Технические средства телемедицинских систем.

В соответствии с /22/ телемедицинские технологии, на основе которых строятся телемедицинские сети и системы, можно разбить на три основных класса:

-медицинские;

-собственно телемедицинские;

-телекоммуникационные.

К медицинским средствам относятся:

-цифровое и нецифровое медицинское диагностическое оборудование;

-методики проведения диагностических исследований для различных клинических случаев.

К телемедицинским средствам относятся:

-средства сбора медицинских данных;

-средства обработки и хранения медицинских данных;

-средства подготовки данных и проведения телемедицинских консультаций; -средства учета и регистрации проведенных телемедицинских консультаций.

К телекоммуникационным средствам относятся: кабельные линии, радиолинии наземной связи, оптоволоконные линии связи, радиолинии спутниковой связи. На их основе могут быть организованы специальные выделенные телемедицинские каналы, корпоративные сети или же использованы существующие каналы такие, как интернет. Все они позволяют организовать различные способы обмена медицинской информацией между консультантом и консультируемым.

Набор технических средств, входящих в конкретную телемедицинскую систему зависит от области ее применения. Так, для систем персонального мониторинга не обязательно наличие средств передачи видеоинформации, а для систем телеобучения- датчиков физиологических сигналов.

Условно все технические средства можно разделить на две группы:

- обязательно входящие в состав телемедицинской системы;

- зависящие от назначения телемедицинской системы и ее конфигурации;

К первой группе относятся линии связи и технические средства доступа в телекоммуникационные сети, каналы связи и сетевые средства доступа к ним, компьютеры. Ко второй группе- оборудование видеоконференцсвязи, цифровое медицинское оборудование, датчики и другие источники медицинской информации, имеющие стандартные интерфейсы для преобразования в данные с целью дальнейшей передачи по каналам связи, медицинские информационные, экспертно-диагностические системы и базы данных, обучающие дистанционные системы и т.д.

Так, например, в типовой состав телемедицинской системы, предназначенной для телеконсультаций, обучения и медицинских телеконференций/23/, входят:

-канал IP или ISDN;

-компьютер;

-оборудование для видеоконференций;

-оборудование и программы ввода, обработки и хранения изображений, кривых ЭКГ и др. (сканер, плата ввода видеосигнала в компьютер, программа обработки и хранения изображений; программа ведения базы данных с записями о пациентах). Ядром подобной системы является оборудование для видеоконференций, которое, с точки зрения его основных функций и возможности использования в телемедицине, делится на несколько групп:

-полнофункциональные системы для больших и средних помещений -оборудование для небольших залов, переговорных комнат

-специализированные системы (например, мобильные системы видеоконференций).

К группе полнофункциональных можно отнести линейку оборудования видеоконференций HDX9000 фирмы Polycom. HDX9000 поддерживает следующие стандарты и протоколы:

-видеостандарты: H.261, H.263+, H.264;

-аудиостандарты и протоколы: Polycom StereoSurround™, звук в полосе до 22 кГц с Polycom Siren 22, звук в полосе до 14 кГц с Polycom Siren, 14, G.722.1 Annex C, звук в полосе до 7 кГц с G.722, G.722.1, звук в полосе до 3.4 кГц с G.711, G.728,

G. 729A;

-сетевые стандарты и порты: Ethernet 10/100/1000; H.323 до 4 Мбит/с, суммарно 6 Мбит/с в режиме MPPlus; SIP до 4 Мбит/с; H.320;

-секретность: защищенный доступ к web, telnet, FTP, встроенный AES FIPS 197,

H. 235V3 и H.233/234, защищенная паролем идентификация.

Оборудование для видеоконференций HDX9000 фирмы Polycom интегрируется со специализированными серверными программными приложениями, позволяющими оптимизировать параметры оборудования под конфигурацию сети и решаемые задачи. Так, программный модуль PathNavigator (контроллер зоны H.323), который, обрабатывая протоколы для IP и ISDN сетей, обеспечивает управление сетевой загрузкой в масштабе всей сети. PathNavigator позволяет в частности:

-управлять трафиком конференций в вычислительной сети и гарантирует, что трафик видеоконференций не будет превышать предусмотренные пределы;

- использовать упрощенные методы организации конференций, при которых пользователь получает возможность вызова, используя простой набор «телефонного» номера;

-обеспечить контроль над использованием каждым пользователем доступной полосы пропускания в пределах локальных сегментов и в межсетевых каналах; -использовать автоматическую и оптимальную маршрутизацию IP и ISDN вызовов, что дает возможность автоматически направить вызов через сеть ISDN, если абонент недоступен в IP сети, а также перенаправить ISDN вызов в IP сеть, например для уменьшения стоимости звонка при междугородних и международных переговорах;

-обеспечить повышенную безопасность посредством автоматического отклонения попыток соединения с незарегистрированными терминалами, сокрытия внутренней адресации IP сети, препятствуя распространению внутренних адресов за пределы сетевого экрана.

Таким образом, телемедицинская система, предназначенная для телеконсультаций, обучения и медицинских телеконференций в большей мере

состоит из неспециализированных устройств, которые могут применяться для обмена мультимедиа информацией в различных областях. Однако здесь следует учитывать, что для разных областей медицины проведение телеконсультаций предъявляет свои специфические требования к отдельным элементам телемедицинской системы, связанные с допустимыми искажениями в передаче информации. Особенно это относится к тем случаям, когда для диагностического заключения требуется визуальная информация- рентгеновские снимки, изображения участков кожных покровов, компьютерные томмограммы и т.д. Например, при оцифровке обычных рентгеновских снимков /24/ возможно ухудшение качества, что снижает диагностическую ценность. При проведении телеконсультации в области дерматологии важной характеристикой является адекватность цветопередачи /25/.

Для решения задач, возникающих при построении телемедицинских систем в определенной области медицины, необходимо использовать технические средства, позволяющие приблизить достоверность диагностики к уровню достоверности при очном обследовании. Так, при получении медицинских изображений необходимо пользоваться специализированными фото и видеокамерами. Одной из таких видеокамер является видеокамера серии ARAMO SG, предназначенная для визуального исследования волос, кожи головы и лица. С помощью этой камеры, в сочетании со специализированными диагностическими программами компьютера, возможно проведение диагностики волос, кожи головы, лица и тела. Разработаны также специализированные медицинские видеокамеры, которые предназначены для общего осмотра пациента, для дерматологии, офтальмологии, отоларингологии, стоматологии, гинекологии, проктологии и т.д. Кроме того, средства получения изображений интегрируются в различный современный медицинский инструментарий. Например, в специализированный хирургический микроскоп OPMI LUMERA предназначенный для проведения офтальмологических операций встроена видеокамера MediLive 3 CCD, которая имеет аналоговые и цифровые выходы, дающие возможность передавать изображения в телемедицинскую систему.

При проведении рентгенологических исследований проблема качества получения и передачи изображений по каналам связи решается путем применения системы цифровой рентгенологии. Такие системы обеспечивают не только получение изображений, но и их архивацию в базе данных, а также возможность их передачи, вместе с дополнительными материалами о больном, по компьютерным сетям. С минимальными дополнениями цифровые рентгеновские системы могут быть использованы для телерадиологических консультаций.

Работа с медицинскими изображениями в телемедицинских системах базируется на технологии PACS (Picture Archiving and Communication System). Универсальным форматом для хранения и передачи изображений в PACS системах является DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine). DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine)- это стандарт создания, хранения, передачи и визуализации медицинских изображений и документов обследованных пациентов. DICOM опирается на ISO-стандарт OSI, поддерживается основными производителями медицинского оборудования и медицинского программного обеспечения. Стандарт DICOM постоянно дополняется и расширяется и в настоящее время состоит из 20 частей (http://medical.nema.org/standard.html). В частности, в стандарте описаны требования к степени соответствия приложений данному стандарту, структуры объектов и операции над ними, форматы данных и кодировок, механизмы обмена информацией и т.д.

Стандартом DICOM определено два информационных уровня:

- файловый уровень (DICOM-файл)- объектный файл с теговой организацией для представления кадра изображения (или серии кадров) и сопровождающей/управляющей информации (в виде DICOM тегов);

-сетевой (сетевой DICOM-протокол)- для передачи DICOM файлов и управляющих DICOM команд по сетям с поддержкой TCP/IP.

DICOM- файл представляет собой объектно-ориентированный файл с теговой организацией. Информационная модель стандарта DICOM для DICOM файла четырёхступенчатая: пациента исследованием сериям изображение (кадр или серия кадров).

Файловый уровень стандарта DICOM:

1. Атрибуты и демографические данные пациента.

2. Модель и фирму производителя аппарата, на котором проводилось обследование.

3. Атрибуты медицинского учреждения, где было проведено обследование.

4. Атрибуты персонала, проводившего обследование пациента.

5. Вид обследования и дата/время его проведения.

6. Условия и параметры проведения исследования пациента.

7. Параметры изображения или серии изображений, записанных в DICOM- файле.

8. Уникальные ключи идентификации (UID) групп данных, описанных в DICOM-файле.

9. Изображение, серию или набор серий, полученных при обследовании пациента.

10. Представление, в первую очередь, PDF-документов в DICOM-файле.

11. Представление DICOM-записи на оптические носители, включая DVD формат.

12. DICOM-протокол для передачи/приема по TCP/IP компьютерным сетям. Сетевой DICOM-протокол использует TCP/IP для передачи медицинской

информации от медицинского оборудования в и для связи между PACS- системами. Протокол является трёхуровневым (рис.21):

-нижний уровень, сразу над TCP — DUL (DICOM Upper Layer);

-средний уровень- сервисы DIMSE (DICOM Message protocol) и ACSE (Association Control protocol- standard OSI protocol);

-верхний уровень- DICOM Application Interface. Над ними расположено приложение — Medical Imaging Application.

Стандарт DICOM позволяет производить интеграцию медицинского оборудования разных производителей, включая DICOM-сканеры, DICOM- серверы, автоматизированные рабочие места и DICOM принтеры в единую радиологическую или клиническую информационную систему.

Рисунок 21- Сетевой DICOM-протокол

Стандарт DICOM включает в себя ряд сетевых (основных) сервисов: сохранение изображений и другой информации, запрос/получение списка пациентов и/или исследований с другого DICOM-устройства, сохранение данных на носителях информации для обмена данными, DICOM-печать на специализированных DICOM-принтерах, работающих по DICOM-протоколу.

Обмен информацией между PACS системами осуществляется с помощью основных сетевых команд, определенных в стандарте DICOM. Примеры построения PACS систем, использующих стандарт DICOM можно найти на сайтах http://www.multivox.ru/ и http://www.fuiifilmusa.com/products/medical/radiology/.

Рассмотренные выше примеры показывают, что в телемедицинских системах используется самое разнообразное оборудование, работающее на каждом уровне организации под управлением своих программных средств и осуществляющее обмен информацией по самым разнообразным протоколам и каналам связи. При построении конкретной телемедицинской системы необходимо учитывать медицинские и эксплуатационные требования к системе в целом, наличие доступа к линиям связи, особенности каналов связи и протоколов обмена, характеристики специализированного медицинского оборудования.