РАЗРАБОТКА КЛИЕНТ-СЕРВЕРНОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ И АНАЛИЗА DICOM-ИЗОБРАЖЕНИЙ
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 4
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ РАЗРАБОТОК 9
1.1 Обзор существующих программных продуктов для работы
с форматом DICOM 10
1.2 Обзор библиотек для внедрения в разрабатываемое программное
обеспечение поддержку операций с форматом DICOM 14
Выводы по главе 1 17
2 РАЗРАБОТКА КЛИЕНТСКОЙ ЧАСТИ ПРОГРАММНОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ 18
2.1 Обзор используемых средств разработки 18
2.2 Реализация клиентской части для просмотра
DICOM-серий изображений 21
2.1 Реализация клиентской части для предобработки выбранного
DICOM-снимка 34
2.1.2 Исключение выбросных значений цветовой интенсивности
изображения 38
2.1.3 Нормализация по шкале Хаунсфилда 39
2.1.4 Шкалирование от 0 до 1 41
2.1.5 Понижение размерности 42
2.1.6 Паддинг 43
2.1.1 Отправка данных на сервер 45
2.1.2 Получение результата от сервера 47
2.1.3 Просмотр результата анализа 50
Выводы по главе 2 52
3 РАЗРАБОТКА СЕРВЕРНОЙ ЧАСТИ ПРОГРАММНОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ 53
3.1 Обзор используемых средств разработки 53
3.1.1 Zend Framework 53
3.1.2 LAMP 54
3.1.3 Краткий принцип работы Zend-приложения 54
3.2 Реализация серверной части программного обеспечения 55
3.2.1 Установка LAMP 55
3.2.2 Установка и настройка Zend Framework 59
3.2.1 Настройка web-сервера Apache2 60
3.2.1 Структура проекта Zend Framework 61
3.2.2 Реализация модели данных для web-приложения 62
3.2.3 Реализация удаленных методов web-приложения 65
Выводы по главе 3 75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 78
ПРИЛОЖЕНИЕ А 82
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 83
ПРИЛОЖЕНИЕ В 84
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 86
ВВЕДЕНИЕ 4
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ЗАРУБЕЖНЫХ РАЗРАБОТОК 9
1.1 Обзор существующих программных продуктов для работы
с форматом DICOM 10
1.2 Обзор библиотек для внедрения в разрабатываемое программное
обеспечение поддержку операций с форматом DICOM 14
Выводы по главе 1 17
2 РАЗРАБОТКА КЛИЕНТСКОЙ ЧАСТИ ПРОГРАММНОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ 18
2.1 Обзор используемых средств разработки 18
2.2 Реализация клиентской части для просмотра
DICOM-серий изображений 21
2.1 Реализация клиентской части для предобработки выбранного
DICOM-снимка 34
2.1.2 Исключение выбросных значений цветовой интенсивности
изображения 38
2.1.3 Нормализация по шкале Хаунсфилда 39
2.1.4 Шкалирование от 0 до 1 41
2.1.5 Понижение размерности 42
2.1.6 Паддинг 43
2.1.1 Отправка данных на сервер 45
2.1.2 Получение результата от сервера 47
2.1.3 Просмотр результата анализа 50
Выводы по главе 2 52
3 РАЗРАБОТКА СЕРВЕРНОЙ ЧАСТИ ПРОГРАММНОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ 53
3.1 Обзор используемых средств разработки 53
3.1.1 Zend Framework 53
3.1.2 LAMP 54
3.1.3 Краткий принцип работы Zend-приложения 54
3.2 Реализация серверной части программного обеспечения 55
3.2.1 Установка LAMP 55
3.2.2 Установка и настройка Zend Framework 59
3.2.1 Настройка web-сервера Apache2 60
3.2.1 Структура проекта Zend Framework 61
3.2.2 Реализация модели данных для web-приложения 62
3.2.3 Реализация удаленных методов web-приложения 65
Выводы по главе 3 75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 78
ПРИЛОЖЕНИЕ А 82
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 83
ПРИЛОЖЕНИЕ В 84
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 86
Проблема интеграции устройств медицинской визуализации породила в 80-90-ые годы стремление к стандартизации коммуникационных стандартов. Они охватывают широких круг задач, от интерфейса с лабораторным оборудованием до обмена информацией между отдельными клиниками. В настоящее время в мире используются различные медицинские коммуникационные стандарты: HL7, IEEE/Medix, X12, ASTM, NCPDP и другие [1].
Одновременно с этим была идентифицирована задача передачи изображений с устройств медицинской визуализации (цифровые рентгеновские системы, компьютерные, магнитно-резонансные, позитронно-эмиссионные томографы, системы ультразвуковой диагностики и т.д.). Для передачи изображений наиболее широко используется стандарт Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) (рисунок 1), разработанный Американской коллегией радиологии и Национальной ассоциацией производителей электроники (ACR/NEMA). Кроме того, другие коммуникационные стандарты (HL7, X12) используют формат стандарта DICOM для передачи изображений. Стандарт широко распространён по всему миру, активно используется большинством крупных производителей медицинского оборудования, а также непрерывно развивается, имея на сегодняшний день уже третью версию. Данный формат позволяет генерировать объекты, включающие в себя множество полезной информации об объекте исследования (атрибуты пациента, демографические данные), так и о самом исследовании (информация об аппарате, на котором проводилось обследование, о мед. учреждении и персонале, о виде и условиях обследования и пр.), а также непосредственно результаты исследования - серии изображений [2].
Создание DICOM-файлов не представляет трудностей, так как соответствующее прикладное программное обеспечение уже встроено в новое медицинское оборудование, в то время как возможности для интерпретации, диагностики этих файлов, и тем более - передачи их любому другому специалисту являются крайне нетривиальными. В российских реалиях возникает множество препятствий для полноценного использования DICOM-изображений [3]:
• покупка специализированного программного обеспечения, служащего для просмотра и навигации по DICOM-снимкам, на данный момент представляет собой непозволительную роскошь;
• отсутствие в наличии достаточных вычислительных мощностей, позволяющих провести изучение снимков;
Хотя, факт того, что программы такого рода положительным образом могут сказаться на качестве постановки диагноза, обоснованности принимаемых медицинских решений и ускорения лечения пациентов, несомненно, приоритетен. Вдобавок ко всему, возможность программы совершения электронного обмена информацией о проведённом исследовании пока имеет статус невозможной, несмотря на очевидные плюсы реализации таковой:
Электронный обмен позволяет обеспечить дистанционный доступ нескольких специалистов к одному и тому же медицинскому изображению, что бывает важно, например, при подготовке к консилиуму;
Электронная передача медицинских изображений из одного лечебного учреждения в другое, например, для проведения консультации, может выполняться за минуты или в крайнем случае за десятки минут, в то время как пересылка снимков обычными способами нередко занимает несколько дней;
Накопление исследований в едином источнике позволит специалистам получить комплексное видение ситуации, увеличивая вероятность постановки верного диагноза.
На основании вышесказанного целью выпускной квалификационной работы стала разработка клиент-серверного программного обеспечения для работы с форматом DICOM.
Исходя из цели работы, поставлены следующие задачи:
• обзор существующих программных продуктов для просмотра DICOM-изображений;
• выбор и анализ существующих библиотек для разработки программ, предназначенных для работы с файлами DICOM;
• реализация клиентской части программы, которая предназначается для просмотра DICOM-изображений, предобработки изображения для анализа, передачи выбранного файла на сервер для последующего анализа и загрузки полученных результатов с сервера;
• реализация серверной части программы, которая предназначается для агрегирования изображений, требующих проведения анализа, а также управлением задачами для алгоритма машинного обучения, получения обработанных изображений внутренних органов.
Объект исследования - стандартизированный формат медицинских изображений DICOM.
Предмет исследования - организация работы с медицинскими снимками формата DICOM.
Работа состоит из 3 глав, заключения, 4 приложений и списка литературы. Объем работы составляет 90 страниц. Список литературы содержит 34 наименования.
В первой главе идёт речь о сравнении отечественных и зарубежных программных разработках для работы с форматом DICOM, а также сравнение библиотек для разработки программного обеспечения, которые требуют функционала, связанного с файлами DICOM.
Во второй главе рассматривается реализация клиентской части программного обеспечения.
В третьей главе рассматривается реализация серверной части программного обеспечения в соответствии с поставленными целями и задачами.
В заключении приводятся основные результаты работы.
Практическая значимость разработанного программного обеспечения состоит в возможности использования его любыми медицинскими организациями.
Одновременно с этим была идентифицирована задача передачи изображений с устройств медицинской визуализации (цифровые рентгеновские системы, компьютерные, магнитно-резонансные, позитронно-эмиссионные томографы, системы ультразвуковой диагностики и т.д.). Для передачи изображений наиболее широко используется стандарт Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) (рисунок 1), разработанный Американской коллегией радиологии и Национальной ассоциацией производителей электроники (ACR/NEMA). Кроме того, другие коммуникационные стандарты (HL7, X12) используют формат стандарта DICOM для передачи изображений. Стандарт широко распространён по всему миру, активно используется большинством крупных производителей медицинского оборудования, а также непрерывно развивается, имея на сегодняшний день уже третью версию. Данный формат позволяет генерировать объекты, включающие в себя множество полезной информации об объекте исследования (атрибуты пациента, демографические данные), так и о самом исследовании (информация об аппарате, на котором проводилось обследование, о мед. учреждении и персонале, о виде и условиях обследования и пр.), а также непосредственно результаты исследования - серии изображений [2].
Создание DICOM-файлов не представляет трудностей, так как соответствующее прикладное программное обеспечение уже встроено в новое медицинское оборудование, в то время как возможности для интерпретации, диагностики этих файлов, и тем более - передачи их любому другому специалисту являются крайне нетривиальными. В российских реалиях возникает множество препятствий для полноценного использования DICOM-изображений [3]:
• покупка специализированного программного обеспечения, служащего для просмотра и навигации по DICOM-снимкам, на данный момент представляет собой непозволительную роскошь;
• отсутствие в наличии достаточных вычислительных мощностей, позволяющих провести изучение снимков;
Хотя, факт того, что программы такого рода положительным образом могут сказаться на качестве постановки диагноза, обоснованности принимаемых медицинских решений и ускорения лечения пациентов, несомненно, приоритетен. Вдобавок ко всему, возможность программы совершения электронного обмена информацией о проведённом исследовании пока имеет статус невозможной, несмотря на очевидные плюсы реализации таковой:
Электронный обмен позволяет обеспечить дистанционный доступ нескольких специалистов к одному и тому же медицинскому изображению, что бывает важно, например, при подготовке к консилиуму;
Электронная передача медицинских изображений из одного лечебного учреждения в другое, например, для проведения консультации, может выполняться за минуты или в крайнем случае за десятки минут, в то время как пересылка снимков обычными способами нередко занимает несколько дней;
Накопление исследований в едином источнике позволит специалистам получить комплексное видение ситуации, увеличивая вероятность постановки верного диагноза.
На основании вышесказанного целью выпускной квалификационной работы стала разработка клиент-серверного программного обеспечения для работы с форматом DICOM.
Исходя из цели работы, поставлены следующие задачи:
• обзор существующих программных продуктов для просмотра DICOM-изображений;
• выбор и анализ существующих библиотек для разработки программ, предназначенных для работы с файлами DICOM;
• реализация клиентской части программы, которая предназначается для просмотра DICOM-изображений, предобработки изображения для анализа, передачи выбранного файла на сервер для последующего анализа и загрузки полученных результатов с сервера;
• реализация серверной части программы, которая предназначается для агрегирования изображений, требующих проведения анализа, а также управлением задачами для алгоритма машинного обучения, получения обработанных изображений внутренних органов.
Объект исследования - стандартизированный формат медицинских изображений DICOM.
Предмет исследования - организация работы с медицинскими снимками формата DICOM.
Работа состоит из 3 глав, заключения, 4 приложений и списка литературы. Объем работы составляет 90 страниц. Список литературы содержит 34 наименования.
В первой главе идёт речь о сравнении отечественных и зарубежных программных разработках для работы с форматом DICOM, а также сравнение библиотек для разработки программного обеспечения, которые требуют функционала, связанного с файлами DICOM.
Во второй главе рассматривается реализация клиентской части программного обеспечения.
В третьей главе рассматривается реализация серверной части программного обеспечения в соответствии с поставленными целями и задачами.
В заключении приводятся основные результаты работы.
Практическая значимость разработанного программного обеспечения состоит в возможности использования его любыми медицинскими организациями.
В выпускной квалификационной работе представлена реализация клиент-серверного программного обеспечения для просмотра и анализа DICOM- снимков; были подробно показаны и описаны реализация и функциональность ПО.
В работе решены следующие задачи:
• проведен обзор существующих программных продуктов для работы со снимками формата DICOM;
• проведен обзор и анализ существующего инструментария для реализации ПО для работы с DICOM-изображениями;
• реализована клиентская часть ПО, со следующей функциональностью:
о выбор DICOM-директории, просмотр серий снимков;
о выбор изображения, требующего анализа, предобработка и отправка на сервер.
• реализована серверная часть ПО, выполняющая следующие задачи:
о агрегирование информации об изображениях, полученных от клиента;
о запись в БД информации о задачах и предоставление записей клиенту;
о взаимодействие с программной для анализа DICOM- изображений: запуск алгоритма и получение результата.
Новизна разработанного программного обеспечения состоит в том, что оно может быть использовано как система принятия решений в обучении молодых специалистов.
Полная схема взаимодействия всех компонент программного обеспечения представлена на рисунке 41.В качестве направлений дальнейшего усовершенствования прикладного- программного обеспечения следует рассматривать следующие:
• реализация анализа DICOM-изображений для любого из органов;
• усовершенствование серверной части ПО для одновременного анализа более одной задачи;
• расширение функционала обмена DCIOM-снимками;
• создание более удобного пользовательского интерфейса клиента.
В работе решены следующие задачи:
• проведен обзор существующих программных продуктов для работы со снимками формата DICOM;
• проведен обзор и анализ существующего инструментария для реализации ПО для работы с DICOM-изображениями;
• реализована клиентская часть ПО, со следующей функциональностью:
о выбор DICOM-директории, просмотр серий снимков;
о выбор изображения, требующего анализа, предобработка и отправка на сервер.
• реализована серверная часть ПО, выполняющая следующие задачи:
о агрегирование информации об изображениях, полученных от клиента;
о запись в БД информации о задачах и предоставление записей клиенту;
о взаимодействие с программной для анализа DICOM- изображений: запуск алгоритма и получение результата.
Новизна разработанного программного обеспечения состоит в том, что оно может быть использовано как система принятия решений в обучении молодых специалистов.
Полная схема взаимодействия всех компонент программного обеспечения представлена на рисунке 41.В качестве направлений дальнейшего усовершенствования прикладного- программного обеспечения следует рассматривать следующие:
• реализация анализа DICOM-изображений для любого из органов;
• усовершенствование серверной части ПО для одновременного анализа более одной задачи;
• расширение функционала обмена DCIOM-снимками;
• создание более удобного пользовательского интерфейса клиента.
