systèmes dinformation et normes en imagerie médicale dr philippe puech jean-françois lahaye dr...

Systèmes d’information et

normes en imagerie médicale

Dr Philippe PUECH

Jean-François LAHAYEDr Frédéric LEFEVRE

Plan

• Les images numériques• DICOM• Le réseau DICOM• RIS et PACS

– Présentation et Intégration des systèmes– Archivage des images

• Un PACS en 2011 – Qu’y trouve-t-on ? Que reste-t-il à faire ?

• Discussion

Les images numériques

Stockage numérique

• Image en noir et blanc

32 pixels

32 pixels

Couleur = 0 ou 1

Taille = 32*32*1

=1024 bits

=128 octets

Stockage numérique

• Image en couleurs

32 pixels

32 pixels

Couleur = 0 à 255 = 8 bits

Taille = 32*32*8

=8192 bits

=1024 octets

=1 Ko

Trois exemple d’octets…

11111111 = 25510000000 = 12810101110 = 174

512 pixels

512 pixels

512x512=262144 pixels

Profondeur de 12 bits

=3145728 bits

=393216 octets

= 393 Ko

Interpolation des images

Stockage numérique

• Image en couleurs– 256 niveaux = 8 bits– 16 millions de couleurs = 24 bits

• En radiologie…– La matrice n’est pas de 32*32, mais 512*512…– Codage des images monochromes sur 12 bits = 2^12 = 4096

niveaux (l’œil ne peut en distinguer que 16)– Codage des images couleurs sur 24 bits = 2^24 = 16M de

niveaux (qualité photo)– 1 examen de 500 images = 500 x 327Ko = 163 Mo– 1 clé USB = 390 images DICOM…non comprimées

La compression

• Palette– On définit une palette de couleurs avec un index– La « couleur » attribuée à chaque pixel est le numéro d’index (sur 1 bit,

et non plus un niveau sur 8 ou 24)• RLE

– Compression la plus simple (remplacement de suites de pixels répétitifs)• JPEG

– Ce n’est plus un format, c’est une norme qui contient en elle plusieurs formats

• Formats propriétaires– Améliorations « propriétaires » de techniques déjà décrites (ex : Philips

iSyntax)

La compression JPEG

– Lossy– Lossless– JPEG 2000 ($)– Wavelet– Progressif ou non– Sur 8, 12, 16 ou 24 bits

• Notion de « dégradation non visible »• 1:10 en général

http://www.chez.com/algorithmejpeg/intro.htm

DICOM• Digital Imaging and Communications in Medicine

(NEMA+ACR en 1983)– Organisation internationale– 24 groupes de travail ; pour chacun 3 réunions annuelles (USA, Asie) + TConfs– Mise à jour permanente

• Objectifs– Standardisation– Interopérabilité des équipements

• Création d’un « standard » en 1985– Universellement accepté en radiologie, et au-delà de l’imagerie,

pour les images médicales.

Le standard DICOM 3.0

• 1 ) Format d’image– Toutes les machines d’imagerie médicale se « DICOMisent »– Multiformat ; multimédia (son, video, encaps., CR)

• 2 ) Protocole d’échange de données– Un peu lourd mais « passe partout »

• 3 ) Le tout décrit dans une norme (documents accès libre web) – Texte original + Suppléments + Corrections

• 4) Documents de conformité = « Conformance Statements »– Fournis par les constructeurs

Le format DICOM• Un entête

• Un nombre de champs variables qui décrivent les données du patient, son statut lors de l’examen, les paramètres de l’acquisition, de la série d’images, d’une seule image, un compte rendu.

• Quelques champs suffisent à déterminer l’encodage de l’image

• Transfer Syntax UID• Bytes allocated• Rows & Columns• Couleurs ou N&B

• Les données de l’image• Non comprimées• …ou comprimées (24 types

différents)• RLE• Lossless JPEG• JPEG LS• JPEG lossy

• Une description de la façon avec laquelle les fichiers doivent être agencés, nommés

Les attributs (champs) DICOM

• Dicom définit un grand nombre d ’attributs dans un dictionnaire de données

• Mais, chaque constructeur peut se définir des attributs propriétaires non prévus par le standard.

• Ils doivent toutefois être décrits dans les « conformance statements » de la machine (=notice technique)

Attribut « Magnetic Field Strength »Groupe 18 (Acquisition Group)Element 135 (87 en Hex)Type de données « DS » (Decimal String)Valeur : « 1.5 »

Visionner les images

• Il faut disposer d’un logiciel capable – de lire les images (si si !)– de décoder les images (24 formats différents)– d‘en afficher la hiérarchie– de les afficher de façon « médicale »

• …et si possible– de réaliser des reconstructions multiplanaires– d‘exporter les images (JPEG, presse-papier,…)– de synchroniser les vues

• Stations de travail (ex : Advantage Windows) ; PACS• Logiciels payants (ex : eFilm Workstation, TSI Viewer)• Logiciels gratuits (ex : DicomWorks, Synedra, ou OsiriX)

DicomWorks

TSI Viewer

Synedra View Personal

Osirix

CD-ROMs : Comment se débrouiller ?

• « X » fichiers au format DICOM

• Un index DICOMDIR

• Un Viewer (ou pas)

• Les images en JPEG (ou non)

?

CD-ROMs

• Les fichiers DICOMDIR sont définis dans la norme– Ils sont lisibles par n’importe quelle visionneuse DICOM– L’information utile est dans DICOMDIR + répertoire

« Images »

• 2 solutions :– On utilise le viewer qui est sur le CD (peut être long)– On utilise un viewer installé en local (ex : TSI Viewer), et on

ouvre le fichier DICOMDIR• On peut aussi le « glisser-déposer » sur l’application

Les « UID »

• Certains éléments du monde « réel » doivent être identifiés par un numéro (définitivement) unique– L’examen => Study Instance UID

– La série => Series Instance UID

– L’image => SOP Instance UID

• Mais aussi de nombreux éléments de la norme– Ex : Le format du fichier DICOM => SOP Class UID

Les « Classes de service »

• Chaque équipement peut être – « Fournisseur » du service (SCP = Service Class Provider)– et/ou « Utilisateur » du service (SCU = Service Class User)

• Un équipement propose un certain nombre de services (pas tous), et peut utiliser un certain nombre de services sur d’autres machines (ex : un échographe peut ne pas savoir interroger une worklist)


• Exemple– Scanner :

• STORE SCU (stocker ses images)• FIND SCP / SCU (lire une liste de

patients, mais aussi donner la sienne)

• WORKLIST SCU (lire une worklist)

– Worklist DICOM• WORKLIST SCP (publier une liste

de travail)– Station de travail

• STORE SCP (recevoir les images)• FIND SCU / SCP (lire une liste de

patients, mais aussi donner la sienne)

Worklist

Scanner

Post traitement

Exemples de « Classes de service »

• DICOM définit des services qui peuvent être échangés entre deux machines– Vérification (Test de communication) « ECHO »– Archivage (Storage) « STORE »– Interrogation/Récupération d ’informations sur un serveur (Query/Retrieve)

« QUERY » « MOVE »– Gestion de l ’impression (Print Management)– Gestion des listes de travail (Worklist management)– Gestion des données patient, examens et résultats (Echanges avec le R.I.S.,

Comptes-rendus, ..)– Gestion de fichier (File set Creator, Reader, Updater)


• DICOM ne précise pas les mécanismes de vérification ou de test à mettre en œuvre pour vérifier la conformité

• Mais toutes les implémentations DICOM doivent être détaillées par un état de Conformité correctement écrit

• En comparant les Etats de conformités de 2 applications, un utilisateur averti peut normalement déterminer si leur interopérabilité est possible ou non.

Le réseauDICOM

Le protocole DICOM

• Permet à deux machines de communiquer sur un réseau

• Basé sur le TCP/IP (univ)• Notion de « service » et d’ « objet » (« SOP »

hérité de la OOP)• DICOM conformance statements

La négociation SCU - SCP

Je veux transmettre mon image IRM au Serveur

Coordonnées Storage SCP: Adresse IP: x.y.y.y AETitle: Serv n° de port: 104

MR Storage SCP

Pour commencer il faut contacter le serveur:



MR Storage SCUAdresse IP: x.x.x.xAETitle: Dem Adresse IP: x.y.y.y

AETitle: Servn° de port: 104

MR Storage SCP

Présentation:

Hello Serv,





MR Storage SCP

Présentation:

Hello Serv,

Je suis Dem.

Je veux travailler avec toi.

Réponse:

OK Dem.

Que puis-je faire pour toi?





MR Storage SCP

Peux-tu me fournir le service «avec la SOP Class UID suivante

1.2.840.10008.5.1.4.1.1.4 ?

Pas de problème, je gère leservice Storage pour les images IRM.





MR Storage SCP

OK pour le DICOM VR Implicit Little Endian !

UID: 1.2.840.10008.1.2

Pour la syntaxe de transfert, j’accepte le Dicom VR Implicit Little Endian et le Dicom VR Explicit Big Endian.





MR Storage SCP

Prends-tu en charge la compression JPEG LossLess

Ou LossyNon !





MR Storage SCP

Je vais donc te transmettre mon image et toutes les données associées pour la SOP Class MR Storage en Dicom VR Implicit Little Endian.

Marché Conclu.

MR Storage SCUAdresse IP: x.x.x.xAETitle: Dem



Adresse IP: x.y.y.yAETitle: Servn° de port: 104

MR Storage SCP

Voici mon image et toutes les données associées.

OK, Bien Reçu.

Je raccroche.

En résumé…

• DICOM = Digital Imaging and Communications in Medicine = Seule norme internationale pour les images médicales

• C’est un format d’images, mais aussi une norme qui définit comment les données s’échangent entre les systèmes médicaux

• Un équipement DICOM répond à un cahier des charges = Conformance Statements

RIS et PACS(SIR et SAPI)

RIS et PACS

• Ce sont des « systèmes d’information »• Technologie « client/serveur »• Etroitement liés l’un à l’autre : il faut les INTEGRER• Liés à d’autres systèmes d’information (rendez-vous, serveurs

d’identité, dossier médical hospitalier, facturation,...)• Modification RADICALE des pratiques

– Nouvelles organisations, redistribution des rôles, nouvelles tâches

• Nécessité d’une formation initiale « solide » – et d’un programme de formation– Ne pas les prendre « à la légère »

• Nécessité d’une administration et maintenance au quotidien (24/7)

Missions du RIS

• Radiology Information System• Element le plus important = Outil d’ORGANISATION

– Gestion du parcours du patient = « Workflow »• accueil, en salle, examen fait, examen à interpréter, examen dicté, examen à signer,

examen validé, examen envoyé– Gestion des demandes d’examen (et correspondants)– Gestion des spécificités radiologiques

• Produits injectés• Contre-indications• Dose reçue

– Gestion des compte-rendus (base de données)• Dictée, saisie, frappe, ventilation

– Gestion de l’activité

Missions du PACS• Picture Archiving and Communication System• Outil de PRODUCTIVITE

– Archivage des images produites par les modalités• Archivage d’autres types de documents dans certains PACS (ECG, PDF, sons, compte-

rendus structurés, rapports de Dose, vidéos...)– Import d’images extérieures (CD-ROMs,...)

• Connectivité DICOM– Distribution de ces images vers les stations d’interprétation

• Technologies réseau variables• Serveurs d’application

– Interprétation ou « relecture » des images• Stations de travail ; outils spécifiques• Intégration d’outils tiers

RIS PACSSIH

ID

Facturation RDVPresc.Conn.

AnnuaireMédecins

CR

Actes Workflow

Serv.Applic.

Serv.Recherche

Impact du RIS

• Implique tous les acteurs d’un service de radiologie– Hôtesses d’accueil– Manipulateurs radio– Médecins– Secrétaires– Cadres

• Impose des règles de fonctionnement à tous– Chacun prend sa part dans le « workflow »– D’abord une contrainte, puis devient rapidement indispensable (dictée vocale, accès

rapide aux CR...)

• N’est pas accessible au clinicien– CR obtenus via le SIH– Images vues via le SIH qui accède au PACS

Impact du PACS

• Moins de personnel impliqué que pour le RIS– Radiologues– Médecins– Manipulateurs radio

• ...mais progrès beaucoup plus visible– Plus de films !– Accès immédiat aux images– Possibilités de faires des reconstructions multiplanaires– Stations omnipotentes, multimodalités, accès immédiat à l’antériorité...

• Prise en main beaucoup plus facile que le RIS

Ne pas négliger l’IHM et penser au workflow !

Clinicien(dont radiologue)

Radiologue

Manipulateur Objectif : diminuer les interfaces homme-machine pour diminuer les temps de formation, les risques de bugs, et sécuriser l’ensemble du système

Intégration du RIS et du PACS entre eux, et dans l’hôpital

• Multiplicité des industriels, des versions, des options...

• Mutiplicité des intervenants• Hétérogénéïté des hôpitaux (développements

locaux, outils qui ne sont plus supportés,...)• Nécessité du respect des normes

IHE• (presque) tous les industriels de l’imagerie• Utilisateurs

– Sociétés savantes– Organismes d’état (INRIA,…)

• Objectifs : – améliorer l’interconnectivité des solutions

• Pour simplifier les installations, les appels d’offre• Pour éviter les bugs au quotidien

– …en partant de besoins « du terrain » définis par les utilisateurs– Promouvoir l’acceptation par les industriels de ces profils

• En pratique :– Définir des « cas d’utilisation » pratiques (ex : comment gérer la dose ?)– Déterminer quels messages chaque acteur (RIS/PACS,…) doit émettre/recevoir– Déterminer quelle norme existante répond le mieux à un échange de données

(DICOM, HL7, CDA, FTP, http, ........)– Ecriture d’un « profil »

Intégration de tous les élémentsProfil IHE « Scheduled WorkFlow »

Intégration de tous les élémentsProfil IHE « Patient Information Reconciliation »

Le profil « REM »Radiation Exposure Management

Quels sont les élements constituant un PACS ?

• Gestionnaire de connectivité– Avec le RIS / HIS (par le protocole HL7)

• Base de données– Stockage et archivage des images...et d’autres documents

médicaux• Stations d’interprétation• Stations de lecture des images (cliniciens)• Serveur d’application• Outils « métier » spécifiques (orthopédie, cardiovasculaire,

médecine nucléaire, CAD mammo,...)

PACS – Base de données• Doit êtré sécurisée (locaux, catastrophes, vol, pannes,...)

– Redondance de TOUS les éléments– Lieux de stockage physiquement différents– « Heartbeat » 24/7 ; prévenir les pannes

• Doit respecter la confidentialité– Déclaration CNIL– Traçabilité de toutes les actions– Maintenance « spéciale » respectant le secret médical– Hébergement local ou par un « hébergeur de santé agréé »

• Doit être fiable à long terme– durée de conservation des archives médicales à 20 ans après le dernier contact avec le patient, sauf

si mineur (28è anniversaire) ou 10 ans après le décès du patient, ou encore la fin du procès si litige• Paradoxalement, doit être très accessible

– « Disponibilité » au quotidien !– Patient, ayant-droits, médecins, autres établissements, expertises...

Exemple d’architecture proposée par AGFA en 2010

Salle Informatique 1 Serveurs Pacs Salle informatique 2

Salengro

168.000 examens6,3 To Bruts

30 To Compressés

460.000 Examens/an - 21 To Bruts/an - 10 To Compressés/an - 10.000.000 Images


1 To Compressés


1,8 To Compressés


0,4 To Compressés


2 To Compressés


0,17 To Compressés

5230 examens0,13 To Bruts

0,55 To Compressés

Calmette Huriez JDF Cardio Dentaire Prisons

StockageHP EVA

21 To

Rack Serveurs Lames HP C7000

ArchivageCentera

52 To

Lame 1 Lame 2

SUN T200

StockageHP EVA

21 To

Réplication

Lame 1 Lame 2

SUN T200

WMF1 CUR2

CUR1

VmM

WFM2

APP1

APP2

AS

CM1

CM2

VmWare Tête NAS Tête NAS

SANManagement

SANManagement

BD Management

BD Management

VmWare

Archivage et Stockage (SFR4i)

• Archivage : ensemble des actions, outils et méthodes mis en oeuvre pour réunir, identifier, sélectionner, classer et conserver des contenus électroniques, sur un support infalsifiable sécurisé et pouvant garantir l'intégrité des données, dans le but de les exploiter et de les rendre accessibles dans le temps, que ce soit à titre informatif ou à titre de preuve (en cas d’obligations légales notamment ou de litiges). Le contenu archivé est considéré comme figé et ne peut donc être modifié. Ladurée de l’archivage est définie dans un cadre réglementaire.

• Stockage : ensemble des actions, outils et méthodes permettant d’entreposer des contenus électroniques et servant de base au traitement ultérieur de ces contenus. Le contenu stocké n’est pas considéré comme figé et peut donc être modifié ou remplacé. La durée du stockage n’est pas définie sur le plan règlementaire.

Les stations PACS

• Classiquement 2 ou 3 écrans– 1 écran pour afficher le RIS

(accès antériorité, dossier patient, dictée du CR)

– 1 ou 2 écrans pour afficher le ou les examen(s)

• 2 technologies réseau• 2 technologies logicielles

Technologies réseau

• Technologie « Client / Serveur » classique (<2009)– Une station « cliente » demande les images à un « serveur »– TOUTES les images sont transférées (il faut quelquefois attendre la fin

du transfert)– Gourmandes en mémoire vive (4 à 8 Go) et en ressources machine– Lenteur +- compensée par « préfetching »

• Technologie « streaming » / « wavelet »– Echanges beaucoup plus rapides, car seule l’information affichée à

l’écran est téléchargée (ex : on ne charge pas forcément toutes les images sur le serveur ; on ne charge pas forcément 512x512 pixels pour une images)

iSite Philips – Vue du clinicienClient « léger »

Technologies logicielles

• Traitement des images reçues en LOCAL– Stations très performantes > coûteuses > rares ; figées– Fluidité

• Traitement des images A DISTANCE, sur un serveur = Serveurs d’application (nécessite techno. de streaming)– Un simple PC suffit pour l’interprétation > très disponibles– Interprétation à distance possible (ADSL !) => Téléradiologie– Problème du « partage » du serveur (utilisateurs/coupes)

• TeraRecon, Voxar, Philips Portal, Siemens Syngo Via, GE AW server 2

Serveurs d’application

Terarecon Aquarius de l’hôpital de Valenciennesdepuis une simple ligne ADSL 3 Mo

Que trouve-t-on en 2011 sur une offre PACS ?

Une interface de sélection des examens Des outils « universitaires » et de travail collaboratif Une visionneuse « 2D » classique Une visionneuse « 3D »

Meilleure fluidité (équiv. station d’interprétation) …mais limitées en nombre d’images/fonctionnalités

Une visionneuse « 3D » par serveur d’application Fonctionnalités plus importantes …mais quelquefois saccadée ; limitée par la bande passante du réseau Limitée par le nombre d’utilisateurs simultanés

Une visionneuse simple pour les cliniciens, accessible depuis le dossier patient, pouvant réaliser des reconstructions 3D

Une ouverture pour la téléradiologie

Examen ouvert

Vue d’ensemble d’un dossier radiologique « sympa » pour les

comparaisons

Timeline prend tout son intérêt

Etat de l’examen

facile à voir

Recherches simples ou complexes

Affichage des informations utiles

(ex :nombre d’images par série)

Outil de gestion des RCP, des réunions de

groupe

3D « locale » : Viewforum Lite

Examen ouvert

Séries par imagettes ou texte

Accès aux images très

rapide (intégralité des coupes)

Intégration du serveur 3D

(touche « t ») : environ 4 sec

L’écran RIS est toujours visible, et prêt pour la dictée

3D « serveur d’application »

Outils spécifiques

Outils « universitaires »

• Gestion des RCP• Répertoires d’examens « privés » et « de

groupe »– Travail de groupe (partage entre 2 ou 3

utilisateurs)• Graver un CD anonymisé• Exporter des images vers un outil tiers

(recherche)

Les industriels se reposeraient-ils sur leurs lauriers ?

• IHM peu intuitives– Souvent héritées des IHM d’origine (1990), ou hors standards (Java, Linux,…)

• Des outils simples qui tardent à être intégrés– Mesures automatiques ; segmentation automatique (générique)– Suivi en oncologie– MPR et MIP sans ouvrir une application tierce !

• Homogénéiser les post-traitements– Les PACS sont actuellement une agrégation d’outils dont les interfaces, gestuelles et formats diffèrent.– Plug-ins DICOM ?

• Homogénéiser les interfaces– Intégration « contextuelle » problématique ; ergonomie souvent exécrable +++ ; extrêmement

coûteuses– IHE ? (hors champ)

• Des outils de travail collaboratif plus performants– Gestion des images clés, des RCPs, des dossiers « de collection », préparation des gestes

chirurgicaux, mémorisation de « scènes ».• Des outils de traçabilité et d’administration plus accessibles

Conclusions

Conclusions• DICOM est LA norme pour la description et la transmission des images médicales ;

elle intéresse toutes les spécialités.• Les systèmes d’information RIS et PACS sont complexes, car possédant de

multiples interfaces avec les autres systèmes, des fonctionnalités et interfaces utilisateur variables en fonction des industriels et des versions.– Le respect des NORMES (DICOM, HL7, IHE) est fondamental, notamment lors des achats

d’équipement : penser à « IHE » ; il reste beaucoup à faire+++– Ne négligez pas la formation

– Les administrateurs PACS sont un élément clé du bon fonctionnement.

• L’archivage des images médicales répond à des règles claires (depuis 2006) ; les considérations techniques (compression,...) sont dépassées.