Хранение, архивирование, передача и извлечение снимков.
а) Невидимые электроны. Для большинства лаборантов, работающих с маммографическими исследованиями, сеть представляет собой кабель от рабочей станции получения изображений, который подключается к стене. А за стеной находится канал, по которому данные и изображения перемещаются из одного места в другое по всему учреждению или даже за его пределы.
Инфраструктура состоит из серверов, коммутаторов, брандмауэров, дополнительных кабелей и, возможно, даже беспроводных маршрутизаторов. Эта область находится в сфере деятельности персонала информационных технологий и администратора PACS.
Так что же это за атрибуты по ту сторону стены?
• Сервер определяется как многопользовательский компьютер, который предоставляет услугу (например, доступ к базе данных, передачу файлов, удаленный доступ) или ресурсы (например, пространство для файлов) через сетевое соединение.
• Брандмауэр представляет собой специализированное оборудование или программное обеспечение, работающее на другом компьютере, которое проверяет проходящий через него сетевой трафик и запрещает или разрешает проход на основе набора правил. Его основной задачей считается регулировка потока информационного обмена между компьютерными сетями. Он используется для предотвращения вторжения из общедоступной сети в частную.
• Коммутатор — это устройство, которое соединяет сегменты сети и направляет информацию по надлежащему назначению.
• Маршрутизатор — это устройство, которое перенаправляет информацию указанным получателям.
Магистральная сеть представляет собой набор оборудования, обеспечивающего прямую связь сетей между собой. Обычно это самая быстрая часть сети или «автострада федерального значения» информационной магистрали. Все остальные пути сходятся здесь для более быстрого достижения пункта назначения.
Каждое из звеньев в сетевой цепочке и способ, которым они связаны, влияют на скорость, с которой передается информация, и на место, куда ее можно транспортировать. В зависимости от выполняемых функций и количества устройств сеть может быть очень простой или очень сложной. Нет детального плана того, как должна быть настроена сеть. Каждая сеть уникальна для учреждения, которое ее конструирует и использует.
б) Пропускная способность сети. Пропускная способность — это максимальная скорость, с которой данные могут передаваться по сети. Она измеряется в битах в секунду. Это размер вашей информационной магистрали. В связи с тем что цифровые маммографические снимки довольно большие, им требуется большая пропускная способность (более широкая дорога) для того, чтобы быстро перемещаться по сети, не создавая «пробок» (рис. 1).
Рисунок 1. Пропускная способность информационной магистрали определяет, насколько быстро снимки могут перемещаться по сети системы передачи и архивации изображений медицинского отраслевого стандарта создания, хранения, передачи и визуализации цифровых медицинских изображений и документов обследованных пациентов. Скорость определяется размером снимка и объемом трафика. Чем больше пропускная способность, тем быстрее передаются снимки, даже с более высокообъемными крупными снимками и трафиком. (А) Узкая полоса пропускной способности позволяет снимкам перемещаться, но скорость может быть низкой в зависимости от трафика в сети. (B) Более широкая полоса пропускной способности позволяет тому же трафику перемещаться немного более плавно. (C) Минимум одногигабайтная пропускная способность позволит снимкам большего размера и в большем количестве быстрее перемещаться по сети
От размера пропускной способности зависит, насколько быстро файлы перемещаются в сети и как быстро они могут быть доставлены на рабочую станцию. Количество изображений, перемещающихся по сети за 1 раз, также является фактором, влияющим на их скорость: чем больше машин на магистрали, тем медленнее будет движение.
Достаточная пропускная способность необходима, чтобы радиологи не сидели сложа руки, ожидая изучения исследований, попавших в «пробки».
Конечно, чем больше пропускная способность, тем дороже услуга, но необходимо оценивать стоимость в зависимости от производительности труда радиолога и количества пациентов. В настоящее время для маммографических программ обычно рекомендуется пропускная способность 1 ГБ. Однако пропускная способность не является единственным фактором, который ограничивал бы производительность сети. Свою роль играют и серверы, и сети хранения данных.
в) Коммуникация и языки. Для того чтобы множество различных компонентов системы визуализации работали вместе и эффективно взаимодействовали, они должны «общаться» на одном языке. Это миссия инициативы IHE. Разработанная лидерами в области медицинской визуализации и индустрией здравоохранения IHE работает над улучшением способов обмена информацией компьютерными системами в здравоохранении.
Системы, разработанные в соответствии с IHE, лучше взаимодействуют друг с другом, легче внедряются и позволяют поставщикам медицинских услуг использовать информацию более эффективно.
IHE продвигает использование установленных стандартных компьютерных языков, таких как HL7 и DICOM, для решения конкретных клинических задач. HL7 представляет собой язык, на котором РИС хранит базу демографических данных пациентов, обычно в текстовой форме.
DICOM является очень специфическим стандартным языком для использования в PACS. Он перемещает по системе снимки и информацию о них с помощью команд запроса, извлечения и отправки. Часть оборудования, которая называется совместимой с DICOM, предполагает, что используется язык DICOM и должна иметься возможность связи и взаимодействия с другим DICOM-совместимым оборудованием.
Например, устройство FFDM от производителя А должно взаимодействовать с лазерным пленочным принтером для выдачи документов от производителя В.
Заголовок DICOM негласно прилагается к каждому снимку, который содержит файлы с тегами для передачи демографических данных пациента (имя, дата обследования, дата рождения и т.д.), информации о снимке [проекция, сторона исследования, пиковое напряжение (кВп), толщина компрессии, величина наклона и т.д.], а также параметры отображения снимка.
К сожалению, как в любом языке, иногда есть различия в интерпретации, и информация может быть утеряна при переводе, в данном случае от одного производителя к другому в рамках заголовков DICOM. Это может помешать архивированию или отображению. Такая возможность отсутствия коммуникации вызывает разочарование и раздражение как производителей, так и пользователей оборудования. Улучшение коммуникации оборудования послужило стимулом создания IHE.
Поставщики работали над производством такого оборудования, которое можно было бы использовать в комплексе с оборудованием других поставщиков.
1. Медицинская, радиологическая и маммографическая информационные системы. До начала визуализации пациентки требуется некоторая основная информация: ее имя, дата рождения, домашний адрес, номер телефона, информация о страховке, идентификационный номер пациентки и т.д. Это относят к демографическим данным пациентки, то есть информации, с помощью которой ее можно идентифицировать как конкретного человека в общности пациенток.
Это информация, которая содержится в РИС, МИС или маммографической информационной системе. Ввод корректных первичных демографических данных в информационной системе имеет важнейшее значение для успешной идентификации пациентки. Демографические данные, введенные в информационную систему, будут связаны со всеми данными, которые впоследствии будут относиться к конкретной пациентке, включая выставление счетов и снимки.
МИС представляет собой базу с демографическими данными, используемыми всеми отделениями всей больницы или системы медицинского обслуживания; РИС — это база данных с информацией, используемой радиологическим отделением; маммографическая информационная система представляет собой информацию, используемую исключительно в пределах маммографического отделения. Они зачастую могут быть неотъемлемой частью записи и повторного вызова, так же как и аудита медицинских результатов.
В зависимости от размера учреждения и от того, как используется информация в базе данных, для хранения и предоставления демографических данных учреждение может использовать все эти системы в общей сети или независимо друг от друга. Для упрощения оставшейся части данной статьи на сайте с настоящего момента, когда мы говорим о РИС, просто ведем речь об информационной системе.
Общепринятый стандартный компьютерный язык, используемый в информационных системах, называется HL7. Это не тот язык, который администратор или регистратор должен знать для того, чтобы иметь возможность вносить информацию о пациентке; это универсальный язык, который позволяет РИС взаимодействовать с PACS и другими информационными системами.
HL7 представляет собой протокол, способный принимать информацию о пациентке, введенную в программу формирования расписания и выставления счетов пациенткам, и кодировать ее в формате, который может быть принят PACS. Его можно рассматривать как инструмент перевода, а не как язык.
г) Рабочий список исследований. Каким бы простым это ни казалось, единообразное присвоение обозначений надлежащего качества является единственным, наиболее важным аспектом хранения и поиска в электронной среде. Обычно это осуществляется с помощью рабочего списка исследований, который создается РИС или МИС.
Это позволяет импортировать все демографические данные пациентки в файл снимка последовательно: на все изображения и для всех выполненных пациентом обследований, связывая их друг с другом как часть электронной медицинской карты пациента. Без рабочего списка исследований снимки могут быть недоступными для поиска или, по крайней мере, на их поиск и извлечение у персонала может уйти много часов.
РСИ предупреждает возможно непоследовательный ручной ввод демографических данных пациента лаборантом; разница во вводе при использовании всех прописных букв в одном году и строчных — в следующем году может помешать связыванию снимков в один электронный файл пациентки. При когда-либо возникающих изменениях данные пациента редактируют глобально, через РИС, а не при индивидуальном обследовании или визуализации.
Практикум. Рассмотрите рис. 2. Объясните электронные шаги, которые происходят с момента прибытия пациентки в маммографическое учреждение до того, как заключение о результатах обследования будет доставлено ее лечащему врачу.
Рисунок 2. Базовая сеть. (А) Внутри сети каждой модальности назначается рабочий список пациенток, которым запланировано обследование. После того как лаборант завершит обследование, снимки сможет увидеть любой радиолог в отделении
Рабочий список может быть запрограммирован таким образом, чтобы отображать не только полный список всех текущих обследований, но и иметь возможность сортировки по спискам, относящимся только к лицам, которым в данный момент необходима определенная информация.
Там может быть конкретный список для кабинета маммографии № 1, список для кабинета маммографии № 2, список для врача Джонса и так далее; работникам в этих областях потребуется выбирать из списка только тех пациенток, которым нужно провести обследование, или тех, к чьим картам им нужен доступ. Также это может работать как средство обеспечения соблюдения правил HIPAA, ограничивая доступ сотрудников к записям пациентов.
Когда лаборант будет готов начать обследование пациентки, ему необходимо только выбрать корректное имя из рабочего списка на рабочей станции получения изображений. Информация о пациентке, имя, идентификационный номер, возраст и так далее автоматически добавляются как часть заголовка DICOM ко всем снимкам, полученным этой пациенткой. Устройство получения изображений и PACS уже готовы к работе со списком исследований, которые предварительно были заданы в соответствии с учреждением.
Исследование определяет конкретные проекции или снимки, которые необходимо сделать для его завершения. Например, если лаборант выбирает «скрининговую маммографию», устройство получения изображений и PACS настроены так, чтобы предусмотреть четыре изображения: в RCC-, LCC-, RMLO-и LMLO-проекциях. Эти изображения отправляются или загружаются в PACS с рабочей станции получения изображений после проверки лаборантом их полноты.
д) Система передачи и архивации изображений медицинского отраслевого стандарта создания, хранения, передачи и визуализации цифровых медицинских изображений и документов обследованных пациентов. Обойти ее невозможно. Как только вы начнете создавать цифровые снимки, должен быть способ их хранения и передачи.
Как правило, PACS состоит из устройства архивации, рабочих станций для диагностического просмотра радиологами, рабочих станций клинического просмотра для лаборантов, серверов для распределения снимков по сети и программного обеспечения для управления базой данных и рабочим процессом.
PACS представляет собой компонент сети исследований визуализации, где все происходит одновременно. Снимки могут быть просмотрены, интерпретированы и затем сохранены навсегда связанными с данными из РИС пациентки; эти снимки можно извлекать и просматривать по мере необходимости. Целью является создание полностью электронной среды, в которой снимки и клинические случаи можно будет вывести на компьютерную рабочую станцию в любом месте, в любое время и быстро. В зависимости от размера учреждения это может быть, а может и не быть весьма сложными расходами.
Если в учреждении уже есть система PACS, следует учитывать, что маммография — относительно новое явление в мире цифровой визуализации, и все еще существуют проблемы с подключением и совместимостью.
1. Электронное хранилище: размер снимка. Электронным хранилищем можно управлять в центре или за его пределами посредством серверов PACS или хранить данные на съемных носителях, таких как CD, универсальный цифровой диск (Digital Versatile Disc — DVD) или магнитная лента. Какой бы тип носителя ни рассматривался, помните об устаревании технологий; необходимо обеспечить возможность переноса данных из одной системы в другую по мере развития технологий, чтобы их всегда можно было извлечь.
Кроме того, следует убедиться, что у вас сеть надлежащего качества, с достаточной пропускной способностью для перемещения данных из архива на рабочую станцию. Пропускная способность контролирует скорость, с которой данные могут быть перемещены, и их объем, который может быть перемещен за 1 раз.
Место для хранения цифровых изображений измеряется в мегабайтах (Мбайт). Снимки FFDM «имеют честь» быть одними из крупнейших цифровых снимков в радиологическом отделении. Размер одного снимка FFDM составляет примерно 50 Мбайт, умножьте это на четыре проекции для каждого пациента — для средней цифровой 2D-маммограммы требуется примерно 200 Мбайт пространства памяти в системе PACS. Размер обследования DBT составляет приблизительно 1229 Мбайт.
Для сравнения: рентгеновский снимок органов грудной клетки в одной проекции занимает всего примерно 1 Мбайт. В табл. 2 приведено несколько сравнений размеров цифровых снимков и текстовых файлов. Кроме того, она может помочь рассчитать и спланировать объем места для хранения, который понадобится учреждению, в зависимости от количества и типа проводимых цифровых исследований. Оценивая, сколько места для хранения понадобится, подумайте о будущем: потребности в хранилище для маммографии очень велики по сравнению с большинством других исследований.
2. Сжатие изображений. Цифровые снимки представляют собой большие пакеты данных, которые создают проблемы хранения и отображения для PACS. Одним из способов уменьшения размера цифрового снимка и, соответственно, проблемы для PACS считается сжатие пакета данных. Электронное сжатие данных позволяет хранить их в меньшем пакете, что требует меньше места; место — деньги.
Пакет меньшего размера также улучшает скорость передачи, позволяя снимкам быстрее перемещаться по сети. Есть два способа сжатия данных: с потерями (часть информации о снимке теряется навсегда) и без потерь (сохраняется вся информация).
Сжатие с потерями обеспечивает более высокую степень сжатия, требует гораздо меньше пространства для хранения и позволяет передавать изображения намного быстрее. Оно может быть выполнено в соотношении до 30:1. Однако, когда снимок сжимается так сильно, некоторые данные теряются, и качество никогда не может быть полностью восстановлено.
Следовательно, в настоящее время сжатие с потерями не может использоваться для архивирования снимков FFDM или для их воссоздания с целью окончательной интерпретации. Возможно, это изменится по мере развития технологий визуализации.
Сжатие с потерями достигается усреднением данных пикселей и удалением информации в пределах допустимого уровня, так что при извлечении изображения из хранилища пропадает некоторая информация. Допустимый уровень зависит от обследования, значимости контрастности и разрешения для интерпретации снимка.
Вследствие важности контрастности и разрешения при интерпретации маммограмм рекомендуется сжатие без потерь. Степень сжатия без потерь составляет примерно 2:1. Несмотря на то что это звучит как нечто незначительное, важно, когда есть понимание следующего: обследование размером 200 Мбайт теперь может уместиться всего на 100 Мбайтах, фактически удваивая емкость хранилища. В настоящее время при хранении данных обследований FFDM в маммографических учреждениях FDA рекомендует использовать только сжатие без потерь.
е) Хранение и архивирование снимков. После получения цифровых снимков их необходимо сохранить и заархивировать на каком-либо носителе. При аналоговой визуализации сохраняется пленка, которая также является частью цепочки визуализации. В настоящее время пленкой будет называться печатное изображение. Однако в цифровом мире потребность в печатном снимке ограничена, и в действительности его использование контрпродуктивно по сравнению с преимуществами экономии от цифровых снимков.
Деньги, сэкономленные за счет пленочных снимков и издержек на печать, тратят на электронное хранилище изображений.
Хранение необходимо оценивать с нескольких различных точек зрения:
• хранилище для исследований, к которым нужен мгновенный доступ (онлайн);
• хранилище для исследований, к которым требуется доступ время от времени (оперативное);
• долгосрочное хранилище для архивирования (офлайн).
Для хранения информации установленные стандарты отсутствуют; каждому учреждению необходимо определить, какая комбинация лучше всего подходит их количеству пациентов и рабочему процессу.
Онлайн-хранилище используется для повседневной работы. Оно должно быть быстрым, и это самый дорогой тип хранилища; такое хранилище сравнимо с краткосрочной парковкой в аэропорту: ближайшая парковка к терминалу, кратчайшее время, чтобы добраться до терминала, но самая дорогая плата за парковку машины так близко к зданию.
В него отправляются текущие снимки, сделанные лаборантом на рабочей станции получения изображений, а также предыдущие исследования, полученные радиологом для сравнения. Продолжительность времени, в течение которого исследование пациента остается онлайн, определяется потребностями учреждения; пациенты с диагностированным раком или те, кто будет вызван повторно для проведения дополнительного обследования, часто остаются онлайн на срок до 6 мес или более, поскольку в течение этого времени они, вероятно, будут просмотрены повторно.
Скрининговая маммограмма, результат которой был определен как без особенностей, может оставаться в сети только ограниченное время, возможно неделю или месяц. Поскольку хранить таким образом записи пациентов дороже, цель состоит в том, чтобы убрать исследования, пересматривать которые в течение длительного времени не потребуется, для освобождения места, требуемого входящим исследованиям.
Оперативное хранилище работает несколько медленнее, чем онлайн, но оно и дешевле; такое хранилище сравнимо с длительной стоянкой в аэропорту: нужно немного дальше идти пешком, чтобы добраться до терминала, соответственно, потребуется немного больше времени, но цена в таком случае умеренная. Здесь часто хранятся снимки пациенток, которым, вероятно, предстоит дополнительное обследование в течение года, например с раком молочной железы, проходящих лучевую терапию. Доступ к снимкам проще, чем в офлайн, использовать его дешевле, чем занимать место в онлайн-хранилище.
Офлайн-хранилище, или глубокий архив, представляет собой самый медленный и наименее затратный тип хранилища; такое хранилище сравнимо с парковкой за пределами территории аэропорта: самая удаленная от терминала, занимает больше всего времени, чтобы добраться до него или от него, но цена в таком случае самая недорогая. К такому типу хранилища можно отнести серверы PACS, DVD, CD, магнитную ленту. Оно предназначено для пациенток, обследования которых завершены, и маловероятно, что они вернутся по меньшей мере в течение года.
Когда пациентка записывается на прием к врачу, РИС отправляет сообщение в PACS, чтобы получить предыдущие снимки из офлайн-хранилища, затем они будут переведены в онлайн и находиться в доступе, ожидая момента, когда придет пациентка. Получение информации является прозрачным, это означает, что заказ автоматически отправляется из РИС при назначении времени приема; таким образом, регистратору не нужно выполнять никаких дополнительных действий.
В дополнение к этим вариантам хранения необходим резервный аварийный архив, обычно расположенный за пределами учреждения. В случае чрезвычайной ситуации, такой как наводнение, исследования, которые хранятся в месте, физически отделенном от учреждения, будут сохранены и доступны для восстановления, даже если оно не сохранится. Как правило, это осуществляется сторонним поставщиком услуг.
ж) Оборудование систем хранения. Как только у вас появится представление о том, сколько обследований будет храниться в каждом из этих «виртуальных залов ожидания», вы сможете принять на основании бюджета решение, насколько красивым будет такой зал ожидания (пространство и скорость). Чем больше место для хранения и чем быстрее из него можно доставить снимки, тем дороже оно будет стоить. Положительный момент состоит в том, что технологии постоянно совершенствуются, сопоставимые пространства, вероятно, будут дешеветь из года в год.
1. RAID представляет собой быстрый и относительно недорогой тип хранилища снимков, использующий несколько жестких дисков для совместного использования или репликации данных между дисками. Это наиболее часто используемая технология краткосрочного хранения. RAID состоит из нескольких магнитных дисков для хранения, при этом данные распределяются по нескольким устройствам для улучшения производительности и повышения надежности.
В случае отказа одного диска информация может быть восстановлена с использованием избыточной информации (так называемой контрольной суммы), хранящейся на другом диске в устройстве. Устройства хранения, использующие технологию RAID, настраиваются одним из двух способов: как сеть хранения данных или как сетевая память.
2. Сеть хранения данных (Storage area network) — наиболее дорогой тип RAID. Это высокопроизводительные сети хранения с высокой доступностью, способные преодолевать большие расстояния, используя компоненты волоконного канала и оптоволоконных интерфейсов. Сети хранения данных доступны для нескольких основных компьютеров. Все снимки постоянно находятся онлайн, поэтому их можно получить немедленно. Это также называется «RAID с вращающимся диском».
3. Сервер сетевой памяти (Network Area Storage) обычно используется в качестве архива и для предварительного выбора снимков. Автономная технология, которая подключается непосредственно к сети, также может легко интегрироваться в сети Microsoft Windows, Novell NetWare, Unix/Linux и Macintosh. Для увеличения емкости хранилища можно использовать несколько серверов сетевой памяти в сети. Устройства хранения обычно объединяются в очень быструю сеть, использующую высокоскоростной выделенный канал связи для передачи снимков.
4. Магнитооптические диски (magneto-optical disks) похожи на CD или DVD, каждый из которых содержит 5 Гбайт или более данных. Они часто используются в «автоматическом проигрывателе», системе хранения, которая использует несколько магнитооптических дисков или DVD. Доступ к сохраненным снимкам из магнитооптического диска может занять до минуты, поэтому они обычно используются для долгосрочного хранения и могут быть достаточно дорогими.
Библиотеки магнитных лент являются наиболее экономичным способом хранения, но не таким надежным, как использование оптических носителей, доступ к ним более медленный, и существует вероятность неминуемого выхода из употребления этой технологии.
з) Перенос данных. Как известно, ничто не постоянно. Технологии продолжают меняться и развиваться с невероятной скоростью, и, поскольку это происходит, более старые технологии выходят из употребления. Однако полученные снимки и данные должны оставаться доступными даже при обновлении оборудования.
В повседневной жизни можно проследить, как это происходит, когда мы желаем посмотреть фильм у себя дома. Видеокассеты ВЕТА уступили место VHS, которые, в свою очередь, были заменены DVD, а сейчас приходит время YouTube и NetFlix. У многих из нас есть семейное видео из 1980-х, которое мы теряем надежду увидеть когда-нибудь вновь, потому что у нас больше нет аппаратуры, с помощью которой можно было бы проигрывать кассеты. Только если бы мы предусмотрительно перенесли эти данные на носитель с более новой технологией, они все еще были бы доступны.
Аналогичная угроза устаревания также актуальна, поскольку снимки хранятся в PACS. Однако федеральные правила и нормы штата требуют, чтобы доступ к снимкам был не менее 7-10 лет. Приобретая новое оборудование, убедитесь, что поставщик гарантирует, что все данные, которые есть у вас в настоящее время, будут доступны или они могут быть перенесены в хранилище с новой технологией, где будут доступны.
