Orientador : Prof. Dr. Aldo Von WangenheimTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Programa de Pós-Graduação em Informática. Defesa: Curitiba, 25/07/2014Inclui referênciasResumo: O uso de imagens digitais no processo de diagnóstico médico é observável em diferentes escalas e cenários de aplicação, tendo evoluído em termos de volume de dados adquiridos e número de modalidades de exame atendidas. A organização desse conteúdo digital, comumente representado por conjuntos de imagens no pa-drão DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine), costuma ser dele-gada a sistemas PACS (Picture Archiving and Communication System) baseados na agregação de componentes heterogêneos de hardware e software. Parte desses componentes interage de forma a compor a camada de armazenamento do PACS, responsável pela persistência de toda e qualquer imagem digital que, em algum momento, foi adquirida ou visualizada/manipulada via sistema. Apesar de emprega-rem recursos altamente especializados como SGBDs (Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados), as camadas de armazenamento PACS atuais são visualizadas e utilizadas como simples repositórios de dados, assumindo um comportamento pas-sivo (ou seja, sem a agregação de regras de negócio) quando comparadas a outros componentes do sistema. Neste trabalho, propõe-se uma nova arquitetura PACS simplificada baseada em alterações na sua camada de armazenamento. As alterações previstas baseiam-se na troca do perfil passivo assumido atualmente por essa camada por um perfil ativo, utilizando-se de recursos de extensibilidade e de distribuição de dados (hoje não empregados) disponibilizados por seus componentes. A arquitetura proposta concentra-se na comunicação e no armazenamento de dados, utilizando-se de ex-tensões de SGBDs e de estruturas heterogêneas para armazenamento de dados convencionais e não convencionais, provendo alto desempenho em termos de es-calabilidade, suporte a grandes volumes de conteúdo e processamento descentrali-zado de consultas. Estruturalmente, a arquitetura proposta é formada por um con-junto de módulos projetados de forma a explorar as opções de extensibilidade pre-sentes em SGBDs, incorporando características e funcionalidades originalmente dis-tribuídas entre outros componentes do PACS (na forma de regras de negócio). Em nível de protótipo, resultados obtidos a partir de experimentos indicam a viabilidade de uso da arquitetura proposta, explicitando ganhos de desempenho na pesquisa de metadados e na recuperação de imagens DICOM quando comparados a arquiteturas PACS convencionais. A flexibilidade da proposta quanto à adoção de tecnologias de armazenamento heterogêneas também é avaliada positivamente, permitindo estender a camada de armazenamento PACS em termos de escalabili-dade, poder de processamento, tolerância a falhas e representação de conteúdo. Palavras-chave: PACS, DICOM, SGBD, extensibilidade, alto desempenho.Abstract: The use of digital images on medical diagnosis is observable in a number of application scenarios and in different scales, growing in terms of volume of data and contemplated medical specialties. To organize this digital content composed by image datasets in DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine), it is usual to adopt PACS (Picture Archiving and Communication System), an architecture built as an aggregation of hardware and software components. Some of these components compose the so-called PACS's storage layer, responsible for the persistence of every digital image acquired or visualized/manipulated through the system. Despite their high-specialized components (e.g., DBMS - Database Management System), PACS storage layers used today are visualized as simple data repositories, assuming a passive role (i.e., without the implementation of business rules) when compared to other components. In this work, a simplified, new architecture is proposed for PACS, based in modifications on its storage layer. The modifications are based in the replacement of the current passive role by an active one, using extensibility and data distribution resources available on its components. The proposed architecture focuses on communication and data storage, using DBMS extensions and heterogeneous structures for the storage of conventional and non-conventional data, providing high-performance in terms of scalability, support to large volumes of data and decentralized query processing. Structurally, the proposed architecture is composed by a set of modules designed to explore extensibility options available in DBMSs, incorporating characteristics and functionalities originally distributed as business rules among other components of PACS. At prototype level, results obtained through experiments indicate the viability of the proposal, making explicit the performance gains in the search for metadata and image retrieval when compared to conventional PACS architectures. The flexibility of the proposal regarding the adoption of heterogeneous storage technologies is also positively evaluated, allowing the extension of the PACS storage layer in terms of scalability, processing power, fault tolerance and content representation. Keywords: PACS, DICOM, DBMS, extensibility, High-Performance Computing
