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Padrão DICOM na Medicina

Jose Alex de Souza Universidade Federal do ABC - UFABC

zoinvoo@yahoo.com.br

Resumo

Este artigo apresenta o padrão DICOM, que é usado na medicina com o objetivo de armazenar e de prover a comunicação de forma padronizada das imagens que os aparelhos de diagnósticos médicos geram durante os exames, para que se possa fazer esse processamento em plataformas diferentes, tanto de hardware como de software. Mostrará também um pouco da historia do padrão DICOM, suas definições e suas especificações. Fazendo um resumo geral do padrão DICOM e destacando alguns projetos que segue esses padrões no tratamento das imagens médicas, agregando funcionalidades no diagnóstico dos pacientes.

Palavras Chaves: DICOM, Imagens Médicas,

Medicina, Telemedicina.

1. Introdução

O padrão DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) [1] é usado na medicina com objetivo de criar uma padronização na comunicação e no armazenamento das imagens produzidas por equipamentos que fazem exames médicos, com o crescimento da informática, e o aumento do volume das imagens geradas por esses equipamentos foi necessário padronizar esses procedimentos para que equipamentos de plataformas diferentes compartilhassem suas informações uns com os outros, possibilitando o surgimento de diagnósticos mais detalhados e a distância, fazendo com que os governos e entidades economizem nos custos em atendimentos médicos a população, evitando remoções desnecessárias, com salas de laudo e diagnósticos virtuais.

2. Histórico do padrão DICOM

Com a introdução da tomografia computadorizada (TC), seguido de imagens digitais de diagnósticos na década de 1970, e com a crescente utilização de computadores, o ACR (American College of Radiology) e o NEMA (National Electrical Manufacturers Association) [1] perceberam a necessidade de criar um método padrão para a transferência de imagens e informações associadas

a ela, entre aparelhos fabricados por empresas diferentes. Para que os aparelhos seguissem um método padrão o (ACR) e o (NEMA) formaram no ano de 1983 uma comissão mista, para criar um método padrão em que os aparelhos de diversos fabricantes pudessem se comunicar e trocar informações referentes aos exames médicos. Esse padrão tinha que especificar como seria os protocolos de como: - Promover a comunicação de informação de imagem digital, independentemente do fabricante do dispositivo; - Facilitar o desenvolvimento de sistemas de Comunicação e Arquivamento de Imagens PACS – (Picture Archiving and Communication System), que pode interagir com outros sistemas de informação hospitalar; - Permitir a criação de bases de dados de informações de diagnóstico que pode ser interrogado por uma ampla variedade de dispositivos distribuídos geograficamente [1].

Com os estudos dessa comissão, a ACR-NEMA publicou em 1985, a primeira versão do padrão DICOM 1.0 que foi seguido por duas versões: N º 1, datada de Outubro de 1986 e n º 2, datado de Janeiro de 1988. No mesmo ano de 1988 foi publicada a versão 2.0 do padrão DICOM, essa versão incluía toda versão 1.0 com suas revisões publicadas, e introduzia um novo material que presta apoio de comando para dispositivos com telas, e coloca um regime novo de hierarquia para identificar uma imagem, adicionando elementos de dados para uma maior especificação no descrever de uma imagem.

Esta Norma é desenvolvida com colaboração de outras organizações de normalizações como a CEN, TC251, inclusive em JIRA na Europa e no Japão, e com revisão de outras organizações, incluindo IEEE, ANSI, HL7. Atualmente encontra-se na versão 3.0 que foi publicada no ano de 1993 compreendendo as versões anteriores, e definindo novas classes de serviços, e vem se atualizando em todos esses anos com publicação de novos documentos, sempre respeitando as instruções da comissão ACR-NEMA.

3. Conceito do padrão DICOM

É um conjunto de normas que padroniza procedimento no tratamento realizado em imagens geradas por equipamentos médicos, tornando a comunicação e

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armazenamento das informações médicas em formato eletrônico único, estruturado num protocolo. Com esses protocolos as informações associadas às imagens geradas por equipamentos de Tomografias, Ressonâncias Magnéticas, Radiografias etc. podem ser trocadas entre si obedecendo a uma série de regras.

O padrão DICOM esta em evolução e é mantida em conformidade com os procedimentos DICOM Standards Committee e ACR-NEMA, uma exigência em futuras atualizações da norma é de manter a compatibilidade eficaz com suas edições anteriores.

Para que essa compatibilidade seja eficaz são seguidas algumas definições, como: - Atributo: é a propriedade de um objeto de informação. O atributo possui um nome e um valor que independe de qualquer esquema de codificação. - Comando: é o pedido para processar uma informação através de uma rede. - Elemento de Comando: é a codificação de parâmetros de comando que transmite o valor deste parâmetro. - Command Stream: é o resultado da codificação de um conjunto de elementos de comando usando o DICOM. - Declaração de Conformidade: é a declaração formal que descreve uma aplicação de produtos específicos que usa o padrão DICOM. Essa declaração especifica as classes de serviço, informações dos objetos e comunicação dos protocolos suportados. - Dicionário de Dados: é o registro dos elementos de dados DICOM, que atribui uma marca única, como nome, valor característico, e a semântica de cada elemento de dados. - Elemento de dados: é a unidade de informação, que foi definido pela entrada única do dicionário de dados. - Conjunto de Dados: são as informações trocadas constituídas por um conjunto estruturado de atributos. O valor de cada atributo em um conjunto de dados é expresso como um elemento de dados. - Fluxo de Dados: é o resultado da codificação de um conjunto de dados utilizando o esquema de codificação DICOM. - Informação do Objeto: é a abstração de uma entidade de informação real, por exemplo, uma radiografia com as informações da imagem em conjunto com os dados do paciente, que é atendido por um ou mais comandos DICOM. [1]

4. Especificações do padrão DICOM

O objetivo da especificação do padrão DICOM é de facilita a interoperabilidade dos equipamentos de imagem médica, especificando as comunicações de rede, num conjunto de protocolos a serem seguidos pelos dispositivos reivindicando a conformidade com a Norma [1].

Fazendo a sintaxe e semântica de comandos e informações associadas que podem ser trocados com estes protocolos, pelos meios de comunicação num conjunto de serviços de mídia de armazenamento a ser seguido por dispositivos reivindicando conformidade à norma, bem como um formato de arquivo e uma estrutura de diretórios de médicos que visa facilitar o acesso às imagens e as informações a elas relacionadas no banco de dados. A informação também pode ser fornecida como uma aplicação para o qual a conformidade com a Norma é reivindicada [1].

O padrão DICOM não especifica os detalhes da implementação de todas as características do padrão em um dispositivo alegando conformidade, e nem o conjunto global das características e funções que podem ser esperados de um sistema implementado.

O padrão DICOM pertence ao campo da Informática Médica, e dentro desse campo é abordada a troca da informação digital entre os equipamentos, para que tal equipamento possa interagir com outros dispositivos médicos, no âmbito desta norma deve sobrepor-se outras áreas da informática médica, não sendo abordada essa amplitude.

A especificação também se aproveita de normas internacionais existentes, sempre que aplicável, e que esteja de acordo com o que estabeleceu as diretrizes de documentação para as normas internacionais do padrão DICOM.

Este padrão foi desenvolvido com ênfase em imagens médicas de diagnóstico, tal como praticada na radiologia, na cardiologia e disciplinas correlatas, mas também pode ser aplicável a uma vasta gama de imagem e não-imagem relacionada a informações trocadas em clínica médica e outros ambientes hospitalares.

Figura 1 - Modelo de comunicação geral [1]

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A figura 1 apresenta o modelo de comunicação geral do padrão DICOM, abrangendo tanto a rede (on-line) como o intercâmbio de armazenamento de mídia (off-line) de comunicação. Esses pedidos podem ser retransmitidos dentro dos seguintes limites:

- A camada superior de serviço, prevê a independência da rede física e específica o suporte de comunicação e protocolos, como TCP/IP.

- E a camada The Basic DICOM File Service, fornece acesso ao armazenamento das imagens de forma independente, específicos, e nas estruturas de arquivos.

5. Projetos que usam o padrão DICOM

Existem hoje vários projetos que usa o padrão DICOM, para realizar o armazenamento e a comunicação das imagens de exames médicos realizados por diversos aparelhos, esses projetos também realizam trabalhos importantes de avaliações e diagnósticos, podendo ser realizados a distâncias com o uso da troca de informações no padrão DICOM. Esses sistemas são chamados de PACS (Picture Archiving and Communication Systems) que é a combinação de hardware e software dedicados ao armazenamento de curto e longo prazo, que podem prover a recuperação, gestão, distribuição e apresentação das imagens, para diferentes propósitos definidos nos sistemas. Nos próximos tópicos apresento alguns projetos em andamentos.

5.1 Armazenamento de imagens médicas com InterBase.

Com a enorme quantidade de imagens sendo geradas

por aparelhos de Tomografias, Ressonâncias Magnéticas, Radiografias etc. é necessário o armazenamento dessas imagens em bancos de dados, fato esse que é de extrema importância e tem seu obstáculo maior no seu alto custo para as pequenas instituições e projetos de pesquisa, como por exemplo, o “Oracle” banco de dados robusto, mais que tem um alto custo de aquisição.

Por esse motivo o projeto faz uso do banco de dados InterBase por se tratar de um banco de dados relacional (SGBDR) e ter sua licença “open-source”, que incorpora conceitos subjacentes ao modelo de dados relacional de banco de dados, ele permite que os dados sejam recuperados de forma rápida e eficiente através de uma visão abstrata dos dados, fator considerado quando se trabalha com um alto fluxo de dados.

O projeto usa a versão 6.0 do InterBase que tem seu código-fonte aberto, podendo ser utilizado gratuitamente nas plataformas Windows, Linux, Mas.

Atualmente as versões mais recentes do banco de dados InterBase são proprietárias, por isso foi criado o Firebird baseado na versão 6.0 para substituir o InterBase.

Uma características essencial do InterBase é seu suporte ao SQL (Structured Query Language) e também suporta o blob (Binary Large Object), esse último sendo o tipo de dado mais conveniente no armazenamento de imagens, os dados do blob são armazenados separadamente em páginas especiais para blobs [2].

O sistema armazena imagens no padrão DICOM, mais não realiza sua visualização, com as imagens colposcópicas com dimensões de (640x480x72pixels), com tamanho de 900 kbytes cada imagem, sua recuperação e visualização são satisfatórias, os próximos passos do projeto envolve a associação das imagens com laudo textual do paciente, no padrão DICOM e visualização deste mesmo padrão.

Figura 2 – Tela principal do sistema em

desenvolvimento [3]

A figura 2 apresenta uma tela principal do sistema desenvolvido com uma ferramenta de programação orientada a objetos [3].

Foi concluído no projeto que o armazenamento de imagem traz grandes benefícios para a medicina, porque só o uso de texto não é suficiente para certas situações, sendo que através das imagens os médicos abstraem informações muitas vezes não correlacionadas nos laudos textuais.

Tal fato mostra que esse armazenamento deve ser feito de forma padronizada para que possibilite sua visualização, e também sua exibição em telas de alta resolução, para uma melhor definição na interpretação médicas.

Outros estudos estão sendo realizado com o objetivo de realizar busca de imagem por semelhanças, utilizando “histogramas métricos” [4], com esse recurso recupera-se imagens semelhantes a uma preestabelecida, para comparações, por exemplo, recuperar as imagens de RX-Tórax do Banco de imagem, semelhantes ao do paciente “João da Souza”, que apresenta uma característica pulmonar, permitindo assim apoiar os médicos, alunos e professores a realizar um diagnóstico mais apurado.

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Outro fato relevante que o armazenamento de imagem promove é a telemedicina [5,6], que utilizando a tecnologia web (internet) transmite as imagens no padrão DICOM para diferentes pontos onde há um especialista para realizar um diagnóstico ou mesmo emitir uma segunda opinião do diagnóstico, e também pode auxiliar o ensino e pesquisa.

5.2 Laudo médico via internet uma proposta multiponto para teleradiologia.

Esse projeto tem sua justificativa por causa do avanço

das Telecomunicações nas últimas décadas, e aliando-se constantemente com a computação e juntando-se com a medicina, as três áreas fez surgir uma nova área do conhecimento denominada telemedicina [5, 6].

As instituições governamentais e privadas ligadas à saúde têm investido na telemedicina, porque com ela cobrem-se grandes áreas geográficas com custos muito reduzidos comparado aos custos de um atendimento convencional, fazendo com que a população que procura atendimento médico, e que morram em pequenas cidades ou centros possa ser atendida.

A telemedicina propícia tratamentos e acompanhamentos mais próximos sem a necessidade do deslocamento do especialista ou da especialidade ao local, não sendo necessário nem o deslocamento dos pacientes aos grandes centros, que pode ter outro efeito colateral benéfico com a diminuição da super lotação dos hospitais, laboratórios e centros médicos. Ela trás a possibilidade de exames, consultas e até cirurgias serem feitas remotamente pelos médicos [7].

A motivação partiu dos próprios médicos que querem discutir laudos e outros exames através do sistema, permitindo a colaboração nos diagnósticos ou laudos com especialistas localizados distantes geograficamente, o desenvolvimento dessa ferramenta computacional permite não só a discussão dos diagnósticos ou laudos colaborativos mais também a possibilidade de integração entre os profissionais da área médica, com a troca de experiências no tratamento de certas situações, com baixo custo, que são fatores importantes e ajudam a justificar um sistema computacional multiponto.

O projeto tem dois objetivos um médico e outro computacional. O objetivo médico deve atender alguns requisitos como, visualizar imagens médicas no padrão DICOM 3.0 e oferecer recursos que se assemelhem ao trabalho tradicional, como solução de comunicação por texto e voz em que os participantes se sintam trabalhando lado a lado com o outro, mesmo estando longe geograficamente.

Os objetivos computacionais têm seus requisitos definido com base nos objetivos médicos, seguindo um raciocínio lógico.

Com isso a Sala de Laudos Virtual Multiponto deverá utilizar a (web) internet para a comunicação, o projeto também é integrado ao sistema Cyclops Personal [8], para que não tenha que ser desenvolvido um sistema totalmente novo a partir do zero que permita ler e visualizar imagens DICOM, tirando proveito das ferramentas de visualização e desenho do projeto Cyclops Personal, para oferecer uma comunicação entre os sistemas foi necessário criar um protocolo que permitisse o transporte de áudio, texto e demais ações dos usuários interagindo com o sistema [9].

Figura 3 - Ambiente colaborativo com

presença física [9] A figura 3 representa um ambiente colaborativo com a

presença física do especialista, e funcionalidades de um ambiente tradicional, sendo possível que um ou mais membros médicos ou outros, vejam as imagens, façam anotações, demarcações com canetas, medições e até ampliação das imagens para maior detalhamento dos exames, tudo isso com a sensação de estar um do lado do outro mesmo com distâncias entre os membros, que fazem as analises das imagens no padrão DICOM 3.0.

A figura 4 mostra umas janelas do sistema proposto onde os usuários têm a possibilidade durante a sessão dos laudos colaborativos de escolher o melhor modo de visualização das imagens que desejam, exibindo uma ou mais imagens ao mesmo tempo e em diferentes formas.

Figura 4 – Janelas do software da sala de laudos

virtual [9]

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O projeto dispõe de um aplicativo no servidor responsável por receber os pacotes e replicá-los para os demais participantes da sessão, a funcionalidade sessão foi criada para que o sistema possa suportar dois grupos distintos conectados ao mesmo servidor colaborando sobre imagens DICOM sem que um interfira na comunicação do outro.

Por causa dessa peculiaridade da criação das sessões, para que os pacotes de dados sejam enviados para os clientes corretos, foi necessária uma pequena alteração no protocolo proposto por Mendes [10], ou seja, no cabeçalho do protocolo foi criado o campo SS que identifica a sessão correta para o envio dos dados replicados, com isso é obrigatório que todos os participantes de um laudo colaborativo sejam registrados em uma mesma sessão comum a todos.

Figura 5 – Modelo de comunicação [9]

A figura 5 representa a estrutura lógica do ambiente

proposto para a comunicação, com equipamentos e recursos necessários para esta aplicação, como computadores, recursos multimídia de som, modems compatíveis com rede de alta velocidade e microfones, para acontecer o compartilhamento das informações entre os usuários.

O desenvolvimento da Sala de Laudos Virtual Multiponto foi baseado nos conceitos empregados por Mendes [10], e a aplicação tem compatibilidade com o Cyclops Personal [8], já que ambos trabalham em conjunto, tendo diversas afinidades em comum no quesito de imagens DICOM 3.0 e em teleradiologia.

Figura 6 – Protocolo de comunicação da sala

de laudos virtual multiponto [9]

A figura 6 demonstra como ficou a divisão do protocolo de comunicação para compartilhar os recursos de interatividade do sistema, inclusive o teclado e o movimento do mouse, onde sua estrutura é formada pelo:

ID - Número seqüencial do protocolo (7 bytes); CMD - Ação/definição/categoria do protocolo (12

bytes); CS - Validade do Protocolo (7 bytes); SS - ID da Sessão (2 bytes); LN - Comprimento em bytes da camada dos dados.

Este campo ocupa todo o restante do pacote com no Maximo de 10000 caracteres.

Outro objetivo do protocolo é permitir em versões futuras que logs de erros sejam gerados junto com os relatórios estatísticos sobre a comunicação em uma determinada sessão [9].

Figura 7 – Cenário de teste do projeto [9]

A figura 7 mostra o mapa de duas cidades onde o

ponto A é a cidade de Porto União onde ficou um cliente e o servidor, e o ponto B é a cidade de Florianópolis onde ficaram outros dois clientes, o inicio da comunicação por áudio-conferência é feita no mesmo momento em que os computadores se conectam através de DNS ou endereço IP. Com essa primeira versão do sistema o teste foi realizado com um protocolo de transferência de áudio proprietário algo que limitou a transferência de áudio a apenas dois clientes, mas nas próximas versões será melhorado esse protocolo permitindo que três ou mais clientes possam se comunicar através do áudio, a qualidade de áudio foi comprovada diante dos testes realizados.

A conclusão desse projeto e dividida em duas partes a médica e a computacional. Para os médicos o projeto poderá permitir que as instituições de saúde possam atender e fazer diagnósticos com rapidez e eficácia melhorando assim o tratamento, pela troca de experiências e de segunda opinião de médicos especialistas com maior experiência nas suas áreas.

Na parte da computação fica claro que o não uso dos protocolos H.323 e T.120, deixou o sistema mais flexível e com menor consumo de recursos de rede, e as perspectivas futuras de trabalhos são maiores já que o sistema não depende de códigos proprietários [9].

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5.3 Projeto RUTE O projeto da Rede Universitária de Telemedicina

(RUTE) é uma iniciativa do Ministério da Ciência e Tecnologia, apoiado pelo Finep e pela Associação Brasileira de Hospitais Universitários (Abrahue), com a coordenação do RNP – Rede Nacional de Ensino e Pesquisa, para promover uma infra-estrutura para telemedicina e realizar a integração de projetos entre os participantes [11].

O projeto Rute em primeiro momento possibilita a utilização de aplicativos que demandam mais recursos de rede pelos participantes do projeto em seus estudos, no segundo momento a Rute tem a intenção de levar serviços referentes à área médica para profissionais e pacientes que se encontram distantes dos grandes centros, compartilhando arquivos de prontuários, consultas, exames, imagens médicas no Padrão DICOM 3.0 e segundas opiniões sobre determinada situação.

A iniciativa Rute trará grande impacto científico, tecnológico, econômicos e sociais, por permiti medidas simples como implantação de análise de imagens médicas com diagnósticos remotos, contribuindo assim para reduzir a carência de especialistas nas pequenas cidades e médios centros, possibilitando o acesso da população mais carente a tratamentos médicos mais adequados e com custos relativamente bem inferiores ao do atendimento normal, e também possibilitar a capacitação dos profissionais da saúde sem a necessidade do deslocamento dos mesmos.

O projeto Rute começou sua implantação em 2006 integrando 19 instituições em 14 estados. Na segunda e terceira implantação 2007 e 2008 ficou presente em todo país, sendo ao todo 57 hospitais interconectados através de rede avançada de alta velocidade, desenvolvendo, testando e implementando soluções tecnológicas na captação, armazenamento, comunicação e segurança no compartilhamento de imagens medicas, para melhorar a qualidade de diagnóstico e colaboração entre profissionais on-line e off-line etc.

Como o projeto é voltado para pesquisas e aplicações na telemedicina, e com um grande fluxo de imagens médicas, o padrão DICOM 3.0 é o recomendável nos sistemas em desenvolvimento e nos futuros.

6. Conclusão O padrão DICOM elaborado pela comissão ACR-

NEMA, com suas atualizações e publicações, tem sido importante para o salto de qualidade na captação, armazenamento e comunicação de imagens médicas, tornando possível a colaboração entre profissionais da saúde, mesmo eles estando distantes geograficamente uns dos outros, possibilitando exames, diagnósticos, laudos e

tratamentos médicos mesmo com o especialista distante do paciente.

As instituições ligadas à saúde, governamentais e particulares realizam pesquisas e implementam projetos como a Sala de Laudos Virtual, o projeto RUTE entre outros, essas iniciativas trazem grandes expectativas para o futuro inclusive porque os custos de implantação dos sistemas são bem inferiores aos modelos tradicionais, usando é claro o padrão DICOM no compartilhamento das imagens médicas. A versão 3.0 do padrão DICOM promete ser em muito pouco tempo trivial no uso da telemedicina encurtando distâncias entre pacientes e especialistas, principalmente pacientes de baixa renda que vivem longe dos grandes centros.

Os governantes e as instituições que pesquisam e trabalham na telemedicina, esperam que no futuro seja possível assegurar à assistência médica a população com um custo baixo e com excelente qualidade.

7. Referências [1] Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM), NEMA standards and guideline publications, National Electrical Manufacturers Association. Disponível em: <http://medical.nema.org/dicom/2004.html>; Acesso em: março de 2010. [2] Silva, J. M. S. InterBase 6 – Guia do Desenvolvedor, Rio de Janeiro, Book Express, 2000. [3] Neto, Geraldo Henrique; Valeri, Fabio Valiengo. Armazenamento de Imagens Médicas com InterBase. [artigo]. [4] Bueno, Josiane M.. Suporte à Recuperação de Imagens Médicas Baseada em Conteúdo através de Histogramas Métricos. Dissertação (Doutorado em Ciências – Área de Ciências de Computação e Matemática Computacional). USP/São Carlos – São Paulo. 2001. [5] Mendes, John Anderson Freitas; “Telemedicina: Sala de Laudos Virtual – Uma Proposta para Teleradiologia”. [dissertação] Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC. [6] ATA, American Telemedicine Association. Disponível em: <http://www.atmeda.org>; Acesso em: março de 2010. [7] Sabbatini, Renato M.E. Disponível em: <http://www.comciencia.br/reportagens/internet/net12.htm>; Acesso em: março de 2010. [8] The Cyclops Project. Disponível em: <http://www.inf.ufsc.br/cyclops>; Acesso em: março de 2010. [9] Mendes, John Anderson Freitas; Wangenhein, Aldo Von. Laudo Médico via Internet uma Proposta Multiponto para Teleradiologia. [artigo]. [10] Mendes, John Anderson Freitas. Sala de Laudos Virtual – Uma Proposta para Teleradiologia. [artigo] - III Workshop de Informática Médica – WIM, realizado em Fortaleza – CE, 2003. [11] Rede Universitária de Telemedicina. Disponível em: <http://rute.rnp.br/> ; Acesso em: março de 2010.

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