2009 年 ( 平 成 20 年 2 月 ) 国 家 試 験 問 題 誤 っている 組 み 合 わせはどれか 1. 物 流 システム -------------- バーコード 2. 放 射 線 情 報 システム ----- RIS 3. 医 事 会 計 システム -------- DICOM 4. 電 子 カルテシステム ------ 情 報 の 一 元 管 理 5. オーダリングシステム ---- 発 生 源 入 力
オーダリングシステム HIS 院 内 全 体 HIS 端 末 外 来 HIS 端 末 + 高 精 細 モニタ 病 棟 HIS 端 末 + 高 精 細 モニタ 放 射 線 科 検 査 機 器 CR CT 配 信 PACS 配 信 読 影 室 画 像 診 断 ワークステーション (レポートシステム) MRI DR DSA 検 像 端 末 配 信 手 術 室 HIS 端 末 + 大 型 モニタ RI
PACS : picture archiving and communication system 画 像 保 管 管 理 システム 医 用 画 像 管 理 システム CT MRIなどの 医 療 画 像 診 断 装 置 からの 検 査 画 像 を 電 子 的 に 保 存 検 索 解 析 する 画 像 データベース システム 院 内 PACS や 地 域 連 携 PACS などがある Archive(アーカイブ) 記 録 文 章 の 保 管 ( 所 ) 複 数 のファイルを 圧 縮 して 1 個 にまとめたもの FTP(File Transfer Protocol)によりアクセス 可 能 なネット ワーク 上 のファイルのディレクトリ
PACSとは 医 療 施 設 においてCR CT MRIなどの 医 用 画 像 を 電 子 的 に 保 管 管 理 し ネットワークを 介 して 必 要 な 場 所 に 画 像 を 配 信 表 示 するシステムのことである PACSとは 医 用 画 像 をデータベースで 管 理 し 端 末 から 閲 覧 可 能 とするシステムである PACSとは 画 像 情 報 を 電 子 的 に 保 管 配 信 するシステムであり 画 像 参 照 による 診 断 や 患 者 説 明 手 術 のシミュレーション 3Dな どの 画 像 処 理 など 様 々な 用 途 で 利 用 されている PACSとは 放 射 線 画 像 を 中 心 とする 医 用 画 像 の 管 理 システムで あり 各 撮 影 装 置 から 送 られる 画 像 を 画 像 データベースに 保 存 し 各 端 末 から 要 求 された 画 像 を 検 索 し 参 照 させるシステムである
PACSの 構 成 要 素 画 像 の 保 存 形 式 画 像 の 通 信 規 格 ストレージの 容 量 ネットワーク 性 能 画 像 圧 縮 画 像 表 示 装 置 セキュリティ 情 報 通 信 技 術 (ICT) 標 準 規 格 (DICOM) 1 日 の 画 像 発 生 量 (byte) 転 送 速 度 (bps) 情 報 量 の 保 持 データ 量 の 削 減 医 療 用 モニタの 維 持 管 理 Information and Communication Technology
PACSの 機 能 画 像 保 存 (archiving) 通 信 伝 達 画 像 のやりとり(communication) 外 来 病 棟 読 影 室 などの 院 内 端 末 T 社 のCT G 社 のMRI P 社 のDSA 画 像 データベース (PACSサーバ) DICOM で 送 信 DICOM で 送 信 DICOM で 送 信 画 像 データベースでは 異 なるメーカの 撮 影 装 置 から 出 力 される 画 像 を 統 合 的 に 扱 う 必 要 がある DICOM で 保 存 DICOM で 検 索 配 信 DICOM (digital imaging and communications in medicine) 医 用 画 像 の 保 存 とやりとりを 一 定 の 決 まりで 定 めた 標 準 規 格
DICOMの 注 意 点 DICOM 規 格 が 規 定 している 項 目 は 非 常 に 多 く 通 常 すべての 項 目 に 準 拠 し ているものではない 現 実 にシステム 構 築 する 際 には DICOM 規 格 で 通 信 を 行 うことを 前 提 としながらも 装 置 側 とデータベース 側 で 適 合 性 宣 言 書 (conformance statement)を 取 り 交 わし 細 部 の 打 ち 合 わせが 必 要 である DICOM 対 応 = フルサポートではない コンフォーマンス ステートメント Print Management Service Classで 画 像 を 送 ります Print Management Service Classは サポートしてます CT 装 置 の 適 合 性 宣 言 1 対 象 画 像 :CT 2 機 能 :Storage Service Class 3 役 割 :SCU 4 通 信 プロトコ ル:TCP/IP ワークス テーション の 適 合 性 宣 言 1 対 象 画 像 :CT MRI 2 機 能 :Query/ Retrieve Service Class 3 役 割 :SCU/SCP 4 通 信 プロトコル:TCP/IP Storage Service Classで 画 像 を 送 ります Storage Service Classはサポート していません イメージャ の 適 合 性 宣 言 1 対 象 画 像 :モノク ロ 画 像 2 機 能 :Print Management Service Class 3 役 割 :SCP 4 通 信 プロトコル: TCP/IP
医 用 画 像 データの 種 類 医 用 画 像 の 解 像 度 例 静 止 画 グレースケール CR DR XA CT PET MM MRI RI US RT カラー US Workstation 内 視 鏡 顕 微 鏡 心 電 図 CT MRI RI RT XA PET デジタルカメラ CR 2140 1760( 半 切 ) 2010 670( 四 切 ) MM 2294 1914 CT 512 512 MRI 512 512 動 画 XA US US 内 視 鏡 Workstation CT デジタルビデオカメラ MRI US 537 715(A 社 ) 666 888(B 社 ) DR 2048 2048 XA 960 1240 12 bit 階 調 RGB 各 8 bit 階 調 (24 bit) 静 止 画 (DICOM JPEG JPEG2000) Wavelet 圧 縮 動 画 (Motion JPEG MPEG AVI)
画 像 のデータ 量 D = R C G N [byte] D:データ 量 [byte] R: 画 像 マトリクスの 行 数 [pixel] C: 画 像 マトリクスの 列 数 [pixel] G: 画 像 の 階 調 [bit]を 整 数 8で 除 して 小 数 点 を 繰 り 上 げた 値 N:1 検 査 で 生 成 される 画 像 数 例 : CT 画 像 250 枚 の 場 合 ( 縦 横 512 pixel 階 調 12 bit) D = 512 512 2 250 (byte) 2-20 = 125 [MB] アバウトに 計 算 する 場 合 は 10-6 としてもよい
画 像 保 存 容 量 純 粋 な 画 像 容 量 実 際 はDICOMヘッダの 容 量 も 加 算 される モダリティ 画 像 容 量 画 像 マトリックス 階 調 MRI 256 256 10~12 bit 0.5 MB 512 512 CT 0.5 MB 512 512 10~14 bit CR 2048 2048 10~14 bit マンモグラフィ 4096 4096 DR(X 線 透 視 ) 2.0 MB 1024 1024 8~12 bit XA(DSA, DA) 2.0 MB 1024 1024 12 bit 心 カテ(DA) 512 512 8 bit NM( 核 医 学 ) 0.016 MB 128 128 8 bit 2.0 MB 1024 1024 12 bit 超 音 波 モノクロ 0.293 MB 640 480 8 bit カラー 0.879 MB 640 480 24 bit 内 視 鏡 (カラー) 0.879 MB 640 480 24 bit
画 像 発 生 容 量 の 例 モダリティ A. 検 査 数 (1 月 当 たり) B. 平 均 画 像 枚 数 (1 検 査 当 たり) C. 画 像 容 量 [MB] MRI 200 150 0.5 CT 400 250 0.5 CR 1000 4 8.0 年 間 画 像 発 生 容 量 A B C 12[GB] 画 像 保 存 容 量 の 例 モダリティ 年 間 画 像 発 生 容 量 [GB] 圧 縮 方 法 ( 圧 縮 率 ) MRI 可 逆 (1/2) CT 可 逆 (1/2) CR 可 逆 (1/2) 合 計 合 計 5 年 間 の 合 計 年 間 保 存 容 量 [GB] この 想 定 容 量 を 参 考 にして PACSのストレージ(storage) 容 量 を 決 める
画 像 データの 容 量 が 最 も 大 きいのはどれか 1. マトリクスサイズ 256 256 階 調 数 12ビット 圧 縮 なし 2. マトリクスサイズ 512 512 階 調 数 8ビット 1/3 圧 縮 3. マトリクスサイズ 512 512 階 調 数 16ビット 1/5 圧 縮 4. マトリクスサイズ1024 1024 階 調 数 8ビット 1/10 圧 縮 5. マトリクスサイズ1024 1024 階 調 数 10ビット 1/15 圧 縮 1 1 2 1 = 2 2 2 1 1/3 = 4/3 2 2 2 1/5 = 8/5 4 4 1 1/10 = 8/5 4 4 2 1/15 = 32/15
Fail safeな 画 像 サーバの 構 成 例 Database server Storage server Domain controller server Backup server Cluster ( 高 度 な 二 重 化 ) Cluster ( 高 度 な 二 重 化 ) 二 重 化 Active Standby Active Active Primary Secondary 無 停 電 電 源 装 置 (UPS) Fiber-Channel Switch RAID 構 成 全 データ Fiber-Channel Switch Path 二 重 化 SAN (Storage Area Network) システムを 止 め ない 設 計 ( 冗 長 化 の 追 求 ) 外 部 記 憶 装 置 間 記 憶 装 置 とコンピュータ の 間 を 結 ぶ 高 速 なネットワーク backup tape (LTO) 災 害 障 害 用 ( 数 世 代 管 理 )
冗 長 化 : 最 低 限 必 要 な 量 より 多 めに 設 備 を 用 意 しておき 一 部 の 設 備 が 故 障 してもサー ビスを 継 続 して 提 供 できるようにシステムを 構 築 すること フェイルセーフ(fail safe): 機 械 に 対 して 故 障 などの 障 害 が 発 生 することを 予 め 想 定 し 起 きた 際 の 被 害 を 最 小 限 にとどめるよう 工 夫 しておくという 設 計 思 想 あるいはその 仕 組 み フールプルーフ(fool proof): 利 用 者 が 誤 った 操 作 をしても 危 険 に 晒 されることがないよ う 設 計 の 段 階 で 安 全 対 策 を 施 しておくこと ストレージ(storage):データを 保 管 する 記 憶 装 置 で メモリ 磁 気 ディスク(いわゆるハー ドディスク) 磁 気 テープ 光 ディスクなどがある ストレージの 接 続 形 態 としてはDAS NAS SANがある( 教 科 書 p.82) server storage SCSI SCSI FCS server storage server storage DAS(direct attached storage) server storage NAS(network attached storage) Fiber channel FCS SAN(storage area network) 無 停 電 電 源 装 置 (UPS:uninterruptible power supply): 入 力 電 源 が 断 たれた 場 合 にも 一 定 時 間 接 続 されている 機 器 に 対 して 停 電 することなく 電 力 を 供 給 し 続 ける 電 源 装 置 RAID(redundant array of independence/inexpensive disks): 複 数 台 のハードディスク を 組 み 合 わせて 高 速 / 大 容 量 を 実 現 し 信 頼 性 を 高 くする( 冗 長 性 を 向 上 させる) 技 術 LTO(linear tape open): 磁 気 テープ 記 憶 装 置 の 規 格 のひとつ 大 容 量 高 速 読 み 書 き を 目 指 したテープ 規 格
通 信 速 度 bps(bits per second) 通 信 におけるデータ 転 送 の 速 度 を 表 す 単 位 1 秒 間 に 送 れるビット 数 ネットワークの 転 送 速 度 が1Gbpsの 場 合 100MBの 画 像 が 転 送 される 時 間 100 10-6 8 1 10 9 = 0.8 [sec] MBからbyteに byteからbitに Giga bitからbitに 8MBのCR 画 像 を 転 送 速 度 が1Gbpsネットワークで1 秒 間 に 転 送 できる 枚 数 2000 2000 10bit [2byte] 1000 Mbps 8 = 125 MB per sec 125 8 = 15.625 1 10 3 (8 8) = 15.625 答 え: 15 枚 GbpsからMbpsに MB(Mbytes)からMb(Mbits)に
圧 縮 技 術 の 利 用 完 全 にオリジナル 画 像 に 復 元 できる 圧 縮 可 逆 圧 縮 Lossless オリジナル 画 像 には 戻 らずある 程 度 画 質 が 低 下 する 圧 縮 非 可 逆 圧 縮 Lossy JPEG 圧 縮 JPEG2000 圧 縮 通 常 非 可 逆 圧 縮 DCT( 離 散 コサイン 変 換 )を 利 用 エントロピー 符 号 化 (ハフマン 符 号 化 ) 8ビット 濃 淡 画 像 24ビットカラー 画 像 を 扱 える 圧 縮 率 を 上 げると ブロックノイズや モスキートノイズが 生 じる 圧 縮 率 は10 20 分 の1が 限 界 可 逆 なLossless JPEG JPEG-LSも 医 用 画 像 の 圧 縮 保 存 に 使 われる 通 常 非 可 逆 圧 縮 DWT( 離 散 ウェーブレット 変 換 )を 利 用 エントロピー 符 号 化 ( 算 術 符 号 化 ) 医 用 画 像 のような8ビットより 大 きな ビット 数 の 画 像 も 扱 える 圧 縮 率 を 上 げると 先 鋭 なラインはぼけ るが ブロックノイズなどは 発 生 しない JPEG 圧 縮 よりも 圧 縮 率 を 上 げること ができ 高 圧 縮 に 向 いている 圧 縮 率 は20 100 分 の1 程 度 まで
動 画 圧 縮 Motion JPEG 静 止 画 (フレームごとの 映 像 )を 高 速 にJPEG 圧 縮 したものを 時 系 列 にまとめてひとつのファイル(マルチフレーム)にしたもの Motion JPEG2000もある MPEG (Moving Picture Experts Group) 通 常 のJPEG 静 止 画 像 [Independent frame:i-frame]を 開 始 画 像 とし 次 の 画 像 は 前 の 画 像 との 差 分 を 取 り 出 し 圧 縮 記 録 する この 差 分 の 記 録 を 繰 り 返 す 途 中 で 画 像 が 大 きく 変 化 し たときは 再 度 I-frameを 挿 入 する 再 生 時 は I-frameに 差 分 を 足 すことで 元 のフレームを 再 現 す る MPEG-1 MPEG-2 MPEG-3 MPEG-4と 変 遷 してきた
放 射 線 部 検 査 室 コ ン ト ローラ CT MRI CR コ ン ト ローラ コ ン ト ローラ 読 影 室 画 像 サーバ 画 像 観 察 装 置 画 像 参 照 端 末 外 科 画 像 参 照 端 末 内 科 Mini-PACSの 構 築 例
地 域 データ センター VPN 通 信 インターネット サーバ 室 RISサーバ (RAID) HIS/RIS 端 末 HIS/RIS 受 付 端 末 病 棟 参 照 画 像 VPN 通 信 HIS 端 末 HIS 端 末 ファイアウォール PACS 長 期 保 存 サーバ(RAID) RIS DB 画 像 情 報 DB 検 査 室 参 照 画 像 HIS 端 末 HIS 端 末 セグメントサーバ スイッチング ハブ 部 門 サーバ HIS/RIS 端 末 CR 画 像 外 来 診 察 室 CT DR DR MRI CT 一 次 診 断 画 像 手 術 室 HIS/RIS 端 末 放 射 線 治 療 部 門 RI DSA 表 示 端 末 大 規 模 PACS の 構 築 例 超 音 波 内 視 鏡 放 射 線 科 診 療 室 検 査 室 画 像 表 示 端 末 CR Web 管 理 サーバ HIS/RIS 端 末 画 像 表 示 端 末 画 像 表 示 端 末 読 影 室 受 付 端 末 CR DR 検 診
VPN(virtual private network): 仮 想 プライベートネットワーク インターネットのような パブリックなネットワークをまたいでプライベートなネットワークを 拡 張 する 技 術 ネット ワーク 上 の 経 路 上 を 仮 想 的 (virtual)に 専 用 線 (private network)のように 利 用 することを 可 能 にする 技 術 認 証 と 暗 号 化 によって 成 り 立 っている 組 織 A インターネット 組 織 B VPNルータ VPNルータ LAN 間 接 続 VPN 端 末 インターネット ファイアウォール(Firewall): 防 火 壁 の 意 味 外 部 ネットワークからの 脅 威 を 遮 る 仕 組 みやそのためのソフトウェアの ことを 指 す VPNルータ 組 織 リモートアクセスVPN ルータ(router):ネットワークにおいて 道 案 内 (ルーティング routing)を 行 う 専 用 機 器 ネットワーク 同 士 をつなぐ 専 用 機 器 とも 言 える ネットワーク 上 を 流 れるデータを 他 のネッ トワークに 送 るための 制 御 装 置 スイッチング ハブ(switching hub):ネットワーク 内 においてデータの 中 継 を 行 う 機 器 (ハブ)の 一 種 ネットワークスイッチ あるいは 単 に スイッチ とも 呼 ばれる ルーティン グ 機 能 はない 内 部 ネットワーク 不 正 な アクセス ファイアウォール 不 正 な アクセス 外 部 ネットワーク
画 像 表 示 装 置 全 病 院 規 模 にPACSを 導 入 いわゆるフィルムレス 運 用 する 際 には 画 像 を 表 示 する モニタ( 医 用 画 像 表 示 モニタ 医 用 モニタ )の 品 質 およびその 管 理 方 法 が 重 要 となる フィルム 運 用 (ハードコピー 診 断 )で 保 たれていた 画 像 の 質 が モニタにした 途 端 劣 化 し 見 えていたものも 見 えなくなって 診 断 能 が 低 下 してもは 本 末 転 倒 である フィルムレス 運 用 (ソフトコピー 診 断 モニタ 診 断 )は モニタに 表 示 される 画 像 の 質 が 少 なくともフィルムと 同 等 レベルであることが 担 保 されて 初 めて 意 味 をなす Cathode-ray tube(crt)からliquid crystal display(lcd)に 置 き 換 わっている 液 晶 ディスプレイ
H pixel モニタの 性 能 解 像 度 ( 画 面 サイズ) 色 数 階 調 読 影 用 の 高 精 細 モニタはモノクロ カルテ レポート 用 はカラー LUT:look up table N inch < W pixel 論 理 画 面 サイズ W H pixels 物 理 画 面 サイズ N inch DICOMカーブ(GSDF:grayscale standard display function) 画 像 の 濃 度 分 解 能 を 最 適 に 表 現 できるかは アプリケーション グラフィックボード LUT モニタのそれぞれの 性 能 に 関 係 する 代 表 的 な 論 理 画 面 サイズと 名 称 VGA Video Graphics Array 640 480 SXGA Super Video Graphics Array 800 600 XGA extended Graphics Array 1024 768 SXGA Super extended Graphics Array 1280 1024 UXGA Ultra extendedd Graphics Array 1600 1200 QXGA Quad-XGA 2048 1536 QSXGA Quad-SXGA 2560 2048 QUXGA Quad Ultra-XGA 3200 2400 約 100 万 pixel 1 M モニタ 2 M モニタ 3 M モニタ 5 M モニタ 約 500 万 pixel 輝 度 物 体 がどの 程 度 の 明 るさで 光 っているかを 示 す 値 単 位 は[cd / m 2 ] (カンデラ 毎 平 方 メートル) 最 大 輝 度 校 正 輝 度
JND(Just Noticeable Difference) 一 つひとつの 階 調 に 対 して 輝 度 が 変 わったと 人 間 の 目 で 感 じられる 輝 度 を 全 て 測 定 する. この 与 えられた 観 察 条 件 のも とで 平 均 的 人 間 観 察 者 が 識 別 可 能 な 最 小 の 輝 度 差 は JND( 目 の 最 小 弁 別 閾 )と 呼 ばれている どこまで 階 調 が 見 分 けられるか! DICOM Part14には 測 定 の 結 果 定 められた JNDの 各 整 数 値 に 対 す る 輝 度 値 が 表 で 記 述 さ れている
GSDF(Grayscale Standard Display Function) DICOM 規 格 で 規 定 されている グレースケール 画 像 のモニタ 表 示 のための 標 準 表 示 関 数. DICOMカーブ ともいう JND 対 輝 度 の 表 輝 度 [cd/mm 2 ] 対 数 表 示 輝 度 [cd/mm 2 ] 0 0 JND index JND index 1024 1024
医 用 モニタの 品 質 管 理 モニタは 使 用 により 輝 度 コントラストが 徐 々に 劣 化 し 診 断 能 に 大 きな 影 響 を 及 ぼすため その 維 持 管 理 は 非 常 に 重 要 である 日 本 画 像 医 療 システム 工 業 会 (JIRA)が 定 めた 医 用 画 像 表 示 用 モ ニタの 品 質 管 理 に 関 するガイドライン JESRA X- 0093A -2010 にした がって 管 理 する 納 入 メーカがモニタ 導 入 時 に 行 う 受 け 入 れ 試 験 と 利 用 者 が 導 入 後 一 定 期 間 ごとに 行 う 不 変 性 試 験 がある 試 験 項 目 は 最 大 輝 度 輝 度 均 一 性 輝 度 比 グレースケール コントラスト 応 答 アーチファクト 色 度 照 度 ( 参 考 )などが 含 まれる 計 測 機 器 として 輝 度 を 測 定 するための 輝 度 計 照 度 を 測 定 する ための 照 度 計 色 温 度 を 測 定 するための 色 度 計 が 必 要 である 輝 度 の 単 位 は カンデラ 毎 平 方 メートル(cd/m 2 ) 色 温 度 の 単 位 は ケルビン(K) 照 度 の 単 位 は ルックス(lx)またはルーメン 毎 平 方 メートル(lu/m 2 )
目 視 試 験 用 TG18-QC パターン
PACSの 利 点 と 欠 点 画 像 作 成 から 診 断 可 能 になるまでの 時 間 を 短 縮 できる 過 去 画 像 や 異 種 検 査 画 像 と 簡 単 に 比 較 参 照 できる 必 要 に 応 じて 画 像 処 理 で 見 やすい 画 像 にできる 大 量 の 画 像 を 短 時 間 に 読 影 できる 同 一 画 像 を 同 時 に 複 数 の 場 所 で 見 ることができる 動 画 表 示 やカラー 表 示 が 可 能 である コンピュータ 支 援 診 断 (Computer-Aided Diagnosis: CAD)や3 次 元 表 示 などが 利 用 できる 画 像 が 簡 単 には 消 失 しない 物 理 的 な 画 像 フィルムの 保 管 や 搬 送 に 比 べると 人 手 がかからない 物 理 的 な 画 像 フィルムに 比 較 して 保 管 スペースが 少 なくてすむ 導 入 に 多 額 の 費 用 がかかる システムがダウンするとまったく 画 像 を 見 ることができなくなる ディスプレイの 種 類 や 調 整 により 画 像 の 質 が 変 化 し 診 断 に 影 響 する ディスプレイの 経 時 的 変 化 を 管 理 する 必 要 がある 検 査 機 器 によっては 画 像 を 電 子 化 するのが 困 難 なものも 混 在 し 必 ずしもすべての 画 像 が 統 一 的 に 見 られるわけではない 他 施 設 との 画 像 交 換 が 必 ずしも 容 易 ではない( 規 格 の 不 統 一 やネットワークの 不 整 備 施 設 間 格 差 など)