Systèmes d’information et normes en imagerie médicale Dr Philippe PUECH Jean-François LAHAYE Dr Frédéric LEFEVRE

Plan Les images numériques DICOM Le réseau DICOM RIS et PACS Présentation et Intégration des systèmes Archivage des images Un PACS en 2011 Qu’y trouve-t-on ? Que reste-t-il à faire ? Discussion

Les images numériques

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

Stockage numérique Image en couleurs Trois exemple d’octets… 11111111 = 255 10000000 = 128 10101110 = 174 Couleur = 0 à 255 = 8 bits Taille = 32*32*8 =8192 bits =1024 octets =1 Ko 32 pixels 32 pixels

512x512 =262144 pixels Profondeur de 12 bits =3145728 bits =393216 octets = 393 Ko 512 pixels 512 pixels

Interpolation des images

Stockage numérique Image en couleurs En radiologie… 256 niveaux = 8 bits 16 millions de couleurs = 24 bits En radiologie… La matrice n’est pas de 32*32, mais 512*512… Codage des images monochromes sur 12 bits = 2^12 = 4096 niveaux (l’œil 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

La compression Palette RLE JPEG Formats propriétaires On définit une palette de couleurs avec un index La « couleur » attribuée à chaque pixel est le numéro d’index (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 n’est plus un format, c’est une norme qui contient en elle plusieurs formats Formats propriétaires Améliorations « propriétaires » de techniques déjà décrites (ex : Philips iSyntax)

La compression JPEG Notion de « dégradation non visible » http://www.chez.com/algorithmejpeg/intro.htm Lossy Lossless JPEG 2000 ($) Wavelet Progressif ou non Sur 8, 12, 16 ou 24 bits Notion de « dégradation non visible » 1:10 en général

DICOM

DICOM 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 d’un « standard » en 1985 Universellement accepté en radiologie, et au-delà de l’imagerie, pour les images médicales.

Le standard DICOM 3.0 1 ) Format d’image Toutes les machines d’imagerie médicale se « DICOMisent » Multiformat ; multimédia (son, video, encaps., CR) 2 ) Protocole d’échange 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

Le format DICOM Un entête Un nombre de champs variables qui décrivent les données du patient, son statut lors de l’examen, les paramètres de l’acquisition, de la série d’images, d’une seule image, un compte rendu. Quelques champs suffisent à déterminer l’encodage de l’image Transfer Syntax UID Bytes allocated Rows & Columns Couleurs ou N&B Les données de l’image 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

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)

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

Visionner les images Il faut disposer d’un logiciel capable de lire les images (si si !) de décoder les images (24 formats différents) d‘en afficher la hiérarchie de les afficher de façon « médicale » …et si possible de réaliser des reconstructions multiplanaires d‘exporter 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)

DicomWorks

DicomWorks

TSI Viewer

Synedra View Personal

Osirix

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

CD-ROMs Les fichiers DICOMDIR sont définis dans la norme 2 solutions : Ils sont lisibles par n’importe quelle visionneuse DICOM L’information 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 l’application

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

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 d’autres machines (ex : un échographe peut ne pas savoir interroger une worklist)

Les « Classes de service » Worklist 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) Scanner Post traitement

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)

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.

Le réseau DICOM

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

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

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

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

La négociation SCU - SCP Je veux transmettre mon image IRM au Serveur Pas de problème, je gère le service Storage pour les images IRM. Peux-tu me fournir le service «avec la SOP Class UID suivante 1.2.840.10008.5.1.4.1.1.4 ? Adresse IP: x.y.y.y AETitle: Serv n° de port: 104 MR Storage SCP MR Storage SCU Adresse IP: x.x.x.x AETitle: Dem

La négociation SCU - SCP Je veux transmettre mon image IRM au Serveur OK pour le DICOM VR Implicit Little Endian ! UID: 1.2.840.10008.1.2 Pour la syntaxe de transfert, j’accepte le Dicom VR Implicit Little Endian et le Dicom VR Explicit Big Endian. Adresse IP: x.y.y.y AETitle: Serv n° de port: 104 MR Storage SCP MR Storage SCU Adresse IP: x.x.x.x AETitle: Dem

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

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

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

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

RIS et PACS (SIR et SAPI)

RIS et PACS Ce sont des « systèmes d’information » Technologie « client/serveur » Etroitement liés l’un à l’autre : il faut les INTEGRER Liés à d’autres systèmes d’information (rendez-vous, serveurs d’identité, dossier médical hospitalier, facturation,...) Modification RADICALE des pratiques Nouvelles organisations, redistribution des rôles, nouvelles tâches Nécessité d’une formation initiale « solide » et d’un programme de formation Ne pas les prendre « à la légère » Nécessité d’une administration et maintenance au quotidien (24/7)

Missions du RIS Radiology Information System Element le plus important = Outil d’ORGANISATION 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 d’examen (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 l’activité

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

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

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

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 l’antériorité... Prise en main beaucoup plus facile que le RIS

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

Intégration du RIS et du PACS entre eux, et dans l’hôpital 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

IHE (presque) tous les industriels de l’imagerie Utilisateurs Sociétés savantes Organismes d’état (INRIA,…) Objectifs : améliorer l’interconnectivité des solutions Pour simplifier les installations, les appels d’offre Pour éviter les bugs au quotidien …en partant de besoins « du terrain » définis par les utilisateurs Promouvoir l’acceptation par les industriels de ces profils En pratique : Définir des « cas d’utilisation » 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 d’un « profil »

Intégration de tous les éléments Profil IHE « Scheduled WorkFlow »

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

Le profil « REM » Radiation Exposure Management

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 d’autres documents médicaux Stations d’interprétation Stations de lecture des images (cliniciens) Serveur d’application Outils « métier » spécifiques (orthopédie, cardiovasculaire, médecine nucléaire, CAD mammo,...)

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...

Salle Informatique 1 Serveurs Pacs Salle informatique 2 Salengro Calmette Huriez JDF Cardio Dentaire Prisons 168.000 examens 6,3 To Bruts 30 To Compressés 72.000 examens 2,5 To Bruts 1 To Compressés 66.600 examens 4,4 To Bruts 1,8 To Compressés 40.000 examens 0,9 To Bruts 0,4 To Compressés 72.000 examens 4,5 To Bruts 2 To Compressés 16.000 examens 0,41 To Bruts 0,17 To Compressés 5230 examens 0,13 To Bruts 0,55 To Compressés 460.000 Examens/an - 21 To Bruts/an - 10 To Compressés/an - 10.000.000 Images Salle Informatique 1 Serveurs Pacs Salle informatique 2 Lame 1 Lame 2 Lame 1 Lame 2 SUN T200 SUN T200 WMF1 CUR2 APP1 AS CUR1 CM1 APP2 WFM2 VmM CM2 BD Management BD Management SAN Management SAN Management VmWare Tête NAS VmWare Tête NAS Rack Serveurs Lames HP C7000 Stockage HP EVA 21 To Archivage Centera 52 To Stockage HP EVA 21 To Réplication

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 d’obligations légales notamment ou de litiges). Le contenu archivé est considéré comme figé et ne peut donc être modifié. Ladurée de l’archivage est définie dans un cadre réglementaire. Stockage : ensemble des actions, outils et méthodes permettant d’entreposer des contenus électroniques et servant de base au traitement ultérieur de ces contenus. Le contenu stocké n’est pas considéré comme figé et peut donc être modifié ou remplacé. La durée du stockage n’est pas définie sur le plan règlementaire.

Les stations PACS Classiquement 2 ou 3 écrans 2 technologies réseau 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

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 l’information affichée à l’écran est téléchargée (ex : on ne charge pas forcément toutes les images sur le serveur ; on ne charge pas forcément 512x512 pixels pour une images)

iSite Philips – Vue du clinicien Client « léger »

Technologies logicielles Traitement des images reçues en LOCAL Stations très performantes > coûteuses > rares ; figées Fluidité Traitement des images A DISTANCE, sur un serveur = Serveurs d’application (nécessite techno. de streaming) Un simple PC suffit pour l’interprétation > 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

Serveurs d’application Terarecon Aquarius de l’hôpital de Valenciennes depuis une simple ligne ADSL 3 Mo

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 d’interprétation) …mais limitées en nombre d’images/fonctionnalités Une visionneuse « 3D » par serveur d’application Fonctionnalités plus importantes …mais quelquefois saccadée ; limitée par la bande passante du réseau Limitée par le nombre d’utilisateurs simultanés Une visionneuse simple pour les cliniciens, accessible depuis le dossier patient, pouvant réaliser des reconstructions 3D Une ouverture pour la téléradiologie

Timeline prend tout son intérêt Examen ouvert Vue d’ensemble d’un dossier radiologique « sympa » pour les comparaisons

Recherches simples ou complexes Etat de l’examen facile à voir Affichage des informations utiles (ex :nombre d’images par série) Outil de gestion des RCP, des réunions de groupe

3D « locale » : Viewforum Lite

Examen ouvert Accès aux images très rapide (intégralité des coupes) Intégration du serveur 3D (touche « t ») : environ 4 sec L’écran RIS est toujours visible, et prêt pour la dictée Séries par imagettes ou texte

3D « serveur d’application » Outils spécifiques

Outils « universitaires » Gestion des RCP Répertoires d’examens « 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)

Les industriels se reposeraient-ils sur leurs lauriers ? IHM peu intuitives Souvent héritées des IHM d’origine (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 d’outils 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 d’administration plus accessibles

Conclusions

Conclusions DICOM est LA norme pour la description et la transmission des images médicales ; elle intéresse toutes les spécialités. Les systèmes d’information 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 d’équipement : penser à « IHE » ; il reste beaucoup à faire+++ Ne négligez pas la formation Les administrateurs PACS sont un élément clé du bon fonctionnement. L’archivage des images médicales répond à des règles claires (depuis 2006) ; les considérations techniques (compression,...) sont dépassées.