Visualização de Imagens Médicas em PDAs para Ambientes Hospitalares Visualização de Imagens...
Transcript of Visualização de Imagens Médicas em PDAs para Ambientes Hospitalares Visualização de Imagens...
Visualização de Imagens Médicas em Visualização de Imagens Médicas em PDAs para Ambientes HospitalaresPDAs para Ambientes Hospitalares
Projeto Redes Wireless de Informações Médicas Intra-Hospitalares
Visualização de Imagens Médicas em Visualização de Imagens Médicas em PDAs para Ambientes HospitalaresPDAs para Ambientes Hospitalares
Projeto Redes Wireless de Informações Médicas Intra-Hospitalares
Laboratório de Tecnologia da Informação AplicadaLaboratório de Tecnologia da Informação AplicadaDepto. Computação – UNESP BauruDepto. Computação – UNESP Bauru
Núcleo de Educação a DistânciaNúcleo de Educação a DistânciaFaculdade de Medicina – UNESP BotucatuFaculdade de Medicina – UNESP Botucatu
Hospital Estadual de BauruHospital Estadual de Bauru
Laboratório de Tecnologia da Informação AplicadaLaboratório de Tecnologia da Informação AplicadaDepto. Computação – UNESP BauruDepto. Computação – UNESP Bauru
Núcleo de Educação a DistânciaNúcleo de Educação a DistânciaFaculdade de Medicina – UNESP BotucatuFaculdade de Medicina – UNESP Botucatu
Hospital Estadual de BauruHospital Estadual de Bauru
ParticipantesParticipantes
• LTIALTIA– Prof. Dr. Eduardo Morgado ([email protected])– Prof. Dr. Renê Pegoraro– Daniel Igarashi da Cruz– Marcelo Fornazin– Rafael Cunha Lima
• NEADNEAD– Prof. Dr. Carlos. A. Caramori– Prof. Dr. Denise Zornoff– Dr. Marcelo Martins
• HEBHEB– Prof. Dr. Carlos A. Marcharelli– Alexandre Bazan
• LTIALTIA– Prof. Dr. Eduardo Morgado ([email protected])– Prof. Dr. Renê Pegoraro– Daniel Igarashi da Cruz– Marcelo Fornazin– Rafael Cunha Lima
• NEADNEAD– Prof. Dr. Carlos. A. Caramori– Prof. Dr. Denise Zornoff– Dr. Marcelo Martins
• HEBHEB– Prof. Dr. Carlos A. Marcharelli– Alexandre Bazan
PatrocínioPatrocínio
Resumo do Projeto RWIMIH(Redes Wireless de Informações Médicas Intra-Hospitalares)
Resumo do Projeto RWIMIH(Redes Wireless de Informações Médicas Intra-Hospitalares)
• Primeira Fase (concluída)Primeira Fase (concluída)– Uso de PDAs conjugado com Rede de Dados Sem-Fio (Wi-Fi)
para troca de dados
– Visualização de Imagens Médicas no atendimento beira-de-leito
– Otimizações do software de Visualização de Imagens médicas
para PDAs
• Segunda FaseSegunda Fase– Estudo do Impacto do uso de PDAs no atendimento médico
– Entrada de dados através do PDA
– Pesquisa sobre a utilização de Reconhecimento de Voz
conjugado com equipamentos móveis
• Primeira Fase (concluída)Primeira Fase (concluída)– Uso de PDAs conjugado com Rede de Dados Sem-Fio (Wi-Fi)
para troca de dados
– Visualização de Imagens Médicas no atendimento beira-de-leito
– Otimizações do software de Visualização de Imagens médicas
para PDAs
• Segunda FaseSegunda Fase– Estudo do Impacto do uso de PDAs no atendimento médico
– Entrada de dados através do PDA
– Pesquisa sobre a utilização de Reconhecimento de Voz
conjugado com equipamentos móveis
Ambiente de Desenvolvimento do Projeto
Ambiente de Desenvolvimento do Projeto
• Hospital Estadual de BauruHospital Estadual de Bauru
– Inaugurado em Outubro de 2002
– Mais de 400 leitos
– Utiliza o sistema PACS (Picture
Archiving and Communication
System)
– Distribuição de Imagens no formato
DICOM[1]
• Hospital Estadual de BauruHospital Estadual de Bauru
– Inaugurado em Outubro de 2002
– Mais de 400 leitos
– Utiliza o sistema PACS (Picture
Archiving and Communication
System)
– Distribuição de Imagens no formato
DICOM[1]
Solução PropostaSolução PropostaConexão Sem-Fio
802.11b[2]
Autenticador de Usuários Sem-Fio
Exibição de Imagens JPEG via Web Servicesem cliente móvel do tipo Notebook ou Tablet
Exibição de Imagens DICOM/JPEGem clientes Desktops
Estrutura de Rede do HEB
Exibição de Imagens JPEGvia Web Services
em cliente móvel do tipo PDA[3]
DICOM
Servidor JPEG + Web Services [5][6]
Estratégias para a Visualização de Imagens Médicas em PDAs
Estratégias para a Visualização de Imagens Médicas em PDAs
• Visualização de imagens JPEG no PDAVisualização de imagens JPEG no PDA– Vantagens
• Menor tamanho do Arquivo trafegado pela rede sem-fio
• Menor tamanho do Arquivo armazenado no sistema de storage e na memória temporária do PDA
• Pode ou não ter perdas de resolução da imagem
– Desvantagens• Exige maior poder de processamento para a etapa de
descompressão da Imagem [4]
• Exige software mais complexo para realizar a abertura do arquivo
• Visualização de imagens JPEG no PDAVisualização de imagens JPEG no PDA– Vantagens
• Menor tamanho do Arquivo trafegado pela rede sem-fio
• Menor tamanho do Arquivo armazenado no sistema de storage e na memória temporária do PDA
• Pode ou não ter perdas de resolução da imagem
– Desvantagens• Exige maior poder de processamento para a etapa de
descompressão da Imagem [4]
• Exige software mais complexo para realizar a abertura do arquivo
Estratégias para a Visualização de Imagens Médicas em PDAs
Estratégias para a Visualização de Imagens Médicas em PDAs
• Componente no servidor DICOM transforma Componente no servidor DICOM transforma
as imagens para o formato JPEG [4]as imagens para o formato JPEG [4]
– JPEG lossless• Não implica perda na resolução e qualidade originais da
imagem
• Maior tamanho do arquivo final
– JPEG lossy• Prevê perda na resolução e qualidade originais da imagem
• Menor tamanho do arquivo final
• Tamanho final depende da qualidade escolhida
• Componente no servidor DICOM transforma Componente no servidor DICOM transforma
as imagens para o formato JPEG [4]as imagens para o formato JPEG [4]
– JPEG lossless• Não implica perda na resolução e qualidade originais da
imagem
• Maior tamanho do arquivo final
– JPEG lossy• Prevê perda na resolução e qualidade originais da imagem
• Menor tamanho do arquivo final
• Tamanho final depende da qualidade escolhida
Usado no HEB
Estratégias para Visualização da imagem JPEG em PDAs
Estratégias para Visualização da imagem JPEG em PDAs
• Visualização através de navegador de Internet [1][7]Visualização através de navegador de Internet [1][7]– Solução mais comum e mais simples de se implementar
– Descompressão da imagem JPEG feita por componente de imagem do Browser
– Pior administração da memória do PDA
– Apenas permite a abertura e visualização da imagem• Operações como Zoom são enviadas ao servidor, que processa a
imagem e retorna um novo JPEG para o cliente, que mostra a nova imagem
• Toda operação de manipulação da imagem gera tráfego na rede
– Desempenho piora a medida que o tamanho da imagem aumenta
– Maior consumo da bateria (Maior tráfego de dados)
• Visualização através de navegador de Internet [1][7]Visualização através de navegador de Internet [1][7]– Solução mais comum e mais simples de se implementar
– Descompressão da imagem JPEG feita por componente de imagem do Browser
– Pior administração da memória do PDA
– Apenas permite a abertura e visualização da imagem• Operações como Zoom são enviadas ao servidor, que processa a
imagem e retorna um novo JPEG para o cliente, que mostra a nova imagem
• Toda operação de manipulação da imagem gera tráfego na rede
– Desempenho piora a medida que o tamanho da imagem aumenta
– Maior consumo da bateria (Maior tráfego de dados)
Estratégias para Visualização da imagem JPEG em PDAs
Estratégias para Visualização da imagem JPEG em PDAs
• Visualização através de software específico Visualização através de software específico
– Permite a visualização de imagens JPEG sem a
necessidade do navegador de Internet
– Vantagens
• Permite administração flexível do uso de memória
• Permite a adoção de recursos sofisticados, como ajuste de
Gamma, sem a necessidade de trafegar dados adicionais
pela rede
• Melhor desempenho (por realizar processamento local)
• Visualização através de software específico Visualização através de software específico
– Permite a visualização de imagens JPEG sem a
necessidade do navegador de Internet
– Vantagens
• Permite administração flexível do uso de memória
• Permite a adoção de recursos sofisticados, como ajuste de
Gamma, sem a necessidade de trafegar dados adicionais
pela rede
• Melhor desempenho (por realizar processamento local)
O uso de Imagens JPEG LosslessO uso de Imagens JPEG Lossless
• Imagem JPEG exige processamento otimizado para Imagem JPEG exige processamento otimizado para
oferecer boa usabilidade do sistemaoferecer boa usabilidade do sistema– Desenvolvimento do Software de Visualização baseado no
Algoritmo IJG
– IJG – Independent JPEG Group [www.ijg.org]
– Código-fonte aberto
– Algoritmo permite a abertura de imagens JPEG em PDAs com
sistema baseado em Win32
• Uso de visualizador independente de navegador de Uso de visualizador independente de navegador de
Internet abre espaço para otimizaçõesInternet abre espaço para otimizações
• Imagem JPEG exige processamento otimizado para Imagem JPEG exige processamento otimizado para
oferecer boa usabilidade do sistemaoferecer boa usabilidade do sistema– Desenvolvimento do Software de Visualização baseado no
Algoritmo IJG
– IJG – Independent JPEG Group [www.ijg.org]
– Código-fonte aberto
– Algoritmo permite a abertura de imagens JPEG em PDAs com
sistema baseado em Win32
• Uso de visualizador independente de navegador de Uso de visualizador independente de navegador de
Internet abre espaço para otimizaçõesInternet abre espaço para otimizações
Processo de Otimização do Software de Visualização de Imagens JPEG
Processo de Otimização do Software de Visualização de Imagens JPEG
• Após analisar o perfil do software com a ferramenta de Após analisar o perfil do software com a ferramenta de
otimização Intel VTuneotimização Intel VTune
– Principais gargalos de desempenho na descompressão do JPEG
(porcentagem de tempo consumida por cada etapa do
processamento da imagem)
• Após analisar o perfil do software com a ferramenta de Após analisar o perfil do software com a ferramenta de
otimização Intel VTuneotimização Intel VTune
– Principais gargalos de desempenho na descompressão do JPEG
(porcentagem de tempo consumida por cada etapa do
processamento da imagem)
0 25 50 75 100
%
36%
32%
19%
13%
Transformada Inversa Discreta de Cosseno
Conversão de Cores (YCrCb para RGB)
Descompactação de Huffman
Outras Funções
Processo de Otimização do Software de Visualização de Imagens JPEG
Processo de Otimização do Software de Visualização de Imagens JPEG
• A partir dos pontos com maior consumo de tempo, as A partir dos pontos com maior consumo de tempo, as principais alterações realizadas foram:principais alterações realizadas foram:– Substituição de funções “gargalo” por equivalentes da Biblioteca Intel
IPP 3.0• Necessidade de alteração no código IJG para compatibilidade com IPPs
– Utilização de coeficientes que substituem cálculo com ponto flutuante
– Desenrolamento de Laços críticos
– Uso do Compilador Intel Xscale 1.2• Com chaves específicas para geração de código otimizado
– Otimizações gerais de código• Utilizando Prefetch de instruções, vetorização de laços e técnicas de
otimização de software [10]
• A partir dos pontos com maior consumo de tempo, as A partir dos pontos com maior consumo de tempo, as principais alterações realizadas foram:principais alterações realizadas foram:– Substituição de funções “gargalo” por equivalentes da Biblioteca Intel
IPP 3.0• Necessidade de alteração no código IJG para compatibilidade com IPPs
– Utilização de coeficientes que substituem cálculo com ponto flutuante
– Desenrolamento de Laços críticos
– Uso do Compilador Intel Xscale 1.2• Com chaves específicas para geração de código otimizado
– Otimizações gerais de código• Utilizando Prefetch de instruções, vetorização de laços e técnicas de
otimização de software [10]
Processo de Otimização do Software de Visualização de Imagens JPEG
Processo de Otimização do Software de Visualização de Imagens JPEG
• Ganho de DesempenhoGanho de Desempenho
• Equipamentos de TestesEquipamentos de Testes
– 2 PDAs Compaq Ipaq 3970
• Processador Intel Xscale PXA250 (400MHz)
• 64MB RAM
• Sistema Operacional Microsoft PocketPC 2002
• Dados captados com oDados captados com o Intel VTune Data Collector for Windows CE Intel VTune Data Collector for Windows CE
• Ganho de DesempenhoGanho de Desempenho
• Equipamentos de TestesEquipamentos de Testes
– 2 PDAs Compaq Ipaq 3970
• Processador Intel Xscale PXA250 (400MHz)
• 64MB RAM
• Sistema Operacional Microsoft PocketPC 2002
• Dados captados com oDados captados com o Intel VTune Data Collector for Windows CE Intel VTune Data Collector for Windows CE
Ganho = Tempo_Velho – Tempo_Novo
Tempo_Velho
Processo de Otimização do Software de Visualização de Imagens JPEG
Processo de Otimização do Software de Visualização de Imagens JPEG
• Imagens Utilizadas nos TestesImagens Utilizadas nos Testes• Imagens Utilizadas nos TestesImagens Utilizadas nos Testes
Largura (em Pixels) 512
Altura (em Pixels) 512
Intensidade de Bits 24
Resolução Horizontal (em
dpi)96
Resolução Vertical (em
dpi)96
Largura (em Pixels) 1044
Altura (em Pixels) 844
Intensidade de Bits 24
Resolução Horizontal (em
dpi)72
Resolução Vertical (em
dpi)72
Resultados da otimizaçãoResultados da otimização
• Com duas imagens e dois PDAs, são Com duas imagens e dois PDAs, são possíveis quatro combinações de execução possíveis quatro combinações de execução diferentesdiferentes– Imagem 1 aberta no PDA 1
– Imagem 1 aberta no PDA 2
– Imagem 2 aberta no PDA 1
– Imagem 2 aberta no PDA 2
• Foram realizadas 10 execuções para cada Foram realizadas 10 execuções para cada situação, resultando em um desvio padrão e situação, resultando em um desvio padrão e o resultado médio para cada situaçãoo resultado médio para cada situação
• Com duas imagens e dois PDAs, são Com duas imagens e dois PDAs, são possíveis quatro combinações de execução possíveis quatro combinações de execução diferentesdiferentes– Imagem 1 aberta no PDA 1
– Imagem 1 aberta no PDA 2
– Imagem 2 aberta no PDA 1
– Imagem 2 aberta no PDA 2
• Foram realizadas 10 execuções para cada Foram realizadas 10 execuções para cada situação, resultando em um desvio padrão e situação, resultando em um desvio padrão e o resultado médio para cada situaçãoo resultado médio para cada situação
ResultadosResultados
Total Origina
l
Otimizado Proporção Ganho
Média 1,302 0,352s 3,699 72,96%
Desvio
Padrão
0,097 0,036
Total Origina
l
Otimizado Proporção Ganho
Média 1,377 0,375 3,672 72,77%
Desvio
Padrão
0,064s 0,005
Tabela 1: Situação 1
Tabela 2: Situação 2
ResultadosResultados
Total Origina
l
Otimizado Proporção Ganho
Média 3,491 0,995s 3,509 71,50%
Desvio
Padrão
0,072 0,015
Total Origina
l
Otimizado Proporção Ganho
Média 3,534 1,024 3,449 71,01%
Desvio
Padrão
0,052s 0,006
Tabela 3: Situação 3
Tabela 4: Situação 4
ConclusãoConclusão
• PDAs adicionam mobilidade no atendimento beira-de-leitoPDAs adicionam mobilidade no atendimento beira-de-leito
• Visualização de imagens médicas com alta resolução pode ser Visualização de imagens médicas com alta resolução pode ser feita em:feita em:– Notebooks
• Pouco práticos e pesados
– Tablet PCs• Custo muito alto
• PDAs em um ambiente de rede sem-fioPDAs em um ambiente de rede sem-fio– Conexão com o sistema hospitalar
– Leve e fácil de carregar
– Custo mais baixo
• Cenário ideal: Visualização de Imagens médicas sem perda de Cenário ideal: Visualização de Imagens médicas sem perda de qualidade em dispositivo de baixo custo e grande mobilidadequalidade em dispositivo de baixo custo e grande mobilidade
• PDAs adicionam mobilidade no atendimento beira-de-leitoPDAs adicionam mobilidade no atendimento beira-de-leito
• Visualização de imagens médicas com alta resolução pode ser Visualização de imagens médicas com alta resolução pode ser feita em:feita em:– Notebooks
• Pouco práticos e pesados
– Tablet PCs• Custo muito alto
• PDAs em um ambiente de rede sem-fioPDAs em um ambiente de rede sem-fio– Conexão com o sistema hospitalar
– Leve e fácil de carregar
– Custo mais baixo
• Cenário ideal: Visualização de Imagens médicas sem perda de Cenário ideal: Visualização de Imagens médicas sem perda de qualidade em dispositivo de baixo custo e grande mobilidadequalidade em dispositivo de baixo custo e grande mobilidade
ConclusãoConclusão
• Para alcançar o cenário ideal, otimizações de software são Para alcançar o cenário ideal, otimizações de software são necessáriasnecessárias– Melhor navegabilidade
– Melhor desempenho e duração da bateria
– Qualidade da imagem igual ao Desktop e notebook, limitado apenas as dimensões mais reduzidas da tela do PDA
• Considerações sobre a Visualização de Imagens JPEG Considerações sobre a Visualização de Imagens JPEG LosslessLossless– Exige otimizações de software para execução nos PDAs atuais
– Na maioria dos casos a Resolução da Imagem exige um visualizador de JPEG independente do Navegador de Internet
– Porém os seguintes fatores favorecem esta solução• Possibilidade de uso de código-aberto na solução
• Otimizações feitas em código-aberto reduzem drasticamente o tempo de execução
• Trabalho realizado com ferramentas que diminuíram o tempo e custo de desenvolvimento
• Para alcançar o cenário ideal, otimizações de software são Para alcançar o cenário ideal, otimizações de software são necessáriasnecessárias– Melhor navegabilidade
– Melhor desempenho e duração da bateria
– Qualidade da imagem igual ao Desktop e notebook, limitado apenas as dimensões mais reduzidas da tela do PDA
• Considerações sobre a Visualização de Imagens JPEG Considerações sobre a Visualização de Imagens JPEG LosslessLossless– Exige otimizações de software para execução nos PDAs atuais
– Na maioria dos casos a Resolução da Imagem exige um visualizador de JPEG independente do Navegador de Internet
– Porém os seguintes fatores favorecem esta solução• Possibilidade de uso de código-aberto na solução
• Otimizações feitas em código-aberto reduzem drasticamente o tempo de execução
• Trabalho realizado com ferramentas que diminuíram o tempo e custo de desenvolvimento
ReferênciasReferências
[1] Andrade, R., Wangenheim, A., Bortoluzzi, M.K.(2003) “Wireless and PDA: a novel strategy toaccess DICOM-compliant medical data on mobiledevices”. International Journal of MedicalInformatics, n. 71, p. 157 – 163.
[2] Anastasi, G., Lenzini, L., (2000) “QoS providedby the IEEE 802.11 wireless LAN to advanced dataapplications: a simulation analysis”. WirelessNetworks n.6, p.99 – 108.
[3] Salomão, Daniel Sigulem. “Utilização deComputadores de Bolso no Atendimento MédicoHospitalar.”, em UNIFESP, Departamento deInformática em Saúde – DIS,[www.disacad.unifesp.bbr/mobile/_arquivos/Public_PDA.html]. Abril de 2002.
[4] Kocsis, O., Costaridou, L., Mandellos, G.,Limberopoulos, D., Panayiotakis, G., “Compressionassesment based on medical image qualityconcepts using computer – generated test images.”Computer Methods and Program in Biomedicine”, n.71, p. 105 – 115.
[5] Anzbock, R., Dustdar, S., Gall, H., (2002)“Software configuration, distribution, anddeployment of web-services.” ACM PRESS, NewYork, NY, p. 649 – 656.
[6] Iserhardt-Bauer, S., Hastreiter, P., Ertl , T.,Eberhardt, K., Tomandl , B., (2000) “Case Study:Medical Web Service for the Automatic 3DDocumentation for Neuroradiological Diagnosis.”IEEE Computer Society Technical Committee onVisualization and Graphics, San Diego, CA, p. 425 –428.
[7] Andrade, R., Wangenheim, A., Bortoluzzi, M.K.Biasi, H.H. de., (2003) “A strategy for a wirelesspatient record and image data”. InternationalCongress Series n. 1256, p. 869 – 872.
[8] Ratib, O., McCoy, M., McGill, R., Minglin, Li.,Brown, A., (2003) “Use of Personal DigitalAssistants for Retrieval of Medical Images and Dataon High-Resolution Flat Panel Displays”, RSNAScientific Assembly, Department of Radiology,UCLA School of Medicine, Los Angeles, CA p.267 –273.
[9] Dumschat, U., (2003) “Intel® SoftwareDevelopment Tools for Intel® XScale™Technology.” Wireless Communications andComputing SOLUTIONS”, p.38 – 44, Out.
[10] Gerber, R., (2002) The Software OptimizationCookbook – High Performance Recipes for theIntel® Architecture, 1. ed. Intel Press.