- Bùi Tuấn Nam KỸ THUẬT Y SINH NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MỘT HỆ THỐNG THU THẬP, LƯU TRỮ VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU HÌNH ẢNH Y TẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành Kỹ thuật Y sinh KHOÁ 2013B Hà Nội – Năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. - Bùi Tuấn Nam NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MỘT HỆ THỐNG THU THẬP, LƯU TRỮ VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU HÌNH ẢNH Y TẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành Kỹ thuật Y sinh Hà Nội – Năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. - Bùi Tuấn Nam NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MỘT HỆ THỐNG THU THẬP, LƯU TRỮ VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU HÌNH ẢNH Y TẾ Chuyên ngành: Kỹ thuật Y sinh LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành Kỹ thuật Y sinh NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. - 2 1.1 Lưu trữ và hệ thống lưu trữ. - 2 1.1.1 Các thiết bị lưu trữ dữ liệu. - 3 1.1.2 Các chuẩn giao tiếp thiết bị nhớ. - 7 1.1.3 Cấu hình kết nối các thiết bị lưu trữ dữ liệu. - 15 1.2.1 Mô hình kết nối các hệ thống mở. - 30 1.4 Cấu trúc của hệ thống PACS. - 30 1.4.1 Các thiết bị thu ảnh (tạo ảnh số) y tế. - 30 1.4.2 Máy tính giao tiếp thu nhận hình ảnh/dữ liệu. - 31 1.4.3 Máy chủ PACS & máy chủ lưu trữ. - 54 1.11.2 Các lớp dịch vụ DICOM. - 55 1.11.3 Dịch vụ lưu trữ. - 57 1.11.5 Danh sách công việc của thiết bị tạo ảnh. - 57 CHƯƠNG 2 Thiết kế hệ thống thu thập, lưu trữ và xử lý dữ liệu hình ảnh y tế tại bệnh viện K. - 59 2.1 Thực trạng hệ thống thiết bị hình ảnh ở bệnh viện K. - 59 2.1.1 Trang thiết bị chẩn đoán hình ảnh. - 61 2.5 Cài đặt hệ thống thử nghiệm. - 62 2.5.1 Cài đặt bộ lưu trữ NAS. - 68 2.6 Triển khai hệ thống thực tế. - Tác giả luận văn Bùi Tuấn Nam iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ARP Address Resolution Protocol CR Computed Radiography CT Computed Tomography DICOM Digital Imaging and Communications in Medicine DR Digital Radiography GOF Glass Optical Fiber HIS Hospital Information System IP Internet Protocol LUN Logical Unit Number MAC Media Access Control MRI Magnetic Resonance Imaging OSI Open Systems Interconnection PACS Picture Archiving and Communication System POF Plastic Optical Fiber RAID Redundant Arrays of Independent Disks RIS Radiology Information System TCP Transmission Control Protocol UDP User Datagram Protocol v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1 Các đơn vị dữ liệu. - 2 Bảng 1-2 Tốc độ ghi của một số loại ổ đĩa quang học. - 5 Bảng 1-3 Mô tả các xử lý của hệ thống PACS. - 38 Bảng 2-1 Dung lượng lưu trữ của một số loại hình ảnh y tế. - 62 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1-1 Băng từ AIT-3, dung lượng 100 GB, tốc độ truyền 12Mbps. - 3 Hình 1-2 Ổ băng từ AIT-3. - 6 Hình 1-4 Kết nối trực tiếp thiết bị lưu trữ. - 9 Hình 1-5 Hệ thống lưu trữ SAN. - 11 Hình 1-6 Bộ lưu trữ NAS. - 12 Hình 1-7 So sánh 3 hệ thống lưu trữ. - 18 Hình 1-13 Quá trình đóng gói dữ liệu TCP/IP. - 18 Hình 1-14 Cấu trúc dữ liệu ở các lớp. - 29 Hình 1-23 Mối quan hệ và các xử lý của hệ thống PACS. - 64 Hình 2-5 Tạo bộ lưu trữ RAID 5. - 65 Hình 2-7 Kết nối ổ đĩa RAID 5 vào hệ thống. - 66 Hình 2-9 Địa chỉ đích lưu trữ tới NAS. - 67 Hình 2-12 Lưu trữ dữ liệu hình ảnh trên NAS. - 68 Hình 2-13 Địa chỉ DICOM để nhận hình ảnh. - 69 1 LỜI GIỚI THIỆU Hiện nay, trong tiến trình hội nhập với thế giới, Việt Nam đã có đầy đủ các trang thiết bị y tế hiện đại để phục vụ chăm sóc sức khỏe nhân dân. - Cần phải nâng cao trình độ người sử dụng và nâng cao chất lượng, hiệu năng của hệ thống thiết bị. - Là một người làm kỹ thuật trong mảng thiết bị y tế, tôi nhận thấy cần phải khai thác hơn nữa các tính năng của hệ thống thiết bị tránh lãng phí, nâng cao chất lượng, hiệu quả điều trị cho người bệnh. - Trong quá trình công tác tại bệnh viện K, tôi thấy rằng các dữ liệu hình ảnh y tế của bệnh nhân chỉ được lưu tạm thời trong bộ lưu trữ của các thiết bị hình ảnh y tế và cứ bị xóa dần để dành chỗ cho những hình ảnh mới. - Trong khi đó các nhà kho lưu trữ hồ sơ bệnh án kèm phim x-quang của bệnh nhân luôn chật cứng. - Câu hỏi đặt ra ở đây là: Tại sao ta không lưu trữ dữ liệu số? Dữ liệu số vừa gọn, dễ sao lưu, bảo quản vừa dễ tìm kiếm, và một điều chắc chắn là chẩn đoán hình ảnh trên phim x-quang không thể bằng hình ảnh trên màn hình độ phân giải cao được. - Chính vì vậy tôi thực hiện đề tài: Xây dựng một hệ thống thu thập, lưu trữ và xử lý dữ liệu hình ảnh y tế. - Và đến nay, việc thực hiện đề tài đã cơ bản hoàn thành, cần có thêm thông tin về lưu lượng bệnh nhân trên toàn bộ hệ thống thiết bị hình ảnh để có thể triển khai thực tế tại cơ sở Tân Triều của bệnh viện K. - Bùi Tuấn Nam 2 CHƯƠNG 1 Kiến thức cơ sở 1.1 Lưu trữ và hệ thống lưu trữ Thông thường trong hệ thống bệnh viện, các thông tin cá nhân của bệnh nhân, các chẩn đoán, các kết quả xét nghiệm, các ảnh chụp chiếu đều được ghi trên giấy tờ hoặc trên phim. - Tuy nhiên trong kỷ nguyên số, mọi thông tin y tế của bệnh nhân cũng được lưu trữ số hóa. - Với nhiều ưu điểm của hình ảnh y tế, lượng thông tin y tế cho mỗi bệnh nhân gia tăng đột biến. - Các đơn vị thường sử dụng trong các hệ thống PACS1 hiện nay là kilobyte, megabyte, gigabyte và terabyte. - 1000 ZB Bảng 1-1 Các đơn vị dữ liệu Ngành công nghiệp lưu trữ đã có những bước phát triển chóng mặt để có thể đáp ứng yêu cầu quản lý khối lượng dữ liệu khổng lồ hiện nay. - Việc gia tăng dung lượng và hiệu quả lưu trữ là một điều kỳ diệu trong kỷ nguyên máy tính. - Trong hơn 1 Picture Archiving and Communication System 3 50 năm qua, mật độ lưu trữ (số lượng bit có thể lưu trữ trong 1 inch vuông) đã gia tăng hơn 17 triệu lần. - Kỹ thuật lưu trữ gồm có online, near-line hoặc offline. - Ổ cứng là công nghệ online bởi nó có thể truy cập tức thời. - Băng từ, đĩa quang học được xếp vào near-line vì chúng cần phải được nạp vào đầu đọc trước khi có thể truy cập, việc nạp vào đầu đọc có thể được thực hiện tự động. - Offline là khi các phương tiện lưu trữ không được nạp tự động vào các đầu đọc để có thể truy cập thông tin, cần phải có sự can thiệp của con người. - 1.1.1 Các thiết bị lưu trữ dữ liệu 1.1.1.1 Băng từ Băng từ hiện vẫn được sử dụng trong một số hệ thống PACS làm bộ lưu trữ dài hạn hoặc bộ sao lưu phụ của bộ lưu trữ dài hạn. - Dữ liệu được ghi và đọc ra trên băng nhựa được phủ lớp mỏng vật liệu từ tính.Việc ghi và đọc dữ liệu được thực hiện khi băng từ được kéo từ cuộn này sang cuộn kia qua đầu từ đặt cố định. - Kích thước dữ liệu tối đa mỗi băng từ lưu trữ được cũng ngang với ổ cứng cùng thời điểm, khoảng 0,5 đến 1TB dữ liệu không nén. - Ưu điểm của băng từ lưu dữ liệu là giá thành lưu trữ trên mỗi đơn vị dữ liệu tương đối thấp nhưng nhược điểm là thời gian truy cập dài, chính vì vậy nó thường được dùng để sao lưu dữ liệu cho các hệ thống PACS. - Hình 1-1 Băng từ AIT-3, dung lượng 100 GB, tốc độ truyền 12Mbps 4 Hình 1-2 Ổ băng từ AIT-3 1.1.1.2 Đĩa quang Đĩa quang như CD, DVD và Blu-ray là các phương tiện lưu trữ dữ liệu số, dữ liệu được ghi vào và đọc ra bằng tia laser. - Đĩa quang và thư viện đĩa, còn gọi là jukebox, có khả năng tự động nạp và đổi đĩa hiện vẫn được sử dụng rộng rãi để lưu trữ hình ảnh y tế trong các hệ thống PACS. - Đĩa CD có thể lưu trữ tới 700 MB dữ liệu. - Tia laser dùng để đọc có bước sóng 780 nm, kích thước bit dữ liệu trên đĩa khoảng 1,6 µm. - CD-RW có thể ghi xóa nhiều lần. - Đĩa DVD có kích thước giống như đĩa CD nhưng bao gồm 2 đĩa polycarbonate dày 0,6 mm dán lại với nhau, một đĩa có cấu trúc giống như đĩa CD, đĩa còn lại để 5 bảo vệ mặt ghi dữ liệu khỏi trầy xước. - Đĩa DVD một mặt, một lớp có dung lượng 4,7 GB kích thước điểm ghi dữ liệu trên đĩa khoảng 0,74 µm, đầu đọc sử dụng diode laser bước sóng 650 nm và khẩu độ thấu kính hội tụ lớn hơn so với đầu đọc đĩa CD. - BD sử dụng tia laser màu xanh-tím bước sóng 405 nm với kích thước điểm dữ liệu trên đĩa 580 nm. - Một đĩa BD một mặt có thể lưu trữ tới 25 GB dữ liệu. - Đĩa thường cấu tạo bằng nhôm hoặc thuỷ tinh, trên bề mặt được phủ một lớp vật liệu từ tính là nơi chứa dữ liệu. - Mỗi đĩa từ có thể sử dụng hai mặt, nếu có nhiều đĩa từ, chúng gắn song song, quay đồng trục, cùng tốc độ với nhau khi hoạt động. - Cụm đầu đọc để đọc/ghi dữ liệu. - Cụm đầu đọc gồm có đầu ghi/đọc được gắn trên cần di chuyển đầu đọc (head arm hoặc actuator arm). - Đầu đọc đơn giản được cấu tạo gồm lõi ferit (trước đây là lõi sắt) và cuộn dây (giống như nam châm điện). - Đầu đọc trong đĩa cứng có công dụng đọc dữ liệu dưới dạng từ hoá trên bề mặt đĩa 6 từ hoặc từ hoá lên các mặt đĩa khi ghi dữ liệu. - Cần di chuyển đầu đọc/ghi có nhiệm vụ di chuyển theo phương song song với các đĩa từ ở một khoảng cách nhất định, dịch chuyển và định vị chính xác đầu đọc tại các vị trí từ mép đĩa đến vùng phía trong của đĩa (phía trục quay). - Các sector là phần nhỏ cuối cùng được chia ra để chứa dữ liệu
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt