В сфере цифровых медицинских визуализирующих методик стандарт DICOM является общепринятым (DICOM - Digital Imaging and Communication in Medicine). Эти нормы восходят к американским унификациям NEMA (National Electrical Manufacturers Association) и ACR (American College of Radiology). В 1993 г. третья редакция стандарта ACR/NEMA была утверждена как стандарт DICOM 3.0 и включила в себя параметры всех медицинских визуализирующих методик, таких как магнитно-резонансная томография, компьютерная томография, изотопные медицинские исследования, оцифрованные видео, форматы цифровых камер, а также черно-белые и цветные ультразвуковые изображения. К этому стандарту присоединились Американская коллегия кардиологов (American College of Cardiology, ACC) и Европейское кардиологическое общество (European Society of Cardiology). Медицинские сообщества совместно с индустрией следят за сохранением соответствия стандарта развивающимся возможностям и требованиям медицины и техники. Кроме того, стандарт DICOM допускает целый ряд степеней свободы для возможности включения в него самых различных технических предпосылок и требований.
Стандарт DICOM подразделяется на 18 отдельных областей, причем части 9 и 13 были снова изъяты из него. Постоянно продолжающиеся усовершенствования, получаемые различными занимающимися стандартом рабочими группами, публикуются (в том числе в Интернете) как новые части или как дополнения уже существующих частей. Для применения в ЭхоКГ американскими профессиональными сообществами сначала было составлено специальное руководство. За прошедшее время опубликованы также более детальные рекомендации по реализации стандарта в смысле перехода эхокардиографической лаборатории на цифровой метод работы.
а) Форматы изображений DICOM:
1. Систематика. В спецификациях DICOM определены графические объекты и структуры архива. Не вдаваясь в технические определения, объясним лишь принцип систематики («Real World Model»): каждый графический объект должен быть однозначно связан с одним пациентом и с одним исследованием/серией (исследование с указанием его вида, места и времени). Сохранение и кодирование графических объектов происходит в иерархической структуре (пациент - исследование - серия - изображение), каждый вышерасположенный уровень может иметь несколько элементов нижерасположенного уровня: у пациента может быть несколько исследований, одно исследование - несколько серий изображений. Эхокардиографическое исследование при этом чаще всего кодируется как собственно исследование. Соответственно, каждое изображение имеет однозначный и уникальный идентификатор (UID) своей серии, своего исследования и своего пациента. Кроме того, каждое изображение содержит информацию о том, в какой (визуализирующей) методике оно было получено (ультразвук, рентгенография, КТ, MPT и так далее), и, обычно, все параметры по масштабу (калибровку). Это позволяет производить оценку на любой предназначенной для этого рабочей станции DICOM.
2. Сжатие данных. Стандарт DICOM позволяет выполнять различные процессы компрессии данных. Для компрессии без потери качества (lossless) допускается трудоемкий метод RLE (Run Length Encoding). Методиками, сопряженными с потерей качества, являются JPEG (Joint Photographic Expert Group) и MPEG2 (Moving Pictures Expert Group), причем последняя позволяет для видеопоследовательностей достигать существенно более высокой степени компрессии (до 100/1) без видимого и медицински значимого снижения качества. Не все приборы поддерживают все методики. Оптимальные в данных условиях методику и качество (степень компрессии) необходимо определять индивидуально, однако в случае конфигурирования системы для длительного пользования (например, определение лабораторного формата для экспорта эхокардиографических видеопоследовательностей в кардиохирургические клиники) желательна унификация.
б) DICOM-совместимые носители данных. В простейшем случае изображения формата DICOM могут быть сохранены и, соответственно, переданы через любой носитель данных. По этому поводу имеется соглашение, что любой носитель данных должен иметь каталог (DICOMDIR), содержащий вышеописанную структуру (пациент(-ы) -исследование(-я) - серия(-и) - изображения).
В стандарте DICOM допускаются следующие носители данных: магнитооптические диски (5,25" и 3,5"), CD, DVD и с 2004 г. USB-флэш-память.
в) DICOM-совместимые сети. Из-за большого объема данных (приблизительно 100-150 МБ на одно исследование после сжатия изображений) рекомендуется современная мощная сеть (>100 Мбит/с); для непосредственного соединения, например, сервера DICOM с архивом изображений. Разумным будет еще более скоростное соединение (109бит/с, т.е. гигабитные технологии).
Имеющиеся протоколы позволяют производить непосредственный обмен изображениями DICOM между визуализирующими системами, хранилищами изображений, так называемыми PACS-системами (Picture Archiving Computer System) и приборами для оценки изображений. При достаточной мощности сети возможна прямая пересылка цифровых изображений и видеопоследовательностей электронным образом по локальной сети (LAN - Local Area Network) или на большие расстояния (WAN - Wide Area Network). При этом в принципе можно комбинировать приборы различных производителей. Соответствующими протоколами являются:
- сохранение данных в хранилище DICOM;
- подтверждение;
- вызов из хранилища.
в) Работа по стандарту DICOM. Для оптимальной работы и обеспечения последовательного подхода в сохранении данных пациентов и исследований DICOM стандартизует также дальнейшую передачу этих данных:
1. Modality Work list. Протокол «Modality Work list» передает визуализирующим приборам данные предполагаемых пациентов и исследований (например, из информационной системы того отделения, откуда направляется пациент); соответственно, «Modality Performed Procedure Step» - это обратное сообщение о выполнении исследования.
2. Structured Report. В клинической практике измеряемые параметры, описания найденных изменений и заключение по исследованию всегда непосредственно связаны с изображениями. Для управления этими данными, их сопоставления с изображениями и для единообразного использования измеряемых параметров и обозначений был разработан «Structured Report» как еще один составной, постоянно развивающийся свод правил в рамках стандарта DICOM. Пользователь в своей работе должен как можно меньше замечать влияние этого свода правил, однако эти правила должны создать возможность выражения медицинского содержания изображений в единообразном и хорошо пригодном для передачи формате, чтобы тем самым обеспечить сравнение результатов исследований, выполненных в разное время, на разных приборах различными исследователями.
Профессиональные сообщества должны использовать клинические реалии и стандартизированные сочетания требуемых по каждому из заболеваний измеряемых параметров и описаний как основу для осуществляемого при помощи Structured Report форматирования заключения. Так, Рабочая группа по кардиоваскулярному ультразвуку Немецкого кардиологического общества опубликовала уже второе издание клинических рекомендаций для составления полноценного эхокардиографического заключения. Однако, в отличие от документов-изображений, до сих пор еще не наблюдается существенно стандартизованной электронной передачи содержания Structured Report. Тем не менее ситуация принципиально изменится после введения мультимедийных цифровых досье пациентов, базирующихся на единообразном применении этих протоколов.
г) Соответствие стандарту DICOM 3.0. Стандарт DICOM 3.0 содержит большое число отдельных предписаний, касающихся конфигурации всех технических продуктов, связанных с документированием данных визуализирующих методик, как, например, эхокардиографических аппаратов, анализирующих аппаратов, аппаратов-хранилищ (PACS) и рабочих станций врачей-специалистов. Производители DICOM-совместимого оборудования должны для каждого аппарата публиковать так называемое Заявление о соответствии стандарту DICOM, из которого следует, какие функции и в каком объеме соответствуют стандарту DICOM. С помощью таких заявлений можно установить принципиальную совместимость приборов различных производителей. Как правило, отдельные компоненты прибора учитывают лишь части стандарта DICOM. Так, например, эхоаппарат вполне может быть в состоянии сохранять на CD последовательности изображений или, в некоторых случаях, только отдельные изображения по стандарту DICOM, не поддерживая, однако, дальнейшие функции стандарта, как, например, сохранение изображений в хранилище PACS или считывание и сохранение DICOM-изображений на других приборах.
Общие стандарты. Из-за сложности стандарта DICOM, требующего как для формирования, так и для просмотра изображений специальной настройки программного и аппаратного обеспечения, отдельные производители стали параллельно со форматом DICOM предлагать пользователям интерфейс, основанный на интернет-технологиях. С его помощью медицинские последовательности изображений можно считывать напрямую из сети почти на любом компьютере, где установлен интернет-браузер (2).
Кроме того, изображения и видеофрагменты предлагаются в широко распространенных и общедоступных форматах, например, видеофайлы Windows® (Audio-Video-Interleaf®). В этом режиме, однако, до сих пор не реализованы типичные для стандарта DICOM и клинически релевантные возможности, такие как встраивание в базу данных, параметры калибровки и так далее.
д) Современное значение стандарта DICOM для медицинского пользователя, возможности и ограничения:
1. Проблемы пользователя. Непредвзятый медицинский пользователь, понявший основные функции цифрового документирования изображений и желающий применять их в своей индивидуальной практике, мог бы предположить, что при наличии сертификатов DICOM отдельных компонентов (например, двух эхоаппаратов различных производителей) можно подключить их к рабочей станции исследователя, работающей также в стандарте DICOM, чтобы на ней сохранять и анализировать получаемые изображения. Однако даже при наличии базовых знаний в отношении основных принципов сетевых коммуникаций простое соединение нескольких DICOM-сертифицированных компонентов будет немедленно работоспособным только в исключительном случае.
Путь к функционирующей сети DICOM практически ведет к успеху только через пробы и ошибки, собственные испытания или анализ сообщений других пользователей, столкнувшихся с похожими проблемами.
К сожалению, с точки зрения пользователя стандарт DICOM до сих пор остается расширяющимся справочником технических предписаний в смысле электронных правил для обеспечения упрощенной коммуникации между техническими компонентами. Он ни в коем случае не предоставляет гарантии простого «plug-and-play» («подключи и играй»), как это нам, например, уже многие годы известно для аналогичных ситуаций в области развлекательных электронных приборов. Цифровая структура изображений, различные степени и алгоритмы компрессии, а также сложные взаимопроникновения различных областей применения и постоянное дальнейшее техническое развитие обусловливают одну часть актуальных требований к применению стандарта.
2. Инициатива IHE. Однако профессиональные медицинские сообщества всего мира сильно заинтересованы в преодолении этих технических препятствий. Духу стандарта никак не соответствует то, что каждая инсталляция сети или добавление нового эхо-аппарата в уже существующую сеть, несмотря на DICOM-совместимость отдельных компонентов, требует дорогостоящих работ по настройке оборудования дополнительными специалистами.
Поэтому была основана инициатива IHE (Integrating the Healthcare Enterprise, Интеграция системы здравоохранения). Ее поддерживают многие профессиональные сообщества, в том числе Европейское кардиологическое общество (European Society of Cardiology, ESC) и Американская коллегия кардиологов (American College of Cardiology, ACC), а также все значительные производители медицинской техники. Медицинские партнеры IHE ежегодно составляют профили (графики) интеграции, ориентированные на актуальную клиническую реальность. Затем партнеры со стороны индустрии вырабатывают основанные на стандартах DICOM и HL7 (Health Level 7 для коммуникации с информационными системами стационаров, см. ниже) технические решения и воплощают их. Раз в год инженеры производителей встречаются в течение недели в рамках так называемого «Connectathon», чтобы протестировать реализованные в их приборах решения. Успешно протестированные приборы получают отметку «IHE Compliant» («Соответствующий IНЕ»), что является хорошей заявкой на фактическую совместимость приборов (в рамках интеграционного профиля IHE). О текущем положении программы IHE-сертификации, а также о ее связи с соответствующими DICOM-сертификатами отдельных продуктов можно узнать через интернет.
3. Затраты времени на импорт/экспорт данных. Следует надеяться, что в будущем инициатива IHE будет также учитывать и временной фактор при включении в базу данных, а также при импорте и экспорте графических документов. Несмотря на возможность различных алгоритмов компрессии, они даже в приборах крупных производителей используются для экспорта данных часто недостаточным образом, и передача графических данных из хранилища в сеть или считывание экспортированных последовательностей изображений на внешнем компьютере занимает несравнимо много времени. Сегодня существует техническая возможность для DICOM-совместимого считывания примерно 20 клинических фрагментов (видеопетель), сохраненных с компрессией без потери качества (сжатие 20/1) в объеме приблизительно 150 МБ, за время меньше 1 мин. Аппараты некоторых производителей позволяют считывать аналогичный объем информации (при этом данные с компрессией, не имеющей преимуществ перед вышеописанной, занимают до 2 ГБ) за соответственно большее время - около 15 мин, что в клиническом обиходе является явно непрактичным.
4. Ценовой фактор. Дополнительным препятствием для широкого распространения цифровой технологии DICOM в сфере эхокардиографии на сегодняшний день является также высокая цена пользовательской лицензии. Конечно, создание и дальнейшее развитие стандарта оправдывают сравнительно высокую торговую стоимость центральных компонентов. Однако для беспрепятственного распространения технологии как минимум системы для просмотра изображений с простыми функциями (Echo-DICOM-Viewer) должны предоставляться бесплатно, как это с давних пор заведено для всех других визуализирующих медицинских технологий.
