Nghiên cứu giải pháp gắn thông tin vùng hình ảnh region of interest trong ảnh y tế vào chuẩn tài liệu HL7 CDA và ứng dụng hiển thị thông tin lâm sàng trên smartphone

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CNTT VÀ TRUYỀN THÔNG Phạm Thị Thắm NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GẮN THƠNG TIN VÙNG HÌNH ẢNH REGION OF INTEREST TRONG ẢNH Y TẾ VÀO CHUẨN TÀI LIỆU HL7 CDA VÀ ỨNG DỤNG HIỂN THỊ THÔNG TIN LÂM SÀNG TRÊN SMARTPHONE LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên, tháng năm 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài "Nghiên cứu giải pháp gắn thơng tin vùng hình ảnh Region Of Interest ảnh Y tế vào chuẩn tài liệu HL7 CDA ứng dụng hiển thị thông tin lâm sàng Smartphone" cơng trình nghiên cứu tơi thực hướng dẫn giáo viên hướng dẫn khoa học Các kết nghiên cứu kết thử nghiệm nêu luận văn trung thực chưa công bố tài liệu khác Trong phần kiến thức chung, nghiên cứu giải thuật áp dụng tơi có tham khảo số tài liệu có trích dẫn đầy đủ Học viên Phạm Thị Thắm Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii DANH MỤC CÁC CHỮVIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC HÌNH vi MỞĐẦU 1 Lý chọn đề tài Đối tượng phạm vi nghiên cứu 2.1 Đối tượng nghiên cứu 2.2 Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài CHƯƠNG 1: CHUẨN TÀI LIỆU LÂM SÀNG (CDA) 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Mục đích ý nghĩa chuẩn tài liệu CDA 1.3 Các tính chất tài liệu CDA 1.4 Cấu trúc chuẩn tài liệu CDA 1.5 Mô hình tham chiếu liệu - HL7 Reference Information Model (RIM) 1.6 Một số khái niệm quan trọng sử dụng mơ hình 1.6.1 HL7 V3 Data Types 1.6.2 Nhóm từ vựng – HL7 Vocbulary Domains 10 1.6.3 Mơ hình để sinh tài liệu CDA 10 1.7 Ảnh y tế vai trò việc sử dụng ảnh y tế chẩn đoán bệnh 12 1.7.1 Giới thiệu chung ảnh y tế 12 1.7.2 Vai trò việc sử dụng ảnh y tế chẩn đoán bệnh 14 1.8 Vùng hình ảnh đặc biệt (ROI) 15 1.9 Quy trình trao đổi tài liệu lâm sàng 16 CHƯƠNG 20 GẮN HÌNH ẢNH Y TẾ VÀ HÌNH ẢNH VÙNG ROI VÀO MỘT TÀI LIỆU CDA 20 2.1 Mô hình bước thực gắn hình ảnh y tế vùng ảnh ROI vào tài liệu CDA 20 2.2 Các Tag lưu thông tin hình ảnh vùng ROI tài liệu CDA 22 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv 2.2.1 Tag - ObservationMedia 22 2.2.2 Tag - RenderMultiMedia 22 2.2.3 Tag - RegionOfInterest 23 2.3 Lấy thơng tin hình ảnh 24 2.4 Lấy thông tin vùng ROI ảnh 25 2.4.1 Các bước thực 25 2.4.2 Giải thuật áp dụng 27 2.4.2.1 Giải thuật Contour Tracing 27 2.4.2.2 Giải thuật Douglas–Peucker chuyển biên dạng Polygon 35 2.5 Giải thuật chuyển đổi thông tin Polygon sang dạng tương thích với kiểu biểu diễn thông tin tài liệu CDA 38 CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT VÀ KIỂM TRA KẾT QUẢ 40 3.1 Các bước cài đặt 40 3.1.1 Lấy thông tin vùng ảnh ROI 40 3.1.2 Nhúng thông tin vào tài liệu CDA 41 3.1.3 Mẫu Stylesheet 51 3.2 Thiết kế Stylesheet cho việc hiển thị thơng tin lâm sàng có nhúng vùng ảnh quan tâm Mobile Browser 55 3.3 Kiểm tra tính hợp lệ (Validation) tài liệu 56 3.4 Hiển thị tài liệu trình duyệt Mobile Browsers 57 a Trên Internet Explorer for mobile 59 b.Trên Android browser 60 c Trên Google Chrome browser for mobile 61 3.5 Một số nhận xét kết luận: 62 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 63 Kết đạt 63 Kiến nghị hướng phát triển 63 PHỤLỤC 1: 64 PHỤLỤC 2: 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt ANSI/HL7 CDA CDA R2 DICOM Tiếng Anh American National Standards Clinical Document Architecture CDA Release Chuẩn tài liệu lâm sàng Chuẩn tài liệu lâm sàng phiên Digital Imaging and Chuẩn trao đổi hình ảnh y Communications in Medicine học Health Level Seven HTML HyperText Markup Language RIM Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Institute/ Health Level Seven l Kỳ HL7 PACS Tiếng Việt Tổ chức chuẩn tin học y tế Hoa kỳ Ngôn ngữ Đánh dấu Siêu văn Picture Archiving and Hệ thống lưu trữ truyền hình Communication System ảnh y khoa Referece Information Model Mơ hình tham chiếu liệu bệnh viện Mơ tả vị trí vùng ảnh ROI Regions Of Interest quan tâm hỗ trợ chẩn đốn bệnh giải phẫu học Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hinh Trang Hình 1.1 Cấu trúc tài liệu CDA [5] Sơ đồ 1.2 Sơ đồ sinh tài liệu CDA [4] 11 Hình 1.3 Các kết tìm kiếm Google, tháng 04 – 2015 Hình ảnh ROI hiển thị phần mềm chuyên dụng 3DHình 1.4 Doctor Sơ đồ 1.5 Quan hệ module tài liệu CDA [1] 13 Hình 2.1 Kiến trúc tích hợp hệ thống [5] Hình 2.2 Kết hiển hình ảnh ban đầu ảnh phổi 20 Hình 2.3 Kết sau xử lý sau bác sỹ chọn vùng ROI 26 Hình 2.4 Bốn bước việc truy tìm ghi nhãn điểm thành phần Hình 2.5 Truy tìm đường viền 15 17 26 27 33 Đơn giản hóa đường cơng theo thuật tốn Douglas Peucker[2] Hình 2.7 Các bước thuật toán Douglas-Peucker Sơ đồ 2.8 Thuật toán chuyển đường viền thành giá trị toạ độ Hình 2.6 Hình 3.1 Kết xử lý thể file XML 36 37 39 40 Khuôn mẫu phiếu định kiểu để hiển thị tài liệu CDA có Hình 3.2 nhúng hình ảnh y tế vùng ảnh quan tâm 53 Hình 3.3 Kiểm tra tính validation tài liệu cơng cụ Altova 56 Hình 3.4 Biểu đồ số lượng người dùng trình duyệt 12 - 2014[15] 58 Hình 3.5 Biểu đồ người dung sử dụng Smartphone 05 - 2014 [15] 58 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong y tế, việc ứng dụng công nghệ thông tin để nâng cao chất lượng chăm sóc sức khỏe cho người dân trú trọng, nhiều chương trình ứng dụng máy tính xây dựng để hỗ trợ việc quản lý thơng tin bệnh nhân, quản lý viện phí, toán bảo hiểm khám chữa bệnh từ xa Trong giai đoạn nay, với phát triển mạnh mẽ cơng nghệ di động, điện tốn đám mây cơng nghệ 3G sản phẩm dịng điện thoại Smartphone không phương tiện liên lạc, giải trí thơng thường mà cịn sử dụng làm cơng cụ khám chẩn đoán bệnh hữu hiệu nhờ kết hợp phần mềm chuyên biệt tính phần cứng sẵn có microphone, cảm biến chuyển động, cảm biến gia tốc, hệ thống lý tưởng cho vùng xa xôi thiếu thiết bị y tế tiến chuyên gia y tế lành nghề Bằng cách sử dụng máy quay phim điện thoại di động bình thường để thu thập liệu từ bệnh nhân truyền liệu cho chuyên gia nơi khác phân tích chẩn đốn Điện thoại di động sử dụng để nhận truyền hình ảnh vết thương chỗ phát bang từ nơi khác điểm chẩn đoán Tạo vai trò đầy triển vọng việc chăm sóc y tế từ xa (telemedicine) – cách sử dụng công nghệ viễn thông để cung cấp việc khám bệnh chăm sóc bệnh nhân bác sỹ bệnh nhân cách xa hàng ngàn dặm Do đề tài sâu vào "Nghiên cứu giải pháp gắn thơng tin vùng hình ảnh Region Of Interest ảnh Y tế vào chuẩn tài liệu HL7 CDA ứng dụng hiển thị thông tin lâm sàng Smartphone" dùng y học đề xuất ứng giải pháp sử dụng chuẩn để trao đổi thông tin sở y tế bác sỹ, bác sỹ với bác sỹ thông qua môi trường Internet thiết bị điện thoại di động Smartphone Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Sử dụng giải pháp này, người bác sỹ dễ dàng gửi thơng tin lâm sàng, hình ảnh chụp vùng hình ảnh đặc biệt Regions Of Interest (ROIs) đến người nhận Khi nhận tài liệu, bác sỹ xem nội dung thơng tin tài liệu, hình ảnh gửi kèm vùng hình ảnh Regions Of Interest điện thoại Smartphone thơng qua trình duyệt Moblie Browser mà khơng cần phải dùng đến ứng dụng chuyên nghiệp Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 2.1 Đối tƣợng nghiên cứu + Chuẩn tài liệu lâm sàng HL7 CDA Release + Một thuật tốn tìm biên để lấy thông tin vùng ROIs ảnh y tế + Giải pháp hiển thị ảnh vùng ROIs theo phương pháp Overlap Web + Ngôn ngữ EXtensible Stylesheet Language, Java Scrip Java 2.2 Phạm vi nghiên cứu + Lý thuyết: - Nghiên cứu cấu trúc tài liệu lâm sàng CDA R2 - Thuật toán Contour Tracing trích chọn thơng tin vùng biên - Thuật tốn Douglas–Peucker việc chuyển đổi biên dạng polygon + Thực nghiệm: - Thiết kế tài liệu lâm sàng dựa chuẩn CDA - Thiết kế Stylesheet để hiển thị thông tin tài liệu lâm sàng Mobile Browser - Cài đặt thuật toán để lấy thông tin đưa vào hiển thị với tài liệu trình duyệt - Kiểm tra tính hợp lệ (Validation) tài liệu sau thiết kế - Kiểm tra kết hiển thị trình duyệt Web Mobile phổ biến Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu khoa học suy luận logic - Phương pháp nghiên cứu mô tả, giải thích, giải pháp Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài + Về khoa học - Hiểu thuật toán: Thuật toán Contour Tracing trích chọn thơng tin vùng biên thuật toán Douglas–Peucker việc chuyển đổi biên dạng polygon - Nghiên cứu giải pháp gắn thông tin vùng hình ảnh Region Of Interest ảnh Y tế vào chuẩn tài liệu HL7 CDA + Về thực tiễn - Cài đặt thuật toán để lấy thông tin đưa vào hiển thị với tài liệu CDA trình duyệt - Xây dựng chương trình thử nghiệm: Thiết kế Stylesheet để hiển thị thông tin tài liệu lâm sàng Mobile Browser Với cách tiếp cận kết thu đề tài hy vọng hướng nghiên cứu ứng dụng việc góp phần nâng cao chất lượng khám chữa bệnh cho người dân vùng xâu, vùng xa có mức thu nhập trung bình thấp, dễ dàng trao đổi thông tin người bệnh với chuyên gia xin ý kiến chuyên gia việc chẩn đoán bệnh Cấu trúc đề tài: Luận văn bao gồm 70 trang với chương bảng phụ lục Cụ thể: Chương 1: Chuẩn tài liệu lâm sàng Chương 2: Gắn hình ảnh y tế hình ảnh vùng ROI vào tài liệu CDA Chương 3: Cài đặt kiểm tra kết CHƢƠNG 1: CHUẨN TÀI LIỆU LÂM SÀNG (CDA) 1.1 Giới thiệu chung Chuẩn tài liệu lâm sàng - HL7 Clinical Document Architecture (CDA) chuẩn tài liệu có cấu trúc Thơng qua chuẩn tài liệu này, rõ cho quan quản lý, sở y tế, nhà thiết kế phần mềm, phần cứng tính cấu trúc "Stucture" tính ngữ nghĩa "Semantic" tài liệu lâm sàng Với mục đích Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ hỗ trợ việc trao đổi thông tin sở y tế, tổ chức quan liên quan thuận tiện xác mơi trường truyền thơng đa dạng phong phú Phiên CDA Release hay cịn gọi (ANSI/HL7 CDA R1.0), thơng qua công nhận chuẩn Quốc tế vào tháng 11 năm 2000 Phiên CDA Release (CDA R2) thông qua tháng 05 năm 2005 American National Standards Institute/ Health Level Seven International (ANSI/HL7) [4] Với tân tiến thiết kế phiên CDA R2, với việc cập nhật kiểu liệu (Data type), loại bỏ, bổ sung số thuộc tính (Header Attribute Section Attribute), gắn kết chặt chẽ với mơ hình HL7 Reference Information Model (RIM) trình phát sinh hình thành tài liệu, cho phép tham chiếu sử dụng mã tương thích với chuẩn HL7 (như: chuẩn LOINC, chuẩn SMOMED-CT ICD 10), thay đổi từ vựng nhóm CNE (Code No Extended) việc bổ sung nhóm từ vựng CNE từ nhóm CWE (Code With Extended) làm cho CDA R2 có tính mạnh nhiều so với phiên trước đồng thời tính ngữ nghĩa tài liệu lâm sàng thể cách rõ nét Trong khuôn khổ sách tập trung giới thiệu chuẩn tài liệu lâm sàng CDA R2 phần trình bày sử dụng thuật ngữ CDA để tài liệu CDA R2 thay cho việc ghi đầy đủ tên tài liệu Bên cạnh kiến thức đề cập có liên quan tới: tài liệu XML, thiết kế Style Sheet, chuẩn LOINC, chuẩn mã định danh OIDs, chuẩn SNOMED CT, chuẩn ICD 10, chuẩn giao thức truyền tin LLP (Lower Layer Protocol) kỹ thuật lập trình JAVA hỗ trợ xử lý tài liệu XML nói chung kỹ thuật xử lý cho tài liệu CDA nói riêng 1.2 Mục đích ý nghĩa chuẩn tài liệu CDA Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 58 Hình 3.4: Biểu đồ số lượng người dùng trình duyệt 12 - 2014 [16] Hình 3.5: Biểu đồ người dung sử dụng Smartphone 05 - 2014 [16] Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 59 Kết a Trên Internet Explorer for mobile Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 60 b.Trên Android browser Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 61 c Trên Google Chrome browser for mobile Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 62 3.5 Một số nhận xét kết luận: (1) Tài liệu CDA sau nhúng hình ảnh ROIs làm việc tốt trình duyệt Mobile với chất lượng hình ảnh tốt; (2) Người dùng hiển thị vùng ROI, dùng chế zoom in/out để xem xét hình ảnh vùng ROIs hi cần; (3) Ngồi trình duyệt trên, chia thành 02 nhóm: Nhóm 1: Hỗ trơ trực tiếp view tài liệu XML: Internet Explorer for Mobile, Firefox for Mobile and Dolphin browser Nhóm 2: Khơng trực tiếp hỗ trợ view tài liệu XML: Android browser, Opera browser for Mobile and Google Chrome browser for Mobile Trong trường hợp cần hiển thị tài liệu CDA ta phải lưu tài liệu CDA, CDA Style Sheet ảnh y tế vào thư mục chia sẻ nhận biết Internet Information Server (IIS), sau duyệt tài liệu địa URL Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 63 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Kết đạt đƣợc Cách tiếp cận chúng tơi có số lợi phương pháp có: (1) Dữ liệu lâm sàng mã hóa cách sử dụng tiêu chuẩn quốc tế - CDA R2 Do đó, tài liệu lâm sàng tương thích với ứng dụng có hỗ trợ CDA, người nhận khơng cần phải nâng cấp ứng dụng; (2) Chỉ cần thay đổi tối thiểu trình sinh CDA, theo cần phải thêm vào hàm để tạo mục RegionOfInterest.values; (3) Vì trình sinh CDA lo việc truy cập sở liệu, phương pháp độc lập với nguồn liệu; (4) Các nội dung tài liệu lâm sàng hình dạng vùng quan tâm thể trình duyệt web tùy ý chọn mà khơng cần trình xem đặc biệt Kiến nghị hƣớng phát triển Để tạo thuận lợi cho người sử dụng, chúng tơi có kế hoạch nâng cấp trình sinh CDA cách cung cấp nhiều lựa chọn sinh tài liệu CDA phiếu định kiểu tương ứng, chẳng hạn lựa chọn cho giá trị thuộc tính href để định phiếu định kiểu XSLT