DE10244747A1

DE10244747A1 - Medizinische Systemarchitektur mit einer Vorrichtung zur Übertragung von Daten, Untersuchungs-Bildern und Nachrichten sowie Verfahren zum Austausch von Nachrichten

Info

Publication number: DE10244747A1
Application number: DE10244747A
Authority: DE
Inventors: Björn Nolte
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2002-09-25
Publication date: 2004-04-15
Also published as: CN1494305A; US8326644B2; US20040103169A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine medizinische Systemarchitektur mit wenigstens einer Modalität (1 bis 4) zur Erfassung von Untersuchungs-Bildern, mit den jeweiligen Modalitäten (1 bis 4) zugeordneten Rechnerarbeitsplätzen (5 bis 8) zur Verarbeitung der Untersuchungs-Bilder, mit einer Vorrichtung (9) zur Übertragung von Daten, den Untersuchungs-Bildern und Nachrichten zwischen Client-Applikationen (15) und Server-Applikationen (16), mit einer Speichervorrichtung (10) für die Daten und Untersuchungs-Bilder und mit weiteren Rechnerarbeitsplätzen (11) zur Nachbearbeitung der Daten und Untersuchungs-Bilder, wobei der Vorrichtung (9) ein Proxy-Server (18) zugeordnet ist, der eine Umsetzung der Nachrichten zwischen Client-Applikationen (15) und Server-Applikationen (16) gemäß festgelegter Transformationsregeln bewirkt, sowie ein Verfahren zum Austausch von Nachrichten (17) zwischen Knoten eines Netzwerkes (9), wobei der Inhalt der Nachrichten bei ihrer Übertragung mittels einer Umsetzungsroutine nach Transformationsregeln manipuliert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine medizinische Systemarchitektur mit wenigstens einer Modalität zur Erfassung von Untersuchungs-Bildern, mit den jeweiligen Modalitäten zugeordneten Rechnerarbeitsplätzen zur Verarbeitung der Untersuchungs-Bilder, mit einer Vorrichtung zur Übertragung von Daten, den Untersuchungs-Bildern und Nachrichten zwischen Client-Applikationen und Server-Applikationen, mit einer Speichervorrichtung für die Daten und Untersuchungs-Bilder und mit weiteren Rechnerarbeitsplätzen zur Nachbearbeitung der Daten und Untersuchungs-Bilder sowie ein Verfahren zum Austausch von Nachrichten zwischen Knoten eines Netzwerkes.
Aus dem Buch "Bildgebende Systeme für die medizinische Diagnostik", herausgegeben von H. Morneburg, 3. Auflage, 1995, Seiten 684ff sind medizinische Systemarchitekturen, sogenannte PACS (Picture Archival and Communication Systeme), bekannt, bei denen zum Abruf von Patientendaten und durch Modalitäten erzeugter Bilder Bildbetrachtungs- und Bildbearbeitungsplätze, sogenannte Workstations, über ein Bildkommunikationsnetz miteinander verbunden sind. Mittels dieser Workstation lassen sich die Bilder durch Experten befunden.
Beim Zusammenwirken derartiger Systeme treten folgende technische Probleme auf:

a) DICOM Kompatibilitätsprobleme während Netzwerkkommunikation zwischen DICOM Knoten sowohl Vorwärts, Rückwärts als auch mit Produkten von anderen Herstellern werden generisch und konfigurierbar gelöst. Neue Systeme müssen berücksichtigen, wie sich Altsysteme oder andere Produkte verhalten. Deshalb werden kostbare „Patches" und viel Testaufwand benötigt.
b) Anonymisierung von Patientendaten und andere sicherheitsrelevante Anforderungen können konfigurierbar ohne Änderungen in vorhandenen DICOM Produkten gelöst werden. Die Anonymisierung muss heute in den Produkten hardkodiert eingebaut werden.
c) „DICOM Messages" von und zu eingekauften Simulatoren und Testwerkzeuge können heute zur Laufzeit (on the fly) nicht kundenspezifisch ausgebildet (customized) werden z.B. ein HIS/RIS Simulator kann DICOM Felder mit Nullen füllen, aber nicht leer weiterschicken, Altsysteme jedoch senden unbekannte Felder als leer. Dies ließe sich nur durch die Entwicklung erweiterter Simulator- oder Version für Testwerkzeuge beseitigen.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine medizinische Systemarchitektur der eingangs genannten Art zu schaffen sowie ein obengenanntes Verfahren derart auszubilden, dass eine leichte Anpassung an die verschiedensten Gegebenheiten und Anforderungen bedingt beispielsweise durch unterschiedliche Komponenten ggf. auch unterschiedlicher Hersteller auf einfache Weise erreicht wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Vorrichtung zur Übertragung von Daten, den Untersuchungs-Bildern und Nachrichten ein Proxy-Server zugeordnet ist, der eine Umsetzung der Nachrichten zwischen Client-Applikationen und Server-Applikationen gemäß festgelegter Transformationsregeln bewirkt. Dadurch wird erreicht, dass das Netzwerk die Nachrichten zwischen zwei Knoten erfasst, den Inhalt laut konfigurierbarer Regeln manipuliert und danach weiterschickt.
In vorteilhafter Weise kann der Proxy-Server beim Austausch von Daten, Untersuchungs-Bildern und Nachrichten nach dem DICOM-Standard eingesetzt werden.
Erfindungsgemäß kann dem Proxy-Server ein Speicher für die Transformationsregeln zugeordnet sein.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Proxy-Server eine separate Softwareapplikation ist.
Der Proxy-Server kann erfindungsgemäß auf demselben Knoten oder auf einem Netzwerkknoten laufen.
Die Aufgabe wird für ein Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Inhalt der Nachrichten bei ihrer Übertragung mittels einer Umsetzungsroutine nach Transformationsregeln manipuliert werden, wobei der Austausch der Nachrichten zwischen Client-Applikationen und Server-Applikationen erfolgt.
In vorteilhafter Weise können die Applikationen DICOM-Applikationen sein.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Transformationsregeln konfigurierbar sind, so dass eine leichte Anpassung an die verschiedensten Gegebenheiten und Anforderungen erreicht werden kann.
Erfindungsgemäß kann die Umsetzung von Nachrichten durch einen Proxy-Server durchgeführt werden, der auf gespeicherte Transformationsregeln zugreift, wobei der Empfang, die Manipulation und das Weiterschicken der Nachrichten für die DICOM Knoten transparent sind.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Beispiel einer Systemarchitektur eines Krankenhausnetzes,
2 schematisch eine bekannte Kommunikation zwischen einer DICOM-Client-Applikation und einer DICOM-Server-Applikation und
3 die erfindungsgemäße Kommunikation zwischen einer DICOM-Client-Applikation und einer DICOM-Server-Applikation.
In der 1 ist beispielhaft die Systemarchitektur eines Krankenhausnetzes dargestellt. Zur Erfassung medizinischer Bilder dienen die Modalitäten 1 bis 4, die als bilderzeugende Systeme beispielsweise eine CT-Einheit 1 für Computertomographie, eine MR-Einheit 2 für Magnetische Resonanz, eine DSA-Einheit 3 für digitale Subtraktionsangiographie und eine Röntgeneinheit 4 für die digitale Radiographie aufweisen kann. An diese Modalitäten 1 bis 4 sind Bedienerkonsolen 5 bis 8 der Modalitäten oder Workstations angeschlossen, mit denen die erfassten medizinischen Bilder verarbeitet und lokal abgespeichert werden können. Auch lassen sich zu den Bildern gehörende Patientendaten eingeben.
Die Bedienerkonsolen 5 bis 8 sind mit einem Kommunikationsnetz 9 als LAN/WAN Backbone zur Verteilung der erzeugten Bilder und Kommunikation verbunden. So können beispielsweise die in den Modalitäten 1 bis 4 erzeugten Bilder und die in den Bedienerkonsolen 5 bis 8 weiter verarbeiteten Bilder in zentralen Bildspeicher- und Bildarchivierungssystemen 10 abgespeichert oder an andere Workstations weitergeleitet werden.
An dem Kommunikationsnetz 9 sind weitere Viewing-Workstations 11 als Befundungskonsolen angeschlossen, die lokale Bildspeicher aufweisen. Eine derartige Viewing-Workstation 11 ist beispielsweise ein sehr schneller Kleincomputer auf der Basis eines oder mehrerer schneller Prozessoren. In den Viewing-Workstations 11 können die erfassten und im Bildarchivierungssystem 10 abgelegten Bilder nachträglich zur Befundung abgerufen und in dem lokalen Bildspeicher abgelegt werden, von dem sie unmittelbar der an der Viewing-Workstation 11 arbeitenden Befundungsperson zur Verfügung stehen können.
Weiterhin sind an dem Kommunikationsnetz 9 Server 12, beispielsweise Patientendaten-Server (PDS), Fileserver, Programm-Server und/oder EPR-Server angeschlossen.
Der Bild- und Datenaustausch über das Kommunikationsnetz 9 erfolgt dabei nach dem DICOM-Standard, einem Industriestandard zur Übertragung von Bildern und weiteren medizinischen Informationen zwischen Computern, damit eine digitale Kommunikation zwischen Diagnose- und Therapiegeräten unterschiedlicher Hersteller möglich ist. An dem Kommunikationsnetz 9 kann ein Netzwerk-Interface 13 angeschlossen sein, über das das interne Kommunikationsnetz 9 mit einem globalen Datennetz, beispielsweise dem World Wide Web verbunden ist, so dass die standardisierten Daten mit unterschiedlichen Netzwerken weltweit ausgetauscht werden können.
An dem Kommunikationsnetz 9 kann weiterhin ein RIS- und/oder KIS-Server 14 angeschlossen sein, mit dem die Bedienerkonsolen 5 bis 8 mittels des Kommunikationsnetzes 9 über TCP/IP-Protokolle kommunizieren.
In 2 ist eine normale Kommunikation zwischen einer Applikation 15 auf einem DICOM-Client, beispielsweise auf einer der Modalitäten 1 bis 4, und einer Applikation 16 auf einem DICOM-Server, beispielsweise auf dem Server 14, schematisch dargestellt. In einer ersten Verbindung werden mehrere Nachrichten 17 ausgetauscht, die direkt vom DICOM-Client zum DICOM-Server und zurück gehen.
3 zeigt nun eine erfindungsgemäße Kommunikation zwischen einer Client-Applikation 15 und einer Server-Applikation 16. Die Nachrichten 17 vom DICOM-Client zum DICOM-Server und zurück werden erst einem sogenannten Proxy-Server 18 zu geführt, der sie mit in einem Speicher 19 abgelegten Transformationsregeln umsetzt.
Der Proxy-Server 18 ist eine Komponente, die den Datenverkehr im Internet für ein lokales Netzwerk (LAN) verwaltet.
Dieser Proxy-Server 18 kann eine separate Softwareapplikation sein. Sie kann auf demselben Knoten oder auf einem Netzwerkknoten laufen. Sie ist regelbasiert und sehr dynamisch konfigurierbar. Sie ist semantisch frei.
Durch den Proxy-Server 18 werden im Kommunikationsnetz 9 die Daten zwischen den DICOM Knoten erfasst, deren Inhalt nach konfigurierbaren Regeln manipuliert und danach an den Empfänger weiterschickt. Der Empfang, die Manipulation und das Weiterschicken ist für die DICOM Knoten analog zu einer HTTP Proxy total transparent.
Die Manipulation erhält eine hohe Ausdruckskraft durch den mächtigen „Regular Expression Pattern Matching" Algorithmus, der von dem Matematiker S. Kleene stammt und beispielsweise in dem Buch "Mastering Regular Expressions. Powerful techniques for Perl and other tools" von Jeffrey E.F. Friedl beschrieben ist. Er wird benutzt, um Muster von Strings eindeutig und mit einem starken algebraischen Grund zu beschreiben. Die "Regular Expression"-Muster sind ausfaktorisiert in Konfigurationsdateien. Es ist keine Übersetzung des Quellcodes notwendig, um den Proxy umprogrammieren zu können.
Die medizinische Systemarchitektur gemäß der Erfindung zeichnet sich durch folgende Ausprägungen aus:

– Transparenter Proxy zwischen einer alten Generation von Dicom-basierten Produkten und einem neuen Produkt.
– Transparenter Proxy zwischen Dicom-Produkten verschiedener Hersteller oder Interpretationen.
– Sicherheits-Firewall zu anderen Netzwerken oder Dicom-Knoten.
– Erweiterung von Dicom-Simulatoren oder Interoperabilitäts-Testwerkzeuge.

Anhang 1
In der Beschreibung verwendete Abkürzungen:
DICOM Digital Imaging and Communications in Medicine DICOM-Standard ist ein Industriestandard zur Übertragung von Bildern und weiteren medizinischen Informationen zwischen Computern zur Ermöglichung der digitalen Kommunikation zwischen Diagnose- und Theraphiegeräten unterschiedlicher Hersteller.
EPR Electronic-Patient-Record (Elektronische Patienten Akte)
HIS Hospital Information System
(KIS) (Krankenhaus Information System): System für allgemeines Krankenhaus Management, mit den Hauptmerkmalen Patienten Management, Buchhaltung und Rechnungswesen, Personal Management usw.
HTTP HyperText Transfer Protocol definiert den Zugriff von Clients, z. B. Webbrowsern, auf serverseitig gespeicherte Informationen im World Wide Web. HTTP definiert, wie Nachrichten formatiert und übertragen werden und welche Aktionen Webserver und Webbrowser als Antwort auf verschiedene Befehle durchführen sollen.
LAN Local Area Network Ein lokales Netzwerk, das aus einer Gruppe von Computern und anderen Geräten besteht, die über einen relativ begrenzten Bereich verteilt und durch Kommunikationsleitungen verbunden sind, die jedem Gerät die Interaktion mit jedem anderen Gerät im Netzwerk ermöglichen.
PACS Picture Archival and Communication System: computergestützte Bild-Informationssysteme zur Optimierung der Patientenversorgung, des Arbeitsablaufes in der radiologischen Abteilung, der Bildverteilung im Krankenhaus, der Bildversorgung für Forschung und Lehre und der Bildarchivierung.
RIS Radiologie Informationssystem (Radiology Information System): Information System zum Daten-Management innerhalb der Radiologie Abteilung, das beispielsweise den Patienten Zugang, die Kreation von Worklisten, das Berichtswesen, Report Management, die Buchhaltung und das Rechnungswesen usw. unterstützt.
TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol (Übertragungssteuerungsprotokoll/Internetprotokoll).
Das Protokoll für die Kommunikation zwischen Computern ist in das Betriebssystem UNIX integriert und ein De-facto-Standard für die Datenübertragung über Netzwerke, einschließlich dem Internet.
WAN Weitbereichsnetz, (wide area network) Ein Kommunikationsnetzwerk zur Verbindung geografisch weit getrennter Regionen. Ein Weitbereichsnetz kann aus mehreren lokalen Netzwerken besteht. Ein Beispiel für ein Weitbereichsnetzwerk ist das Internet.
Anhang 2

Claims

Medizinische Systemarchitektur mit wenigstens einer Modalität (1 bis 4) zur Erfassung von Untersuchungs-Bildern, mit den jeweiligen Modalitäten (1 bis 4) zugeordneten Rechnerarbeitsplätzen (5 bis 8) zur Verarbeitung der Untersuchungs-Bilder, mit einer Vorrichtung (9) zur Übertragung von Daten, den Untersuchungs-Bildern und Nachrichten zwischen Client-Applikationen (15) und Server-Applikationen (16), mit einer Speichervorrichtung (10) für die Daten und Untersuchungs-Bilder und mit weiteren Rechnerarbeitsplätzen (11) zur Nachbearbeitung der Daten und Untersuchungs-Bilder, wobei der Vorrichtung (9) ein Proxy-Server (18) zugeordnet ist, der eine Umsetzung der Nachrichten zwischen Client-Applikationen (15) und Server-Applikationen (16) gemäß festgelegter Transformationsregeln bewirkt.
Medizinische Systemarchitektur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Austausch von Daten, Untersuchungs-Bildern und Nachrichten nach dem DICOM-Standard erfolgt.
Medizinische Systemarchitektur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Proxy-Server (18) ein Speicher (19) für die Transformationsregeln zugeordnet ist.
Medizinische Systemarchitektur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Proxy-Server (18) eine separate Softwareapplikation ist.
Medizinische Systemarchitektur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Proxy-Server (18) auf demselben Knoten oder auf einem Netzwerkknoten läuft.
Verfahren zum Austausch von Nachrichten (17) zwischen Knoten eines Netzwerkes (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Inhalt der Nachrichten bei ihrer Übertragung mittels einer Umsetzungsroutine nach Transformationsregeln manipuliert werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Austausch von Nachrichten zwischen Client-Applikationen (15) und Server-Applikationen (16) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Applikationen (15, 16) DICOM-Applikationen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Transformationsregeln konfigurierbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung von Nachrichten durch einen Proxy-Server (18) durchgeführt wird, der auf gespeicherte Transformationsregeln zugreift.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfang, die Manipulation und das Weiterschicken der Nachrichten für die DICOM Knoten transparent sind.