Introduzione ai Sistemi Informativi e alle Basi di Dati in Ambiente ...

Sistemi Informativi MediciDati Medici

Basi di Dati per l’Ambiente MedicoRiferimenti Bibliografici

Universita degli Studi di Udine

Facolta di Medicina e Chirurgia

CORSO DI LAUREA IN TECNICHE DI RADIOLOGIA MEDICA PER IMMAGINI E RADIOTERAPIA

Introduzione

ai Sistemi Informativi

e alle Basi di Dati

in Ambiente Medico

D. Gubiani

14 aprile 2011

D. Gubiani SI e BD in Ambiente Medico 1



Nell’ambiente medico

c’e l’esigenza di avere a disposizione

un sistema di gestione di dati sanitari efficiente.

I dati trattati in ambito sanitario

non sono pero sempre e solo stringhe e numeri...




LIS - Laboratory Information SystemRIS - Radiological Information SystemPACS - Picture Archiving and Communications System

HIS - Hospital Information System

HIS e l’acronimo di Hospital Information System

Uno HIS e l’insieme integrato di strumenti informaticiutilizzati in ambito sanitario per gestire i flussi amministrativie clinici di un ospedale

Tipicamente comprende:

- anagrafica centrale- repository dei referti- sistema di gestione dei pazienti- rendicontazione- analisi dei costi





Schema di un HIS





LIS - Laboratory Information System

LIS e l’acronimo di Laboratory Information System

Un LIS e un sistema informatico utilizzato per gestire lerichieste dei pazienti, oltre che processare e memorizzare leinformazioni generate dai macchinari dei laboratori di analisi

Alcuni sistemi piu evoluti consentono anche di controllaredirettamente le apparecchiature elettromedicali





Funzionalita di un LIS

Funzioni di base:

- accettazione del paziente- gestione delle prestazioni- dati processati- reportistica- estrapolazione dati

A seconda del livello di integrazione con i sistemi informaticiospedalieri, il LIS e in grado di gestire uno scambio diinformazioni con gli altri sistemi informatici ospedalieri





RIS - Radiological Information System

RIS e l’acronimo di Radiological Information System

Un RIS e utilizzato nelle Radiologie per gestire il flusso deidati legati ai pazienti

Le funzionalita del RIS permettono di gestire il cosiddetto”processo di refertazione”

- dall’approccio del paziente con la struttura- all’espletamento del referto





Processo di Refertazione - 1

PRENOTAZIONE: il primo approccio dal paziente allastruttura consiste nell’identificare una disponibilita perl’esecuzione degli esami prescritti. Importante e la gestionedifferenziata delle urgenze. RIS avanzati permettono lastampa di lettere di conferma appuntamento o invio di emailper conoscenza al medico di base.

ACCETTAZIONE: il paziente viene identificato dal personaledella radiologia, che provvede ad inserire nel RIS i datinecessari alla rendicontazione e stampare se necessario lamodulistica richiesta. Alcuni RIS prevedono anche la gestionedella cassa. In questa fase, vengono generati i riferimentirelativi all’esame, che lo individueranno nell’archivio secondo ilprotocollo DICOM.






AGENDE DI SALA: importanti strumenti informatici utilizzatiper la produzione del programma giornaliero di sala o perverificare l’attivita del giorno.

ESECUZIONE o ESPLETAMENTO: il personale in sala siaccerta dell’identita del paziente e si occupa di inserire quesitoclinico e dati anamnestici. In questa fase possono venireregistrati i componenti dello staff di esecuzione.

CONSUMO e MAGAZZINO: vengono inseriti i dosaggiutilizzati per tarare la modalita e ci si occupa di scaricare ilmateriale dal magazzino. Ove previsto, vengono registratianche i dati di dose fornita al paziente durante l’esame.






REFERTAZIONE e TRASCRIZIONE: i radiologi, esaminandole immagini e consultando i precedenti del paziente, effettuanola refertazione che viene trascritta. Tipicamente i refertivengono indicizzati per permettere la ricerca con keywords e vivengono associate codifiche anatomopatologiche.

FIRMA e STAMPA: il radiologo che ha effettuato l’indaginediagnostica o un radiologo di sua fiducia rivede il testo inseritoe provvede a validarlo con la firma autografa o con la firmadigitale, rendendolo disponibile alla consegna.






CONSEGNA: il personale addetto provvede a gestire laconsegna dei referti e di eventuali supporti iconografici.

RICERCHE e STATISTICHE: estrazione di dati ai fini clinici oamministrativo-gestionali, con possibilita di export.

RENDICONTAZIONE: normalmente vengono gestiterendicontazioni per i pazienti esterni (che vanno rimborsatidalla Regione) e per i pazienti interni (gestiti a livello dicentro di costo o in base ai drg)





PACS - Picture Archiving and

Communications System

PACS e l’acronimo di Picture Archiving and CommunicationsSystem

PACS e un sistema integrato, composto da un archivio dielevata capacita e da un certo numero di stazioni divisualizzazione e refertazione, collegato in rete con le modalitadi acquisizione delle immagini





Situazione Regionale

La delibera di Giunta Regionale n◦ 1479 dd. 22/06/2007approva il Piano preventivo consolidato per il 2008:

- autorizza l’attuazione del piano di rinnovo tecnologico nelsettore della radiodiagnostica

- autorizza la realizzazione di un sistema PACS di tipomultidisciplinare e territoriale ad estensione regionale





Progetto PACS Regionale - 1

Il modello proposto si basa su un’architettura e funzionalitadistribuite a piu livelli a seconda delle necessita operative edelle opportunita di concentrazione delle funzionalitagestionali e di controllo





Progetto PACS Regionale - 2

Allo stato attuale, e stata definito e costituito l’assettoorganizzativo per la realizzazione del progetto

- componente centrale di coordinamento e progettazione- dimensione aziendale per la raccolta dei dati e delle esigenzefunzionali per le successive fasi di implementazione




ImmaginiStandard DICOMSoftware DICOM

Dati Medici

Molte delle informazioni gestite dai sistemi HIS sono di tipotradizionale:

- amministrazione- anagrafica pazienti- ...

Si aggiungono pero tutta una serie di dati multimediali(immagini, audio, video), oltre che dati spaziali (sistemiterritoriali)





Dati di Radiologia

... immagini radiologiche

Analogamente a quello che succede per i dati tradizionali:

- un’immagine in quanto tale non ha, se non interpretata dalradiologo, alcun valore clinico

- deve essere modellata e correlata con altri dati





Immagini

Un’immagine (digitale) e costituita da un insieme di elementidetti pixelAd ogni pixel viene associato un valore

- un colore per immagini a colori- un tono di grigio per immagini a scale di grigio o immagini inbianco e nero





Proprieta delle Immagini

La dimensione di un’immagine e espressa indicando il numerodi pixel orizzontali e il numero di pixel verticali

- esempio 800 x 640 pixel

La risoluzione di un’immagine si misura in punti/cm o, piucomunemente, punti/pollice (dpi)

- legato a quanto sono fitti i punti che visualizziamo





Profondita

Per poter elaborare e gestire un’immagine digitale e necessarioche il valore associato ai pixel sia espressa in bit

Il numero di bit riservati ad ogni pixel identifica la profondita,la capacita di rappresentare e distinguere le varie sfumature digrigio

- 1 bit per pixel → immagine in bianco/nero (1/0, cioe 21 toni)- 8 bit (1 Byte) per pixel permettono di rappresentare 28 = 256livelli di grigio





Immagini a Colori

Le rappresentazioni delle immagini a colori variano a secondadei campi di colore che si usano

Ad ogni pixel viene associato un insieme di campi di colore

Un’immagine RGB utilizza tre campi di colore:

- componente rossa (R)- componente verde (G)- componente blu (B)

Se ogni campo di colore e associato a 1 byte:

- avremo 3 Byte per pixel- 256 x 256 x 256 = 16.581.375 colori diversi





Spazi di Colore - 1

Il concetto spazio di colore nasce dal fatto che, nella maggiorparte dei casi, il colore associato ad un pixel viene espresso da3 grandezze

Due spazi di colore noti sono:

- RGB Red Green Blue- CMY Cyan Magenta Yellow

Alla base di questi spazi stanno i due modi diversi disintetizzare il colore:

- RGB ⇔ sintesi additiva dei colori- CMY ⇔ sintesi sottrattiva dei colori





Spazi di Colore - 2





Quanto Spazio Occupa un’Immagine?

Immagine a Colori 1600x1200

1600 x 1200 x 3 Byte = 5.760.000 Byte= 5.625 KByte = 5,49 MByte





Compressione

La compressione e un metodo che consente di ridurre ladimensione di un file combinando le informazioni sui pixelrelative a colori simili e memorizzando tali dati in uno spazioridotto

Esistono due tipi di compressione:

- dei dati (o reversibile): riduce la dimensione del file senzamodificare la qualita dell’immagine (GIF e PNG)

- delle immagini (o parzialmente reversibile): elimina leinformazioni non necessarie dal file immagine (JPEG)

Formati non compressi: TIFF, RAW





Standard DICOM - 1

DICOM e l’acronimo di Digital Imaging and Communicationsin Medicine

DICOM definisce i criteri per la comunicazione, lavisualizzazione, l’archiviazione e la stampa di informazioni ditipo biomedico

- esempio: immagini radiologiche





Standard DICOM - 2

DICOM identifica uno standard sviluppato nel 1993 per lagestione di immagini digitali e informazioni ad esse correlatein medicina:

- ha stabilito la non divisibilita tra le immagini (i dati dei pixel) ei dati descriventi il procedimento che ha portato alla loroformazione

- ha promosso l’interconnessione tra le apparecchiature didiagnostica medica





Un Po’ di Storia - 1

Originariamente sviluppato da American College of Radiology(ACR) e National Electrica Manufacturers Association(NEMA)

Nel 1985 venne ufficializzata la versione 1.0 dello StandardACR-NEMA

Nel 1988 segui la versione 2.0: definiva il formato dei fileconteneti le immagini oltre che lo standard fisico e diprotocollo per l’interconnessione punto-punto fraapparecchiature (implementazioni limitate)





Un Po’ di Storia - 2

Nel 1993, con la versione 3.0, vennero introdotte specificheinerenti il formato delle immagini, aggiunti numerosi servizi eimplementati i protocolli TCP/IP e OSI

Tale versione venne identificata con il termine DICOM





DICOM VS Formato Immagine

Le immagini DICOM non sono assimilabili ad altri formati dicompressione delle immagini

E’ fondamentalmente un metodo per incapsulare i dati e perdefinire come questi debbano essere usati

La maggior parte delle immagini DICOM vengono archiviatein forma non compressa





Informazioni DICOM

PAZIENTE: informazioni anagrafiche della persona sottopostaall’indagine

STUDIO: caratteristiche dell’indagine diagnostrica e diversemodalita

SERIE: per ogni modalita diagnostica e descritta ciascunacollezione di immagine

IMMAGINE: attributi dei pixel che compongono l’immagine(dimensione matrice, profondita pixel, rappresentazione delpixel e interpretazione fotometrica)





Modello DICOM





Principali Servizi di una Rete DICOM

STORAGE: archiviazione delle immagini (per inviare immaginiad un server)

STORAGE COMMITMENT: archiviazione con l’aggiuntadella conferma di archiviazione avvenuta

QUERY/RETRIEVE: richiesta da parte di un’apparecchiaturaverso un’altra per conoscere la lista delle immagini suquest’ultima

MODALITY WORKLIST: gestione della lista degli esami daacquisire per ciascun paziente

PRINT: stampa delle immagini





DICOM-Compliant

DICOM e uno standard industriale e non uno standard ISO

Una apparecchiatura DICOM-compliant non e detto chedisponga di tutti i servizi

Una certificazione di conformita (Conformance Statement)raccoglie i dettagli dell’implementazione





Software DICOM

Esistono numerosi software che permettono di visualizzareimmagini codificate secondo lo standard DICOM

Molti di pubblico dominio e scaricabili dalla rete Internet:

- Medical Image Viewer[http://www.gbooksoft.com/features.php]





Medical Image Viewer - Interfaccia





Medical Image Viewer - Browser DICOM





Medical Image Viewer -

Informazioni Immagine DICOM




Oracle

Basi di Dati per l’Ambiente Medico

Le basi di dati tradizionali permettono il trattamento di quelliche sono definiti tradizionali:

- pazienti- prenotazioni- amministrazione- ...

La gestione di immagini richiede l’estensione dei modellitradizionali




Oracle

Problematiche nella Gestione delle Immagini

come si possono rappresentare le immagini tramite datialfanumerici?

quali proprieta delle immagini devono essere rappresentate?

quali proprieta invarianti deve soddisfare la rappresentazione?

come e possibile ottenere (automaticamente o semiautomaticamente) tale rappresentazione?

dato uno schema di rappresentazione, come dovrebbero essereconfrontate due immagini?

quale misura deve essere utilizzata per determinare unasimilarita visiva?

quali metodi (di indicizzazione) dovrebbero essere usati perritrovare efficientemente un’immagine nel database?




Oracle

Standard SQL-99 - BLOB - 1

Lo standard SQL-1999 e suddiviso in un nucleo e una serie dipacchetti specializzati opzionali

Il nucleo di SQL-1999 ha introdotto fra gli altri il dominioelementare BLOB

Il tipo di dato BLOB (Binary Large OBject) permette dirappresentare oggetti di grande dimensioni costituiti dasequenze arbitrarie di valori binari




Oracle

Standard SQL-99 - BLOB - 2

Le basi di dati garantiscono solo la memorizzazione del valorema non permette di utilizzarlo come criterio di selezione per leinterrogazioni

E’ stato introdotto perche le basi di dati sono il cuore deisistemi di archiviazione dei sistemi informatici e oggigiorno c’esempre piu l’esigenza di gestire dati di tipo semi-strutturato emultimediale (immagini, video, documenti)




Oracle

Tabella con Attributi BLOB

Creazione di una tabella:

CREATE TABLE IMMAGINI (id integer primary keyimmagine blob );

Creazione di una directory degli oggetti:

CREATE DIRECTORY IMAGEDIRAS ’c:/imagedir/’;




Oracle

Importazione di Immagini

CREATE PROCEDURE import image (idImg integer, nomeFile varchar2) ISsrc file BFILE;dst file BLOB;lgh file BINARY INTEGER;

BEGINsrc file := bfilename(’IMG’, nomeFile);INSERT INTO TestBlob(id, immagine)

VALUES (idImg, EMPTY BLOB())RETURNING immagine INTO dst file;

dbms lob.fileopen(src file, dbms lob.file readonly);lgh file := dbms lob.getlength(src file);dbms lob.loadfromfile(dst file, src file, lgh file);UPDATE IMMAGINI

SET immagine = dst fileWHERE id = idImg;

dbms lob.fileclose(src file);END;

call import image (1, ”img.jpg”)D. Gubiani SI e BD in Ambiente Medico 44



Oracle

SQL e l’Object-Oriented

SQL-99 ha incorporato molte funzionalita che provengono daimodelli orientati agli oggetti per incorporare capacita piupotenti

Il modello che si ottiene e detto relazionale ad oggetti

Ambiti applicativi: dati spaziali, dati multimediali...




Oracle

Oracle

Oracle interMedia estende Oracle Database per integrare icontenuti multimediali

Oracle interMedia permette di memorizzare, gestire erecuperare immagini, audio e video

- ORDImage- ORDAudio- ORDVideo- ORDDoc




Oracle

interMedia - ORDImage

Perche utilizzare ORDImage e non BLOB?

- integrazione con gli ambienti di sviluppo di Oracle- alcune proprieta delle immagini sono determinate ememorizzate in modo automatico




Oracle

Tabella con una Colonna ORDImage


CREATE TABLE IMMAGINI (id integer primary keyimmagine ordsys.ordimage );

Creazione di una directory degli oggetti:

CREATE DIRECTORY IMAGEDIRAS ’c:/imagedir/’;




Oracle

Importazione di Immagini

CREATE PROCEDURE import image (idImg integer, nomeFile varchar2) ISimg ordsys.ordimage;ctx RAW(64): = null;

BEGININSERT INTO IMMAGINI (id, immagine)

VALUES (idImg, ordsys.ordimage.init())RETURNING immagine INTO img;

img.importFrom(ctx, ’file’, ’IMAGEDIR’, nomeFile);UPDATE IMMAGINI SET immagine=img WHERE id=idImg;

END;

call import image (1, ”auto.jpg”)call import image (2, ”moto.jpg”)




Oracle

Selezione di Proprieta di Immagini

SELECT id, immagine.getheight(), immagine.getwidth(), immagine.getfileformat(), immagine.getcompressionformat(), immagine.getcontentformat(), immagine.getcontentlength()FROM IMMAGINI




Oracle

Operazioni su Immagini

CREATE PROCEDURE process image (in integer, out integer, verb varchar2) ISimgIn ordsys.ordimage;imgOut ordsys.ordimage;

BEGININSERT INTO IMMAGINI (id, immagine)

VALUES (out, ordsys.ordimage.init())SELECT image INTO imgIn FROM IMMAGINI WHERE id = in;SELECT image INTO imgOut FROM IMMAGINI WHERE id = out;imgOut.processCopy(verb, imgOut);UPDATE IMMAGINI SET immagine=imgOut WHERE id=out;

END;

call process image (1, 3, ”scale=.1”)call export image (2, 4, ”fileformat=jfif contentformat=8bitgray maxscale=100 100”)




Oracle

Esportazione di Immagini

CREATE PROCEDURE export image (idImg integer, nomeFile varchar2) ISimg ordsys.ordimage;ctx RAW(64): = null;

BEGINSELECT image INTO img

FROM IMMAGINIWHERE id = idImg;

img.export(ctx, ’file’, ’IMAGEDIR’, nomeFile);END;

call export image (1, ”auto.jpg”)call export image (2, ”moto.jpg”)




Oracle

Immagini DICOM

Un primo passo verso il supporto dello standard DICOM estata l’aggiunta di funzioni di estrazione dell’insieme diattributi definiti nello standard

Riconoscendo un oggetto DICOM Oracle interMedia puoestrarre a partire dalla rappresentazione binaria dei dati imetadati DICOM associati all’oggetto

I dati possono essere memorizzati in attributi ORDImage, odirettamente BLOB o BFILE




Oracle

Tabella con una Colonna ORDImage per

Immagini DICOM


CREATE TABLE IMMAGINIMEDICHE (, id integer primary key, immagine ordsys.ordimage, metadata XMLType );

La colonna dei metadati e rappresentata sulla base del’XMLschema memorizzato inhttp://xmlns.oracle.com/ord/meta/dicomImage che definiscel’elemento XML DICOM IMAGE:

XMLType column metadataXMLSCHEMA ”http://xmlns.oracle.com/ord/meta/dicomImage”ELEMENT ”DICOM IMAGE”;




Oracle

Estrazione di Metadati DICOM

PROCEDURE extractDicomMetadata (inID integer) ISlocal image ORDSYS.ORDIMAGE;local id integer;dicom metadata XMLType := NULL;

BEGINSELECT immagine INTO local image

FROM IMMAGINIMEDICHE WHERE id = inID;dicom metadata := local image.getDicomMetadata(’imageGeneral’);IF (dicom metadata IS NULL) THEN

DBMS OUTPUT.PUT LINE(’metadata is NULL’);ELSE

UPDATE IMMAGINIMEDICHESET metadata = dicom metadata WHERE id = inID;

END IF;DBMS OUTPUT.PUT LINE(’namespace: ’ || dicom metadata.getNamespace());

END;




Oracle

Esempio di Metadati DICOM




Oracle

Immagini DICOM e ORDDicom

Il tipo di oggetto ORDDicom supporta la memeorizzazione, lagestione e la manipolazione di immagini mediche definitesecondo lo standard DICOM

Gli attributi del tipo di oggetto sono:

SOP INSTANCE UID VARCHAR2(128),SOP CLASS UID VARCHAR2(64),STUDY INSTANCE UID VARCHAR2(64),SERIES INSTANCE UID VARCHAR2(64),source ORDDataSource,metadata SYS.XMLType,contentLength INTEGER,flag INTEGER,extension BLOB




Oracle

ORDDICOM - Costruttore

Il tipo di oggetto ORDDicom puo essere costruito medianteuno dei seguenti costruttori:

- ORDDicom( ) da BLOBs- ORDDicom( ) da ORDImage- ORDDicom( ) da altri tipi di sorgenti




Oracle

Tabella con una Colonna ORDDICOM


CREATE TABLE IMMAGINIMEDICHE (id integer primary key,dicom ordsys.orddicom );




Oracle

selezione di Metadati DICOM

SELECT id, dicom.getSOPInstanceUID() as SOP Instance UID, dicom.getSOPClassUID() as SOP Class UID, dicom.getStudyInstanceUID() as Study Instance UID, dicom.getSeriesInstanceUID() as Series Instance UID, dicom.getcontentlength() as content Length, extractValue(dicom.metadata,

’/DICOM OBJECT/∗[@name=”Patient”s Name”]/VALUE’,’xmlns=http://xmlns.oracle.com/ord/dicom/metadata 1 0’) as ”PATIENT NAME”

, extractValue(dicom.metadata,’/DICOM OBJECT/∗[@name=”Patient ID”]’,’xmlns=http://xmlns.oracle.com/ord/dicom/metadata 1 0’) as ”PATIENT ID”

, extractValue(dicom.metadata,’/DICOM OBJECT/∗[@name=”Modality”]’,’xmlns=http://xmlns.oracle.com/ord/dicom/metadata 1 0’) as ”MODALITY”

FROM IMMAGINIMEDICHE;




Riferimenti Bibliografici - 1

Agenzia Regionale della Sanita [http://www.ars.sanita.fvg.it/]

M. Larobina, Lo standard DICOM, Notiziario di MedicinaNucleare ed Imaging Molecolare, Ottobre 2007[http://www.area.na.cnr.it/ cmn/Aimn-Dicom.pdf]

Medical Image View[http://www.gbooksoft.com/features.php]




Riferimenti Bibliografici - 2

Oracle [http://www.oracle.com]

Wikipedia [http://it.wikipedia.org]


Introduzione ai Sistemi Informativi e alle Basi di Dati in Ambiente ...

Documents

Transcript of Introduzione ai Sistemi Informativi e alle Basi di Dati in Ambiente ...