Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu và xây dựng một hệ thống thu thập lưu trữ và xử lý dữ liệu hình ảnh y tế Nghiên cứu và xây dựng một hệ thống thu thập lưu trữ và xử lý dữ liệu hình ảnh y tế Nghiên cứu và xây dựng một hệ thống thu thập lưu trữ và xử lý dữ liệu hình ảnh y tế luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÙI TUẤN NAM 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 VŨ DUY HẢI Hà Nội – Năm 2016 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vi LỜI GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1.1 Kiến thức sở Lưu trữ hệ thống lưu trữ 1.1.1 Các thiết bị lưu trữ liệu 1.1.2 Các chuẩn giao tiếp thiết bị nhớ 1.1.3 Cấu hình kết nối thiết bị lưu trữ liệu 1.1.4 RAID 13 1.2 Mạng máy tính 15 1.2.1 Mô hình kết nối hệ thống mở 15 1.2.2 TCP/IP 17 1.2.3 Kiến trúc mạng 25 1.2.4 Cáp sợi quang 28 1.3 Tổng quan PACS 30 1.4 Cấu trúc 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 32 1.4.4 Display Workstation 38 1.4.5 Application Server 39 1.4.6 System Network 39 1.5 Quy mô PACS 40 1.6 Kiến trúc PACS 40 1.6.1 Các tiêu chuẩn công nghiệp 40 1.6.2 Kết nối mở kiến trúc mở 42 i 1.6.3 1.7 Độ tin cậy 42 Hoạt động PACS 43 1.7.1 Quy trình PACS 43 1.7.2 Kiến trúc PACS đơn quy trình hoạt động 45 1.7.3 Mơ hình PACS chủ - tớ quy trình hoạt động 47 1.7.4 Mơ hình WEB 50 1.8 HIS 50 1.9 RIS 51 1.10 HL7 51 1.11 DICOM 52 1.11.1 Cấu trúc chuẩn DICOM 54 1.11.2 Các lớp dịch vụ DICOM 55 1.11.3 Dịch vụ lưu trữ 56 1.11.4 Dịch vụ in 57 1.11.5 Danh sách công việc thiết bị tạo ảnh 57 CHƯƠNG Thiết kế hệ thống thu thập, lưu trữ xử lý liệu hình ảnh y tế bệnh viện K 59 2.1 Thực trạng hệ thống thiết bị hình ảnh bệnh viện K 59 2.1.1 Trang thiết bị chẩn đốn hình ảnh 59 2.1.2 Những tồn 59 2.2 Yêu cầu thiết kế 60 2.3 Mơ hình thiết kế 61 2.4 Phương án thực 61 2.5 Cài đặt hệ thống thử nghiệm 62 2.5.1 Cài đặt lưu trữ NAS 62 2.5.2 Cài đặt phần mềm eFilm 68 2.6 Triển khai hệ thống thực tế 69 CHƯƠNG Kết bàn luận 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn nghiên cứu, tìm tịi, tổng hợp khơng chép từ tài liệu khác Tác giả luận văn Bùi Tuấn Nam iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ARP CR CT DICOM DR GOF HIS IP LUN MAC MRI OSI PACS POF RAID RIS TCP UDP Address Resolution Protocol Computed Radiography Computed Tomography Digital Imaging and Communications in Medicine Digital Radiography Glass Optical Fiber Hospital Information System Internet Protocol Logical Unit Number Media Access Control Magnetic Resonance Imaging Open Systems Interconnection Picture Archiving and Communication System Plastic Optical Fiber Redundant Arrays of Independent Disks Radiology Information System Transmission Control Protocol User Datagram Protocol iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1-1 Các đơn vị liệu Bảng 1-2 Tốc độ ghi số loại ổ đĩa quang học Bảng 1-3 Mô tả xử lý hệ thống PACS 35 Bảng 1-4 Các chức máy trạm 38 Bảng 2-1 Dung lượng lưu trữ số loại hình ảnh y tế 62 v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1-1 Băng từ AIT-3, dung lượng 100 GB, tốc độ truyền 12Mbps Hình 1-2 Ổ băng từ AIT-3 Hình 1-3 Cấu tạo ổ cứng Hình 1-4 Kết nối trực tiếp thiết bị lưu trữ Hình 1-5 Hệ thống lưu trữ SAN 11 Hình 1-6 Bộ lưu trữ NAS 12 Hình 1-7 So sánh hệ thống lưu trữ 12 Hình 1-8 RAID RAID 13 Hình 1-9 RAID RAID 14 Hình 1-10 RAID 15 Hình 1-11 Mơ hình lớp OSI 17 Hình 1-12 Kiến trúc phân lớp giao thức TCP/IP 18 Hình 1-13 Q trình đóng gói liệu TCP/IP 18 Hình 1-14 Cấu trúc liệu lớp 19 Hình 1-15 Cấu trúc lớp địa IP 23 Hình 1-16 Mặt nạ mạng 24 Hình 1-17 Mạng tuyến 26 Hình 1-18 Mạng 26 Hình 1-19 Mạng vịng 27 Hình 1-20 Mạng trung tâm 27 Hình 1-21 Mạng hình lưới 28 Hình 1-22 Cấu tạo cáp sợi quang 29 Hình 1-23 Mối quan hệ xử lý hệ thống PACS 34 Hình 1-24 Quy trình hoạt động PACS 43 Hình 1-25 Quy trình hoạt động PACS đơn 45 Hình 1-26 Quy trình hoạt động mơ hình PACS chủ - tớ 48 Hình 2-1 Mơ hình Web Server Distribution 61 Hình 2-2 Cấu hình máy tính mơ NAS 62 vi Hình 2-3 Bộ NAS khởi động xong 63 Hình 2-4 Thêm ổ cứng cho NAS 64 Hình 2-5 Tạo lưu trữ RAID 64 Hình 2-6 Ổ đĩa RAID 65 Hình 2-7 Kết nối ổ đĩa RAID vào hệ thống 65 Hình 2-8 NAS với ổ đĩa RAID 66 Hình 2-9 Địa đích lưu trữ tới NAS 66 Hình 2-10 Máy tính kết nối NAS qua iSCSI 67 Hình 2-11 Máy tính với ổ đĩa iSCSI 67 Hình 2-12 Lưu trữ liệu hình ảnh NAS 68 Hình 2-13 Địa DICOM để nhận hình ảnh 69 vii LỜI GIỚI THIỆU Hiện nay, tiến trình hội nhập với giới, Việt Nam có đầy đủ trang thiết bị y tế phục vụ chăm sóc sức khỏe nhân dân Trong việc sử dụng, khai thác hiệu yếu tố đáng quan tâm Cần phải nâng cao trình độ người sử dụng nâng cao chất lượng, hiệu hệ thống thiết bị Là người làm kỹ thuật mảng thiết bị y tế, nhận thấy cần phải khai thác tính hệ thống thiết bị tránh lãng phí, nâng cao chất lượng, hiệu điều trị cho người bệnh Trong q trình cơng tác bệnh viện K, tơi thấy liệu hình ảnh y tế bệnh nhân lưu tạm thời lưu trữ thiết bị hình ảnh y tế bị xóa dần để dành chỗ cho hình ảnh Trong nhà kho lưu trữ hồ sơ bệnh án kèm phim x-quang bệnh nhân chật cứng Câu hỏi đặt là: Tại ta không lưu trữ liệu số? Dữ liệu số vừa gọn, dễ lưu, bảo quản vừa dễ tìm kiếm, điều chắn chẩn đốn hình ảnh phim xquang khơng thể hình ảnh hình độ phân giải cao Chính tơi thực đề tài: Xây dựng hệ thống thu thập, lưu trữ xử lý liệu hình ảnh y tế Và đến nay, việc thực đề tài hồn thành, cần có thêm thơng tin lưu lượng bệnh nhân tồn hệ thống thiết bị hình ảnh để triển khai thực tế sở Tân Triều bệnh viện K Tôi xin chân thành cảm ơn TS Vũ Duy Hải –Người thầy theo sát, giúp đỡ cho nhiều ý kiến quý báu trình hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn KS Cát Văn Thi – TP VTTB, TS Nguyễn Văn Thi – PTK CĐHA toàn thể đồng nghiệp bệnh viện K ủng hộ, hỗ trợ tơi q trình thực đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn gia đình tất bạn bè, đồng nghiệp quan tâm, động viên giúp đỡ tơi q trình làm luận văn tốt nghiệp Bùi Tuấn Nam CHƯƠNG Kiến thức sở 1.1 Lưu trữ hệ thống lưu trữ Thông thường hệ thống bệnh viện, thông tin cá nhân bệnh nhân, chẩn đoán, kết xét nghiệm, ảnh chụp chiếu ghi giấy tờ phim Tuy nhiên kỷ nguyên số, thông tin y tế bệnh nhân lưu trữ số hóa Với nhiều ưu điểm hình ảnh y tế, lượng thơng tin y tế cho bệnh nhân gia tăng đột biến Đơn vị thông tin nhỏ bit, biểu diễn giá trị Lớn bit byte, gồm bit Các đơn vị thường sử dụng hệ thống PACS1 kilobyte, megabyte, gigabyte terabyte Hệ số Lũy thừa Giá trị Kilo 103 kilobyte (KB) = 1000 bytes Mega 106 megabyte (MB) = 1000 KB Giga 109 gigabyte (GB) = 1000 MB Tera 1012 terabyte (TB) = 1000 GB Peta 1015 petabyte (PB) = 1000 TB Exa 1018 exabyte (EB) = 1000 PB Zetta 1021 zettabyte (ZB) = 1000 EB yotta 1024 yottabyte (YB) = 1000 ZB Bảng 1-1 Các đơn vị liệu Ngành cơng nghiệp lưu trữ có bước phát triển chóng mặt để đáp ứng yêu cầu quản lý khối lượng liệu khổng lồ Việc gia tăng dung lượng hiệu lưu trữ điều kỳ diệu kỷ nguyên máy tính Trong Picture Archiving and Communication System 50 năm qua, mật độ lưu trữ (số lượng bit lưu trữ inch vuông) gia tăng 17 triệu lần Kỹ thuật lưu trữ gồm có online, near-line offline Ổ cứng công nghệ online truy cập tức thời Băng từ, đĩa quang học xếp vào nearline chúng cần phải nạp vào đầu đọc trước truy cập, việc nạp vào đầu đọc thực tự động Offline phương tiện lưu trữ không nạp tự động vào đầu đọc để truy cập thơng tin, cần phải có can thiệp người 1.1.1 Các thiết bị lưu trữ liệu 1.1.1.1 Băng từ Băng từ sử dụng số hệ thống PACS làm lưu trữ dài hạn lưu phụ lưu trữ dài hạn Dữ liệu ghi đọc băng nhựa phủ lớp mỏng vật liệu từ tính.Việc ghi đọc liệu thực băng từ kéo từ cuộn sang cuộn qua đầu từ đặt cố định Kích thước liệu tối đa băng từ lưu trữ ngang với ổ cứng thời điểm, khoảng 0,5 đến 1TB liệu không nén Ưu điểm băng từ lưu liệu giá thành lưu trữ đơn vị liệu tương đối thấp nhược điểm thời gian truy cập dài, thường dùng để lưu liệu cho hệ thống PACS Hình 1-1 Băng từ AIT-3, dung lượng 100 GB, tốc độ truyền 12Mbps Hình 1-2 Ổ băng từ AIT-3 1.1.1.2 Đĩa quang Đĩa quang CD, DVD Blu-ray phương tiện lưu trữ liệu số, liệu ghi vào đọc tia laser Đĩa quang thư viện đĩa, cịn gọi jukebox, có khả tự động nạp đổi đĩa sử dụng rộng rãi để lưu trữ hình ảnh y tế hệ thống PACS Một đĩa CD tiêu chuẩn làm nhựa polycarbonate đường kính 120 mm dày 1,2 mm Đĩa CD lưu trữ tới 700 MB liệu Đĩa đúc sẵn rãnh xoắn ốc để dẫn tia laser Mặt rãnh xoắn ốc phủ lớp mỏng để ghi liệu, phủ lớp phản xạ mỏng bạc hợp kim bạc phủ lớp sơn bảo vệ Tia laser dùng để đọc có bước sóng 780 nm, kích thước bit liệu đĩa khoảng 1,6 µm Có loại đĩa CD CD-R CDRW, CD-R ghi lần sau ghi khơng xóa được; CD-RW ghi xóa nhiều lần Đĩa DVD có kích thước giống đĩa CD bao gồm đĩa polycarbonate dày 0,6 mm dán lại với nhau, đĩa có cấu trúc giống đĩa CD, đĩa lại để bảo vệ mặt ghi liệu khỏi trầy xước Đĩa DVD mặt, lớp có dung lượng 4,7 GB kích thước điểm ghi liệu đĩa khoảng 0,74 µm, đầu đọc sử dụng diode laser bước sóng 650 nm độ thấu kính hội tụ lớn so với đầu đọc đĩa CD Đĩa Blu-ray – BD có kích thước giống đĩa CD BD sử dụng tia laser màu xanh-tím bước sóng 405 nm với kích thước điểm liệu đĩa 580 nm Một đĩa BD mặt lưu trữ tới 25 GB liệu Bảng 1-2 Tốc độ ghi số loại ổ đĩa quang học 1.1.1.3 Ổ cứng Ổ cứng có cấu tạo gồm chồng đĩa gắn đồng trục vào trục quay động Đĩa thường cấu tạo nhôm thuỷ tinh, bề mặt phủ lớp vật liệu từ tính nơi chứa liệu Mỗi đĩa từ sử dụng hai mặt, có nhiều đĩa từ, chúng gắn song song, quay đồng trục, tốc độ với hoạt động Tốc độ quay đĩa từ 5.400 vòng/phút ổ đĩa tốc độ thấp tới 15.000 vòng/phút với ổ đĩa tốc độ cao Cụm đầu đọc để đọc/ghi liệu Cụm đầu đọc gồm có đầu ghi/đọc gắn cần di chuyển đầu đọc (head arm actuator arm) Đầu đọc đơn giản cấu tạo gồm lõi ferit (trước lõi sắt) cuộn dây (giống nam châm điện) Đầu đọc đĩa cứng có cơng dụng đọc liệu dạng từ hoá bề mặt đĩa từ từ hoá lên mặt đĩa ghi liệu Cần di chuyển đầu đọc/ghi có nhiệm vụ di chuyển theo phương song song với đĩa từ khoảng cách định, dịch chuyển định vị xác đầu đọc vị trí từ mép đĩa đến vùng phía đĩa (phía trục quay) Trên mặt làm việc đĩa từ chia nhiều vòng tròn đồng tâm thành track Trên track chia thành phần nhỏ đoạn hướng tâm thành sector Các sector phần nhỏ cuối chia để chứa liệu Theo chuẩn thơng thường sector chứa dung lượng 512 byte Số sector track khác từ phần rìa đĩa vào đến vùng tâm đĩa, ổ đĩa cứng chia 10 vùng mà vùng có số sector/track Tập hợp track bán kính mặt đĩa khác thành cylinder Trên ổ đĩa cứng có nhiều cylinder có nhiều track mặt đĩa từ Ổ cứng có dung lượng MB phát minh năm 1952 IBM, dung lượng ổ cứng lên tới số 10 TB Hình 1-3 Cấu tạo ổ cứng 1.1.1.4 Ổ rắn SSD Ổ trạng thái rắn SSD (Solid-State Drive) lưu trữ liệu sử dụng nhớ trạng thái rắn hay gọi nhớ truy cập ngẫu nhiên (RAM) nhớ nhanh (flash memory) Các nhớ RAM ổ SSD loại nonvolatile RAM, nguồn cung cấp, liệu RAM không bị Tốc độ truy cập liệu ổ SSD nhanh độ tin cậy cao ổ đĩa cứng khơng có phận khí dịch chuyển Chức SSD giống ổ đĩa cứng 1.1.2 Các chuẩn giao tiếp thiết bị nhớ 1.1.2.1 ATA ATA (Advanced Technology Attachment) chuẩn giao tiếp song song ổ cứng, cịn gọi IDE (Integrated Drive Electronics) PATA (Parallel ATA) Hiện ổ đĩa ATA sử dụng máy chủ PACS tốc độ truy cập liệu tương đối chậm so với chuẩn khác SATA hay SCSI 1.1.2.2 SATA SATA (Serial ATA) thay chuẩn ATA với cáp kết nối tốc độ cao, có chân So với ATA chuẩn SATA truyền liệu nhanh hiệu cao hơn, tháo lắp ổ cứng mà khơng cần phải tắt máy tính Chuẩn SATA II có băng thơng 3Gbps, cịn chuẩn SATA có tốc độ lên tới 6Gbps 1.1.2.3 SCSI SCSI chuẩn có vài giao diện khác dùng để kết nối máy tính chủ với ổ cứng, ổ băng từ, ổ đĩa quang Cổng cắm SCSI có loại 50 chân, 68 chân 80 chân để kết nối ổ nhớ với máy chủ kết nối ổ nhớ với Bus SCSI song song thơng thường kết nối tới 16 ổ nhớ ổ cứng, ổ đĩa quang ổ băng từ Mỗi thiết bị bus SCSI phân biệt số định danh SCSI gọi LUN1 Nói chung SCSI có giá thành cao SATA Logical Unit Number có tốc độ truyền liệu cao Nhiều hệ thống PACS sử dụng ổ đĩa SCSI máy chủ 1.1.2.4 SAS SAS (Serial Attached SCSI) bước phát triển SCSI song song Nó sử dụng hầu hết máy chủ quan trọng máy chủ PACS SAS có tốc độ truy cập nhanh hầu hết SCSI song song cho phép “cắm nóng”, điều cho phép thay ổ nhớ hỏng mà không cần phải tắt máy chủ với hệ thống sử dụng SCSI song song 1.1.2.5 iSCSI iSCSI giao diện đầy hứa hẹn Để tận dụng chuẩn SCSI truyền thống, Ethernet TCP/IP sử dụng để kết nối từ xa ổ cứng lại với Với máy chủ, ổ đĩa iSCSI xem kết nối cục Với mạng lưu trữ cục SAN (Storage Area Network) sử dụng iSCSI sử dụng cấu trúc mạng chuyển mạch mà không cần phải nối cáp riêng Chuẩn ganh đua với chuẩn FC-based SAN, có chức cần có mạng FC Fabric chuyên dụng đắt đỏ Trong hệ thống PACS, iSCSI sử dụng để truy cập từ xa hệ thống lưu trữ 1.1.2.6 Fibre Channel Giữa hai vi xử lý vi xử lý với thiết bị ngoại vi, có hai cách truyền liệu kết nối mạng kết nối kênh truyền liệu Kết nối kênh cách truyền liệu trực tiếp số thiết bị Giao thức Fibre Channel (FCP) giao thức máy tính đạt yêu cầu truyền liệu với khối lượng lớn FC cung cấp kết nối hay chuyển mạch trực tiếp từ điểm đến điểm hai thiết bị máy chủ, thư viện băng từ, dãy ổ cứng… Một kênh thiết lập, mơi trường phần cứng mạnh mẽ dùng để truyền liệu với tốc độ cao mà không cần nhiều can thiệp phần mềm Tuy gọi kênh FC chạy đơi dây xoắn cáp quang Tất công việc cổng FC phải làm quản lý kết nối từ điểm tới điểm cổng với tồn hệ thống Các thiết bị chuẩn FC có tốc độ liệu 1Gbps, 2Gbps, 4Gbps 8Gbps Hiện thiết bị 1Gbps 2Gbps sử dụng rộng rãi 1.1.3 Cấu hình kết nối thiết bị lưu trữ liệu 1.1.3.1 Kết nối trực tiếp Kết nối trực tiếp thiết bị lưu trữ DAS (Direct Attached Storage) cách kết nối thẳng từ thiết bị nhớ với máy tính máy chủ, thơng thường thiết bị lưu trữ lắp đặt máy tính máy chủ Kết nối DAS sử dụng giao diện ATA, SATA, SCSI với máy tính máy chủ SAS có ưu điểm dễ dàng lắp đặt triển khai, khơng địi hỏi kỹ thuật cao; có giá thành thấp, chi phí hoạt động bảo trì thấp; tốc độ truy cập liệu cao chủ yếu phần cứng, tác động phần mềm tối thiểu Tuy nhiên SAS có nhược điểm bị giới hạn khả mở rộng: khoảng cách kết nối với máy chủ, số lượng thiết bị kết nối với máy chủ; chia sẻ liệu với máy chủ khác Hình 1-4 Kết nối trực tiếp thiết bị lưu trữ 1.1.3.2 Storage Area Network Nhu cầu quản lý tập trung, tốc độ truy cập liệu, khả chia sẻ liệu với máy chủ xa thiết bị khác, khả mở rông không gian lưu trữ dẫn đến việc thiết bị lưu trữ cần phải kết nối mạng Với mạng máy tính, thiết bị lưu trữ kết nối trực tiếp với máy tính máy chủ, máy tính máy chủ sau kết nối với qua mạng LAN WAN Các máy chủ chạy hệ điều hành khác việc truyền lượng liệu lớn máy chủ làm giảm hiệu hoạt động mà vượt giới hạn băng thông kênh kết nối thiết bị lưu trữ máy chủ Một công nghệ giải vấn đề mạng khu vực lưu trữ SAN SAN hệ thống lưu trữ liệu dùng để trao đổi liệu hệ thống máy tính thiết bị lưu trữ Nó có chuyển mạch để kết nối thiết bị lưu trữ nhiều máy chủ mạng chuyen dụng, thiết bị lưu trữ kết nối trực tiếp với thiết bị lưu trữ truy cập nhiều máy chủ Một thành tố quan trọng cấu trúc SAN topo FC nó, cải thiện đáng kể tốc độ liệu, lên tới 20Gbps Mạng SAN sử dụng kiến trúc FC, kết cấu SAN kết nối nhiều chuyển mạch FC liên kết thiết bị FC với để trao đổi liệu, giảm lỗi, loại bỏ hỏng hóc gây điểm, tăng tối đa khoảng cách kết nối thiết bị Trong số topo FC, cấu trúc chuyển mạch thường sử dụng Một mạng FC có nhiều điểm tương tự mạng LAN có khác biệt đáng kể Mạng FC có giá thành cao khơng sử dụng rộng rãi mạng LAN, với hệ thống lớn hệ thống PACS bệnh viện phù hợp Trong mạng SAN khơng có máy chủ/tớ, lưu thơng mạng có liệu trao đổi máy chủ thiết bị lưu trữ So với NAS, SAN có tốc độ 10 truy cập nhanh tin cậy truy cập liệu mức block sử dụng mạng FC chuyên dụng Hệ thống SAN cho phép sử dụng nhiều loại máy chủ hỗ trợ chuẩn SAN Các thiết bị lưu trữ SAN mảng ổ cứng, mảng ổ quang thư viện băng từ Hình 1-5 Hệ thống lưu trữ SAN 1.1.3.3 Network Attached Storage NAS thiết bị lưu trữ mạng thông thường, NAS hiểu thiết bị lưu trữ kết nối mạng Phần cứng quan trọng NAS tương tự máy chủ Về chất NAS file server kết nối LAN, ngoại trừ phần mềm NAS chức phục vụ việc lưu trữ liệu cho phép nhiều máy khách truy cập liệu Thiết bị NAS với máy chủ hệ điều hành giới hạn tập trung cung cấp dịch vụ truy cập quản lý liệu mức file, chia sẻ máy chủ ứng dụng máy khách tồn mạng Một thiết bị NAS có bảng mạch chủ, CPU, RAM, chức giao tiếp hệ điều hành hạn chế khơng mạnh máy chủ thông thường Người quản lý lưu trữ truy cập quản lý NAS từ xa Nó cung cấp truy cập liệu mức file, máy chủ hay máy trạm sử dụng file mà khơng cần xác định địa để lấy file thiết bị lưu trữ Không giống DAS, thiết bị lưu trữ nằm máy chủ, NAS, thiết bị lưu trữ nằm đâu mạng 11 Các máy khách máy chủ ứng dụng lấy file liệu lưu trữ thiết bị NAS mạng lấy ổ đĩa cục Nhiều thiết bị NAS cung cấp dịch vụ lưu trữ file liệu cho máy chủ sử dụng mạng Ethernet thơng thường với giao thức truyền file thích hợp Hiệu suất NAS phụ thuộc vào chất lượng mạng mà kết nối vào, tốc độ CPU, lượng RAM có Hiệu suất NAS giảm đáng kể có nhiều người sử dụng, nhiều truy cập đồng thời công suất CPU đạt giá trị giới hạn NAS gần thiết bị plug-and-play, cần mở rộng khơng gian lưu trữ, cắm thêm nhiều NAS vào mạng Hình 1-6 Bộ lưu trữ NAS Hình 1-7 So sánh hệ thống lưu trữ 12 1.1.4 RAID Với nhiều công việc, liệu sẵn sàng quan trọng bao gồm công tác lưu để phục hồi liệu RAID1 viết tắt cụm từ Redundant Arrays of Independent Disks, công nghệ quan trọng thiết kế cho hệ thống quan trọng để bảo vệ liệu trường hợp ổ cứng hỏng RAID dùng nhiều ổ cứng với việc phân tách, chép liệu nhằm nâng cao độ tin cậy, cải thiện tốc độ truy xuất, tăng không gian lưu trữ RAID thực việc kết hợp ổ cứng phần cứng lẫn phần mềm Với hệ thống kết nối, RAID thể ổ logic đơn Có nhiều cấu hình RAID, cấu hình có ưu nhược điểm riêng Mirroring chế để tất liệu chép tất ổ cứng cách tự động Striping xử lý để phân tách liệu thành nhiều phần nhỏ lưu trữ phần nhiều ổ đĩa Hai kỹ thuật sử dụng độc lập kết hợp với nhiều mức RAID, phụ thuộc vào cách thiết kế hệ thống Mục đích RAID nhằm cải thiện độ tin cậy lẫn hiệu lưu trữ liệu, giảm lỗi tăng tốc độ truy cập liệu RAID kết hợp ổ cứng, liệu lưu trữ, phân tách thành phần để lưu ổ cứng Lợi ích RAID máy chủ ghi đọc liệu đồng thời vào mảng đĩa, liệu truy cập nhanh hơn, cải thiện tốc độ truy xuất Tuy nhiên khả gặp lỗi RAID-0 cao Hình 1-8 RAID RAID 1 Redundant Arrays of Independent Disks 13 RAID-1 gọi chép ổ đĩa, liệu y hệt nhiều ổ cứng Mỗi ổ đĩa đĩa chứa sở liệu hoàn chỉnh ổ đĩa bị hỏng, đĩa hoạt động bình thường, đĩa RAID-1 hỏng tất đĩa bị hỏng RAID-1 nâng cao độ tin cậy, cải thiện khả chịu lỗi, tốc độ đọc cao tốc độ ghi chậm giá thành cao RAID-3 sử dụng tập liệu phân tách giống RAID-0 với ổ đĩa dùng để kiểm tra tính tồn vẹn liệu mức byte truyền truy cập liệu từ lưu trữ Như RAID-3 cải thiện hiệu suất tăng khả chịu lỗi Nếu ổ đĩa parity hỏng RAID-3 không bị ảnh hưởng lại gây hiệu ứng thắt cổ chai hoạt động ghi thơngtin kiểm tra tính tồn vẹn parity cập nhật liệu ghi vào Hình 1-9 RAID RAID RAID-4 tương tự RAID-3 ngoại trừ liệu phân tách mức block, block liệu tiêu chuẩn có kích thước 512 byte Thơng tin kiểm tra tính tồn vẹn tính tốn block liệu truy cập RAID-5 giống RAID-4 chỗ liệu phân tách cấp độ block khác chỗ thơng tin tính tồn vẹn parity lưu xen kẽ với liệu phân tách tất đĩa đĩa Nếu đĩa bị hỏng, liệu khơi phục lại từ đĩa cịn lại Với RAID-5, đĩa thứ bị hỏng trước đĩa hỏng thứ thay khôi phục lại liệu việc liệu khơng thể tránh khỏi hệ thống thường gắn sẵn ổ sơ 14 cua nóng Ổ cấp nguồn không tham gia vào hoạt động đĩa, hệ thống phát đĩa hỏng, ổ đĩa sơ cua sử dụng để khôi phục liệu Khi q trình khơi phục hồn tất, ổ sơ cua thay ổ đĩa hỏng RAID-5 tối ưu dung lượng lưu trữ đĩa, cải thiện hiệu suất, đảm bảo dư thừa liệu nên sử dụng rộng rãi cấu hình phần cứng hệ thống PACS Hình 1-10 RAID 1.2 Mạng máy tính Mạng máy tính tập hợp đường truyền dẫn thiết bị liên quan cho phép trao đổi thông tin máy tính kết nối đường truyền dẫn Ứng dụng mạng máy tính hệ thống PACS cải thiện đáng kể hoạt động phận chẩn đốn hình ảnh bệnh viện Ngày nay, việc liên kết phận bệnh viện trở nên quan trọng công tác khám chữa bệnh, liên kết phụ thuộc nhiều vào chất lượng mạng thông tin bệnh viện 1.2.1 Mơ hình kết nối hệ thống mở Mơ hình tham chiếu OSI1 định nghĩa mơ hình lớp dùng cho việc truyền liệu Cách tiếp cận theo lớp cách tổ chức mềm dẻo xuyên suốt giao diện định nghĩa Các giao diện cho phép số lớp thay đổi, số Open Systems Interconnection 15 lớp khác giữ ngun Mỗi lớp mơ hình quy định tập chức cho lớp lớp nó, dựa vào chức lớp Mỗi lớp liên kêt trực tiếp với lớp node mạng khác Lớp vật lý: lớp thấp nhất, liên quan đến nhiệm vụ truyền dịng bit khơng có cấu trúc qua đường truyền vật lý, truy nhập đường truyền vật lý nhờ phương tiện cơ, điện, hàm, thủ tục Lớp liên kết liệu: cung cấp phương tiện để truyền thông tin qua liên kết vật lý đảm bảo tin cậy; gửi gói liệu với chế đồng hoá, kiểm soát lỗi kiểm soát luồng liệu cần thiết Lớp mạng: thực việc chọn đường chuyển tiếp thông tin giao thức giao thức IP1 Lớp giao vận: thực việc truyền liệu hai đầu cuối(end-toend); thực việc kiểm soát lỗi kiểm sốt luồng liệu hai đầu cuối, ví dụ TCP2 Lớp phiên: cung cấp phương tiện quản lý truyền thông ứng dụng: thiết lập, trì, đồng hố huỷ bỏ phiên truyền thơng ứng dụng Lớp trình diễn: chuyển đổi cú pháp liệu để đáp ứng yêu cầu truyền liệu ứng dụng qua môi trường OSI Lớp ứng dụng: lớp cao nhất, cung cấp phương tiện để người sử dụng truy nhập vào môi trường OSI Internet Protocol Transmission Control Protocol 16 Hình 1-11 Mơ hình lớp OSI Tất thiết bị mạng phân loại theo mơ hình lớp OSI mà hoạt động lượng phần cứng phần mềm mà bao gồm 1.2.2 TCP/IP TCP/IP chuẩn giao thức mở, cung cấp tự phát triển không phụ thuộc vào hệ điều hành cấu trúc phần cứng máy tính Vì TCP/IP sử dụng rộng rãi nên ta chuẩn hố phần cứng phần mềm khác TCP/IP đánh địa theo hệ thống có tính chất tồn cầu, nhờ thiết bị TCP/IP xác đinh địa thiết bị khác tồn mạng, chí mạng world-wide Internet TCP/IP hỗ trợ cho hoạt động mạng định tuyến, có giao thức mức cao chuẩn hoá quán, cung cấp rộng rãi dịch vụ người dùng 1.2.2.1 Cấu trúc phân lớp TCP/IP Từ lợi ích mơ hình phân lớp, TCP/IP xây dựng gồm có lớp: lớp ứng dụng, lớp truyền dẫn, lớp mạng lớp truy cập mạng Lớp ứng dụng1: bao gồm tất ứng dụng trình xử lý dùng mạng Application Layer 17 Lớp truyền dẫn1: thực việc truyền liệu từ đầu cuối đến đầu cuối Lớp mạng2: xác định gói liệu thực việc định tuyến liệu Lớp truy cập mạng3: bao gồm trình truy nhập phương tiện vật lý Hình 1-12 Kiến trúc phân lớp giao thức TCP/IP Cấu trúc bốn lớp TCP/IP cho thấy trình điều khiển liệu truyền qua chồng giao thức4 từ lớp ứng dụng tới mạng vật lý bên Mỗi lớp chồng giao thức ghép thêm thông tin điều khiển vào liệu để đảm bảo việc phân phối liệu xác Thơng tin điều khiển gọi header đặt trước liệu truyền Mỗi lớp coi tất thông tin nhận từ lớp liệu thêm header vào phía trước thơng tin nhận Việc thêm header lớp gọi đóng gói liệu5 Khi liệu nhận theo hướng ngược lại, lớp lại bỏ header trước truyền liệu lên lớp Hình 1-13 Q trình đóng gói liệu TCP/IP Transport Layer Network Layer Network Access Layer Protocol Stack Encapsulation 18 Hình 1-14 Cấu trúc liệu lớp Mỗi lớp có cấu trúc liệu riêng Theo lý thuyết, lớp khơng cần biết cấu trúc liệu sử dụng lớp hay lớp Nhưng thực tế, cấu trúc liệu lớp thiết kế để phù hợp với cấu trúc sử dụng lớp kế cận nhằm tăng hiệu truyền dẫn * Lớp truy cập mạng Lớp truy cập mạng lớp thấp hệ thống giao thức TCP/IP Các giao thức lớp cung cấp phương tiện cho hệ thống để phân phối liệu tới thiết bị khác mạng Lớp có nhiệm vụ định dạng gói tin cho phù hợp với hệ thống mạng để truyền liệu mạng Lớp truy cập mạng thực chức lớp mơ hình OSI lớp mạng, lớp liên kết liệu lớp vật lý Các chức lớp truy cập mạng gồm có việc đóng gói gói tin IP thành frame để truyền thực ánh xạ địa IP với địa vật lý mà mạng sử dụng, nhờ xác định địa nguồn, địa đích truyền liệu cách xác Lớp truy cập mạng có nhiệm vụ chuyển liệu host với mạng phân phát liệu thiết bị mạng * Lớp mạng Lớp mạng coi trái tim TCP/IP giao thức IP giao thức quan trọng IP cung cấp dịch vụ phân phối gói bản, từ xây dựng nên mạng TCP/IP Tất giao thức lớp lớp lớp mạng sử dụng 19 IP để phân phối liệu Khi liệu TCP/IP, liệu gửi liệu nhận, qua lớp mạng IP chuyển tới đích cuối Nhiệm vụ lớp mạng hay IP gồm: - Định nghĩa gói tin, đơn vị sở truyền dẫn mạng Internet - Định nghĩa cấu đánh địa mạng Internet, truyền liệu lớp truy cập mạng lớp giao vận - Định tuyến gói tin tới host xa - Thực phân đoạn ghép nối lại gói tin * Lớp giao vận Lớp giao vận có nhiệm vụ chính: chia nhỏ vùng đệm liệu theo kích thước người dùng thành gói tin có kích thước phù hợp với lớp mạng Nhiệm vụ thứ hai phải tuân thủ điều khiển truyền dẫn yêu cầu Hai giao thức quan trọng lớp TCP UDP1 TCP cung cấp dịch vụ phân phối liệu đáng tin cậy với việc phát sửa lỗi từ đầu cuối đến đầu cuối UDP cung cấp dịch vụ phân phối liệu chi phí thấp, phi liên kết Cả hai giao thức phân phối liệu lớp ứng dụng lớp mạng, nhiên việc chọn dịch vụ tuỳ thuộc vào ứng dụng cụ thể * Lớp ứng dụng Lớp ứng dụng bao gồm tất xử lý sử dụng giao thức lớp giao vận để phân phối liệu Các ứng dụng lớp sử dụng giao thức tầng TCP, UDP để giao tiếp vơi người dùng 1.2.2.2 Các giao thức TCP/IP * Giao thức IP IP tảng cho giao thức quan trọng khác họ TCP/IP TCP UDP IP giao thức lớp mạng, cung cấp thơng tin địa User Datagram Protocol 20 gói tin IP để định tuyến gói tin qua mạng Khi gói tin IP đến mạng đích, định tuyến mạng định tuyến cho tới mạng cuối tới host đích Tuy nhiên, IP khơng đảm bảo chuyển gói tin qua mạng tới host đích Việc đảm bảo xác trình truyền nhiệm vụ giao thức lớp cao * Giao thức TCP TCP giao thức xây dựng lớp IP TCP giao thức có liên kết, giao thức xác định dạng liệu phúc đáp sử dụng trình truyền liệu TCP cung cấp hai dịch vụ quan trọng mà IP khơng có, đảm bảo việc phân phối liệu xác xếp lại liệu theo thứ tự gửi TCP đảm bảo xác cho việc phân phối liệu cách buộc đầu cuối phúc đáp cho đầu cuối liệu mà nhận TCP đặt thời “gian sống” cho gói tin gửi đi, phía gửi khơng nhận phúc đáp gói tin thời gian sống, TCP truyền lại gói tin Để đảm bảo thứ tự liệu, TCP sử dụng số tuần tự1 để xác định thứ tự mà gói tin tin gửi Các số tăng lên đơn vị TCP đóng liệu vào gói IP Ở phía nhận, gói IP xếp lại lớp TCP dựa vào số gói truyền cách ngẫu nhiên Phía nhận phát gói bị dựa vào việc xếp gói theo số Nếu có gói bị mất, TCP yêu cầu truyền lại gói bị sequence number 21 Một đặc điểm quan trọng TCP việc sử dụng số cổng1 Số cổng giống lớp địa khác sử dụng để xác định phục vụ khác hệ thống mà liệu cần phải gửi tới để xử lý * Giao thức UDP UDP giao thức phía lớp IP cung cấp dịch vụ không liên kết từ đầu cuối tới đầu cuối Một số ứng dụng giống việc hỏi đáp đơn giản thích hợp với phục vụ UDP khơng thời gian để thiết lập huỷ kênh ảo UDP sử dụng số cổng TCP để xác định phục vụ hệ thống để gửi liệu đến UDP không đảm bảo cho việc phân phối liệu cách xác 1.2.2.3 Địa IP Địa host IP IP định nghĩa host số 32bit gọi địa IP địa host Địa IP thường viết dạng số thập phân từ đến 255 phân cách dấu chấm, ví dụ 192.63.25.55 Địa IP phải đơn tất máy nối vào mạng chí mạng Internet IP truyền liệu host dạng gói tin Mỗi gói tin chuyển đến địa chứa trường Destination Address phần header gói tin Destination Address địa IP 32bit tiêu chuẩn dùng để xác định mạng host cụ thể mạng Tính địa IP máy nối mạng, khác với địa thiết bị MAC2 toàn giới cho dù máy có nối mạng hay khơng Địa MAC địa phần cứng, người ta quy định MAC số 48bit Do có khác cấu đánh địa mạng lớp liên kết liệu, số hệ thống cần phải thực việc chuyển đổi địa IP địa port number Media Access Control 22 MAC, ví dụ, dịch vụ lớp ứng dụng lớp giao vận sử dụng địa IP để xác định host gói lưu thơng mạng lại sử dụng địa MAC ARP1 giao thức sử dụng để chuyển địa IP host thành địa MAC tương ứng Khi host cần gửi thông tin đén host khác, thực việc ánh xạ địa IP địa MAC, phát yêu cầu ARP lên mạng nhằm nhận trả lời host có địa IP cần xác định Nếu host mạng nhận địa IP mình, gửi cho host hỏi địa MAC mình, nhờ host cần truyền liệu gửi gói tin qua mạng đến đích Các lớp địa IP Một địa IP gồm có phần phần mạng phần host Tuy nhiên phần không giống địa IP địa IP chia thành nhiều lớp địa A NET ID HOST ID B C 1 D 1 MULTICAST ID E 1 1 EXPERIMENTAL ID NET ID HOST ID NET ID HOST ID Hình 1-15 Cấu trúc lớp địa IP Trong địa IP, địa mạng địa host sử dụng Ở lớp A, địa mạng 127 dự trữ cho sử dụng đặc biệt, mạng dành cho định tuyến ngầm định2, mạng 127 dành cho địa đường vòng3 Các địa mạng đặc biệt sử dụng thiết lập cấu hình host Trong tất lớp, địa host và255 để dự trữ Address Resolution Protocol default route: dùng để làm đơn giản hố thơng tin định tuyến mà IP phải điều khiển Loopback address: làm đơn giản hoá ứng dụng mạng cách cho phép host cục đánh địa giống host xa 23 Địa lớp A có bit netid 24 bit hostid Số địa lớp A từ đến 126 Địa lớp B có 14bit netid 16 bit hostid Số địa lớp B từ 128 đến 191 Địa lớp C có 21 bit netid bit hostid Số địa lớp C từ 192 đến 223 Hai lớp địa cịn lại sử dụng cho mục đích đặc biệt thường không dùng để định danh host riêng biệt Một mạng chia nhỏ thành nhiều mạng logic cách chia trường hostid thành phần nhỏ gọi subnetid hostid Ví dụ ta có khơng gian địa 172.16.0.0 ta chia lại sau: 16 bit netid, bit subnetid 12 bit hostid Subnetmask1: subnetmask sử dụng cho việc định tuyến để phần địa định danh mạng Subnetmask viết dạng số thập phân ngăn cách dấu chấm, số bit có ý nghĩa netid Subnetmask dùng để xác định địa mạng subnetid Class SubnetMask Number of Mask Bits A 255.0.0.0 B 255.255.0.0 16 C 255.255.255.0 24 Hình 1-16 Mặt nạ mạng * Địa IPv6 Với bùng nổ thông tin, thiết bị di động ngày nhiều sử dụng rộng rãi, truy cập Internet số lượng địa IPv4 khơng cịn đủ Thế hệ IPv6 sử dụng địa dài 128bit thay 32bit IPv4 dự kiến thay IPv4 Cấu trúc địa IPv6 gồm nhóm số hexa phân cách dấu hai chấm, ví dụ: 1234:0ae4:22c8: 82b1:17a3:2119:5c2d:1003 Mặt nạ mạng 24 * Địa IP tĩnh, IP động Địa IP tĩnh địa IP cấp nhà quản trị mạng, thiết bị sử dụng địa kết nối vào mạng Các máy chủ PACS máy trạm dùng cho chẩn đoán cấp địa IP tĩnh Địa IP động có nghĩa địa IP thiết bị thay đổi kết nối vào mạng Khi số lượng thiết bị mạng lớn, người ta thường sử dụng địa IP động 1.2.3 Kiến trúc mạng Kiến trúc mạng cách nối máy tính thành mạng tập quy tắc quy ước mà thành phần mạng tham gia truyền thông phải thực để mạng hoạt động tốt Cách nối máy tính lại với gọi topology mạng cịn quy tắc, quy ước truyền thơng gọi protocol Có loại topo1 mạng mạng tuyến2, mạng sao3, mạng vịng4, mạng hình lưới mạng trung tâm5 Mạng tuyến: mạng mà tất thiết bị mạng nối vào trục cáp gọi backbone6 Tất nút mạng nằm backbone Hai đầu backbone luôn bịt hai terminator Mỗi máy nối vào bus T connector card giao tiếp mạng Ưu điểm loại mạng chi phí thấp, dễ lắp đặt Tuy nhiên có máy tách khỏi mạng card giao tiếp mạng bị trục trặc làm cho backbone bị phá vỡ, làm ảnh hưởng đến hoạt động toàn mạng topology bus network star network ring network hub network cịn gọi BUS 25 Hình 1-17 Mạng tuyến Mạng sao: mạng mà tất thiết bị mạng nối vào thiết bị trung tâm Thiết bị trung tâm gọi concentrator Mỗi máy mạng nối với concentrator đường cáp riêng biệt Mạng có ưu điểm máy bị tách khỏi concentrator phần cịn lại mạng hoạt động bình thường, khơng bị ảnh hưởng Tuy nhiên mạng có nhược điểm tốn nhiều cáp nối thiết bị phải nối trực tiếp đến concentrator Hình 1-18 Mạng Mạng vịng: mạng có cấu trúc khép kín, dạng vịng trịn, tất node mạng nằm vịng trịn Trên thực tế, có mạng vịng mà khơng tạo thành từ vòng cáp vật lý mạng Token Ring Với mạng Token Ring, có vịng cáp bên điều khiển trung tâm, gọi MAU1, tất thiết bị mạng nối vào vòng cáp Mạng có Media Access Unit 26 ưu điểm điều khiển tranh chấp dễ dàng so với mạng tuyến, giống mạng tuyến, máy mạng xảy cố tồn mạng bị ảnh hưởng Hình 1-19 Mạng vịng Mạng trung tâm: mạng trung tâm giống mạng tuyến, có trục cáp với loạt đầu nối đó, trục cáp gọi Backplane Mỗi đầu nối backplane nối tới thiết bị HUB, HUB nối đến thiết bị mạng khác Loại mạng cho phép sử dụng đường backplane có tốc độ cao, có khả mở rộng cho nhiều thiết bị mạng đáp ứng tốc độ cao Mạng trung tâm thường có giá thành cao phải sử dụng backplane tốc độ cao thiết bị HUB phản ứng nhanh Hình 1-20 Mạng trung tâm Mạng hình lưới: mạng hình lưới mạng mà node nối với node khác mạng Loại mạng có đặc điểm khơng bị tắc nghẽn, có tốc độ truyền thơng cao node mạng hoạt động độc lập với nhau, node tách khỏi mạng gặp cố mạng hoạt động 27 bình thường Tuy nhiên chi phí lắp đặt mạng lớn số node mạng lớn node mạng xa Hình 1-21 Mạng hình lưới So với cơng nghệ mạng khác, mạng Ethernet LAN dễ bổ sung, dễ bảo trì quản lý, thiêt bị mạng sẵn Trước đây, mạng Ethernet sử dụng đường truyền vật lý cáp đồng trục, với đường truyền tốc độ cao dùng cáp sợi quang, cịn lại sử dụng cáp đơi dây xoắn Mạng Ethernet cáp sợi quang 1Gbps thường dùng cho mạng backbone, mạng cáp sợi quang 10Gbps dần trở nên phổ biến Các máy chủ PACS thường sử dụng mạng cáp quang cần có băng thơng cao, máy trạm chủ yếu sử dụng cáp đôi dây xoắn 1.2.4 Cáp sợi quang 1.2.4.1 Cấu tạo cáp sợi quang Cáp quang có cấu tạo gồm dây dẫn trung tâm sợi thủy tinh plastic tinh chế nhằm cho phép truyền tối đa tín hiệu ánh sáng Sợi quang tráng lớp lót nhằm phản chiếu tốt tín hiệu ánh sáng hạn chế gẫy gập sợi cáp quang Sợi cáp quang cấu tạo từ ba thành phần chính: Lõi (core); Lớp phản xạ ánh sáng (cladding); Lớp vỏ bảo vệ (primary coating hay cịn gọi coating, primary buffer) 28 Core làm sợi thủy tinh plastic dùng truyền dẫn ánh sáng Bao bọc core cladding – lớp thủy tinh hay plastic – nhằm bảo vệ phản xạ ánh sáng trở lại core Primary coating lớp vỏ nhựa PVC giúp bảo vệ core cladding không bị bụi, ẩm, trầy xước Hai loại cáp quang phổ biến GOF1 – cáp quang làm thuỷ tinh POF2 – cáp quang làm plastic POF có đường kính core lớn khoảng 1mm, sử dụng cho truyền dẫn tín hiệu khoảng cách ngắn, mạng tốc độ thấp Thơng số cáp quang GOF ví dụ 9/125µm, 50/125µm hay 62,5/125µm, đường kính core/cladding; cịn primary coating có đường kính mặc định 250µm Hình 1-22 Cấu tạo cáp sợi quang 1.2.4.2 Phân loại cáp quang Cáp quang Singlemode (SM) có đường kính core nhỏ (khoảng 9µm), sử dụng nguồn phát laser truyền tia sáng xun suốt tín hiệu bị suy hao có tốc độ lớn phải sử dụng nguồn phát laser có giá thành cao SM thường hoạt động bước sóng (wavelength) 1310nm, 1550nm Cáp quang Singlemode truyền liệu với khoảng cách xa Cáp quang Multimode (MM) có đường kính core lớn SM (khoảng 50µm, 62.5µm) MM sử dụng nguồn sáng LED (Light Emitting Diode) laser để truyền tia sáng thường hoạt động bước sóng 850nm, 1300nm; MM có khoảng cách kết nối tốc độ truyền dẫn nhỏ SM Cáp quang Multimode sử dụng rộng rãi ứng dụng truyền liệu với khoảng cách ≤ Glass Optical Fiber Plastic Optical Fiber 29 5Km, thường sử dụng hệ thống mạng nội bộ, truyền thông công nghiệp 1.3 Tổng quan PACS PACS viết tắt cụm từ Picture Archiving and Communication System Có nhiều định nghĩa PACS nói chung hệ thống PACS phải bao gồm phận sau: hiển thị hình ảnh, lưu trữ liệu, quản lý liệu PACS gồm phần mềm giao tiếp với thiết bị chẩn đốn hình ảnh CR1, DR2, CT3, MRI4 với máy in phim Các phần mềm này, trước phát triển riêng lẻ nhà sản xuất thiết bị hình ảnh Khi chuẩn giao tiếp DICOM5 đời chấp nhận, việc giao tiếp máy tính thiết bị hình ảnh tương thích DICOM trở nên dễ dàng, cần cài đặt thông số cấu hình phần mềm Với hệ thống PACS lớn, hình ảnh hiển thị trạm làm việc PACS workstation, quản lý lưu trữ liệu PACS Server & Archive, giao tiếp với thiết bị hình ảnh thơng qua máy tính Acquisition Gateway, phận kết nối với nhờ hệ thống mạng thông tin communication network 1.4 Cấu trúc hệ thống PACS 1.4.1 Các thiết bị thu ảnh (tạo ảnh số) y tế Các hệ thống PACS chủ yếu sử dụng, xử lý liệu hình ảnh tạo thiết bị y tế máy cộng hưởng từ (MR), máy chụp cắt lớp điện toán (CT Scanner), máy chụp X-quang kỹ thuật số (DR), máy chụp cắt lớp Positron (PET, PET/CT)… Các thiết bị tạo ảnh số trực tiếp từ phận thể người bệnh tiến hành chụp ảnh Ngoài ra, thiết bị hình ảnh y tế cịn có máy siêu âm, máy nội soi… liệu ảnh thiết bị dạng chuỗi ảnh, dạng Computed Radiography Digital Radiography Computed Tomography Magnetic Resonance Imaging Digital Imaging and Communications in Medicine 30 tương tự, cần phải có thêm phận chuyển đổi sang dạng số để ghép nối với hệ thống PACS 1.4.2 Máy tính giao tiếp thu nhận hình ảnh/dữ liệu PACS thu nhận hình ảnh gửi đến từ thiết bị chẩn đốn hình ảnh liệu liên quan bệnh nhân gửi đến từ hệ thống thông tin bệnh viện HIS1 hệ thống thông tin x-quang RIS2 Có hai kiểu kết nối cổng kết nối sở liệu cho kiểu liệu văn cổng kết nối thu nhận hình ảnh cho liệu hình ảnh Nhiệm vụ phận thu nhận hình ảnh chuẩn xác kịp thời từ thiết bị chẩn đốn hình ảnh liệu liên quan đến bệnh nhân, bao gồm thông tin thăm khám bệnh dạng văn bản, mơ tả q trình thăm khám, thơng số liên quan đến việc thu nhận xử lý ảnh Thu nhận hình ảnh nhiệm vụ hệ thống PACS Hệ thống PACS khơng hoàn toàn điều khiển thiết bị tạo ảnh nhà sản xuất thiết bị tạo ảnh có cách lập trình tương thích DICOM3 riêng, chí có thiết bị khơng tương thích DICOM Kết hợp nhiều thiết bị tạo ảnh nhiều nhà sản xuất hệ thống PACS việc phức tạp tốn nhiều công sức Các bác sỹ, kỹ thuật viên X-quang sử dụng thiết bị chẩn đốn hình ảnh để chụp ảnh bệnh nhân, nhận xét tình trạng bệnh lý… lưu file ảnh Mỗi nhà sản xuất thiết bị hình ảnh lại có cách định dạng file ảnh liệu bệnh nhân riêng khơng tương thích với hệ thống PACS Do cần phải có phận máy tính giao tiếp thu nhận hình ảnh/dữ liệu thiết bị thu ảnh hệ thống PACS Máy tính có ba nhiệm vụ là: thu nhận hình ảnh từ thiết bị tạo ảnh với định dạng nhà sản xuất; chuyển đổi liệu sang định dạng tiêu chuẩn hệ thống PACS (định dạng tiêu đề, thứ tự byte kích thước ma trận) tương thích DICOM; chuyển tiếp hình ảnh thăm khám bệnh nhân đến máy chủ PACS server hiển thị máy trạm Hospital Information System Radiology Information System Digital Imaging and COmmunications in Medicine 31 Máy tính giao tiếp thu nhận hình ảnh/dữ liệu kết nối với thiết bị tạo ảnh x-quang qua mạng peer-to-peer sử dụng giao thức TCP/IP Ethernet Việc truyền hình ảnh hai phía, từ phía thiết bị tạo ảnh hoạt động đẩy – push; từ phía máy tính cổng giao tiếp hoạt động kéo Chế độ kéo có lợi máy tính cổng giao tiếp trục trặc, hình ảnh xếp hàng đợi máy tính thiết bị tạo ảnh máy tính cổng giao tiếp hoạt động trở lại, ảnh hàng đợi tiếp tục kéo máy tính cổng giao tiếp Nếu máy tính thiết bị tạo ảnh có đủ đệm liệu chế độ kéo thường sử dụng lập trình phần mềm để thực việc truyền lại liệu có lỗi xảy (lỗi máy tính cổng giao tiếp máy tính thiết bị tạo ảnh) Nếu máy tính cổng giao tiếp thu nhận hình ảnh gặp trục trặc, hình ảnh thăm khám tự động định tuyến đến máy tính cổng giao tiếp thu nhận hình ảnh dự phịng mạng đến máy tính trạm làm việc Kiểu giao tiếp máy tính giao tiếp thiết bị tạo ảnh x-quang kiểu chủ-tớ Cơ chế phục hồi phụ thuộc thiết bị (máy tính giao tiếp thiết bị tạo ảnh) khởi tạo việc truyền ảnh Nếu máy tính cổng giao tiếp gặp trục trặc, liệu bị mất, cần phải có biện pháp khắc phục để thu nhận hình ảnh (ví dụ ảnh lưu thiết bị tạo ảnh gửi thủ công đến máy tính cổng giao tiếp hoạt động trở lại) 1.4.3 Máy chủ PACS & máy chủ lưu trữ Các ảnh thăm khám với thông tin bệnh nhân từ máy tính cổng giao tiếp, hệ thống thơng tin bệnh viện HIS, hệ thống thông tin x-quang gửi đến máy chủ PACS qua máy tính cổng giao tiếp Máy chủ PACS phận hệ thống PACS, cấu thành từ nhiều máy tính mạnh Máy chủ lưu trữ PACS có phận là: máy chủ sở liệu hệ thống lưu trữ Bảng sau liệt kê chức máy chủ lưu trữ PACS Hệ thống lưu 32 trữ cung cấp việc lưu trữ thời gian ngắn, thời gian dài lưu trữ vĩnh viễn Máy chủ PACS máy chủ lưu trữ thực nhiệm vụ: - Thu nhận hình ảnh ca thăm khám chẩn đốn hình ảnh qua máy tính cổng giao tiếp - Lọc tách thông tin mô tả thăm khám dạng text khỏi trường tiêu đề ảnh DICOM - Cập nhật hệ thống quản lý sở liệu - Xác định trạm làm việc đích cần chuyển đến ảnh thăm khám - Tự động thu thập hình ảnh so sánh cần thiết lịch sử trình khám bệnh nhớ đệm nhớ dài hạn hệ thống lưu trữ - Tự động hiệu chỉnh hướng ảnh X-quang - Xác định thông số độ sáng độ tương phản tối ưu cho ảnh hiển thị - Thực so sánh liệu hình ảnh cần thiết - Kiểm tra tính tồn vẹn liệu cần thiết - Lưu trữ ảnh thăm khám vào nhớ dài hạn - Xóa ảnh lưu trữ khỏi máy tính cổng giao tiếp - Phục vụ yêu cầu hỏi/lấy thông tin từ trạm làm việc phận điều khiển PACS khác - Giao tiếp với máy chủ ứng dụng PACS Trong hệ thống máy chủ PACS máy chủ lưu trữ bao gồm nhiều xử lý nhiều chức chạy độc lập liên lạc đồng thời với xử lý khác theo kiểu chủ - tớ, chế điều khiển hàng đợi, chế ưu tiên Hình sau mối liên kết xử lý xen kẽ chương trình chạy máy chủ PACS máy chủ lưu trữ Bảng sau mô tả chức q trình xử lý Các tác vụ mà hệ 33 thống máy chủ thực bao gồm nhận hình ảnh, xếp ảnh, định tuyến ảnh, lưu trữ ảnh, gom nhóm thăm khám, quản lý tài nguyên, giao tiếp với RIS, cập nhật sở liệu PACS, thu nhận hình ảnh, nạp trước hình ảnh Hình 1-23 Mối quan hệ xử lý hệ thống PACS Tên hoạt động Mô tả arch Sao lưu hình ảnh từ đĩa từ vào lưu trữ tạm thời lưu trữ vĩnh viễn (khi bệnh nhân viện); cập nhật sử liệu PACS; thông báo cho xử lý stor arch_ack việc lưu trữ thành công (DICOM) arch_ack Nhận thông báo việc lưu trữ thành cơng acq_del Xóa hình ảnh khỏi đĩa từ máy tính giao tiếp thu nhận hình ảnh image_manager Xử lý thơng tin hình ảnh; cập nhật sở liệu PACS; thông báo cho xử lý send arch prefetch Chọn lựa hình ảnh bệnh sử liệu văn liên quan từ sở liệu PACS; thông báo cho xử lý retrv recv Thu nhận hình ảnh từ máy tính cổng giao tiếp; thơng báo cho xử lý image_manager (DICOM) 34 ris_recv Thu nhận liệu HL71 (ví dụ việc nhập viện, xuất viện chuyển viện; lịch khám chữa bệnh; báo cáo chẩn đoán) từ hệ thống HIS; thông báo cho xử lý arch để nhóm lưu hình ảnh từ lưu trữ tạm thời vào lưu trữ vĩnh viễn (khi bệnh nhân xuất viện), thông báo cho xử lý prefetch (khi đến hẹn lịch khám), cập nhật sở liệu PACS (khi nhận báo cáo chẩn đốn) retrv Thu nhận hình ảnh từ lưu trữ vĩnh viễn; thông báo cho xử lý send send Gửi hình ảnh tới máy trạm đích (DICOM) stor Quản lý lưu trữ đĩa từ máy chủ lưu trữ (DICOM) wsreq Giải yêu cầu truy vấn xử lý display từ máy trạm (DICOM) display Báo cho máy chủ lưu trữ việc nhận hình ảnh (DICOM) Bảng 1-3 Mơ tả xử lý hệ thống PACS 1.4.3.1 Nhận hình ảnh Hình ảnh thu từ thiết bị chẩn đốn hình ảnh máy tính giao tiếp thu nhận hình ảnh chuyển sang dạng liệu DICOM chưa định dạng DICOM ảnh DICOM sau chuyển tới máy chủ lưu trữ qua mạng cục mạng diện rộng sử dụng ứng dụng chủ - tớ theo chuẩn TCP/IP Máy chủ lưu trữ kết nối tới đồng thời nhiều máy tính thiết bị hình ảnh để nhận ảnh Các lệnh DICOM kiểm sốt q trình xử lý gửi nhận 1.4.3.2 Sắp xếp ảnh Các hình ảnh gửi đến máy chủ lưu trữ từ nhiều địa khác lưu trữ ổ cứng RAID2 liệu DICOM quản lý sở liệu Máy chủ lưu trữ ảnh nhiều ổ cứng dung lượng lớn quản lý ảnh theo thời gian Health Level Seven Redundant Array of Inexpensive Disks 35 1.4.3.3 Định tuyến hình ảnh Hình ảnh máy chủ lưu trữ cần phải gửi tới nhiều địa khác Việc xác định địa phụ thuộc rât nhiều yếu tố kiểu thăm khám, loại vị trí máy trạm hiển thị Các hình ảnh phân loại theo chuẩn DICOM dựa kiểu thăm khám (ví dụ chụp phổi đơn, chụp CT đầu, chụp CT tồn thân…) Theo vị trí máy trạm khoa ngoại lồng ngực, khoa ngoại đầu cổ, khoa nhi… 1.4.3.4 Lưu trữ hình ảnh Các hình ảnh chuyển đến máy chủ lưu trữ từ máy tính cổng giao tiếp thu nhận hình ảnh lưu từ nhớ tạm thời sang thiết bị lưu trữ dài hạn Khi việc lưu hoàn tất, máy chủ lưu trữ gửi thông báo nhận tới máy tính cổng thích hợp, cho phép máy tính xóa hình ảnh nhớ máy tái sử dụng không gian nhớ Bằng cách này, hệ thống PACS ln có hình ảnh hệ thống đĩa lưu trữ riêng biệt hình ảnh lưu trữ nhớ vĩnh viễn Các hình ảnh thuộc vệ bệnh nhân suốt trình nằm viện phát tán tạm thời nhiều thiết bị lưu trữ Sau bệnh nhân viện, tồn file hình ảnh bệnh nhân hợp lại lưu trữ tập trung thiết bị lưu trữ vĩnh viễn 1.4.3.5 Giao diện với HIS RIS Máy chủ lưu trữ truy cập liệu từ HIS/RIS qua máy tính cổng giao tiếp PACS HIS/RIS chuyển tiếp cho hệ thống PACS thông tin nhập viện, xuất viện chuyển viện (ADT1) bệnh nhân bệnh nhân có lịch khám khoa chẩn đốn hình ảnh bệnh nhân khoa chẩn đốn hình ảnh viện chuyển viện Việc chuyển tiếp thông tin ADT tới PACS cung cấp thông tin cá nhân bệnh nhân mà cịn cung cấp thơng tin cần thiết cho máy chủ lưu trữ thực tác vụ nạp trước lưu trữ hình ảnh Việc trao đổi thơng tin hệ thống thơng tin đa dạng sử dụng định dạng liệu HL7 Admission, Discharge, and Transfer 36 truyền dẫn giao thức TCP/IP máy tính hoạt động theo kiểu chủ tớ Khi nhận thông tin ADT, hệ thống PACS thu nhận liệu khám bệnh, báo cáo chẩn đốn từ RIS Các thơng tin cập nhật vào sở liệu PACS 1.4.3.6 Cập nhật sở liệu PACS Việc trao đổi liệu diễn máy chủ lưu trữ chèn, xóa, lựa chọn cập nhật thực cách sử dụng tiện ích SQL1 sở liệu Dữ liệu sở liệu lưu trữ bảng định nghĩa trước, với bảng mô tả kiểu thực thể Việc thiết kế bảng phải tn theo mơ hình liệu DICOM để đảm bảo hiệu hoạt động 1.4.3.7 Thu nhận hình ảnh Thu nhận hình ảnh thực máy trạm hiển thị Các máy trạm kết nối với hệ thống lưu trữ qua mạng thông tin Hệ thống lưu trữ cấu thành từ nhiều ổ đĩa hỗ trợ việc thu nhận hình ảnh đồng thời từ nhiều thiết bị lưu trữ khác Các liệu sau truyền từ lưu trữ tới máy chủ lưu trữ qua bus liệu SCSII cáp quang Máy chủ lưu trữ đáp ứng yêu cầu từ máy trạm theo mức ưu tiên yêu cầu Mức ưu tiên gán cho máy trạm người sử dụng theo mức độ cần thiết khác Ví dụ, mức ưu tiên cao cấp cho máy trạm dùng để chẩn đoán sơ bộ, để hội chẩn phận y tế chuyên sâu 1.4.3.8 Nạp trước hình ảnh Cơ chế nạp trước khởi tạo máy chủ lưu trữ phát đến lịch hẹn chụp chiếu bệnh nhân qua thông báo ADT từ HIS/RIS Các hình ảnh bệnh sử, liệu cá nhân báo cáo chẩn đoán liên quan thu nhận từ lưu trữ sở liệu PACS Các liệu phân phối đến máy trạm đích Structured Query Language 37 trước thực xong việc thăm khám bệnh nhân Giải thuật nạp trước dựa thông số định nghĩa trước kiểu thăm khám, phân loại bệnh, kiểu chụp chiếu, vị trí máy trạm, tuổi bệnh nhân… Các thông số xác định ảnh bệnh sử cần lấy lại, cần lấy chuyển tới đâu 1.4.4 Display Workstation Một trạm làm việc gồm kết nối mạng, sở liệu cục bộ, hiển thị, quản lý tài nguyên phần mềm xử lý Các máy trạm chất lượng cao dành cho bác sỹ x-quang để đưa chẩn đoán gọi máy trạm dành cho chẩn đoán, máy trạm khác dùng để xem lại Các hoạt động máy trạm liệt kê bảng sau Chức Mô tả Chuẩn bị Tập hợp tất hình ảnh thông tin khám chữa bệnh liên quan thuộc bệnh nhân Lựa chọn Chọn thông tin theo yêu cầu qua dịch vụ DICOM hỏi/lấy thông tin Sắp xếp ảnh Các công cụ để xếp nhóm ảnh cho dễ quan sát Đo đạc Các cơng cụ đo đạc hỗ trợ cơng tác chẩn đốn Chú dẫn Các cơng cụ để thêm thích cho hình ảnh, báo cáo giọng nói Trình diễn Các cơng cụ bổ trợ để trình diễn, bao gồm hiển thị ảnh 3D, ảnh hỗn hợp có kích thước file lớn Tái tạo ảnh Các công cụ tái tạo ảnh để hiển thị theo yêu cầu Bảng 1-4 Các chức máy trạm Có loại máy trạm phân theo độ phân giải hiển thị: hiển thị LCD1 độ phân giải cao từ 2,5K × 2K cao dành cho chẩn đoán Liquid-Crystal Display 38 phận chẩn đoán hình ảnh; hai hiển thị LCD có độ phân giải trung bình 2K × 1,6K 1,6K × 1K cho phận giảng dạy bệnh viện; ba LCD cho máy trạm bác sỹ điều trị từ 1K đến 512; thứ tư máy trạm để chép ảnh thăm khám vào đĩa CD in phim Các máy trạm máy chủ thường tổ chức theo mơ hình chủ - tớ mạng máy tính có vai trị quan trọng việc triển khai máy trạm Do công nghệ phát triển nên đa phần máy trạm có xử lý tương đối mạnh, nhớ lưu trữ riêng chương trình xử lý hình ảnh, giúp nâng cao hiệu hoạt động toàn hệ thống 1.4.5 Application Server Các máy chủ ứng dụng kết nối với máy chủ PACS lưu trữ Thông qua máy chủ ứng dụng này, liệu PACS kết nối cách thích hợp với nhiều máy chủ khác cho ứng dụng khác Các máy chủ ứng dụng ví dụ xem ảnh WEB, bệnh án điện tử cho xạ trị, bệnh án điện tử hỗ trợ phẫu thuật hình ảnh, máy chủ phục vụ giảng dạy… 1.4.6 System Network Chức mạng máy tính cung cấp đường dẫn cho người sử dụng nơi truy cập thông tin nơi khác Các thông số cần thiết để thiết kế hệ thống mạng vị trí, chức node mạng, tần suất thông tin lưu chuyển node bất kỳ, giá thành truyền dẫn node với nhiều tốc độ đường truyền khác nhau, độ tin cậy thông tin, thông lượng yêu cầu Các biến thể việc thiết kế gồm topo mạng, tốc độ đường truyền, lưu lượng thiết kế Ở cấp độ mạng nội bộ, truyền thông thiết kế sở hạ tầng PACS bao gồm tốc độ thấp 10Mbps, tốc độ trung bình 100Mbps hay tốc độ nhanh 1Gbps chế độ truyền không đồng tốc độ cao (ATM 155 – 622 Mbps nữa) Với mạng diện rộng, lựa chọn nhiều tốc độ từ 56kbps (DS-0), 39 1,544Mbps – T1 (DS-1) tới 45Mbps (DS-3) ATM (155 – 622Mbps) Việc thiết kế cần phải cân đối tốc độ đường truyền giá thành Giao thức mạng sử dụng phải tiêu chuẩn, ví dụ TCP/IP, giao thức truyền thông DICOM Một mạng tốc độ thấp thường dùng để kết nối thiết bị tạo ảnh với máy tính cổng thu nhận ảnh thời gian xử lý cho việc thu ảnh dài, không cần phải dùng kết nối tốc độ cao Các mạng tốc độ trung bình tốc độ cao sử dụng sở cân đối thông lượng yêu cầu giá thành Mạng tốc độ trung bình cao dùng để kết nối máy tính cổng thu nhận ảnh máy chủ PACS máy tính cổng đồng thời gửi file ảnh lớn đến máy chủ PACS Mạng tốc độ cao thường dùng để kết nối máy chủ PACS với máy trạm làm việc Việc phối hợp hoạt động tác vụ chạy máy tính khác kết nối mạng vấn đề quan trọng hệ thống mạng 1.5 Quy mô PACS Quy mô PACS theo quy mô bệnh viện số giường bệnh số ca khám chữa bệnh năm, số lượng thiết bị CĐHA, sở hạ tầng mạng… Ngồi cịn cần xem xét khả kết nối hệ thống, khả mở rộng hệ thống, độ tin cậy hệ thống hiệu kinh tế hệ thống 1.6 Kiến trúc PACS Có bốn thành phần quan trọng việc thiết kế sở hạ tầng PACS tiêu chuẩn hóa hệ thống, kiến trúc mở kết nối mở, độ tin cậy tính bảo mật 1.6.1 Các tiêu chuẩn công nghiệp Để xây dựng hệ thống PACS, trước tiên cần kết hợp nhiều tốt tiêu chuẩn công nghiệp phù hợp với ý đồ thiết kế toàn hệ thống PACS Điều có nghĩa giảm thiểu việc sử dụng phần mềm tùy biến Hơn nữa, việc sử dụng phần cứng, phần mềm theo tiêu chuẩn công nghiệp làm tăng độ linh 40 hoạt hệ thống với platform máy tính khác Các tiêu chuẩn công nghiệp, giao thức, hệ điều hành, ngơn ngữ lập trình, mơ tả quy trình chuẩn hóa sau nên sử dụng việc thiết kế sở hạ tầng PACS: 1) Hệ điều hành UNIX 2) Hệ điều hành Windows NT/XP/7/8 3) Ngôn ngữ lập trình C C++ 4) Ngơn ngữ lập trình Java 5) Ngôn ngữ XML để biểu diễn trao đổi liệu World Wide Web 6) Ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc SQL để truy vấn sở liệu 7) X WINDOW để dùng cho giao diện người sử dụng đồ họa 8) Giao thức truyền thông TCP/IP 9) Tiêu chuẩn DICOM cho định dạng truyền liệu hình ảnh 10) Tiêu chuẩn HL7 dùng cho trao đổi thông tin sở liệu y tế liệu dạng văn 11) IHE dùng cho mơ tả quy trình chuẩn hóa 12) Biểu diễn dùng kí tự ASCII Khi xây dựng hệ thống PACS ta kết hợp số tiêu chuẩn giao thức Việc áp dụng tiêu chuẩn cho phận, module sau hệ thống PACS trở nên chuẩn hóa Hệ thống bảo trì dễ dàng nguyên lý hoạt động phận tương đối giống logic Việc xác định hoạt động hệ thống PACS làm cho việc lập trình thuận lợi, giảm thiểu đoạn mã thừa, code sáng sủa, dễ hiểu, dễ kiểm tra Việc sử dụng thuật ngữ, định dạng liệu, giao thức truyền thông theo tiêu chuẩn giúp cho nhà thiết kế, phát triển hệ thống PACS dễ làm việc với Với hệ thống PACS, tiêu chuẩn HL7 DICOM quan trọng, HL7 để giao tiếp PACS HIS/RIS; DICOM để giao tiếp truyền hình ảnh thiết bị nhà sản xuất khác Mơ tả quy trình IHE giúp cho việc phối hợp hoạt động phận hệ thống PACS nhịp nhàng, uyển chuyển 41 1.6.2 Kết nối mở kiến trúc mở Nếu phận hệ thống PACS bệnh viện kết nối với nhau, chúng thành hệ thống độc lập, có hình ảnh riêng, thơng tin bệnh nhân riêng, ví dụ hệ thống mini-PACS máy CT hay MRI Để có hệ thống PACS cho tồn bệnh viện, cần phải kết nối tất phận với Do thiết kế mạng mở điều thiết yếu, cho phép phương thức chuẩn để truyền liệu hệ thống khác Kiến trúc mở giúp cho hệ thống dễ dàng cải tạo, nâng cấp Khi thiết kế hệ thống PACS cần ý điểm sau: - Liệu hình ảnh truyền từ module đến module khác ngược lại hệ thống PACS hay khơng - Liệu module có sử dụng chuẩn HL7 cho liệu dạng văn DICOM cho liệu hình ảnh khơng - Liệu máy tính module có sử dụng giao thức truyền thông tiêu chuẩn không 1.6.3 Độ tin cậy Độ tin cậy mối quan tâm lớn hệ thống PACS, vì, thứ hệ thống PACS cấu thành từ nhiều phận khả số phận gặp trục trặc, hỏng hóc cao; thứ hai hệ thống PACS quản lý, hiển thị thông tin quan trọng bệnh nhân liên quan đến thăm khám điều trị việc kéo dài thời gian hệ thống gặp trục trặc điều khó chấp nhận Do điều quan trọng thiết kế PACS việc sử dụng công cụ để xác định mức lỗi chấp nhận được, bao gồm phần mềm ghi nhật ký, phát lỗi, chương trình kiểm tra ngồi hệ thống (ví dụ kiểm tra đường mạng, khơng gian ổ cứng, tình trạng sở liệu, tình trạng hàng đợi…), dự phịng phần cứng, phần mềm thơng minh giải cố Tăng độ tin cậy hệ thống đồng nghĩa với tăng chi phí đầu tư cho hệ thống 42 1.7 Hoạt động PACS 1.7.1 Quy trình PACS Quy trình hoạt động hệ thống PACS việc bệnh nhân đăng ký danh sách khám chữa bệnh hệ thống HIS đăng ký chụp chiếu hệ thống RIS; tới việc kỹ thuật viên thực việc chụp, chiếu, kiểm tra hình ảnh; bác sỹ chuyên khoa chẩn đốn hình ảnh xem, kiểm tra, đánh giá, kết luận tình trạng bệnh tật; chuyển kết đến khoa nội trú… lưu trữ hình ảnh Hình 1-24 Quy trình hoạt động PACS Bệnh nhân đăng ký danh sách khám bệnh hệ thống HIS, để chụp, chiếu đăng ký với hệ thống RIS Số phiếu khám xác định tự động RIS xuất thông báo định dạng HL7 liệu bệnh nhân tới máy tính giao tiếp PACS Máy tính giao tiếp PACS thông tin cho máy chủ lưu trữ lịch khám bệnh nhân 43 Theo chế nạp trước, thăm khám PACS trước bệnh nhân lịch khám chuẩn bị sẵn sàng máy chủ lưu trữ gửi tới máy trạm bác sỹ chun khoa chẩn đốn hình ảnh Bệnh nhân đến phòng chụp chiếu, máy chụp yêu cầu máy tính giao tiếp PACS danh sách chụp chiếu chuẩn DICOM Kỹ thuật viên chẩn đoán hình ảnh chụp, chiếu cho bệnh nhân gửi hình ảnh kèm liệu bệnh nhân theo định dạng DICOM đến máy trạm quản lý chất lượng Kỹ thuật viên chuyển ảnh chụp chiếu tới máy trạm chẩn đoán bác sỹ chẩn đốn hình ảnh Các ảnh đánh dấu chuẩn bị xong Khi ảnh tới máy trạm bác sỹ chun khoa chẩn đốn hình ảnh, chúng chuyển đến máy chủ lưu trữ Cơ sở liệu máy chủ lưu trữ cập nhật với ảnh đánh dấu chuẩn bị xong Máy chủ lưu trữ tự động phân phát ảnh chụp chiếu bệnh nhân tới máy trạm làm việc khác sở khoa/phòng mà bệnh nhân đăng ký nhập viện xác định thông báo định dạng HL7 HIS/RIS 10 Bác sỹ chẩn đốn hình ảnh đưa y lệnh, kết khám theo số phiếu khám hệ thống y lệnh Cơ sở liệu hệ thống lưu trữ tự động cập nhật thay đổi y lệnh, kết khám bác sỹ kết thúc việc chẩn đoán 11 Y tá ghi kết nạp y lệnh, kết khám báo cáo tương ứng với số phiếu khám hệ thống RIS 12 RIS xuất theo định dạng HL7 liệu báo cáo liệu trước cập nhật 44 13 Bác sỹ khoa chẩn đốn hình ảnh yêu cầu máy tính giao tiếp PACS báo cáo trước thăm khám làm máy trạm chẩn đoán, đọc kết 14 Các bác sỹ yêu cầu máy tính giao tiếp báo cáo máy trạm xem kết 1.7.2 Kiến trúc PACS đơn quy trình hoạt động Mơ hình PACS đơn có đặc điểm sau: Hình ảnh tự động gửi tới máy trạm chẩn đoán máy trạm xem kết từ máy chủ Các máy trạm u cầu/thu nhận hình ảnh từ máy chủ lưu trữ Các máy trạm có nhớ lưu trữ ngắn hạn Quy trình hoạt động PACS đơn hình đây: Hình 1-25 Quy trình hoạt động PACS đơn RIS thông báo cho chiết bị chẩn đốn hình ảnh máy chủ PACS có bệnh nhân đăng ký 45 Sau chụp chiếu, thiết bị chẩn đốn hình ảnh gửi ảnh tới máy chủ PACS Máy chủ PACS lưu trữ hình ảnh Nhiều hình ảnh phân phối tới máy trạm chẩn đoán máy trạm xem kết Máy chủ thực cách tự động theo cài đặt mặc định Máy chủ PACS nạp trước hình ảnh bệnh sử gửi đến máy trạm thích hợp Các máy trạm sử dụng chức yêu cầu/thu nhận DICOM tới máy chủ để tải hình ảnh Ngồi ra, việc tự động nạp trước lỗi, máy trạm gửi yêu cầu/thu nhận tới máy chủ để lấy hình ảnh bệnh sử bệnh nhân Mỗi máy trạm có nhớ riêng để lưu số lượng hồ sơ khám bệnh PACS Máy trạm chuyển lại kết khám bệnh cho máy chủ PACS sau đến RIS Ưu điểm mơ hình: Nếu máy chủ PACS trục trặc, ảnh từ thiết bị chẩn đốn từ máy tính giao tiếp thu nhận hình ảnh gửi ảnh trực tiếp đến máy trạm ấn định trước bác sỹ CĐHA tiếp tục làm việc, đọc ảnh Do có nhiều hình ảnh chẩn đốn nên bị liệu hình ảnh PACS Một số ảnh bệnh sử lưu máy trạm 46 Hệ thống bị ảnh hưởng hiệu hệ thống mạng ảnh thăm khám PACS nạp trước lên nhớ máy trạm xem Việc điều chỉnh tiêu đề DICOM phải thực thấy cần thực công tác đảm bảo chất lượng thăm khám trước lưu trữ Nhược điểm mơ hình: Người sử dụng phải dựa hồn toàn vào bảng định tuyến phân phối nạp trước hình ảnh PACS Vì hình ảnh gửi đến máy trạm xác định, máy trạm có danh sách khám khác nhau, gây nhiều bất tiện cho bác sỹ CĐHA đọc, xem lại thăm khám cho bệnh nhân máy trạm khác Việc sử dụng chức yêu cầu/thu nhận để lấy lại thăm khám từ máy chủ phức tạp Bác sỹ CĐHA đọc lại bệnh nhân từ máy trạm khác ca chụp, ảnh gửi đến nhiều máy trạm 1.7.3 Mơ hình PACS chủ - tớ quy trình hoạt động Mơ hình có đặc điểm chính, là: Ảnh thăm khám tưu trữ tập trung máy chủ PACS Từ danh sách thăm khám đơn máy trạm tạo danh sách đơn cho tồn thăm khám, từ người sử dụng lựa chọn bệnh nhân ảnh bệnh nhân từ máy chủ PACS Các máy trạm khơng có nhớ lưu trữ riêng, hình ảnh sau xem xong bị xóa bỏ thay ảnh khác 47 Luồng liệu quy trình hoạt động mơ hình PACS chủ - tớ hình Hình 1-26 Quy trình hoạt động mơ hình PACS chủ - tớ RIS thơng báo cho thiết bị hình ảnh máy chủ PACS có bệnh nhân đăng ký Sau chụp chiếu, thiết bị hình ảnh gửi ảnh tới máy chủ PACS Máy chủ PACS lưu trữ hình ảnh gửi đến Các máy trạm phải truy cập vào danh sách đầy đủ bệnh nhân đăng ký khám theo để lấy hình ảnh kết khám bệnh nhân từ máy chủ lưu trữ Để tăng hiệu việc thu nhận lại ảnh, danh sách thu ngắn lọc sơ Khi thăm khám chọn, ảnh thăm khám từ lưu trữ PACS nạp từ động vào nhớ hình ảnh máy trạm Các ảnh bệnh sử chuyển tới máy trạm tương tự Khi người sử dụng xem đọc xong, liệu hình ảnh xóa bỏ khỏi nhớ 48 Máy trạm gửi trở lại chẩn đốn hình ảnh tương ứng tới máy chủ PACS sau đến RIS Ưu điểm mơ hình: Tất hồ sơ bệnh án sẵn sàng máy trạm vào thời điểm hệ thống PACS, thuận lợi cho việc xem chẩn đoán bác sỹ Không cần chức nạp trước xếp q trình làm việc Khơng cần chức u cầu/thu nhận hình ảnh Người sử dụng cần chọn bệnh án từ danh sách máy trạm làm việc ảnh nạp tự động Vì gốc bệnh án PACS nằm máy chủ lưu trữ PACS chia sẻ cho máy trạm nên khơng xảy tình trạng chẩn đốn lại ảnh đọc Nhược điểm mơ hình: Máy chủ PACS điểm gây lỗi, gặp trục trặc, tồn hệ thống PACS khơng hoạt động Người dùng xem bệnh án máy trạm Các thăm khám nằm chờ thiết bị chẩn đốn hình ảnh máy chủ sửa chữa xong Do kiến trúc chủ - tớ phải thường xuyên tương tác với sở liệu nên hệ thống gặp phải lỗi việc gây hệ thống ổn định so với mơ hình PACS đơn Kiến trúc phụ thuộc vào chất lượng sở hạ tầng mạng, đặc biệt sử dụng mạng WAN Việc điều chỉnh tiêu đề DICOM để quản lý chất lượng hình ảnh khơng khả dụng ảnh lưu trữ 49 1.7.4 Mơ hình WEB Mơ hình PACS web kiến trúc tương tự mơ hình chủ - tớ Khác chỗ phần mềm chủ, tớ dùng cho ứng dụng web Mơ hình có hai ưu điểm so với mơ hình chủ - tớ là: Phần cứng máy trạm dựa tảng khác tùy thuộc hỗ trợ trình duyệt web Hệ thống linh động, mềm dẻo Các ứng dụng web sử dụng chỗ đâu có kết nối internet Nhược điểm mơ hình so với mơ hình chủ - tớ là, hệ thống bị giới hạn chức hiệu trình duyệt web Trong năm gầy đây, mơ hình chủ - tớ mơ hình web thể vượt trội 1.8 HIS Hệ thống thông tin bệnh viện (HIS) hệ thống quản lý máy tính để xử lý cơng việc sau bệnh viện: - Hỗ trợ hoạt động chăm sóc y tế cho bệnh nhân bệnh viện - Quản lý công việc hàng ngày bệnh viện tài chính, nhân sự, tiền lương, giường bệnh…) - Đánh giá chất lượng hoạt động bệnh viện đưa dự báo - Trong bệnh viện, trừ khoa dược khoa cận lâm sàng Chẩn đốn hình ảnh, xét nghiệm sinh hóa – huyết học có hoạt động khác với phận cịn lại bệnh viện nên có hệ thống quản lý riêng, lại sử dụng chung hệ thống thông tin bệnh viện Hệ thống thông tin bệnh viện ngồi việc hỗ trợ cơng tác chun mơn cịn hỗ trợ cơng việc hành đăng ký khám chữa bệnh, làm thủ tục vào viện, viện, chuyển khoa, chuyển viện, tốn viện phí… 50 1.9 RIS RIS viết tắt Radiology Information System - Hệ thống thơng tin chẩn đốn hình ảnh; có nhiệm vụ quản lý hoạt động chuyên môn Khoa chẩn đốn hình ảnh RIS kết hợp quy trình chụp chiếu bệnh nhân với sở liệu máy tính mà phận chụp chiếu chẩn đốn hình ảnh dùng để lưu trữ, hiệu chỉnh, phân phối liệu thơng tin hình ảnh bệnh nhân sau sử dụng để lập để kế hoạch chữa trị, báo cáo kết quả, theo dõi hình ảnh bệnh nhân trình điều trị RIS bổ sung cho HIS PACS RIS thơng thường hỗ trợ tính - Đăng ký, quản lý bệnh nhân, lịch chụp chiếu Quét (scaning) tài liệu, giấy tờ cần thiết - Kết nối với thiết bị chụp chiếu thông qua danh sách chụp chiếu (worklist) - Quản lý, lưu trữ kết - Chức sửa đổi, bổ sung văn báo cáo tùy chỉnh theo quyền cấp - Làm báo cáo, in ấn, fax, email báo cáo lâm sàng cho nơi liên quan - Dùng chuẩn y tế HL7 để giao tiếp RIS,PACS, HIS EMR 1.10 HL7 HL7 cung cấp phương thức để trao đổi, quản lý tích hợp liệu y tế điện tử thuộc chẩn đoán quản lý khơng phải liệu hình ảnh Health Levels tổ chức phi lợi nhuận thành lập năm 1987, tiêu chuẩn thừa nhận tiêu chuẩn giới để trao đổi, kết hợp, chia sẻ, truy xuất thông tin y tế điện tử bệnh viện tổ chức y tế Tên gọi HL7 bắt nguồn từ mơ hình truyền thơng lớp ISO Mỗi lớp có vai trị, lớp đến lớp đề cập đến truyền thông, bao gồm lớp Vật lý (Physical), Liên kết liệu (Data Link), Mạng (Network) Giao vận (Transport) Các lớp 5-7 đề cập đến chức Phiên (Session), Biểu diễn liệu 51 (Presentation) Ứng dụng (Application) Lớp lớp cao đề cập đến mức ứng dụng gồm khái niệm trao đổi liệu Mức hỗ trợ nhiều chức khác kiểm tra bảo mật, xác định người tham gia, cấu trúc liệu trao đổi… HL7 tạo “khả tương thích hệ thống quản lý bệnh nhân điện tử, hệ thống quản lý phịng khám, hệ thống thơng tin phịng xét nghiệm, nhà ăn, nhà thuốc, phịng kế tốn hệ thống ghi sức khỏe điện tử (EHR – electronic health record) hệ thống bệnh án điện tử (EMR – electronic medical record) 1.11 DICOM DICOM viết tắt cụm từ Digital Imaging and COmmunications in Medicine, tiêu chuẩn phổ quát hình ảnh y tế Nó cung cấp tất công cụ cần thiết để xử lý biểu diễn xác liệu hình ảnh y tế DICOM không ảnh hay định dạng file mà cịn bao gồm giao thức truyền liệu, lưu trữ hiển thị thông tin y tế, người ta xem DICOM tập chuẩn PACS có liên quan trực tiếp với DICOM thiết bị PACS thực chuẩn DICOM, chuẩn DICOM giúp chúng phối hợp hoạt động Mỗi thiết bị có chức riêng thực phần chuẩn DICOM cho chức đó, thiết bị PACS phần mềm phải có bảng tương thích DICOM kèm theo Bảng tương thích DICOM tài liệu quan trọng dùng để mô tả mức độ hỗ trợ chuẩn DICOM thiết bị Tất liệu giới thực bệnh nhân, kiểu thăm khám, thiết bị y tế… DICOM xem đối tượng với thuộc tính.Việc định nghĩa đối tượng thuộc tính chuẩn hóa theo định nghĩa đối tượng thông tin DICOM (IOD1) IOD tập hợp thuộc tính dùng để mô tả Information Object Definition 52 đối tượng Ví dụ, IOD bệnh nhân bao gồm thuộc tính tên bệnh nhân, số CMT, giới tính, tuổi, cân nặng… DICOM có danh sách 2000 thuộc tính tiêu chuẩn gọi từ điển liệu DICOM (DICOM Data Dictionary) để đảm bảo tính đơn việc đặt tên, định dạng xử lý Tất thuộc tính DICOM định dạng theo 27 kiểu biểu diễn giá trị (VR1) bao gồm tên, tuổi, ngày, giờ… Khi liệu ghi vào theo kiểu thuộc tính liệu DICOM, truyền xử lý nhiều thiết bị phần mềm DICOM, thiết bị phần mềm gọi thực thể ứng dụng (AE2) Các AE cung cấp dịch vụ cho Có thể có nhiều AE thiết bị Mỗi dịch vụ thường có số liệu cần trao đổi (thường qua mạng máy tính) nên có kết hợp dịch vụ với liệu (của đối tượng IOD) mà xử lý DICOM gọi kết hợp cặp đối tượng-dịch vụ (SOP3) nhóm cặp SOP thành lớp SOP Ví dụ lưu trữ ảnh CT từ máy chụp CT vào lưu trữ PACS SOP CT Storage Trong ví dụ trên, ảnh CT IOD, máy chụp CT yêu cầu lưu trữ cung cấp dịch vụ CT storage lưu trữ cung cấp dịch vụ lưu trữ CT storage cho máy chụp CT DICOM gọi đối tượng yêu cầu dịch vụ SCU4 đối tượng cung cấp dịch vụ SCP5, ví dụ máy chụp CT đóng vai trò SCU lưu trữ SCP Sự phân loại tương đối, vai trò SCU/SCP thay đổi tùy theo logic việc xử lý Khi liệu trao đổi cặp SCU SCP gọi liên kết Mỗi lần truyền qua mạng bắt đầu việc thiết lập liên kết, gọi bắt tay DICOM, hai ứng dụng kết nối để trao đổi thơng tin cho Thông tin Value Representation Application Entity Service-Object Pair Service Class User Service Class Provider 53 gọi giới thiệu tình trạng1 Nếu hai ứng dụng thấy phù hợp, chúng kết nối với bắt đầu trình xử lý SCU-SCP DICOM chuẩn dùng để trao đổi liệu hình ảnh y tế thiết bị hệ thống thông tin bệnh viện DICOM điều kiện sống cho thiết bị kết nối phối hợp hoạt động DICOM làm đơn giản hóa, chuẩn hóa giao diện kết nối loại thiết bị nhà sản xuất với DICOM quy định chi tiết đặc điểm kỹ thuật cho nhà sản xuất thiết bị, cịn bao gồm tiêu chuẩn cho việc truyền, lưu trữ, in ấn hình ảnh y tế nhờ thơng tin hình ảnh y tế dễ dàng trao đổi thiết bị hình ảnh y tế, máy trạm, máy chủ, thiết bị lưu trữ máy in Nó tiêu chuẩn toàn cầu sử dụng hầu hết bệnh viện, trung tâm y tế toàn giới Phiên chuẩn DICOM phát hành năm 1985 Đến năm 1992 phiên thứ ba DICOM đưa Hiện sử dụng DICOM 3.0 cập nhật thêm vào nhiều lớp dịch vụ nhiều loại thiết bị Toàn chuẩn DICOM 3.0 gồm có 18 phần, 3000 trang tài liệu DICOM khơng vào chi tiết ví dụ phần cứng máy tính, hệ điều hành, cấu trúc liệu, ngơn ngữ lập trình cách xử lý liệu khơng có giấy phép cho thiết bị hình ảnh y tế sử dụng chuẩn DICOM DICOM bao gồm nhiều dịch vụ, chủ yếu liên quan đến việc truyền liệu qua mạng Các dịch vụ phân loại thành vùng ứng dụng DICOM Các vùng gồm có truyền ảnh qua mạng, quản lý nghiên cứu hình ảnh, quản lý in hình ảnh trao đổi phương tiện mở 1.11.1 Cấu trúc chuẩn DICOM DICOM tài liệu gồm nhiều phần Các phần liên quan nằm độc lập với Theo tài liệu (năm 2003), DICOM bao gồm thành phần sau đây: Presentation Context 54 PS 3.1 Giới thiệu tổng quan (Introduction and Overview) PS 3.2 Tương thích (Conformance) PS 3.3 Định nghĩa đối tượng thông tin (Information Object Definition) PS 3.4 Đặc điểm lớp dịch vụ ( Service Class Specification) PS 3.5 Cấu trúc liệu mã hoá (Data Structrure and Encoding) PS 3.6 Từ điển liệu (Data Dictionary) PS 3.7 Trao đổi tin (Message Exchange) PS 3.8 Hỗ trợ truyền thông mạng dùng cho trao đổi tin (Network Communication Support for Massage Exchange) PS 3.9 Hỗ trợ truyền thông điểm-tới-điểm cho trao đổi tin (Point-to-point Communication Support for Message Exchange) Phần bỏ PS 3.10 Thiết bị lưu trữ đinh dạng tập tin cho trao đổi liệu (Media Storage and File Format for Data Interchange) PS 3.11 Sơ lược ứng dụng lưu trữ tin PS 3.12 Định dạng thiết bị thiết bị vật lý dùng cho trao đổi liệu (Media Formats and Physical Media for Data Interchange) PS 3.13 Hỗ trợ quản lý in điểm-tới-điểm (Print Management Point-to-Point Communication Support) Phần bỏ PS 3.14 Chức hiển thị chuẩn mức xám (Grayscale Standard Display Function) PS 3.15 Sơ lược an toàn (Security Profiles) PS 3.16 Nguồn ánh xạ nội dung (Content Mapping Resource) 1.11.2 Các lớp dịch vụ DICOM Theo chuẩn DICOM, định nghĩa đối tượng thông tin IOD1 xác định đối tượng thơng tin hình ảnh y tế hay báo cáo chẩn đoán, lớp dịch vụ xác định loại dịch vụ cấp cho đối tượng thông tin Mỗi lớp dịch vụ gồm đối tượng cung cấp lớp dịch vụ SCP2 đối tượng sử dụng lớp dịch vụ SCU3 SCP Information Object Definition Service Class Provider Service Class User 55 đối tượng cung cấp dịch vụ SCU đối tượng sử dụng dịch vụ Bộ phận DICOM cặp đối tượng dịch vụ SOP1, phận tạo kết hợp lớp dịch vụ với lớp đối tượng thông tin Một lớp SOP chức DICOM, ví dụ lớp dịch vụ quản lý in, lớp dịch vụ lưu trữ, lớp dịch vụ truy vấn/lấy thông tin DICOM tập hợp lớp SOP tương thích DICOM tương thích với lớp SOP khơng phải tương thích với phiên DICOM 1.11.2.1 Dịch vụ truy vấn/lấy thông tin Dịch vụ truy vấn/lấy thông tin DICOM cung cấp khả liên kết hai thiết bị, nhờ thiết bị hình ảnh gửi hình ảnh, truy vấn thiết bị hình ảnh từ xa, lấy hình ảnh Dịch vụ thường xuyên thực thiết bị chẩn đốn hình ảnh, máy trạm thiết bị lưu trữ hình ảnh Dịch vụ cho phép máy trạm tìm kiếm hình ảnh, gửi lệnh để lấy hình ảnh từ máy chủ lưu trữ máy trạm khác Hai thực thể ứng dụng AE2 lớp SOP dịch vụ truy vấn/lấy thông tin đóng vai trị SCU AE cịn lại đóng vai trị SCP 1.11.3 Dịch vụ lưu trữ Lớp dịch vụ lưu trữ DICOM dùng cho lưu trữ qua mạng liệu SOP Dịch vụ lưu trữ DICOM lớp dịch vụ ứng dụng dùng để gửi hình ảnh đối tượng có liên quan (ví dụ báo cáo có cấu trúc) tới máy trạm hiển thị hình ảnh thiết bị lưu trữ hình ảnh Dịch vụ cho phép truyền hình ảnh, dạng sóng, báo cáo… từ AE tới AE khác Lớp dịch vụ thực lưu trữ tạo để tiện cho việc thực lưu trữ Nó cho phép AE đóng vai trị SCU để yêu cầu AE khác làm SCP thực việc lưu trữ liệu SOP SCP xác định cách thực việc lưu trữ, Service Object Pair Application Entity 56 liệu SOP ảnh DICOM báo cáo chẩn đốn lưu trữ truy câp sau SCU định có xóa hay khơng liệu SOP sau SCP thực xong việc lưu trữ Dịch vụ thực lưu trữ dùng để xác định việc lưu trữ thành công lưu trữ cục từ xa Một máy trạm thiết bị hình ảnh sử dụng dịch vụ để xác định xem liệu an tồn để xóa hình ảnh khỏi nhớ cục hay chưa 1.11.4 Dịch vụ in Lớp dịch vụ quản lý in lớp dịch vụ mức ứng dụng dùng để in hình ảnh thơng tin liên quan lên phim Các hình ảnh gửi đến đích máy in DICOM in theo kích thước tiêu chuẩn, việc in ấn thực qua mạng 1.11.5 Danh sách cơng việc thiết bị tạo ảnh Các ứng dụng DICOM ngồi việc truyền lưu trữ hình ảnh y tế cịn nâng cao chất lượng, hiệu cơng tác y tế Danh sách công việc MWL1 cấu trúc biểu diễn thông tin liên quan đến loạt tác vụ mục danh sách Lớp SOP MWL lớp dịch vụ ứng dụng, cho phép kết hợp thiết bị tạo ảnh y tế với nhiều hệ thống thông tin khác RIS, hệ thống lưu trữ qua hệ thống mạng MWL kết nối bước thực công việc theo quy trình tới thiết bị tạo ảnh thực thể liên quan đến bước quy trình Một số thông tin MWL dùng cho thiết bị chẩn đốn hình ảnh, phần cịn lại dành cho người vận hành thiết bị chẩn đoán Trước thực cơng tác chụp chiếu cho bệnh nhân, MWL cho phép thiết bị tạo ảnh tự động lấy thông tin riêng bệnh nhân, số kiểu chụp chiếu lịch chụp chiếu từ RIS, nhờ giảm nhiều thao tác lỗi sai sót người vận hành phải nhập tay thơng tin Ngay sau thiết bị tạo ảnh thực cơng việc, gửi u cầu dịch vụ tới RIS để báo bước cơng việc bắt đầu thực MWL cập nhật Sau việc tạo ảnh thực xong, danh sách công việc hiển thi Modality Worklist 57 máy trạm thị trạng thái hoàn thành cho việc chụp chiếu cho phép bác sỹ chẩn đốn hình ảnh nhập báo cáo chẩn đốn Mục đích chức MWL để nâng cao hiệu hoạt động thiết bị tạo ảnh y tế 58 CHƯƠNG Thiết kế hệ thống thu thập, lưu trữ xử lý liệu hình ảnh y tế bệnh viện K 2.1 Thực trạng hệ thống thiết bị hình ảnh bệnh viện K Bệnh viện K trải rộng với sở, sở I 43 Quán Sứ, Hoàn Kiếm, Hà Nội; sở II Tam Hiệp; sở III Tân Triều Tại sở III, hệ thống thiết bị chẩn đốn hình ảnh kỹ thuật số hồn tồn 2.1.1 Trang thiết bị chẩn đốn hình ảnh Cơ sở I có 01 máy X-quang DR, 03 máy X-quang CR, 03 máy X-quang chụp vú CR, 03 máy CT, 01 máy SPECT 01 máy chụp cộng hưởng từ MRI Cơ sở II có 01 máy X-quang CR, 01 máy X-quang chụp vú CR 01 máy CT Cơ sở III có 02 máy X-quang DR, 01 máy X-quang di động DR, 03 máy Xquang chụp vú DR, 03 máy CT 01 máy chụp cộng hưởng từ MRI Bệnh viện có hệ thống HIS, LIS chưa có RIS, liệu bệnh nhân vào rời rạc thiết bị chẩn đốn hình ảnh, chưa có đồng với HIS với tồn hệ thống chẩn đốn hình ảnh 2.1.2 Những tồn Hầu hết hệ thống chẩn đốn hình ảnh bệnh viện K kỹ thuật số việc sử dụng lại phim X-quang Kết sau chụp, thăm khám cho bệnh nhân in phim chuyển tới bác sỹ chẩn đốn hình ảnh đọc, ghi kết Sau tờ phim kết chuyển tới khoa khác q trình điều trị cho bệnh nhân Việc chẩn đốn, nghiên cứu, kiểm tra bệnh sử bệnh nhân tiến hành phim X-quang, chưa tận dụng ưu hệ thống kỹ thuật số: khả tìm kiếm, thống kê, phóng to hình ảnh, liệu liên quan… 59 Hình ảnh y tế bệnh nhân lưu khoảng thời gian hữu hạn (khoảng tháng) thiết bị chẩn đốn hình ảnh sau bị thiết bị tự động xóa để dùng nhớ cho hình ảnh Dữ liệu lưu trữ có phim X-quang Việc đọc, điều chỉnh hình ảnh, in phim thực máy tính thiết bị hình ảnh làm giảm hiệu hoạt động thiết bị Lãng phí tài ngun hệ thống, lãng phí liệu bệnh nhân 2.2 Yêu cầu thiết kế Thiết kế hệ thống thu thập, lưu trữ xử lý liệu hình ảnh y tế cho sở Tân Triều bệnh viện K Yêu cầu thiết kế dựa yếu tố sau: Thứ nhất, toàn thiết bị chẩn đốn hình ảnh thiết bị số hóa hồn tồn; thiết bị mới, sản xuất từ năm 2012 trở đi, tương thích chuẩn DICOM 3.0 Các liệu hình ảnh y tế bệnh nhân lưu trữ thời gian hữu hạn bị tự động xóa gây lãng phí tài ngun liệu bệnh nhân, lãng phí cơng thiết bị Hệ thống mạng nội tương đối tốt Việc điều trị bệnh viện đa mô thức, tức để đạt kết điều trị cao, bệnh nhân phẫu thuật cắt bỏ khối u – thực khoa Phẫu thuật – Gây mê hồi sức, theo dõi, kiểm tra, điều trị - thực khoa ngoại, điều trị hóa chất – thực khoa nội, xạ trị - thực khoa xạ Các khoa xa liệu hình ảnh bệnh nhân có tờ phim in lần 60 2.3 Mơ hình thiết kế Để giảm thiểu thay đổi, giảm thiểu ảnh hưởng gây gián đoạn cơng việc khoa Chẩn đốn hình ảnh để đảm bảo nhu cầu lưu trữ liệu hình ảnh y tế, tơi lựa chọn mơ hình Web Server Distribution, máy chủ PACS máy tính cài đặt phần mềm DICOM server mã nguồn mở phần mềm eFilm tương tự kết nối iSCSI với lưu trữ NAS( máy tính cài phần mềm NAS mã nguồn mở) Hình 2-1 Mơ hình Web Server Distribution 2.4 Phương án thực Giai đoạn I: thiết kế, thử nghiệm hoạt động hệ thống máy chủ máy lưu trữ máy tính cài phần mềm DICOM server eFilm, đồng thời cài phần mềm VM để giả lập lưu trữ NAS Giai đoạn II: sở kết giai đoạn I kết hợp với số liệu thực tế khối lượng liệu hình ảnh y tế khoa Chẩn đốn hình ảnh để tính tốn, lựa chọn phần cứng phù hợp, đảm bảo yêu cầu thiết kế 61 Kích thước số loại hình ảnh y tế: Loại thiết bị tạo ảnh Kích thước ảnh (bit) Số lượng ảnh lần thăm khám Dung lượng ca thăm khám (MB) X-quang số 2048 × 2048 × 12 12 Mammo số 2560 × 4280 × 12 30 MRI 320 × 320 × 12 Trên 200 Trên 30 SPECT 512 × 512 × 12 10 CT 16 lát 512 × 512 × 12 10 Bảng 2-1 Dung lượng lưu trữ số loại hình ảnh y tế 2.5 Cài đặt hệ thống thử nghiệm 2.5.1 Cài đặt lưu trữ NAS Giả lập máy tính với ổ cứng, có ổ cứng 40GB dùng làm ổ lưu trữ RAID 5, ổ cứng 8GB ổ USB để cài phần mềm NAS4Free Hình 2-2 Cấu hình máy tính mơ NAS 62 Khởi động cài đặt phần mềm NAS4Free lên ổ cứng 8GB, cài đặt thành cơng, hình hiển thị sau: Hình 2-3 Bộ NAS khởi động xong Máy tính máy ảo subnet mạng, dải địa nên ta giữ nguyên địa mạng máy ảo Trên máy tính vào trình duyệt web vào địa http://192.168.1.250 nhập User name “admin” Password “nas4free” ta vào trang cài đặt phần mềm Chọn Tab Disk Management thêm vào ổ cứng 40GB Sau chọn HDD Format để định dạng cho ổ với filesystem SoftRaid 63 Hình 2-4 Thêm ổ cứng cho NAS Sau thêm ổ cứng, ta vào Software RAID để tạo ổ lưu trữ RAID từ ổ cứng Hình 2-5 Tạo lưu trữ RAID 64 Và thu được: Hình 2-6 Ổ đĩa RAID Khi có ổ RAID 5, ta tạo kết nối lưu trữ đến ổ Vào Tab Disks chọn mục Mount Point Hình 2-7 Kết nối ổ đĩa RAID vào hệ thống 65 Hình 2-8 NAS với ổ đĩa RAID Khi hoàn thành xong việc tạo ổ RAID 5, ta cần tạo địa đích lưu trữ cho máy khách việc cài đặt NAS hồn thành: Hình 2-9 Địa đích lưu trữ tới NAS 66 Để kết nối với NAS, máy tính dùng làm PACS server (cài đặt phần mềm eFilm) ta vào Control Panel System and Security Administrative Tool chạy iSCSI initiator điền địa iqn.2007-09.jp.ne.peach.istgt:4eFilm vào Target kích vào nút Connect Khi máy tính kết nối thêm ổ lưu trữ Hình 2-10 Máy tính kết nối NAS qua iSCSI Hình 2-11 Máy tính với ổ đĩa iSCSI 67 2.5.2 Cài đặt phần mềm eFilm Cài đặt phần mềm eFilm vào máy tính Tiếp theo, ta cài đặt lại đường dẫn cho liệu hình ảnh mà phần mềm eFilm thu nhận lưu trữ: Hình 2-12 Lưu trữ liệu hình ảnh NAS Và tồn việc cài đặt hệ thống thu thập, lưu trữ xử lý liệu hình ảnh y tế hồn thành Để thiết bị hình ảnh y tế gửi ảnh tới hệ thống, ta cần cài đặt địa DICOM phần mềm eFilm vào thiết bị hình ảnh 68 Hình 2-13 Địa DICOM để nhận hình ảnh Khi kết nối hệ thống thử nghiệm với số thiết bị hình ảnh y tế khoa Chẩn đốn hình ảnh bệnh viện, hệ thống hoạt động theo yêu cầu đặt 2.6 Triển khai hệ thống thực tế Tại thời điểm tại, số lý khách quan nên chưa thực hệ thống thực tế Tuy nhiên, với kết đạt giai đoạn thử nghiệm, chắn việc triển khai thực tế thành công Trong thời gian tới, tiếp tục thực hoàn thành hệ thống thu thập, lưu trữ xử lý liệu hình ảnh y tế sở Tân Triều bệnh viện K 69 CHƯƠNG Kết bàn luận Trong giai đoạn I, hệ thống thử nghiệm hoạt động tốt, thực yêu cầu đặt ra, thu nhận hình ảnh từ thiết bị hình ảnh y tế; lưu trữ liệu vào lưu trữ NAS mạng nội bộ; xem lại, hiệu chỉnh hình ảnh đó… Tại thời điểm thử nghiệm, hệ thống thu nhận đồng thời liệu chuyển đến từ thiết bị hình ảnh( MRI Echelon 1,5T, CT Scenaria 64 Slices CT Eclos 16 Slices) qua mạng HUB tốc độ 100Mbps Do việc bố trí, lắp đặt thiết bị hình ảnh hệ thống mạng nội bệnh viện không thuận lợi cho việc thử nghiệm nên tạm thời chưa kết nối tất thiết bị hình ảnh y tế khoa Chẩn đốn hình ảnh với hệ thống thử nghiệm, thời gian thử nghiệm chưa nhiều để có đánh giá tổng hợp Tuy nhiên, với kết thực được, cho việc xây dựng hệ thống thu thập, lưu trữ xử lý liệu hình ảnh y tế cho sở Tân Triều bệnh viện K giai đoạn II hoàn toàn khả thi Để thực giai đoạn II, cần thu thập số liệu thực tế khoa Chẩn đốn hình ảnh số lượng ca chụp trung bình ngày thiết bị hình ảnh y tế, nhu cầu phát triển khoa, bệnh viện để lựa chọn thiết bị phần cứng phần mềm, lựa chọn tốc độ mạng phù hợp Bệnh viện K có sở, tơi cịn cần phải nghiên cứu thêm việc cài đặt kết nối với hệ thống NAS qua mạng Internet để lưu trữ liệu hình ảnh y tế sở Quán Sứ sở Tam Hiệp hai sở truy vấn liệu hình ảnh y tế sở Tân Triều Trong hệ thống này, sử dụng phần mềm eFilm để làm máy chủ lưu trữ Cần phải nghiên cứu thêm liệu sở liệu eFilm có mở, sử dụng cho phần mềm khác, hệ thống PACS khác hay không, kết nối với hệ thống HIS bệnh viện không 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO Huang, H K (2010), PACS and imaging informatics: basic principles and applications, John Wiley & Sons , Inc., Hoboken, New Jersey Oleg S Pianykh (2012), Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM): A Practical Introduction and Survival Guide, Springer Heidelberg Dordrecht London New York Yu Liu and Jihong Wang (2011),PACS and digital medicine : essential principles and modern practice, Taylor & Francis Group, USA 71 ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Bùi Tuấn Nam NGHIÊN CỨU VÀ X? ?Y DỰNG MỘT HỆ THỐNG THU THẬP, LƯU TRỮ VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU HÌNH ẢNH Y TẾ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THU? ??T... Quản lý lưu trữ đĩa từ m? ?y chủ lưu trữ (DICOM) wsreq Giải y? ?u cầu truy vấn xử lý display từ m? ?y trạm (DICOM) display Báo cho m? ?y chủ lưu trữ việc nhận hình ảnh (DICOM) Bảng 1-3 Mơ tả xử lý hệ thống. .. kết xử lý xen kẽ chương trình ch? ?y m? ?y chủ PACS m? ?y chủ lưu trữ Bảng sau mơ tả chức q trình xử lý Các tác vụ mà hệ 33 thống m? ?y chủ thực bao gồm nhận hình ảnh, xếp ảnh, định tuyến ảnh, lưu trữ ảnh,