexporter les images (JPEG, presse-papier,…) –de synchroniser les vues Stations de travail (ex : Advantage Windows) ; PACS Logiciels payants (ex : eFilm Workstation, TSI Viewer) Logiciels gratuits (ex : DicomWorks, Synedra, ou OsiriX)

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31 DicomWorks

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33 TSI Viewer

34 Synedra View Personal

35 Osirix

36 CD-ROMs : Comment se débrouiller ? « X » fichiers au format DICOM Un index DICOMDIR Un Viewer (ou pas) Les images en JPEG (ou non) ?

37 CD-ROMs Les fichiers DICOMDIR sont définis dans la norme –Ils sont lisibles par nimporte quelle visionneuse DICOM –Linformation utile est dans DICOMDIR + répertoire « Images » 2 solutions : –On utilise le viewer qui est sur le CD (peut être long) –On utilise un viewer installé en local (ex : TSI Viewer), et on ouvre le fichier DICOMDIR On peut aussi le « glisser-déposer » sur lapplication

38 Les « UID » Certains éléments du monde « réel » doivent être identifiés par un numéro (définitivement) unique –Lexamen => Study Instance UID –La série => Series Instance UID –Limage => SOP Instance UID Mais aussi de nombreux éléments de la norme –Ex : Le format du fichier DICOM => SOP Class UID

39 Les « Classes de service » Chaque équipement peut être –« Fournisseur » du service (SCP = Service Class Provider) –et/ou « Utilisateur » du service (SCU = Service Class User) Un équipement propose un certain nombre de services (pas tous), et peut utiliser un certain nombre de services sur dautres machines (ex : un échographe peut ne pas savoir interroger une worklist)

40 Les « Classes de service » Exemple –Scanner : STORE SCU (stocker ses images) FIND SCP / SCU (lire une liste de patients, mais aussi donner la sienne) WORKLIST SCU (lire une worklist) –Worklist DICOM WORKLIST SCP (publier une liste de travail) –Station de travail STORE SCP (recevoir les images) FIND SCU / SCP (lire une liste de patients, mais aussi donner la sienne) Worklist Scanner Post traitement

41 Exemples de « Classes de service » DICOM définit des services qui peuvent être échangés entre deux machines –Vérification (Test de communication) « ECHO » –Archivage (Storage) « STORE » –Interrogation/Récupération d informations sur un serveur (Query/Retrieve) « QUERY » « MOVE » –Gestion de l impression (Print Management) –Gestion des listes de travail (Worklist management) –Gestion des données patient, examens et résultats (Echanges avec le R.I.S., Comptes-rendus,..) –Gestion de fichier (File set Creator, Reader, Updater)

42 Les « Classes de service » DICOM ne précise pas les mécanismes de vérification ou de test à mettre en œuvre pour vérifier la conformité Mais toutes les implémentations DICOM doivent être détaillées par un état de Conformité correctement écrit En comparant les Etats de conformités de 2 applications, un utilisateur averti peut normalement déterminer si leur interopérabilité est possible ou non.

43 Le réseau DICOM

44 Le protocole DICOM Permet à deux machines de communiquer sur un réseau Basé sur le TCP/IP (univ) Notion de « service » et d « objet » (« SOP » hérité de la OOP) DICOM conformance statements

45 La négociation SCU - SCP Je veux transmettre mon image IRM au Serveur Coordonnées Storage SCP: Adresse IP: x.y.y.y AETitle: Serv n° de port: 104 MR Storage SCP Pour commencer il faut contacter le serveur:

46 La négociation SCU - SCP Je veux transmettre mon image IRM au Serveur MR Storage SCU Adresse IP: x.x.x.x AETitle: Dem Adresse IP: x.y.y.y AETitle: Serv n° de port: 104 MR Storage SCP Présentation: Hello Serv,

47 La négociation SCU - SCP Je veux transmettre mon image IRM au Serveur MR Storage SCU Adresse IP: x.x.x.x AETitle: Dem Adresse IP: x.y.y.y AETitle: Serv n° de port: 104 MR Storage SCP Présentation: Hello Serv, Je suis Dem. Je veux travailler avec toi. Réponse: OK Dem. Que puis-je faire pour toi?

48 La négociation SCU - SCP Je veux transmettre mon image IRM au Serveur MR Storage SCU Adresse IP: x.x.x.x AETitle: Dem Adresse IP: x.y.y.y AETitle: Serv n° de port: 104 MR Storage SCP Peux-tu me fournir le service «avec la SOP Class UID suivante ? Pas de problème, je gère le service Storage pour les images IRM.

49 La négociation SCU - SCP Je veux transmettre mon image IRM au Serveur MR Storage SCU Adresse IP: x.x.x.x AETitle: Dem Adresse IP: x.y.y.y AETitle: Serv n° de port: 104 MR Storage SCP OK pour le DICOM VR Implicit Little Endian ! UID: Pour la syntaxe de transfert, jaccepte le Dicom VR Implicit Little Endian et le Dicom VR Explicit Big Endian.

50 La négociation SCU - SCP Je veux transmettre mon image IRM au Serveur MR Storage SCU Adresse IP: x.x.x.x AETitle: Dem Adresse IP: x.y.y.y AETitle: Serv n° de port: 104 MR Storage SCP Prends-tu en charge la compression JPEG LossLess Ou Lossy Non !

51 La négociation SCU - SCP Je veux transmettre mon image IRM au Serveur MR Storage SCU Adresse IP: x.x.x.x AETitle: Dem Adresse IP: x.y.y.y AETitle: Serv n° de port: 104 MR Storage SCP Je vais donc te transmettre mon image et toutes les données associées pour la SOP Class MR Storage en Dicom VR Implicit Little Endian. Marché Conclu.

52 MR Storage SCU Adresse IP: x.x.x.x AETitle: Dem La négociation SCU - SCP Je veux transmettre mon image IRM au Serveur Adresse IP: x.y.y.y AETitle: Serv n° de port: 104 MR Storage SCP Voici mon image et toutes les données associées. OK, Bien Reçu. Je raccroche.

53 En résumé… DICOM = Digital Imaging and Communications in Medicine = Seule norme internationale pour les images médicales Cest un format dimages, mais aussi une norme qui définit comment les données séchangent entre les systèmes médicaux Un équipement DICOM répond à un cahier des charges = Conformance Statements

54 RIS et PACS (SIR et SAPI)

55 RIS et PACS Ce sont des « systèmes dinformation » Technologie « client/serveur » Etroitement liés lun à lautre : il faut les INTEGRER Liés à dautres systèmes dinformation (rendez-vous, serveurs didentité, dossier médical hospitalier, facturation,...) Modification RADICALE des pratiques –Nouvelles organisations, redistribution des rôles, nouvelles tâches Nécessité dune formation initiale « solide » –et dun programme de formation –Ne pas les prendre « à la légère » Nécessité dune administration et maintenance au quotidien (24/7)

56 Missions du RIS Radiology Information System Element le plus important = Outil dORGANISATION –Gestion du parcours du patient = « Workflow » accueil, en salle, examen fait, examen à interpréter, examen dicté, examen à signer, examen validé, examen envoyé –Gestion des demandes dexamen (et correspondants) –Gestion des spécificités radiologiques Produits injectés Contre-indications Dose reçue –Gestion des compte-rendus (base de données) Dictée, saisie, frappe, ventilation –Gestion de lactivité

57 Missions du PACS Picture Archiving and Communication System Outil de PRODUCTIVITE – Archivage des images produites par les modalités Archivage dautres types de documents dans certains PACS (ECG, PDF, sons, compte-rendus structurés, rapports de Dose, vidéos...) – Import dimages extérieures (CD-ROMs,...) Connectivité DICOM – Distribution de ces images vers les stations dinterprétation Technologies réseau variables Serveurs dapplication – Interprétation ou « relecture » des images Stations de travail ; outils spécifiques Intégration doutils tiers

58 RIS PACS SIH ID Facturation RDV Presc. Conn. Annuaire Médecins CR Actes Workflow Serv. Applic. Serv. Recherche

59 Impact du RIS Implique tous les acteurs dun service de radiologie –Hôtesses daccueil –Manipulateurs radio –Médecins –Secrétaires –Cadres Impose des règles de fonctionnement à tous –Chacun prend sa part dans le « workflow » –Dabord une contrainte, puis devient rapidement indispensable (dictée vocale, accès rapide aux CR...) Nest pas accessible au clinicien –CR obtenus via le SIH –Images vues via le SIH qui accède au PACS

60 Impact du PACS Moins de personnel impliqué que pour le RIS –Radiologues –Médecins –Manipulateurs radio...mais progrès beaucoup plus visible –Plus de films ! –Accès immédiat aux images –Possibilités de faires des reconstructions multiplanaires –Stations omnipotentes, multimodalités, accès immédiat à lantériorité... Prise en main beaucoup plus facile que le RIS

61 Ne pas négliger lIHM et penser au workflow ! Clinicien (dont radiologue) Radiologue Manipulateur Objectif : diminuer les interfaces homme-machine pour diminuer les temps de formation, les risques de bugs, et sécuriser lensemble du système

62 Intégration du RIS et du PACS entre eux, et dans lhôpital Multiplicité des industriels, des versions, des options... Mutiplicité des intervenants Hétérogénéïté des hôpitaux (développements locaux, outils qui ne sont plus supportés,...) Nécessité du respect des normes

63 IHE (presque) tous les industriels de limagerie Utilisateurs –Sociétés savantes –Organismes détat (INRIA,…) Objectifs : –améliorer linterconnectivité des solutions Pour simplifier les installations, les appels doffre Pour éviter les bugs au quotidien –…en partant de besoins « du terrain » définis par les utilisateurs – Promouvoir lacceptation par les industriels de ces profils En pratique : –Définir des « cas dutilisation » pratiques (ex : comment gérer la dose ?) –Déterminer quels messages chaque acteur (RIS/PACS,…) doit émettre/recevoir –Déterminer quelle norme existante répond le mieux à un échange de données (DICOM, HL7, CDA, FTP, http, ) –Ecriture dun « profil »

64 Intégration de tous les éléments Profil IHE « Scheduled WorkFlow »

65 Intégration de tous les éléments Profil IHE « Patient Information Reconciliation »

66 Le profil « REM » Radiation Exposure Management

67 Quels sont les élements constituant un PACS ? Gestionnaire de connectivité –Avec le RIS / HIS (par le protocole HL7) Base de données –Stockage et archivage des images...et dautres documents médicaux Stations dinterprétation Stations de lecture des images (cliniciens) Serveur dapplication Outils « métier » spécifiques (orthopédie, cardiovasculaire, médecine nucléaire, CAD mammo,...)

68 PACS – Base de données Doit êtré sécurisée (locaux, catastrophes, vol, pannes,...) –Redondance de TOUS les éléments –Lieux de stockage physiquement différents –« Heartbeat » 24/7 ; prévenir les pannes Doit respecter la confidentialité –Déclaration CNIL –Traçabilité de toutes les actions –Maintenance « spéciale » respectant le secret médical –Hébergement local ou par un « hébergeur de santé agréé » Doit être fiable à long terme –durée de conservation des archives médicales à 20 ans après le dernier contact avec le patient, sauf si mineur (28è anniversaire) ou 10 ans après le décès du patient, ou encore la fin du procès si litige Paradoxalement, doit être très accessible –« Disponibilité » au quotidien ! –Patient, ayant-droits, médecins, autres établissements, expertises...

69 Exemple darchitecture proposée par AGFA en 2010 Salle Informatique 1 Serveurs Pacs Salle informatique 2 Salengro examens 6,3 To Bruts 30 To Compressés Examens/an - 21 To Bruts/an - 10 To Compressés/an Images examens 2,5 To Bruts 1 To Compressés examens 4,4 To Bruts 1,8 To Compressés examens 0,9 To Bruts 0,4 To Compressés examens 4,5 To Bruts 2 To Compressés examens 0,41 To Bruts 0,17 To Compressés 5230 examens 0,13 To Bruts 0,55 To Compressés CalmetteHuriezJDFCardioDentairePrisons Stockage HP EVA 21 To Rack Serveurs Lames HP C7000 Archivage Centera 52 To Lame 1 Lame 2 SUN T200 Stockage HP EVA 21 To Réplication Lame 1 Lame 2 SUN T200 WMF1 CUR2 CUR1 VmM WFM2 APP1 APP2 AS CM1 CM2 VmWare Tête NAS SAN Management SAN Management BD Management BD Management VmWare

70 Archivage et Stockage (SFR4i) Archivage : ensemble des actions, outils et méthodes mis en oeuvre pour réunir, identifier, sélectionner, classer et conserver des contenus électroniques, sur un support infalsifiable sécurisé et pouvant garantir l'intégrité des données, dans le but de les exploiter et de les rendre accessibles dans le temps, que ce soit à titre informatif ou à titre de preuve (en cas dobligations légales notamment ou de litiges). Le contenu archivé est considéré comme figé et ne peut donc être modifié. Ladurée de larchivage est définie dans un cadre réglementaire. Stockage : ensemble des actions, outils et méthodes permettant dentreposer des contenus électroniques et servant de base au traitement ultérieur de ces contenus. Le contenu stocké nest pas considéré comme figé et peut donc être modifié ou remplacé. La durée du stockage nest pas définie sur le plan règlementaire.

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72 Les stations PACS Classiquement 2 ou 3 écrans –1 écran pour afficher le RIS (accès antériorité, dossier patient, dictée du CR) –1 ou 2 écrans pour afficher le ou les examen(s) 2 technologies réseau 2 technologies logicielles

73 Technologies réseau Technologie « Client / Serveur » classique (<2009) –Une station « cliente » demande les images à un « serveur » –TOUTES les images sont transférées (il faut quelquefois attendre la fin du transfert) –Gourmandes en mémoire vive (4 à 8 Go) et en ressources machine –Lenteur +- compensée par « préfetching » Technologie « streaming » / « wavelet » –Echanges beaucoup plus rapides, car seule linformation affichée à lécran est téléchargée (ex : on ne charge pas forcément toutes les images sur le serveur ; on ne charge pas forcément 512x512 pixels pour une images)

74 iSite Philips – Vue du clinicien Client « léger »

75 Technologies logicielles Traitement des images reçues en LOCAL –Stations très performantes > coûteuses > rares ; figées –Fluidité Traitement des images A DISTANCE, sur un serveur = Serveurs dapplication (nécessite techno. de streaming) –Un simple PC suffit pour linterprétation > très disponibles –Interprétation à distance possible (ADSL !) => Téléradiologie –Problème du « partage » du serveur (utilisateurs/coupes) TeraRecon, Voxar, Philips Portal, Siemens Syngo Via, GE AW server 2

76 Serveurs dapplication Terarecon Aquarius de lhôpital de Valenciennes depuis une simple ligne ADSL 3 Mo

77 Que trouve-t-on en 2011 sur une offre PACS ? Une interface de sélection des examens Des outils « universitaires » et de travail collaboratif Une visionneuse « 2D » classique Une visionneuse « 3D » Meilleure fluidité (équiv. station dinterprétation) …mais limitées en nombre dimages/fonctionnalités Une visionneuse « 3D » par serveur dapplication Fonctionnalités plus importantes …mais quelquefois saccadée ; limitée par la bande passante du réseau Limitée par le nombre dutilisateurs simultanés Une visionneuse simple pour les cliniciens, accessible depuis le dossier patient, pouvant réaliser des reconstructions 3D Une ouverture pour la téléradiologie

78 Examen ouvert Vue densemble dun dossier radiologique « sympa » pour les comparaisons Timeline prend tout son intérêt

79 Etat de lexamen facile à voir Recherches simples ou complexes Affichage des informations utiles (ex :nombre dimages par série) Outil de gestion des RCP, des réunions de groupe

80 3D « locale » : Viewforum Lite

81 Examen ouvert Séries par imagettes ou texte Accès aux images très rapide (intégralité des coupes) Intégration du serveur 3D (touche « t ») : environ 4 sec Lécran RIS est toujours visible, et prêt pour la dictée

82 3D « serveur dapplication » Outils spécifiques

83 Outils « universitaires » Gestion des RCP Répertoires dexamens « privés » et « de groupe » –Travail de groupe (partage entre 2 ou 3 utilisateurs) Graver un CD anonymisé Exporter des images vers un outil tiers (recherche)

84 Les industriels se reposeraient-ils sur leurs lauriers ? IHM peu intuitives –Souvent héritées des IHM dorigine (1990), ou hors standards (Java, Linux,…) Des outils simples qui tardent à être intégrés –Mesures automatiques ; segmentation automatique (générique) –Suivi en oncologie –MPR et MIP sans ouvrir une application tierce ! Homogénéiser les post-traitements –Les PACS sont actuellement une agrégation doutils dont les interfaces, gestuelles et formats diffèrent. –Plug-ins DICOM ? Homogénéiser les interfaces –Intégration « contextuelle » problématique ; ergonomie souvent exécrable +++ ; extrêmement coûteuses –IHE ? ( hors champ ) Des outils de travail collaboratif plus performants –Gestion des images clés, des RCPs, des dossiers « de collection », préparation des gestes chirurgicaux, mémorisation de « scènes ». Des outils de traçabilité et dadministration plus accessibles

85 Conclusions

86 DICOM est LA norme pour la description et la transmission des images médicales ; elle intéresse toutes les spécialités. Les systèmes dinformation RIS et PACS sont complexes, car possédant de multiples interfaces avec les autres systèmes, des fonctionnalités et interfaces utilisateur variables en fonction des industriels et des versions. –Le respect des NORMES (DICOM, HL7, IHE) est fondamental, notamment lors des achats déquipement : penser à « IHE » ; il reste beaucoup à faire+++ –Ne négligez pas la formation –Les administrateurs PACS sont un élément clé du bon fonctionnement. Larchivage des images médicales répond à des règles claires (depuis 2006) ; les considérations techniques (compression,...) sont dépassées.


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