Otimização da persistência de dados em PACS empregando modelos de dados hierárquicos indexados

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação.A variedade de modalidades produzidas pelo aumento de dispositivos que sejam capazes de gerar imagens médicas em formato DICOM tem crescido. Consequentemente, com a digitalização dos setores de radiologia, as bases de dados de exames podem ultrapassar as barreiras de terabytes. Fato este, combinado com a lei brasileira de obrigatoriamente manter exames radiológicos arquivados por no mínimo 20 anos, afeta diretamente a gestão de grandes volumes de dados. Este trabalho apresenta o desenvolvimento, avaliação empírica e discussão sobre o emprego do formato de dado hierárquicos HDF5 em conjunto com o núcleo de indexação e busca Apache Lucene. Para a validação da camada de persistência, foram realizados testes de desempenho entre a abordagem proposta contra o modelo em banco de dados relacional PostgreSQL usado na Rede Catarinense de Telemedicina. O desempenho do serviço de armazenamento, em conformidade com o padrão DICOM, foi analisado variando o volume de dados transmitidos entre cliente e servidor. As buscas sobre informações de um exame já realizado abrangeram cenários típicos como a consulta de exames de um paciente específico ou exames pertencentes a um intervalo temporal de dados. A recuperação avaliou três distintos casos: estudo, série ou imagem. Embora mostrando um desempenho superior em cenários de consulta com o uso do PostgreSQL, o uso combinado de HDF5 com Apache Lucene apresenta um meio eficiente de armazenar e recuperar imagens médicas DICOM, pois une o alto desempenho do HDF5 com a funcionalidade de consulta dos dados indexados. Neste ponto, o uso de uma camada para gerenciamento de exames médicos em DICOM, empregando o HDF5 juntamente com Apache Lucene, se apresentou como uma alternativa viável e eficiente. Além disso, trabalhos futuros podem aproveitar algumas características do formato HDF5, como obtenção direta do conteúdo da imagem médica e metadados por ferramentas para auxílio ao diagnóstico, tais como visão multimodal e processamento digital de imagens.The variety of modalities produced by the increasing number of devices that are capable of generating large sets of medical images using DICOM standard has been growing. Consequently, with the ongoing process of digitization of radiology sectors, the examinations database can exceed the terabytes barrier. This fact, combined with the Brazilian law of storing radiological examinations archived for at least 20 years, directly affects the management of large volumes of data. This paper presents the concept, development, assessment and discussion of the combined employment of the hierarchical data format HDF5 with the search engine library Apache Lucene. The validating process of the persistence layer, was carried out by performance tests over the proposed approach compared to the current model based on PostgreSQL and used in the Santa Catarina's Telemedicine Network. The storage service performance in compliance with the DICOM standard was analyzed by interchanging the volume of data transmitted between client and server. The search covered typical scenarios such as search examinations within a time interval or for specific patient. Retrieval operations evaluated three different cases: study, series or image. Although showing superior performance while using PostgreSQL in querying scenarios, the combined use of HDF5 with Apache Lucene provides an suitable way to store and retrieve medical images in DICOM, because it combines the high performance of HDF5 with the query functionality of the indexed data. At this point, the use of a management layer for medical examinations in DICOM, combined with HDF5 and Apache Lucene presented itself as an efficient and viable option. In addition, future studies can take advantage of some features from the HDF5 library, such as direct medical image content retrieval and metadata for computed aid diagnosis, such as multimodal vision and digital image processing

MATLAB

A well-known statement says that the PID controller is the "bread and butter" of the control engineer. This is indeed true, from a scientific standpoint. However, nowadays, in the era of computer science, when the paper and pencil have been replaced by the keyboard and the display of computers, one may equally say that MATLAB is the "bread" in the above statement. MATLAB has became a de facto tool for the modern system engineer. This book is written for both engineering students, as well as for practicing engineers. The wide range of applications in which MATLAB is the working framework, shows that it is a powerful, comprehensive and easy-to-use environment for performing technical computations. The book includes various excellent applications in which MATLAB is employed: from pure algebraic computations to data acquisition in real-life experiments, from control strategies to image processing algorithms, from graphical user interface design for educational purposes to Simulink embedded systems

Um modelo distribuído de armazenamento hierárquico de conhecimento médico

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Gestão do Conhecimento, Florianópolis, 2013.O advento da disseminação e consolidação dos sistemas computacionais, como ferramentas de apoio aos mais variados tipos de negócios, criou uma dependência dos usuários em geral, em armazenar mais e mais seus dados. Atualmente é inquestionável a necessidade de registros anteriores de transações dos usuários em sistemas operacionais. Esta necessidade vai, por exemplo, desde a recuperação de um e-mail de anos anteriores, passando por registros de transações bancárias legadas, indo até prontuários eletrônicos. Com esta crescente demanda de armazenamento de dados, informações e conhecimento, para os mais variados nichos da Indústria e da Ciência em geral, criou um interessante espaço para pesquisa e desenvolvimento de formas alternativas para a persistência de longo prazo em sistemas computacionais. Na área médica, esta premissa é ainda mais verdadeira, pois todos os dias, centenas de milhares de pacientes ao redor do mundo, realizam exames médicos baseados em imagens, buscando auxílio para o diagnóstico dos mais variados tipos de doenças. As formas de persistência de dados que atualmente são utilizadas na área médica, em sua grande maioria, se apoiam no paradigma relacional, que geralmente suportam os sistemas de informação ou conhecimento que estão nos hospitais e clínicas médicas. Neste sentido, esta tese propôs um novo modelo de armazenamento para sistemas médicos baseados em imagens. Este modelo foi concebido a partir de um paradigma hierárquico, seguindo o padrão para imagens médicas internacionalmente reconhecido (DICOM), o que além de representar os dados de uma forma mais natural, simplifica o processo de busca e recuperação. Ao final dos experimentos e das etapas de análises dos resultados, o modelo proposto mostrou ter um desempenho mais eficiente no geral, se comparado ao modelo atual, utilizando bancos de dados relacionais.Abstract : The advent of the spread and consolidation of computer systems as tools supporting various kinds of business, created a dependence on general users to store more and more data. Currently there is an unquestionable need for previous records of user transactions in computer systems. This will need, for example, from the restore of an e-mail in previous years, going through records of bank transactions legacy, going to electronic records. With this increasing demand for data storage, information and knowledge for various niches of Science and Industry in general has created an interesting space for research and development of alternative forms for the persistence of long-term computer systems. In the medical field, this premise is even more true because every day, hundreds of thousands of patients around the world, conduct medical examinations based on images, seeking aid for the diagnosis of various types of diseases. Forms of data persistence that are currently used in the medical field, mostly, rely on the relational paradigm, which generally support information systems and knowledge that are in hospitals and medical clinics. In this sense, this thesis proposes a new storage model for systems -based medical images. This model was designed from a hierarchical paradigm, following the standard for internationally recognized medical images (DICOM), which also represents the data in a more natural, simplifies the process of search and retrieval. At the end of experiments and after the stages of analysis of the results, the proposed model has shown a better performance when compared to the current model, using relational databases