IMAGENES DICOM Y SERVIDORES PACS

 ¿Qué son las imágenes DICOM?

El estándar DICOM es el mecanismo de codificación, almacenamiento y transmisión de imágenes aceptado universalmente por la comunidad médica. La cabecera de este formato, extremadamente rica, permite almacenar información sobre el paciente, las condiciones en las que se tomó la imagen, y el formato interno de ésta. La introducción de imágenes médicas digitales en la década de los setenta y el uso de ordenadores para el procesamiento de estas imágenes una vez adquiridas llevó al American College of Radiology (ACR) y a la National Electrical Manufacturers Association (NEMA) a formar un comité conjunto para crear un método estándar para la transmisión de imágenes médicas y su información asociada. Este comité, formado en 1983, publicó en 1985 el estándar ACR-NEMA. Antes de esto, la mayoría de los dispositivos almacenaban las imágenes en un formato propietario y transferían ficheros de estos formatos propietarios a través de una red o en dispositivos de almacenamiento portátiles para llevar a cabo la comunicación de las imágenes. Con el lanzamiento de la versión 3.0 se cambió el nombre a Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM), y se añadieron numerosas mejoras para las comunicaciones estandarizadas. DICOM no es sólo un formato de fichero para imágenes médicas. De hecho, pretende ser un estándar completo que cubra todas las necesidades de un PACS (Pictures Archiving and Communication System): almacenamiento, pero también transmisión, comunicaciones en general e impresión. De esta forma, se integran todas las máquinas que forman un PACS, desde los equipos médicos encargados de la obtención de imágenes hasta los clientes usados por el personal clínico para visualizar las imágenes. Él estándar DICOM facilita la interoperatividad de los equipos de imágenes médicas especificando:

• Para las comunicaciones de red, un conjunto de protocolos que deben ser seguidos por los dispositivos conformes al estándar. 
• Sintaxis y semántica de los comandos y la información asociada que puede ser intercambiada usando estos protocolos. 
• Para la comunicación de datos, un conjunto de servicios para el almacenamiento de datos que deben ser seguidos por los dispositivos conformes al estándar, así como un formato de fichero y una estructura de directorio médico para facilitar el acceso a las imágenes y a la información relacionada almacenada en medios de intercambio. 
• La información que debe suministrarse con una implementación conforme al estándar.

Un fichero DICOM contiene, por una parte, una cabecera de fichero que almacena información sobre el nombre del paciente, el tipo de escáner, las dimensiones de la imagen, etc., y por otra parte, todos los datos correspondientes a la imagen almacenada (que puede tratarse de una imagen tridimensional, como en el caso que nos ocupa). Ésta es la primera gran diferencia con el formato Analyze, que almacena en sendos ficheros la cabecera y la imagen. Otra gran diferencia entre DICOM y Analyze radica en que los datos de imagen del fichero DICOM pueden ser comprimidos (encapsulados) para reducir el tamaño de la imagen. La compresión puede llevarse a cabo a través de variantes con o sin pérdidas de la compresión JPEG, así como haciendo uso de la codificación Run-Length (equivalente a la compresión por bits empaquetados que se utiliza en los formatos de imagen TIFF).

Estructura de un fichero DICOM 

El formato de fichero DICOM es muy complejo, debido a la gran cantidad de campos que se especifican en la cabecera, así como los varios tipos de cabecera que permite y la multitud de formatos en los que puede estar grabada la imagen. Desde el punto de vista del implementador, un fichero DICOM se puede dividir en cuatro partes diferenciadas: Preámbulo y prefijo identificativo del fichero. Meta-cabecera. Cabecera. Imagen (aunque desde el punto de vista del formato, la imagen es un elemento más de la cabecera). 

Preámbulo y prefijo identificativo del fichero 

El preámbulo tiene un tamaño fijo de 128 bytes, y está pensado para tener un uso definido por la implementación. Por ejemplo, puede contener información sobre el nombre de la aplicación usada para crear el fichero, o puede tener información que permita a aplicaciones acceder directamente a los datos de la imagen almacenada en el fichero. El prefijo consiste en cuatro bytes que contienen la cadena de caracteres DICOM. Esta cadena debe estar codificada siempre con las letras en mayúscula y usando el repertorio de caracteres ISO 8859 G0. El propósito de este prefijo es permitir a las implementaciones diferenciar si un fichero es DICOM o no. Elementos de datos La cabecera y la meta-cabecera de un fichero DICOM consisten en una serie de campos con toda la información necesaria sobre la imagen en cuestión, incluyendo la propia imagen. Entre estos campos se encuentran, por ejemplo, datos sobre el paciente (nombre, sexo), sobre el tipo de imagen y muchos más. Al conjunto de toda la información codificada sobre un campo se le conoce con el nombre de Elemento de Datos (Data Element). Así, tanto la cabecera como la meta-cabecera de un fichero DICOM consisten en una sucesión de elementos de datos.

Un elemento de datos está constituido por los campos: 

• Etiqueta del Elemento de Datos (Data Element Tag): sirve para identificar cada elemento de datos de forma unívoca. Esta etiqueta está constituida por un Número de Grupo (Group Number) y un Número de Elemento (Element Number). En el documento número 6 del estándar están las descripciones de todos los elementos de datos, ordenadas según esta etiqueta. En el documento número 3 del estándar se explica el propósito de cada uno de ellos, así como su obligatoriedad. En estos documentos, y por seguir la nomenclatura también en éste, se suele representar como un vector de dos dimensiones, siendo la primera el número de grupo, y la segunda el número de elemento, en hexadecimal con cuatro dígitos. Por ejemplo, si el número de grupo es ocho y el número de elemento es doce, la etiqueta será (0008, 000C). 

• Representación del Valor (Value Representation, abreviado VR): indica la forma en que se codifica el valor del elemento. Por ejemplo el valor puede estar codificado como una cadena de caracteres o un entero sin signo. El campo VR no siempre está codificado en el elemento de datos, sino que depende de la sintaxis de transferencia. 

• Longitud del Valor (Value Length): como su nombre indica, es la longitud del campo Valor.

• Valor (Value): es el valor del elemento de datos, codificado según el campo VR y con la longitud que indica el campo Longitud del Valor. Por ejemplo, para el elemento de datos Nombre del paciente (0010, 0010) el valor podría ser “Juan Expósito”, con una longitud del valor igual a diez y con la representación de valor PN (Person Name).

                       

 
  

Almacenamiento y transmisión de imágenes PACS

¿QUÉ ES UN PACS? 

Un PACS es un sistema de almacenamiento y distribución de imagen. Esta definición corresponde a la traducción literal de sus siglas Picture Archiving and Comunications System. Normalmente asociamos este sistema a Radiología, debido a que este servicio es el principal generador de imagen de un hospital y además el de mayor consumo. En un sentido más estricto lo podríamos considerar como un sistema de almacenamiento de imagen radiológica, normalmente recibida de las distintas modalidades. Entendemos por Modalidad, cada una de las técnicas usadas para la obtención de imagen: Tac, Resonancia, Ecografía. El protocolo específico que utilizan los sistemas PACS es el DICOM (Digital Imaging Communication on Medicine), aunque también se pueden usar otros protocolos específicos para capturar las imágenes.

UNIDADES FUNCIONALES 

La unidad funcional del PACS es el estudio. Las imágenes no se suelen tratar de forma independiente, sino que se agrupan en series estas a su vez se agrupan en estudios. Un estudio por tanto puede contener una o varias series, cada una de ellas con una o varias imágenes. Esta agrupación de imágenes/series/estudios ya viene estructurada desde su origen en las distintas modalidades debiendo coincidir a su vez con el criterio elegido para definir estudios utilizado en el Sistema de Información Radiológico.

Representación esquemática de un sistema PACS

PROTOCOLO DICOM 

Como ya hemos dicho DICOM es el acrónimo de Digital Imaging and Communication on Medicine. Desarrollado por el American College of Radiology y el National Electrical Manufacturers Association es un standard que permite el intercambio de imágenes médicas e información de paciente, estableciendo una serie de normas que deben respetar todos los fabricantes. El que los equipos dispongan del protocolo DICOM no implica que éstos puedan comunicarse directamente. La comunicación entre sistemas se consigue mediante la definición de una serie de parámetros que especifican las particularidades de la transmisión de información entre ellos. Los parámetros mínimos requeridos son: El AE_TITLE (nombre de la aplicación), la dirección IP (Internet Protocol) y el puerto de comunicación . El protocolo DICOM dispone de diferentes funcionalidades (o servicios), entre ellos:

 

• Servicio de Almacenamiento o Archivo. (Storage). 

• Servicio de Consulta y Recuperación . (Query/Retrieve). 

• Servicio de Impresión. (Print Management ). 

• Servicio de gestión de Lista de Trabajo. (Basic Worklist Management).

 

Para cada uno de los dispositivos que se comunican usando el protocolo DICOM, el fabricante está obligado a crear un documento de Conformidad DICOM en el que debe indicar todos los servicios soportados. Este documento se denomina "Conformance Statement" (Declaración de conformidad). La comunicación se establece como una especie de diálogo en la que uno de las partes toma el Rol de "Usuario" mientras que la otra parte toma el Rol de "Proveedor", es decir, estos sistemas funcionan con una arquitectura clásica cliente/servidor.

Ejemplo: Cuando un TAC quiere imprimir en una impresora. La impresora sería el proveedor de servicio de impresión, mientras que el TAC asume el rol de usuario de dicho servicio. No es necesario disponer de todos los servicios cuando se adquiere alguna modalidad DICOM. Pero es muy interesante solicitar la funcionalidad deseada, porque algunos fabricantes suelen vender las licencias de algunos servicios por separado. 

Ejemplo: 

• La opción de Worklist (lista de trabajo), puede incluirse o no en la oferta de determinado equipo. 

• Podemos solicitar un Ecógrafo que incorpore la opción de "Worklist". Pero si no disponemos de un equipo "Proveedor" de la información. La lista de trabajo siempre estará vacía.

¿CÓMO ES FÍSICAMENTE UN PACS? 

Un PACS puede estar compuesto por uno o varios servidores, junto con uno o varios dispositivos de almacenamiento secundario. Todo esto gestionado por un software el cual suele estar dispuesto en módulos funcionales que actúan todos ellos como un conjunto. 

Estos servidores son los que proveen de información a los clientes exclusivos del PACS, que están constituidos por un PC con su correspondiente programa cliente y con monitores de gran resolución. 

¿CUÁNDO SE POSEE UN PACS? 

Si nos atenemos al sentido estricto de la definición cualquier programa que funcione en un ordenador y sea capaz de almacenar imágenes y recuperarlas de forma más o menos automática constituyen un PACS. Pero esta solución no es válida para un servicio de radiología de un hospital. Diremos que disponemos de un PACS cuando poseemos un almacén lógico de imágenes las cuales pueden ser recuperadas desde programas habilitados para tal fin, según nuestra necesidad, ya sea de forma inmediata para estudios actuales o de forma retardada para estudios almacenados en dispositivos de almacenamiento secundario. Supongo que después de dar tantas vueltas los conceptos siguen sin estar del todo claros: Voy a usar un ejemplo para clarificarlo. "El propietario de un Mercedes considera que tiene un coche, seguramente el propietario de un Twingo también lo considere. Aunque para el propietario del Mercedes no lo considere como tal. Pero ambos coincidirán en que el propietario de un Motocarro no tiene un coche". Al final de la discusión todo se resume en un tema de cilindrada. En los PACS ocurre exactamente lo mismo un Hospital con 1000 camas necesitará un PACS dimensionado para soportar una carga de trabajo mayor que una clínica de 50 camas y ambos pueden poseer un PACS. Pero si un usuario tiene un programa que permite almacenar y recuperar imágenes en su PC, seguramente ambos Hospitales no lo considerarán como tal. 

INTEGRACIÓN RIS-PACS (HIS-PACS) 

Cuando hablamos de RIS nos estamos refiriendo al Sistema de Información Radiológico (SIR) ya que RIS es el acrónimo de Radiology Information System. RIS es el programa que gestiona las tareas administrativas del departamento de radiología: citaciones, gestión de salas, registro de actividad e informes. Algunos hospitales no disponen de RIS como tal, sino que su sistema de sistema de información forma parte del programa de gestión del hospital, más conocido por HIS (Sistema de Información Hospitalaria). El PACS no es un ente aislado que recibe y distribuye imagen. La interacción con el RIS es fundamental para el mejor aprovechamiento de las capacidades del PACS. El RIS proporcionará al PACS toda la información sobre las citaciones existentes, esto implica que cualquier estudio que queramos almacenar en el PACS ha de tener una cita previa en el RIS. A su vez el PACS notificará al RIS que el estudio ha sido realizado y completado para posteriormente proporcionar al radiólogo las imágenes de la exploración realizada de forma que éste pueda elaborar el informe correspondiente en el RIS. Una vez finalizado éste, el RIS envía una copia al PACS y la notificación de que el informe ha sido realizado. Para realizar todo este intercambio de información se utilizan diferentes protocolos, el estándar para intercambio de información médica es el HL7 (Health Layer 7), aunque existen otros como IDEAS (Intercambio de datos entre aplicaciones sanitarias) desarrollado por la Conselleria de Sanidad de la Comunidad Valenciana.

COMPONENTES DEL PACS 

Los componentes de un PACS los podemos describir de la siguiente manera: 

Componentes Físicos

Servidores: Servidores de datos e imágenes en entornos Unix/Windows/MacOs. Como componente adicional algunos incorporan ampliaciones de discos duros para incrementar la capacidad de almacenamiento. SAI: Sistemas de alimentación ininterrumpida. Estos además de estabilizar la corriente que recibe el servidor, lo apagan en caso de cortes prolongados de corriente. Clientes: Ordenadores de gama media con monitores de alta resolución 1Kx1'5K, 2K x 2'5K pixels y superiores en entorno normalmente Windows. Red Informática: Se trata de un componente fundamental ya que permite la interconexión de todos los elementos del PACS, así como el enlace con el resto del Hospital.

 Componentes Lógicos

La parte lógica se percibe como un todo, aunque esta formada por distintos módulos que interactúan interactúan entre si produciendo la sensación de un todo. Módulo Gestor de Base de Datos: Este módulo es fundamental porque la base de un PACS es el almacenamiento, y la Base de Datos (BBDD) es la encargada de registrar los datos del paciente, la ubicación de estudios, los usuarios y cualquier configuración específica. Módulo de Gestión de Imágenes: Aunque la ubicación de las imágenes se suele guardar en la Base de Datos, en la mayoría de los casos es otro módulo el que se encarga de guardarlas, recuperarlas o distribuirlas. En caso de necesitar compresión de imágenes para el almacenamiento, la tecnología utilizada es la de "compresión sin perdidas", de forma que la imagen siga manteniendo toda la información diagnóstica y ocupe el menor espacio posible. Módulo para la Gestión de los Dispositivos de Almacenamiento Secundario: El almacenaje o recuperación requiere de un módulo específico que se sirve de los interfaces con estos dispositivos. Módulo de Interface con el RIS: Es el conjunto de aplicaciones que se encargan de: 

• Recibir toda la información de citas/informes del RIS. 

• Generar listas de trabajo que faciliten la introducción de estudios en las modalidades

• Verificación de que todos los estudios recibidos tienen una cita previa. 

• Enviar la captura de actividad. Módulo cliente del PACS: Suele ser una aplicación específica con la que trabaja el especialista con las imágenes almacenadas en el PACS. 

Dispone de al menos de las siguientes herramientas: 

• Selección de estudios 

• Recuperación de antecedentes 

• Recuperación de Informes previos 

• Visualización y Medida A los que se puede añadir un gran número de utilidades de proceso de imágenes como la reconstrucción de imágenes en 3D, etc. Con la finalidad de obtener el mejor diagnóstico por parte del especialista. 

        

Visor Web 

Los visores Web se encargan de distribuir las imágenes no diagnósticas al resto de especialistas del hospital. Normalmente se considera parte del PACS, ya que es la herramienta que permite la visualización de las imágenes en cualquier PC del hospital que disponga de un navegador. A su vez el visor Web puede distribuir el informe asociado al estudio, reduciendo el tiempo de recepción para el destinatario y la supresión del papel. Aunque el funcionamiento del visor está muy ligado al PACS, este puede funcionar de forma independiente recibiendo imágenes directamente de las modalidades y distribuyéndolas de igual manera. Los inconvenientes en este caso son el desaprovechamiento de la calidad DICOM original y la imposibilidad de recibir el informe asociado, al no existir la integración con el Sistema de Información Radiológico (SIR).. El visor web recibe la imagen en formato DICOM y la convierte a un formato diferente de menor tamaño, usando para ello una comprensión con pérdida, esto implica una reducción de la calidad por debajo de la considerada como diagnóstica. A diferencia de los clientes específicos del PACS dispone de menos herramientas de tratamiento de la imagen así como de una imagen de calidad no diagnóstica. El tiempo de acceso es mayor, ya que aunque el tamaño de imagen es menor, el número de clientes aumenta considerablemente. Por otra parte los clientes específicos del PACS suelen disponer de monitores con mayor resolución que aprovechan la mayor calidad de imagen, en comparación con los monitores usados por los clientes web. 

¿Cómo elegir un PACS? 

Sinceramente la elección de un PACS es una decisión difícil porque no sólo es importante la cantidad de servidores y la potencia de estos, sino que posiblemente lo más decisivo sea el Software de gestión de este PACS y la red informática que le da soporte. Debemos tener en cuenta que un PACS irá tan rápido como lo haga él más lento de sus componentes. Un ejemplo ilustrativo sería disponer de unos servidores de gama alta en una red de 10 Mbits, por muy alta que fuese la velocidad de trabajo de los servidores, el cuello de botella sería la red y limitaría la velocidad del conjunto del PACS. Cualquier solución debe estar precedida de un estudio previo, muchas veces relacionado con el volumen de estudios que genera el hospital y el tiempo durante el cual deseamos que permanezcan los estudios en almacenamiento primario o la cantidad de años almacenados en el archivo . Por tanto se requerirá un estudio de la cantidad de información generada, los clientes PACS necesarios y las posibilidades de futuras ampliaciones. También es importante la ubicación física del hospital u hospitales cuya información queremos almacenar. Por ejemplo: si un departamento de sanidad decide montar un PACS para atender a varios hospitales, la distribución de los servidores en los hospitales debe estar relacionada con la carga de trabajo de éstos así como con las posibilidades y necesidades de intercambio de información entre ellos. No será igual la distribución de servidores por el intercambio de información entre un hospital con varios centros de Salud dependientes de él que la distribución entre varios hospitales en igualdad de condiciones.

                  

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 

1.AskMayoExpert. MRI of the breast. Rochester, Minn.: Mayo Foundation for Medical Education and Research; 2018.

2. Sistemas de Archivo y Comunicación de Imagen en Radiología. Joaquim Piqueras Pardellans, Joan-Carles Carreño Pedemonte, y Javier Lucaya Layret. (1993) Servicio de Radiología Pediátrica. Hospital Materno-Infantil Vall d'Hebron, 08035 Barcelona, España. Versión del artículo Publicado en 'Radiologia 1994 vol. 36(2) pp.67-76.'

3. Picture Archiving and Communication System. (2020, 26 de febrero). Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 17:51, abril 24, 2021 desde https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Picture_Archiving_and_Communication_System&oldid=123846140.

Salinas Merino Jorge Alberto

Grupo: 4CM4