Μοντελοποίηση ανοιχτής αρχιτεκτονικής για επικοινωνία ιατρικών απεικονιστικών εξετάσεων με βάση το πρωτόκολλο WADO του DICOM
Authors: Κουτελάκης Γεώργιος 
Published: August 2021

Η παρούσα διατριβή εισάγει μια νέα ανοιχτή αρχιτεκτονική για επικοινωνία ιατρικών απεικονιστικών εξετάσεων. Η αρχιτεκτονική αυτή παρουσιάζεται μέσα στα πλαίσια ενός νέου PACS-ιστού (PACS: Picture Archiving and Communication System - Σύστημα Αρχειοθέτησης και Επικοινωνίας Απεικονιστικών Εξετάσεων) και εστιάζεται σε υπηρεσίες τηλεακτινολογίας. Είναι βασισμένη στις γενικές αρχές της επέκτασης ιστού του DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine - Ψηφιακή Απεικόνιση και Επικοινωνίες στην Ιατρική) που έχουν ενσωματωθεί στο πρωτόκολλο/υπηρεσία WADO (Web Access to DICOM Persistent Objects - Πρόσβαση μέσω Ιστού σε Επίμονα Στοιχεία Εξέτασης DICOM). Η WADO είναι ο πυρήνας της επικοινωνίας ιατρικών απεικονιστικών εξετάσεων μέσω του Διαδικτύου. Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική ολοκληρώνει υπηρεσίες DICOM και κοινές υπηρεσίες Διαδικτύου (που βασίζονται στον ιστό, στο FTP, και στο ηλεκτρονικό ταχυδρομείο) σε μια ενιαία λειτουργική δομή. Η διατριβή αναλύει επίσης τις λειτουργικές προδιαγραφές της υπηρεσίας WADO, διαπιστώνει τις αδυναμίες της και επεκτείνει τη δυνατότητα πρόσβασής της σε ολόκληρη την ιεραρχία DICOM (Ασθενής, Διαγνωστική Εξέταση, Σειρά Εξέτασης και Στοιχείο Εξέτασης). Η προτεινόμενη υπηρεσία ονομάζεται WADA (Web Access to DICOM Archives - Πρόσβασης μέσω Ιστού σε Σύστημα Αρχειοθέτησης DICOM). Σε αντιδιαστολή με τη WADO, η WADA περιλαμβάνει έναν πρόσθετο εσωτερικό μηχανισμό αναζήτησης και υποστηρίζει την υποβολής ιατρικής διάγνωσης. Το σύνολο των προτεινόμενων υπηρεσιών της αρχιτεκτονικής επιτρέπει την πρόσβαση σε όλα τα επίπεδα της ιεραρχίας της πληροφορίας DICOM. Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική έχει μια δομή τριών επιπέδων που περιλαμβάνει τα επίπεδα πελάτη, εξυπηρετητή και δεδομένων και ενσωματώνει το σύνολο των προτεινόμενων υπηρεσιών. Η δομή αυτή συνδυαζόμενη με καινοτόμα στοιχεία διασφαλίζει την ευελιξία στην πρόσβαση, την κινητικότητα των χρηστών και την ενισχυμένη ασφάλεια των δεδομένων. Ένα «ελαφρύ» επίπεδο πελάτη θεωρείται επαρκές, έτσι ώστε οι χρήστες να είναι σε θέση να εκτελέσουν το έργο τους, επειδή το επίπεδο εξυπηρετητή της αρχιτεκτονικής παρέχει στους πελάτες διεπαφές των υπηρεσιών μέσω του ιστού καθώς επίσης και διασφαλισμένο χώρο για την προσωρινή αποθήκευση που καλείται Περιοχές Χρηστών (User Domains). Η παρούσα διατριβή προτείνει επίσης αναβάθμιση της αρχιτεκτονικής PACS-ιστού, ώστε να εγκαθίσταται σε μια υποδομή πλέγματος. Το πλέγμα παρέχει μια συνεργατική υποδομή που έχει ως αποτέλεσμα την κατανομή σε περισσότερα διαθέσιμα υπολογιστικά συστήματα των πόρων που απαιτείται να έχει η πλευρά των εξυπηρετητών του PACS-ιστού, όπως είναι η επεξεργαστική ισχύς, ο χώρος αποθήκευσης και οι εφαρμογές λογισμικού. Κατά αυτό τον τρόπο το πλέγμα καλύπτει τις υψηλές απαιτήσεις αποτελεσματικά χρησιμοποιώντας διαθέσιμα υπολογιστικά συστήματα χαμηλού κόστους ως εξυπηρετητές. Η διατριβή παρουσιάζει τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά ενός PACS-πλέγματος κεντρικοποιημένου αναφορικά με την πρόσβαση στα δεδομένα. Τέλος, η διατριβή περιγράφει ένα ολοκληρωμένο συνεργατικό σχήμα μεταξύ του PACS και του RIS (Radiology Information System - Σύστημα Πληροφοριών Ακτινολογικού). Δύο βασικές μονάδες (ο Κύριος Κατάλογος Ασθενών και ο Μεταφραστής HL7-DICOM) δημιουργούν μια δυναμική και ευέλικτη διεπαφή μεταξύ των δύο ιατρικών επικοινωνιακών συστημάτων. Το νέο σχήμα δημιουργεί σημεία αναφοράς μεταξύ PACS και RIS και παρέχει την υποδομή, η οποία δημιουργεί τους όρους για ολοκληρωμένη και αυτοματοποιημένη διαχείριση των ιατρικών απεικονιστικών εξετάσεων διαμέσου του ιστού, από την αίτηση τους μέχρι την τελική μορφοποίηση και παράδοση. Προηγμένοι μηχανισμοί ασφάλειας προστίθενται στο προτεινόμενο PACS-ιστού για να εξασφαλίσουν κρυπτογραφημένη επικοινωνία, προσδιορισμό της ταυτότητας των χρηστών και περιορισμούς της πρόσβασης στα δεδομένα σύμφωνα με τους ρόλους των χρηστών. Η προτεινόμενη αρχιτεκτονική PACS-ιστού υλοποιήθηκε πιλοτικά χρησιμοποιώντας κυρίως τεχνολογίες βασισμένες σε Java και προϊόντα συμβατά με τα αντίστοιχα πρότυπα. Το υλοποιημένο PACS-ιστού και το συνεργατικό σχήμα PACS-RIS εξετάστηκαν τόσο σε περιβάλλον εργαστηρίου όσο και σε περιβάλλον νοσοκομείων. Η λειτουργικότητα της αρχιτεκτονικής που προτείνει η παρούσα διατριβή αξιολογήθηκε από μηχανικούς σε συνεργασία με ιατρούς.