Công cụ hỗ trợ chuẩn đoán bệnh từ xa

Công cụ hỗ trợ chuẩn đoán bệnh từ xa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Bùi Thế Quang CÔNG CỤ HỖ TRỢ CHUẨN ĐOÁN BỆNH TỪ XA Xây dựng module Video Conference và kết nối camera có khả năng điều khiển KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công Nghệ Thông Tin Cán bộ hướng dẫn: TS.Bùi Thế Duy HÀ NỘI - 2006 Lời cảm ơn Đầu tiên chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Bùi Thế Duy, bộ môn Mạng và Truyền thông máy tính, khoa Công Nghệ Thông Tin, ĐHCN-ĐHQGHN, đã hưỡng dẫn chúng em tận tình trong qúa trình làm khoá luận Chúng em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong trường Đại Học Công Nghệ đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu trong suốt quá trình học tập 4 năm qua. Chúng em xin cảm ơn thầy cô và các bạn bên khoa Điện Tử Viễn Thông, ĐHCN-ĐHQGHN đã hỗ trợ nhiệt tình cho chúng em về mặt thiết bị trong quá trình làm đề tài nghiên cứu. Chúng em xin cảm ơn chị Ngô Thị Duyên(K46CA, Đại học Công Nghệ) và anh Đặng Kim Dũng( Khoa Công Nghệ Thông Tin, Đại học Bách Khoa Hà Nội) đã giúp đỡ chúng em về một số vấn đề lí thuyết cần thiết trong quá trình làm luận văn. Hà Nội, ngày 25 tháng 5 năm 2006 Nhóm thực hiện Bùi Thế Quang Vũ Văn Tiệp Bùi Đức Tiến Tóm tắt luận văn Việc ứng dụng tin học trong y tế đã đem lại nhiều lợi ích thiết thực cho xã hội. Với sự phát triển của viễn thông và các kĩ thuật Video Conference, lĩnh vực chuẩn đoán bệnh từ xa( Telemedicine ) đã được triển khai và ứng dụng rộng rãi, giúp xoá bỏ được các hạn chế về khoảng cách địa lý, tận dụng được tối đa các tài nguyên của từng bệnh viên như trang thiết bị, chuyên gia, Để có thể tiến hành chuẩn đoán bệnh từ xa thì không những phải thực hiện được việc trao đổi trực tiếp hình ảnh và âm thanh giữa bệnh nhân và bác sĩ mà còn cần thiết phải trao đổi được các thông tin liên quan như : hình ảnh X- quang, chụp cắt lớp, hình ảnh siêu âm, hồ sơ bệnh án…. Thêm nữa cần thiết cho phép bác sĩ có thể điều khiển camera để có thể quan sát bệnh nhân đúng góc độ. Đề tài nghiên cứu này tập trung nghiên cứu và xây dựng một hệ thống hỗ trợ chuẩn đoán bệnh từ xa có khả năng đáp ứng tốt cho công tác khám chữa bệnh: trao đổi hình ảnh và âm thanh giữa bác sĩ và bệnh nhân thông qua camera có khả năng điều khiển, truyền và nhận các loại dữ liệu đa dạng, đồng thời cũng nghiên cứu việc kết nối, thu nhận dữ liệu từ các thiết bị y tế. Mục lục Lời cảm ơn .2 Tóm tắt luận văn 1 Mục lục 2 Các hình ảnh và bảng sử dụng .4 Bảng các kí hiệu viết tắt .6 Chương 1. Mở đầu .1 1.1. Đặt vấn đề .1 1.2. Các hệ thống trên thế giới .1 1.3. Một số hệ thống ở Việt Nam 3 1.3.1. Hiện trạng phát triển của Việt Nam 3 1.3.2. Chính sách phát triển của Việt Nam trong tương lai 4 1.4 Nhu cầu và giải pháp .5 1.5 Cấu trúc của luận văn 6 Chương 2. Tổng quan về mạng và truyền thông dữ liệu .7 2.1. Các mô hình mạng .7 2.1.1. Mô hình mạng khách chủ (Client/Server) .7 2.1.2. Mô hình mạng ngang hàng (Peer to Peer) 8 2.2. Giao thức truyền thông trong mạng Internet 9 2.2.1. Giao thức điều khiển truyền thông TCP .9 2.2.2. Truyền thông User Datagram Protocol – UDP .10 2.2.3. Real Time Protocol – RTP .10 2.2.4. Real Time Streaming Protocol – RTSP 13 2.3 Truyền thông thời gian thực 14 2.3.1 Dữ liệu trong truyền thông thời gian thực .14 2.3.2 Truyền dòng dữ liệu .15 2.3.3 Các phương thức truyền dòng dữ liệu video 16 2.3.4 Vấn đề đồng bộ hoá Video và Audio 17 2.4 Nén/Giải nén Video 19 2.4.1 Các khái niệm cơ bản về nén video .19 2.4.2 Một số chuẩn nén video .20 2.5 Nén/Giải nén Audio 23 2.5.1 Một số khái niệm về nén Audio .23 2.5.2 Một số chuẩn nén audio .24 2.6. Một số khái niệm về tin học y sinh 25 2.6.1. Chuẩn đoán bệnh từ xa .25 2.6.2. Các loại dữ liệu trong tin học y sinh .26 Chương 3. Thiết kế hệ thống chuẩn đoán bệnh từ xa 27 3.1. Tìm hiểu về yêu cầu của hệ thống .27 3.2. Kiến trúc của hệ thống .28 3.2.1. Kiến trúc tổng thể của hệ thống 28 3.2.2. Kiến trúc của hệ thống phía bác sĩ: .29 3.2.3. Kiến trúc của hệ thống phía bên bệnh nhân: .29 3.3. Đặc tả các module xây dựng .32 Chương 4. Triển khai hệ thống 33 4.1 Giao diện hệ thống 33 4.1.1. Giao diện hệ thống bên Client 35 4.1.2. Giao diện hệ thống bên Server 38 4.2. Mô hình truyền dữ liệu của hệ thống .40 4.2.1. Mô hình .40 4.2.2. Mô tả mô hình truyền dữ liệu .40 4.3. Xây dựng Module Video Conference .41 4.3.1 Video streamming 41 4.3.2 Audio streamming .45 4.4. Tìm hiểu về Camera số có khả năng điều khiển 47 4.4.1 Giới thiệu về camera sử dụng trong hệ thống 47 4.4.2. Độ phân giải của camera 49 4.4.3. Tính nhạy sáng 49 4.4.4. Thấu kính và các tham số của thấu kính .50 4.4.5.Chức năng điều khiển của Camera 50 4.4.6 Lập trình điều khiển camera 51 Chương 5. Kết luận 53 5.1 Các kết quả thu được 53 5.2 Những lợi ích hệ thống đem lại 53 5.3 Hướng phát triển trong tương lai 54 Phụ lục 1: Bảng các thuật ngữ sử dụng .55 Tài liệu tham khảo .56 Các hình ảnh và bảng sử dụng Các hình ảnh sử dụng trong khoá luận Hình 1: Mô hình Telemedicine của Bộ Quốc phòng .4 Hình 2: Mô hình mạng máy tính Client – Server .7 Hình 3 : Mô hình mạng máy tính Peer to Peer .8 Hình 4: Gói tin RTP được đóng gói trong một gói tin UDP/IP .11 Hình 5: Cấu trúc gói tin RTCP 12 Hình 6 : Sơ đồ các giao thức dụng cho truyền thông thời gian thực .14 Hình 7: Mô hình truyền dữ liệu thời gian thực 15 Hình 8: Biểu đồ thể hiện tương quan tỉ lệ nén và chất lượng hình ảnh .23 Hình 9: Kiến trúc tổng thể của hệ thống 28 Hình 10: Mô hình các module bên phía bác sĩ .29 Hình 11: Mô hình các module bên phía bệnh nhân .30 Hình 12: Giao diện mặc định .33 Hình 13: Giao diện Video 34 Hình 14: Sơ đồ cấu trúc giao diện của hệ thống 35 Hình 15: Sơ đồ phần cấp Menu của chương trình phía Client 35 Hình 16: Hộp thoại xuất hiện lúc khởi đầu qua trình kết nối 36 Hình 17: Giao diện chat phía Client 36 Hình 18: Giao diện ECG 37 Hình 19: Giao diện ECG 37 Hình 20: Sơ đồ phần cấp menu phía server .38 Hình 21: Giao diện chat .39 Hình 22: Giao diện Điện tâm đồ phía bác sĩ 39 Hình 23: Giao diện ECG nhận dữ liệu từ máy .39 Hình 24: Hộp thoại cho phép chỉnh độ nén của dữ liệu Video 40 Hình 25: Mô hình truyền dữ liệu của hệ thống 40 Hình 26: Mô hình Video Streamming .42 Hình 27: Mô hình Audio Streamming .45 Hình 28: Mô hình sử dụng thread thu phát trong quá trình chạy .46 Hình 29: Camera sử dụng trong hệ thống 48 Hình 30: Khả năng quay của Camera 48 Hình 31: Sơ đồ cách lắp các dây nối của Camera 49 Hình 32: Mô hình hoạt động module điều khiển Camera 51 Hình 33: Mô hình cách lớp điều khiển camera xây dựng 51 Các bảng sử dụng trong khoá luận Bảng 1: Các chế độ phân giải 22 Bảng 2: Các codec đang được sử dụng 25 Bảng các kí hiệu viết tắt CODEC: Coder-Decoder RTP: Real Time Protocol RTSP: Real Time Streamming Protocol UDP: User Datagram Protocol TCP: Transport Control Protocol ECG : Electrocardiogram EEG : Electroencephalography BCI : Brain Coputer Interface Chương 1. Mở đầu 1.1. Đặt vấn đề Ngày nay, công nghệ thông tin đang phát triển như vũ bão nó được áp dụng trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống xã hội và đem lại nhiều lợi ích to lớn. Trong lĩnh vực y tế, thì việc ứng dụng công nghệ thông tin đã đem lại các dịch vụ chăm sóc sức khỏe rất tốt cả cho phía bệnh nhân và bác sỹ. Dịch vụ chăm sóc sức khỏe ở đây gồm có chuẩn đoán bệnh từ xa và điều trị, cung cấp thuốc, tư vấn, giảng dạy nghiên cứu… Việc kết nối mạng các trung tâm y tế giúp tăng cường khai thác các tài nguyên trong lĩnh vực y tế như: các chuyên gia, thiết bị đắt tiền, dữ liệu … Từ đó hình thành khả năng chuẩn đoán bệnh từ xa (Teleradiology), tư vấn từ xa (Teleconsulting), hội chuẩn từ xa (Teledianogstic, video conferencing)… Trong đó, quá trình hội chuẩn từ xa đã được tiến hành nhiều nơi trên thế giới. Với việc sử dụng các thiết bị và công nghệ dùng cho Video Conference, các bác sĩ có thể khám cho người bệnh ở rất xa về mặt địa lý. Từ đó bỏ qua được nhiều hạn chế về mặt không gian, đem lại nhiều lợi ích cho người bệnh. Đó là việc giảm chi phí cho người bệnh và đặc biệt là việc cứu chữa kịp thời với các bệnh nhân ở xa. Ở Việt Nam, công nghệ thông tin, đặc biệt cơ sở hạ tầng mạng mới được phát triển mạnh trong mấy năm gần đây. Việc áp dụng các giải pháp công nghệ thông tin vào trong y tế đã bắt đầu được áp dụng ở một số bệnh viện lớn và đã thu được nhiều kết quả. Tuy nhiên, vẫn chưa có một giải pháp toàn diện và việc trao đổi thông tin thông tin giữa các bệnh viện ở tuyến trên và các bệnh viện ở tuyến cơ sở. Đặc biệt là việc sử dụng kinh nghiệm của các chuyên gia giỏi trong việc khám chữa bệnh ở tuyến cơ sở, nhất là những bệnh viện ở xa lại có bệnh nhân cần được khám sớm để phát hiện và có biện pháp điều trị kịp thời. Vì vậy việc xây dựng hệ thống hỗ trợ chuẩn đoán bệnh từ xa đang được rất nhiều bệnh viện quan tâm và đang xúc tiến phát triển. 1.2. Các hệ thống trên thế giới Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe cho người dân đã được các nước tiên tiến trên thế giới tiến hành từ rất sớm. Khi mạng máy 1 tính ra đời, lập tức xuất hiện các mạng dùng riêng đặc thù trong nội bộ bệnh viện tiêu biểu như: – Mạng HIS (Hospital Information System): dùng để quản lý thông tin bệnh viện như quản lý nhân sự, tài chính,… đồng thời cũng quản lý thông tin về các bệnh nhân nội, ngoại trú. – Hệ thống thông tin lưu trữ hình ảnh PACS (Picture Archiving and Commmunication System): xử lý, khai thác cở sở dữ liệu, âm thanh, hình ảnh, truyền hình động và các dữ liệu khác từ những thiết bị chuẩn đoán hình ảnh nhử siêu âm, X- Quang, Scanner, cộng hưởng từ hạt nhân … Các ứng dụng trên mạng này là X-Quang từ xa (Teleradiology) bệnh học (Telepathology), chuẩn đoán hình ảnh (Telemedical Imaging) và khám chữa bệnh từ xa, chăm sóc sức khỏe tại nhà (Tele-home Health Care). Bước phát triển tiếp theo là các mạng HIS và PACS của các bệnh viện được nối liên mạng bằng các đường truyền viễn thông tốc độ cao sẽ tạo ra các liên kết theo vùng địa lý hoặc chuyên ngành, xóa bỏ được hạn chế về mặt không gian thời gian, đặc biệt là những khu vực địa lý phức tạp, thiếu chuyên ngành (vùng sâu, vùng xa, …) Yêu cầu chuẩn hóa trong lĩnh vực này rất được quan tâm và được quy định rất nghiêm ngặt bởi vì công việc khám chữa bệnh đòi hỏi các thông tin chính xác, đầy đủ kịp thời. Ở Mỹ đưa ra chuẩn EDI (Electronic Data Interchange) và chuẩn DICOM (Digital Image and Communication in Medicine). Ủy ban châu âu về tiêu chuẩn hóa cũng đã công bố chính thức chuẩn dùng cho việc khám chữa bệnh của họ tương thích với chuẩn EDI của Mỹ. Các dịch vụ khám chữa bệnh từ xa rất phát triển trên thế giới. Tại Mỹ có mạng Metropolital Area Network là mạng y tế thống nhất toàn quốc có sự tham gia của các bệnh viện, phòng mạch tư, phòng khám, labo, công ty dược, công ty cung cấp thiết bị y tế, cơ sở nghiên cứu và đào tạo, bảo hiểm y tế. Ủy ban Châu Âu có chương trình E- Health với yêu cầu 33 nước thành viên sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông để tăng cường các dịch vụ chăm sóc sức khỏe chất lượng cao trên toàn Châu Âu. Tại một số nước châu Á, Telemedicine cũng đã có những bước ứng dụng và nghiên cứu phát triển tương ứng. Nhật Bản có thể coi là một trong những nước có công nghệ viễn thông rất phát triển. Việc nghiên cứu về Telemedicine đã được chú trọng từ lâu. Nǎm 1998, Nhật Bản đã có 155 hệ Telemedicine, trong đó có 68 hệ Teleradiology, 26 hệ Telepathology, 23 hệ chẩn đoán hình ảnh, 20 hệ chǎm sóc y tế từ xa (Home health), 6 hệ Telemedicine trong nhãn khoa, 3 hệ trong nha khoa và 9 hệ khác. 2 [...]... cho việc chuẩn đoán và khám chữa bệnh từ xa một cách kịp thời và chuẩn xác nhất Trong khóa luận của mình, chúng em đã nghiên cứu và xây dựng thành công hệ thống hỗ trợ chuẩn đoán bệnh từ xa với các chức năng sau : - Sử dụng Camera có thể điểu khiển từ xa, cho phép các bác sĩ điều khiển máy camera từ xa sử dụng Joystick để thuận tiện cho việc khám bệnh - Kết nối máy điện tâm đồ, nhận dữ liệu từ máy,... nghiên cứu 26 Chương 3 Thiết kế hệ thống chuẩn đoán bệnh từ xa 3.1 Tìm hiểu về yêu cầu của hệ thống Thông qua việc tìm hiểu một số yêu cầu của bác sĩ, cũng như phía bệnh nhân trong quá trình khám, chữa bệnh của mình, đồng thời tìm hiểu các hệ thống đã được xây dựng và phát triển ta thấy có những yêu cầu cần phải phát triển cho hệ thống hỗ trợ chuẩn đoán bệnh từ xa bao gồm các chức năng chính sau đây:... triển khai tại các bệnh viện trên các thành phố lớn Các cuộc hội thảo và học hỏi kinh nghiệm từ các nước tiên tiến đã dược tiến hành tập trung vào các lĩnh vực: chăm sóc sức khỏe từ xa (telemedicine), lưu trữ và truyển ảnh động cho chuẩn đoán hình ảnh (PACS), hội chẩn từ xa (Telediagnogstic, video conferencing), Tele – home Healthcare,… thông tin về các hệ thống quản lý thông tin bệnh viện bằng máytính... đang được sử dụng Chuẩn nén được nhóm sử dung: Sau khi tìm hiểu về hạ tầng cơ sở mạng về đường truyền, băng thông, tốc độ truyền thống Trên cơ sở yêu cầu của hệ thống là cần chất lượng âm thanh không cao, và sử dụng băng thông ít, vì vậy hệ thống xây dựng sử dụng chuẩn GSM 6.10 2.6 Một số khái niệm về tin học y sinh 2.6.1 Chuẩn đoán bệnh từ xa Telemedicine là một từ ghép bắt nguồn từ “tele” trong tiếng... chữa bệnh cho bệnh nhân cần các thông tin về bệnh sử, thông tin thăm khám như: các xét nghiệm (xét nghiệm huyết học, sinh hóa, vi sinh, tế bào, …), thông tin về chuẩn đoán chức năng (Điện tâm đồ, Điện não đồ, hô hấp …), thông tin vể hình ảnh (X-Quang, siêu âm, ảnh chụp cắt lớp), ngân hàng dữ liệu phục vụ cho việc hỗ trợ ra quyết định và có khi cả mô tả của người bệnh Vì vậy để phục vụ nhu cầu khám bệnh. .. thanh cũng như tạo một công cụ phục vụ cho việc trao đổi dạng text từ hai phía mà không phải sử dụng thêm các phần mềm khác – Trong quá trình khám và chữa bệnh thì hai phía cũng có nhu cầu trao đổi các hồ sơ bệnh án cho nhau Như bệnh nhân muốn chuyển hồ sơ bệnh án, hình chụp X- Quang, hình chụp cắt lớp, hình siêu âm … cho phía bác sĩ Đồng thời, phía bác sĩ cũng muốn chuyển các chuẩn đoán của mình, đơn... HIS( Hospital Information System) Bệnh viện Viêt Đức có dự án Bệnh viện vệ tinh của bệnh viện Việt Đức” đã được Nhà nước và Bộ Y tế phê duyệt từ năm 2003 đến năm 2007 Dự án bệnh viện vệ tinh cho Bệnh viện Việt Đức gồm 6 bệnh viện là Việt Tiệp (Hải Phòng), Sơn Tây, Nam Định, Bắc Ninh, Phú Thọ, Thanh Hóa nhằm cứu chữa kịp thời, giảm bớt tình trạng quá tải hiện nay của Bệnh viện Việt Đức Ngày 5/5/2005,... ghép bắt nguồn từ “tele” trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là từ xa và “medicine” trong tiếng Latin là “mederi” nghĩa là “điều trị” Năm 1970, lần đầu tiên khái niệm Telemedicine được dùng nhằm mô tả cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe cho các bệnh nhân từ xa thông qua việc sử dụng công nghệ thông tin Dịch vụ chăm sóc sức khỏe ở đây có thể bao gồm cả chẩn đoán và điều trị, cung cấp thuốc men, tư vấn, dự phòng... tài liệu ISO/IEC-14496 21 H.261 H.261 là chuẩn nén/giải nén dữ liệu do tổ chức ITU đưa ra vào năm 1990 [9], thiết kế để nén và truyền dữ liệu video trên mạng ISDN với datarate là bội số 64kbps Thuật toán nén dữ liệu được thiết kế cho phép đưa ra dữ liệu nén với tốc độ datarate từ 40kbps đến 2Mbps Chuẩn hỗ trợ 2 chế độ phân giải CIF và QCIF H.263 H.263 là một chuẩn nén/giải nén dữ liệu Video do tổ chức... hoặc camera quay từ phòng mổ của các bệnh viện vệ tinh đến trung tâm tư vấn phẫu thuật Ngày 27/2/2006, các chuyên gia của Viện tim mạch Việt Nam đã thực hiện cầu truyền hình trực tiếp với Singapore trong cuộc phẫu thuật can thiệp tim mạch Cầu truyền hình được kết nối quốc tế thông qua vệ tinh của công ty viễn thông quốc tế VTI Bộ quốc phòng có Dự án “Y học từ xa đang triển khai tại Bệnh viện Trung