PACS for the Developing World

Digital imaging is now firmly ensconced in the developed world. Its widespread adoption has enabled instant access to images, remote viewing, remote consultation, and the end of lost or misplaced film. Unfortunately, the current paradigm of Picture Archiving and Communication System (PACS), with advanced technology inseparable from high complexity, high purchase costs, and high maintenance costs, is not suited for the low-income developing world. Like the simple, easy to repair, 1950’s American cars still running on the streets of Havana, the developing world requires a PACS (DW-PACS) that can perform basic functions and survive in a limited-resource environment. The purpose of this article is to more fully describe this concept and to present a blueprint for PACS tailored to the needs and resources of the developing world. This framework should assist both users looking for a vendor-supplied or open-source solutions and developers seeking to address the needs of this emerging market

Grid Analysis of Radiological Data

IGI-Global Medical Information Science Discoveries Research Award 2009International audienceGrid technologies and infrastructures can contribute to harnessing the full power of computer-aided image analysis into clinical research and practice. Given the volume of data, the sensitivity of medical information, and the joint complexity of medical datasets and computations expected in clinical practice, the challenge is to fill the gap between the grid middleware and the requirements of clinical applications. This chapter reports on the goals, achievements and lessons learned from the AGIR (Grid Analysis of Radiological Data) project. AGIR addresses this challenge through a combined approach. On one hand, leveraging the grid middleware through core grid medical services (data management, responsiveness, compression, and workflows) targets the requirements of medical data processing applications. On the other hand, grid-enabling a panel of applications ranging from algorithmic research to clinical use cases both exploits and drives the development of the services

Application of Asynchronous Transfer Mode (Atm) technology to Picture Archiving and Communication Systems (Pacs): A survey

Broadband Integrated Services Digital Network (R-ISDN) provides a range of narrowband and broad-band services for voice, video, and multimedia. Asynchronous Transfer Mode (ATM) has been selected by the standards bodies as the transfer mode for implementing B-ISDN; The ability to digitize images has lead to the prospect of reducing the physical space requirements, material costs, and manual labor of traditional film handling tasks in hospitals. The system which handles the acquisition, storage, and transmission of medical images is called a Picture Archiving and Communication System (PACS). The transmission system will directly impact the speed of image transfer. Today the most common transmission means used by acquisition and display station products is Ethernet. However, when considering network media, it is important to consider what the long term needs will be. Although ATM is a new standard, it is showing signs of becoming the next logical step to meet the needs of high speed networks; This thesis is a survey on ATM, and PACS. All the concepts involved in developing a PACS are presented in an orderly manner. It presents the recent developments in ATM, its applicability to PACS and the issues to be resolved for realising an ATM-based complete PACS. This work will be useful in providing the latest information, for any future research on ATM-based networks, and PACS

Secure Integration of Information Systems in Radiology

Medical Imaging is an industry where distinctive imaging protocols such as Digital Communications in Medicine (DICOM) and Health Level 7 (HL7) are used to transmit patient data across multiple information systems relaying possible life-saving data their providers. These information systems, unique to radiology departments require proper integration and workflow to achieve the CIA triad of confidentiality, integrity, and availability. This paper discusses the challenges of integrating disparate healthcare radiology information system with particular emphasis on protocol security

Web-based Stereoscopic Collaboration for Medical Visualization

Medizinische Volumenvisualisierung ist ein wertvolles Werkzeug zur Betrachtung von Volumen- daten in der medizinischen Praxis und Lehre. Eine interaktive, stereoskopische und kollaborative Darstellung in Echtzeit ist notwendig, um die Daten vollständig und im Detail verstehen zu können. Solche Visualisierung von hochauflösenden Daten ist jedoch wegen hoher Hardware- Anforderungen fast nur an speziellen Visualisierungssystemen möglich. Remote-Visualisierung wird verwendet, um solche Visualisierung peripher nutzen zu können. Dies benötigt jedoch fast immer komplexe Software-Deployments, wodurch eine universelle ad-hoc Nutzbarkeit erschwert wird. Aus diesem Sachverhalt ergibt sich folgende Hypothese: Ein hoch performantes Remote- Visualisierungssystem, welches für Stereoskopie und einfache Benutzbarkeit spezialisiert ist, kann für interaktive, stereoskopische und kollaborative medizinische Volumenvisualisierung genutzt werden. Die neueste Literatur über Remote-Visualisierung beschreibt Anwendungen, welche nur reine Webbrowser benötigen. Allerdings wird bei diesen kein besonderer Schwerpunkt auf die perfor- mante Nutzbarkeit von jedem Teilnehmer gesetzt, noch die notwendige Funktion bereitgestellt, um mehrere stereoskopische Präsentationssysteme zu bedienen. Durch die Bekanntheit von Web- browsern, deren einfach Nutzbarkeit und weite Verbreitung hat sich folgende spezifische Frage ergeben: Können wir ein System entwickeln, welches alle Aspekte unterstützt, aber nur einen reinen Webbrowser ohne zusätzliche Software als Client benötigt? Ein Proof of Concept wurde durchgeführt um die Hypothese zu verifizieren. Dazu gehörte eine Prototyp-Entwicklung, deren praktische Anwendung, deren Performanzmessung und -vergleich. Der resultierende Prototyp (CoWebViz) ist eines der ersten Webbrowser basierten Systeme, welches flüssige und interaktive Remote-Visualisierung in Realzeit und ohne zusätzliche Soft- ware ermöglicht. Tests und Vergleiche zeigen, dass der Ansatz eine bessere Performanz hat als andere ähnliche getestete Systeme. Die simultane Nutzung verschiedener stereoskopischer Präsen- tationssysteme mit so einem einfachen Remote-Visualisierungssystem ist zur Zeit einzigartig. Die Nutzung für die normalerweise sehr ressourcen-intensive stereoskopische und kollaborative Anatomieausbildung, gemeinsam mit interkontinentalen Teilnehmern, zeigt die Machbarkeit und den vereinfachenden Charakter des Ansatzes. Die Machbarkeit des Ansatzes wurde auch durch die erfolgreiche Nutzung für andere Anwendungsfälle gezeigt, wie z.B. im Grid-computing und in der Chirurgie

Selected Topics on Computed Tomography

This book is a research publication that covers developments within the Diagnostics field of study. The book is a collection of reviewed scholarly contributions written by different authors and edited by an expert with specific expertise. Each scholarly contribution represents a chapter which is complete in itself but related to the major topics and objectives. The target audience comprises scholars and specialists in the field

Interfaces for Modular Surgical Planning and Assistance Systems

Modern surgery of the 21st century relies in many aspects on computers or, in a wider sense, digital data processing. Department administration, OR scheduling, billing, and - with increasing pervasion - patient data management are performed with the aid of so called Surgical Information Systems (SIS) or, more general, Hospital Information Systems (HIS). Computer Assisted Surgery (CAS) summarizes techniques which assist a surgeon in the preparation and conduction of surgical interventions. Today still predominantly based on radiology images, these techniques include the preoperative determination of an optimal surgical strategy and intraoperative systems which aim at increasing the accuracy of surgical manipulations. CAS is a relatively young field of computer science. One of the unsolved "teething troubles" of CAS is the absence of technical standards for the interconnectivity of CAS system. Current CAS systems are usually "islands of information" with no connection to other devices within the operating room or hospital-wide information systems. Several workshop reports and individual publications point out that this situation leads to ergonomic, logistic, and economic limitations in hospital work. Perioperative processes are prolonged by the manual installation and configuration of an increasing amount of technical devices. Intraoperatively, a large amount of the surgeons'' attention is absorbed by the requirement to monitor and operate systems. The need for open infrastructures which enable the integration of CAS devices from different vendors in order to exchange information as well as commands among these devices through a network has been identified by numerous experts with backgrounds in medicine as well as engineering. This thesis contains two approaches to the integration of CAS systems: - For perioperative data exchange, the specification of new data structures as an amendment to the existing DICOM standard for radiology image management is presented. The extension of DICOM towards surgical application allows for the seamless integration of surgical planning and reporting systems into DICOM-based Picture Archiving and Communication Systems (PACS) as they are installed in most hospitals for the exchange and long-term archival of patient images and image-related patient data. - For the integration of intraoperatively used CAS devices, such as, e.g., navigation systems, video image sources, or biosensors, the concept of a surgical middleware is presented. A c++ class library, the TiCoLi, is presented which facilitates the configuration of ad-hoc networks among the modules of a distributed CAS system as well as the exchange of data streams, singular data objects, and commands between these modules. The TiCoLi is the first software library for a surgical field of application to implement all of these services. To demonstrate the suitability of the presented specifications and their implementation, two modular CAS applications are presented which utilize the proposed DICOM extensions for perioperative exchange of surgical planning data as well as the TiCoLi for establishing an intraoperative network of autonomous, yet not independent, CAS modules.Die moderne Hochleistungschirurgie des 21. Jahrhunderts ist auf vielerlei Weise abhängig von Computern oder, im weiteren Sinne, der digitalen Datenverarbeitung. Administrative Abläufe, wie die Erstellung von Nutzungsplänen für die verfügbaren technischen, räumlichen und personellen Ressourcen, die Rechnungsstellung und - in zunehmendem Maße - die Verwaltung und Archivierung von Patientendaten werden mit Hilfe von digitalen Informationssystemen rationell und effizient durchgeführt. Innerhalb der Krankenhausinformationssysteme (KIS, oder englisch HIS) stehen für die speziellen Bedürfnisse der einzelnen Fachabteilungen oft spezifische Informationssysteme zur Verfügung. Chirurgieinformationssysteme (CIS, oder englisch SIS) decken hierbei vor allen Dingen die Bereiche Operationsplanung sowie Materialwirtschaft für spezifisch chirurgische Verbrauchsmaterialien ab. Während die genannten HIS und SIS vornehmlich der Optimierung administrativer Aufgaben dienen, stehen die Systeme der Computerassistierten Chirugie (CAS) wesentlich direkter im Dienste der eigentlichen chirugischen Behandlungsplanung und Therapie. Die CAS verwendet Methoden der Robotik, digitalen Bild- und Signalverarbeitung, künstlichen Intelligenz, numerischen Simulation, um nur einige zu nennen, zur patientenspezifischen Behandlungsplanung und zur intraoperativen Unterstützung des OP-Teams, allen voran des Chirurgen. Vor allen Dingen Fortschritte in der räumlichen Verfolgung von Werkzeugen und Patienten ("Tracking"), die Verfügbarkeit dreidimensionaler radiologischer Aufnahmen (CT, MRT, ...) und der Einsatz verschiedener Robotersysteme haben in den vergangenen Jahrzehnten den Einzug des Computers in den Operationssaal - medienwirksam - ermöglicht. Weniger prominent, jedoch keinesfalls von untergeordnetem praktischen Nutzen, sind Beispiele zur automatisierten Überwachung klinischer Messwerte, wie etwa Blutdruck oder Sauerstoffsättigung. Im Gegensatz zu den meist hochgradig verteilten und gut miteinander verwobenen Informationssystemen für die Krankenhausadministration und Patientendatenverwaltung, sind die Systeme der CAS heutzutage meist wenig oder überhaupt nicht miteinander und mit Hintergrundsdatenspeichern vernetzt. Eine Reihe wissenschaftlicher Publikationen und interdisziplinärer Workshops hat sich in den vergangen ein bis zwei Jahrzehnten mit den Problemen des Alltagseinsatzes von CAS Systemen befasst. Mit steigender Intensität wurde hierbei auf den Mangel an infrastrukturiellen Grundlagen für die Vernetzung intraoperativ eingesetzter CAS Systeme miteinander und mit den perioperativ eingesetzten Planungs-, Dokumentations- und Archivierungssystemen hingewiesen. Die sich daraus ergebenden negativen Einflüsse auf die Effizienz perioperativer Abläufe - jedes Gerät muss manuell in Betrieb genommen und mit den spezifischen Daten des nächsten Patienten gefüttert werden - sowie die zunehmende Aufmerksamkeit, welche der Operateur und sein Team auf die Überwachung und dem Betrieb der einzelnen Geräte verwenden muss, werden als eine der "Kinderkrankheiten" dieser relativ jungen Technologie betrachtet und stehen einer Verbreitung über die Grenzen einer engagierten technophilen Nutzergruppe hinaus im Wege. Die vorliegende Arbeit zeigt zwei parallel von einander (jedoch, im Sinne der Schnittstellenkompatibilität, nicht gänzlich unabhängig voneinander) zu betreibende Ansätze zur Integration von CAS Systemen. - Für den perioperativen Datenaustausch wird die Spezifikation zusätzlicher Datenstrukturen zum Transfer chirurgischer Planungsdaten im Rahmen des in radiologischen Bildverarbeitungssystemen weit verbreiteten DICOM Standards vorgeschlagen und an zwei Beispielen vorgeführt. Die Erweiterung des DICOM Standards für den perioperativen Einsatz ermöglicht hierbei die nahtlose Integration chirurgischer Planungssysteme in existierende "Picture Archiving and Communication Systems" (PACS), welche in den meisten Fällen auf dem DICOM Standard basieren oder zumindest damit kompatibel sind. Dadurch ist einerseits der Tatsache Rechnung getragen, dass die patientenspezifische OP-Planung in hohem Masse auf radiologischen Bildern basiert und andererseits sicher gestellt, dass die Planungsergebnisse entsprechend der geltenden Bestimmungen langfristig archiviert und gegen unbefugten Zugriff geschützt sind - PACS Server liefern hier bereits wohlerprobte Lösungen. - Für die integration intraoperativer CAS Systeme, wie etwa Navigationssysteme, Videobildquellen oder Sensoren zur Überwachung der Vitalparameter, wird das Konzept einer "chirurgischen Middleware" vorgestellt. Unter dem Namen TiCoLi wurde eine c++ Klassenbibliothek entwickelt, auf deren Grundlage die Konfiguration von ad-hoc Netzwerken während der OP-Vorbereitung mittels plug-and-play Mechanismen erleichtert wird. Nach erfolgter Konfiguration ermöglicht die TiCoLi den Austausch kontinuierlicher Datenströme sowie einzelner Datenpakete und Kommandos zwischen den Modulen einer verteilten CAS Anwendung durch ein Ethernet-basiertes Netzwerk. Die TiCoLi ist die erste frei verfügbare Klassenbibliothek welche diese Funktionalitäten dediziert für einen Einsatz im chirurgischen Umfeld vereinigt. Zum Nachweis der Tauglichkeit der gezeigten Spezifikationen und deren Implementierungen, werden zwei modulare CAS Anwendungen präsentiert, welche die vorgeschlagenen DICOM Erweiterungen zum perioperativen Austausch von Planungsergebnissen sowie die TiCoLi zum intraoperativen Datenaustausch von Messdaten unter echzeitnahen Anforderungen verwenden

Developing a mHealth-based portable ultrasound platform for breast cancer screening

Background Breast cancer is amongst the 10 most common cancers globally. The disease burden is increasing rapidly in Sub-Saharan African countries, where women living in rural and or remote areas are particularly prone to be diagnosed with late-stage breast cancer. This is due to the limited availability of advanced screening and diagnostic options. Ultrasound is a feasible screening tool for breast cancer, due to its portability, affordability and accuracy. The integration of mHealth with portable ultrasound enables the provision of screening services in rural and remote areas, through electronic consultation by a non-specialist with a specialist for interpretation and reporting of the ultrasound results. This project developed an application for a mHealth-based portable ultrasound platform that could be used by a non-specialist to provide breast cancer screening services with remote specialist support. Methods A systematic review of the literature was conducted for the period of 2004 to 2019 to gather evidence on the use of mHealth-based portable ultrasound platforms for improved access to ultrasound services like breast cancer screening. The evidence from the literature was used to design and develop a prototype of an application for a mHealth-based portable ultrasound platform suitable for breast cancer screening. The prototype application was integrated with a mobile-based portable ultrasound from Philips Lumify. Images generated by scanning a phantom breast using the portable ultrasound were uploaded onto the application and downloaded from the application to demonstrate the concept. Results The systematic review showed only two clinical conditions (obstetrics and cardiovascular disease) which used a mHealth-based portable ultrasound platform. The outcomes from the studies showed improved access to the respective ultrasound services in terms of patient management, early detection, improved quality of care and increased patient attendance, which resulted in access to other services. The integration of the prototype application with a mobile-based portable ultrasound resulted into a mHealthbased portable ultrasound platform prototype intended for breast cancer screening. The ability to upload images onto the platform and download images from the platform satisfied the design requirements for the platform. Conclusion A mHealth-based portable ultrasound prototype was developed, which has potential for improving access to breast cancer screening services. Further research including testing of the application with health professionals and patients is recommended to strengthen the feasibility of the concept