DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE PACS (PATIENT ARCHIVING AND COMMUNICATION SYSTEMS) Y TELERADIOLOGÍA PARA EL MERCADO COLOMBIANO. ANDRÉS WEISS ÁNGEL

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1 DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE PACS (PATIENT ARCHIVING AND COMMUNICATION SYSTEMS) Y TELERADIOLOGÍA PARA EL MERCADO COLOMBIANO. ANDRÉS WEISS ÁNGEL Proyecto de grado para optar por el título de Ingeniero Industrial Director Ing. Paloma Martínez Ing. Mauricio Lombana Gerente CRM Medicina Nuclear, Siemens Asesor Bernhard Schubert Business Manager para Latinoamérica de Health Services, Siemens UNIVERSIDAD DE LA SABANA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL SANTAFÉ DE BOGOTÁ, D. C. 2004

2 TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN 0 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO 5 OBJETIVO GENERAL 8 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 8 DIFERENCIAS ENTRE EL FLUJO DE TRABAJO TRADICIONAL Y EL DIGITAL PARA LA GESTIÓN DE IMÁGENES DIAGNÓSTICAS 9 LA DIFERENCIA DE LOS FLUJOS DE TRABAJO Descripción de procedimientos y técnicas Orden de Examen Adquisición de imágenes de Rayos X Convencional Adquisición de imágenes de Rayos X mediante un digitalizador Rayos X completamente digital Adquisición de otras modalidades Documentación y publicación Post procesamiento de imágenes diagnósticas Archivo de imágenes diagnósticas 18 CAPITULO 2 20 INFORMACIÓN GENERAL DE CONFIGURACIONES Y COMPONENTES DE UN SISTEMA PACS Sistema de adquisición de Imágenes 21

3 2.1.1 Digitalización Formato de las imágenes: ACR-NEMA y DICOM Red de comunicaciones intra departamental e intra hospitalaria Sistema de Gestión de información e imágenes Sistema de Archivo de INFORMACIÓN e imágenes Sistema de Visualización y procesamiento de imágenes Sistema de Impresión de Imágenes 38 CAPITULO 3 40 LEVANTAMIENTO DE INFORMACIÓNDE MERCADO Y TENDENCIAS EN RADIOLOGÍA El mercado latinoamericano Consideraciones del mercado en Colombia Características de los competidores principales en el mercado colombiano AGFA KODAK FUJIFILM PHILIPS, GENERAL ELECTRIC y TOSHIBA Estrategia ESPECÍFICA para el mercado actual 47 CAPÍTULO 4 49 LEVANTAMIENTO DE INFORMACIÓN E INTERESES DEL CLIENTE: FUNDACIÓN CARDIOINFANTIL Financiación del sistema 51

4 CONCLUSIONES 56 GLOSARIO 60 BIBLIOGRAFÍA 63 ANEXO 1: ESTUDIOS SOBRE EL IMPACTO DE LOS SISTEMAS PACS EN EL FLUJO DE TRABAJO 67 ANEXO 2: LATIN AMERICAN PACS MARKET, FROST & SULLIVAN 75 ANEXO 3: RESULTADOS TOTALES DEL LEVANTAMIENTO DE DATOS FUNDACIÓN CARDIO INFANTIL 79 ANEXO 4: DESCRIPCIÓN DETALLADA DE CADA COMPONENTE DEL SISTEMA PARA FUNDACIÓN CARDIOINFANTIL 86 MAGICSAS SISTEMA DE INFORMACIÓN PARA DEPTO. DE RADIOLOGÍA RIS 86 ESTACIÓN DE TRABAJO DE VISUALIZACIÓN Y DIAGNOSTICO Y SERVIDOR 98 ESTACION DE TRABAJO Y DIAGNÓSTICO SALA DE URGENCIAS 112 SISTEMA DE ARCHIVO DIGITAL EN LÍNEA 122 SISTEMA DE DISTRIBUCION 132 ANEXO 5: REGLAMENTACIÓN DE LA TELEMEDICINA EN COLOMBIA. 142

5 INTRODUCCIÓN Los sistemas PACS (Patient Archiving and Communication Systems) que en inglés significa Sistema de Comunicación y Archivo de imágenes del Paciente. En esencia son sistemas que permiten pasar del manejo tradicional de las imágenes de los departamentos de radiología, realizado por medio de placas, a sistemas en donde toda la información se maneja de manera digital. Este cambio permite el aprovechamiento de dichos sistemas digitales para permitir reducción de costos generales de los departamentos de radiología y mejorar los flujos de trabajo y la productividad de los mismos. Para explicar el impacto de estos sistemas se utilizarán de forma analógica dos sistemas conocidos: las redes y software de oficina y la fotografía digital, las cuales permitirán entender cual puede ser el impacto de esta tecnología en los procesos relacionados con imágenes diagnósticas y cómo permiten optimizarlos. Las redes y software de oficina han cambiado desde la definición de los procesos hasta las definiciones de cargo, pasando por el sistema educativo. Lo anterior debido a los grandes cambios en el flujo de información a través de redes de datos tanto locales como mundiales que han permitido no solo agilizar el trabajo sino también aumentar la productividad de cada individuo en una situación de trabajo. Las redes están compuestas de hardware específico como servidores, 0

6 archivos centralizados, cableados estructurales, estaciones de trabajo, impresoras, etc... Así mismo, comprende aplicaciones específicas de software como SAP, Excel, Word, Explorer, Lotus Notes, etc. Según las necesidades que tengan las oficinas de acuerdo al tipo de trabajo, a su tamaño y a la descripción de sus procesos es necesario personalizar dichas redes hasta el punto en el que los sistemas de una organización son tan importantes para el funcionamiento de la misma que se convierten en un actor y no una herramienta. La fotografía digital tiene grandes similitudes con los sistemas digitales de diagnóstico. El salto que se dio a nivel mundial de la fotografía convencional o análoga, a la fotografía digital ha permitido que los equipos se vuelvan más pequeños; que no sean necesarios los cuartos oscuros propios o pagar por el servicio de revelado e impresión; y, que sea posible eliminar sistemas físicos y espacios de archivo. En resumen, la fotografía digital ha permitido que en un computador se puedan retocar, corregir y seleccionar las imágenes que realmente se desean y por ultimo, que cualquier persona pueda distribuir sus imágenes desde cualquier parte de mundo al lugar que quiera o que necesite. La relación de estos sistemas digitales de información con los departamentos de radiología es obvia ya que el objetivo de éstos es generar, post procesar, archivar 1

7 y distribuir imágenes, principalmente en el entorno en el que la competitividad, la productividad y la agilidad con la que se realicen estos procesos es clave por su relación directa con los costos y con el volumen de los servicios de imágenes diagnosticas. De otro lado, es importante tener en cuenta que estos departamentos están creados como herramienta básica para poder diagnosticar, tratar y resolver problemas de salud de personas, por lo cual es imperante la necesidad de hacer que estos sistemas resulten lo más ágiles posibles y que la calidad de los mismos responda a los más altos estándares posibles. Antecedentes A continuación se hará una descripción de los sistemas PACS y de la teleradiología. Sistemas PACS 1 Los sistemas PACS (Patient Archiving and Communication System) son una tecnología que emergió a finales de los años setentas y principios de ochentas. La necesidad de generar estos sistemas surgió de la conclusión lógica de que modalidades de imágenes diagnósticas nuevas en esos años como la tomografía 1 (PACS from networks to workflow and beyond, S. Bocionek, General manager, PACS division, Siemens Health Services GmbH & Co. Erlangen Germany, reprint from digital (re)volution in radiology.) 2

8 computarizada y la resonancia magnética, generaban imágenes digitales, que permitían un manejo de imágenes más eficiente. En un principio los sistemas PACS se enfocaron en los requerimientos técnicos y las posibilidades de los sistemas de información que pudieran soportar la carga de los departamentos de radiología específicamente con tecnologías relacionadas con la adquisición, transmisión, diagnóstico, archivo y distribución de imágenes médicas. La primera implementación de PACS usada en un ambiente hospitalario fue en el Hospital Danubio en Viena, Austria. En ese momento la necesidad de proyectos de PACS no era muy clara. PACS era más una visión del futuro que una necesidad implícita. La visión de los sistemas PACS dictaminaba que la información fuera necesaria de manera inmediata, en el punto de toma de decisiones diagnósticas o quirúrgicas, para generar acciones médicas. Uno de los componentes más importantes en las decisiones médicas en estos días es la interpretación y diagnóstico de imágenes radiológicas. El hecho de que la información de imágenes médicas (imágenes y reportes) necesitara hasta medio día en pasar desde el punto de adquisición al punto de decisión justificaba la necesidad de sistemas más rápidos de distribución y archivo de las imágenes. 3

9 Esta tecnología esta entrando a Colombia debido al interés de parte tanto de los consumidores de sistemas digitales para implementación en departamentos de imágenes diagnósticas como de los proveedores de dichos sistemas. Teleradiología La introducción de los sistemas PACS ha dado un nuevo impulso a la teleradiología. La imagen en formato digital no queda limitada al espacio del hospital, haciendo uso de las redes públicas de comunicaciones, puede ser transmitida a cualquier punto del mundo. Al ser la transmisión de imágenes de tipo digital no hay pérdida de datos durante la transmisión la calidad es la misma que lugar de origen y puede permitir el diagnóstico primario. La calidad de imagen obtenida depende de la técnica de adquisición (Vídeo CCD, barrido por CCD, o barrido por láser), o de las técnicas de compresión de datos que permiten reducir el tiempo de transmisión. La mayor limitación es el tiempo y los costos relacionados con la transmisión de cada imagen, los cuales dependen de la línea de comunicación utilizada. La línea telefónica, económica y disponible en cualquier lugar permite alcanzar velocidades de datos bajas, de hasta ,035 Mbit/sec, muy alejados de los 10 Mbit/sec de una red local (11). 4

10 Las líneas de datos digitales públicas alcanzan velocidades entre 0,064 Mbit/sec y 2 Mbit/sec., permitiendo reducir el tiempo de transmisión y acciones más sofisticadas, como controlar o sincronizar las operaciones del terminal remoto. Sin embargo, es importante aclarar que el tiempo de transmisión no es el factor más crítico en un sistema de teleradiología. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO La presión para optimizar los recursos en la asistencia médica ha alcanzando cada institución clínica y diagnostica. La decisión de los individuos involucrados en los procesos clínicos de ser más productivos tiene un límite pues por más fuerte que sea ésta, no se le pueden poner más horas al día, pero apoyándose en la tecnología si se puede aumentar su eficiencia: reduciendo el tiempo de espera; mejorando el flujo de tareas; reduciendo la cantidad de imágenes perdidas; e implementando archivos digitales y sistemas de comunicaciones Los sistemas PACS (Patient Archiving and Communication Systems) han puesto más tiempo a disposición de departamentos de radiología y de centros de diagnóstico en todo el mundo. En la actualidad, la misma eficacia está siendo ampliada a cardiología, ortopedia, y demás campos que están empleando sistemas de imágenes diagnósticas para procedimientos específicos. Estos sistemas están siendo ampliados de tal manera que se eliminan barreras de compatibilidad de datos, lo cual permite que el capital invertido en este tipo de 5

11 sistemas y los presupuestos asignados a estos proyectos se aprovechen lo más posible y permitan incluir a más modalidades de imágenes, generando un impacto positivo en la institución que los utiliza. El proyecto busca una mejora en el funcionamiento de los departamentos de imágenes diagnósticas en Colombia mediante soluciones de sistematización, digitalización, y comunicación electrónica, lo cual permitiría agilizar, mejorar y ampliar los servicios relacionados con imágenes diagnósticas tanto para los médicos, los radiólogos y el personal asociado a los departamentos de radiología, como para los pacientes y las instituciones clínicas en general. Adicionalmente, se busca estudiar un mercado muy joven en nuestro país que, según estudios y tendencias internacionales, va a representar más o menos el cincuenta por ciento de la inversión tecnológica del sector clínico a partir de el año 2006 (según estudios de tendencias de los mercados clínicos realizados por Frost & Sullivan) En países de Europa, donde ya se esta implantando ésta tecnología, presenta una recuperación de la inversión en período de un año. Actualmente el sistema convencional de imágenes diagnósticas (en placas con archivo físico) presenta las siguientes desventajas: El sistema no es lo suficientemente eficiente debido a que se pierden placas, el movimiento de todo el material es físico, es necesario realizar retomas posteriores 6

12 debido a que la calidad de algunos exámenes no permite un diagnóstico, lo que implica perdidas de tiempo y material. Económicamente los sistemas actuales necesitan más espacio físico (laboratorios, cuartos claros, archivo de imágenes y stock de químicos y películas), mayor cantidad de personal ya que este debe dedicar tiempo a actividades que podrían ser obviadas en sistemas digitales como la distribución, procesamiento y archivo y mayores costos por número de placas y químicos. Inconvenientes en el flujo de trabajo tales como: no poder ver el mismo examen en tiempo real en dos lugares diferentes (segunda opinión), realización de diagnósticos remotos con especialistas en otras ciudades, problemas al necesitar ver la historia de las imágenes y el resultado de tratamientos alo largo de el tiempo. 7

13 OBJETIVO GENERAL Realizar un diseño y un proyecto de implementación de PACS (Patient Archiving and Communication Systems) y tele radiología para el mercado Colombiano. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Información general de las configuraciones y los equipos de los sistemas PACS. Levantamiento de información de mercado y tendencias en tele radiología. Levantamiento información e intereses del cliente. Realización estudio económico para el cliente. Realización estudio de productividad y eficiencia para el cliente. Diseño del proyecto de tele radiología con sus diferentes alcances. Conclusiones del proyecto. 8

14 CAPÍTULO 1 DIFERENCIAS ENTRE EL FLUJO DE TRABAJO TRADICIONAL Y EL DIGITAL PARA LA GESTIÓN DE IMÁGENES DIAGNÓSTICAS Como a cualquier industria del mundo, la competencia, el mercado y los estándares impuestos por las nuevas tendencias de productividad exigen a los departamentos de imágenes diagnósticas y a las instituciones clínicas en general a disminuir costos, aumentar la productividad, disminuir el personal necesario para realizar procesos que pueden ser potencialmente automatizados y prestar más y mejores servicios. Se busca Por lo tanto, hacer la operación lo más eficiente y efectiva posible. Para lograr esto es necesario apoyarse en aquellas tecnologías que permitan combinar el desarrollo propio de las personas y de los procesos y permitan optimizar los flujos de trabajo, disminuir costos variables y proporcionen nuevos servicios clínicos y administrativos. LA DIFERENCIA DE LOS FLUJOS DE TRABAJO Aun cuando los subprocesos generales convencionales o digitales de un departamento de radiología son iguales la eficiencia de estos cambia 9

15 significativamente si estos son digitales y tienen están conectados a una red de información especifica o si no. En el Anexo 1 se puede encontrar estudios internacionales de diferentes ejemplos en los que los sistemas digitales han afectado el flujo de los procesos en los departamentos de radiología. Flujo de trabajo en un departamento de imágenes diagnósticas Grafica Nº 1, Diagrama de flujo de trabajo departamento de Imágenes diagnosticas ORDEN DE EXAMEN PROGAMACION DE EXAMEN ADQUISICION DE EXAMEN CONTROL DE CALIDAD ARCHIVO Y DISTRIBUCION DIAGNOSTICO Y REPORTE POST PROCESO DE IMAGEN DOCUMENTAR Y PUBLICAR Fuente: Siemens AG, Health Services Image Management 10

16 1.1. Descripción de procedimientos y técnicas Orden de Examen Las órdenes de imágenes diagnósticas tienen dos procedencias diferentes. En primer lugar, las externas que se realizan cuando un medico fuera de la institución hospitalaria le pide a un paciente que se realice un examen específico en esa institución y normalmente es el paciente quien llama a la institución y pide una cita para realizar dicho examen. La segunda forma es cuando internamente un medico en la clínica ordena un examen específico para que se a realizado a un paciente que o bien esta hospitalizado o bien esta en urgencias y esta se realiza por medio de sistemas hospitalarios es decir por una orden en papel interna dentro del sistema convencional o por una orden digital si existen sistemas como de gestión hospitalaria (HIS) y sistemas de información de radiología (RIS) en donde estas ordenes son programadas directamente en el sistema del departamento de radiología Adquisición de imágenes de Rayos X Convencional El proceso de adquisición se realiza bien sea en mesas de Rayos X o con equipos portátiles y normalmente estos exámenes están entre el 65% y el 75% del total de exámenes requeridos a los departamentos de imágenes diagnósticas en Colombia. Después de realizar el disparo de Rayos X en el equipo, el chasis que contiene la película radiográfica, es marcado con los datos demográficos del paciente (esto es 11

17 requisito legal para todas las imágenes diagnósticas) posteriormente es llevado a un cuarto oscuro en donde se retira la película del chasis se inserta en una procesadora que revela la película y la seca y posteriormente es llevada a lo que se conoce como un cuarto claro en donde el técnico que realizo la adquisición revisa la película en un negatoscopio en donde se revisa la calidad diagnóstica de la misma una vez realizada esta comprobación existen dos posibilidades que sea necesario repetir el proceso completamente o dos que la placa física pueda ser enviada al radiólogo para que este realice el diagnóstico respectivo a la placa. En primer lugar el proceso análogo por definición implica que por cada acción que se genere en la adquisición de imágenes diagnósticas automáticamente se genera un consumo, sin importar si el resultado es o no satisfactorio. Esto al igual que en la fotografía convencional quiere decir que hasta no haber gastado un disparo en el equipo de Rayos X, una película y la cantidad de revelador y demás químicos no se puede saber si el resultado de la adquisición es de calidad o no, esto sin contar el tiempo requerido para realizar todo este proceso. No existe posibilidad de post procesar la imagen pues una vez se logra una imagen de calidad diagnóstica esta se queda de el tamaño y encuadre en la que se tomo y no permite variar contraste ni brillo ni añadir o resaltar información importante alguna. Solo existe un original de la imagen la reproducción de esta implica incurrir en un numero de costos comparable al de generar una imagen nueva. 12

18 Adquisición de imágenes de Rayos X mediante un digitalizador Aunque el sistema y los equipos de adquisición son los mismos que en el anterior el cambio principal esta en el procesado y en los chasises, pues estos utilizan una tecnología llamada CR (Computed Radiography) en la cual los chasises contienen una película que es reutilizable según sus fabricantes para unas a tomas diferentes. En este sistema también es necesario marcar cada exposición con los datos demográficos del paciente y en este caso no se realiza directamente sobre la película sino que se relaciona de manera digital el chasis con el paciente. Después de la exposición, el chasis se inserta en el digitalizador que extrae la película, la escanea mediante un láser y una cámara digital de alta definición envía la imagen y la información demográfica a una estación de control de calidad y borra la película que queda lista para ser expuesta nuevamente. Posteriormente el técnico en la estación de control de calidad revisa la imagen a la cual digitalmente se le pueden arreglar o mejorar ciertas características como el contraste, el encuadre y el brillo, una vez la imagen cumple con los estándares de calidad es enviada al archivo digital y esta lista para que el radiólogo realice el diagnóstico en una estación destinada a este propósito. El proceso permite utilizar los equipos convencionales que tiene la institución pero para manejar la información y las imágenes de forma digital, es necesario como en 13

19 cualquier cambio tecnológico que tanto técnicos como radiólogos se acostumbren a una forma diferente de ver imágenes y realizar reportes. Con respecto al proceso convencional el uso de sistemas CR presenta ventajas importantes en cuanto a costos y a que permite como veremos a continuación una solución casi optima para el proceso de adquisición de imágenes diagnósticas por Rayos_X Rayos X completamente digital Los equipos de ultima generación para adquisición de imágenes por Rayos X son los llamados FD (Full Digital) que son equipos en los cuales la imagen es captada directamente en un detector plano que envía a una estación de trabajo en la sala de Rayos X la imagen segundos después del disparo del rayo, lo cual permite realizar todo el proceso de adquisición sin necesidad de reveladoras, procesadoras, digitalizadores o sistemas de identificación demográfica alguno. Estos sistemas de última generación todavía están lejos de entrar en nuestros mercados latinoamericanos. En primer lugar, por que debido a que todavía son sistemas muy nuevos, sus precios son altos y en segundo lugar, por que existe la alternativa de poder mantener por unos años más los sistemas con los que ya cuentan las instituciones y esperar a que estos equipos se vuelvan un poco más competitivos en precio. Según analistas de SIEMENS son estos equipos los que 14

20 finalmente desplazaran a la radiología convencional y a los sistemas de digitalización Adquisición de otras modalidades Para el resto de modalidades como ultrasonido, resonancia magnética, tomografía computarizada, fluoroscopia, angiografía y medicina nuclear. Los sistemas que tienen menos entre 3 y 5 años de instalados o son Dicom o se pueden actualizar a Dicom y aquellos que no, normalmente se les puede instalar un Framegrabber es decir un dispositivo que captura las imágenes del monitor de la consola del equipo y lo convierte a Dicom y lo envía a una red de información común. Existen Modalidades que requieren protocolos DICOM especiales como las de radioterapia en las cuales dado el post procesamiento especial que se realiza sobre las imágenes para la planificación de la dosis que va a recibir el paciente y una cantidad de información demográfica y física requieren una diferenciación especial de las imágenes diagnósticas generales por lo tanto los sistemas que van a manejar dichas imágenes es especial en este se conoce como DICOM RT donde RT son las sigla de radioterapia en inglés radiotherapy y estos protocolos se pueden manejar a través de licencias de software específicas para dichos sistemas. 15

21 Control de calidad El control de calidad es un paso muy importante en la adquisición y el correcto uso de los sistemas de imágenes diagnósticas debido a que el realizar el proceso de adquisición no necesariamente implica un resultado de calidad diagnóstica satisfactoria, una imagen diagnóstica puede ser de poca calidad diagnóstica y por lo tanto debe ser repetida por diferentes causas entre las cuales se encuentran una mala configuración de parámetros en el equipo por parte del técnico al momento de hacer la adquisición. Dentro de estos parámetros se encuentran la cantidad de radiación o dosis a ser utilizada que puede sobreexponer o subexponer una imagen que por lo tanto perderá cualidades diagnósticas, la colimación de la adquisición que en caso de estar mal configurada puede eliminar de la exposición información diagnóstica relevante, la posición del paciente en el momento de la adquisición y el movimiento del mismo al momento de realizarse un examen El control de calidad en los equipos análogos de radiología convencional solo se puede realizar después de tomado el examen esto implica una adquisición, el uso de una placa, el proceso de revelado y la revisión en lo que se conoce como un cuarto claro para determinar si la imagen tiene o no calidad diagnóstica. El control de calidad en los equipos digitales se realiza directamente en la pantalla de el equipo de adquisición lo que reduce los costos, Además del tiempo del 16

22 examen no se han utilizado más recursos y los sistemas digitales permiten un grado de post procesamiento tal que permite realizar ajustes de contraste y brillo así como realizar exámenes sin una colimación especifica y colimarlos o enmarcarlos digitalmente. De cualquier manera que se halla realizado un examen si este no contiene información suficiente para realizar un diagnóstico es necesario realizarlo nuevamente hasta que se consiga la calidad esperada del mismo Documentación y publicación La documentación de un examen de radiología en el sistema convencional se realiza de manera física sin importar si el sistema de adquisición es digital o no. Para los procesos de radiología convencional se utilizan las placas radiográficas convencionales y en los dispositivos digitales estas imágenes se imprimen en películas de calidad diagnóstica y todas las películas y placas son leídas en cuartos especiales con negatoscopio. En los sistemas completamente digitalizados solo se imprime un examen cuando es absolutamente necesario y el resto de las imágenes son leídas en pantallas de calidad diagnóstica y se quedan en archivos digitales de manera que el documento como tal no se pierda y se cumplen así requerimientos legales de documentación de procesos clínicos. 17

23 Post procesamiento de imágenes diagnósticas El post procesamiento de imágenes diagnósticas se ha convertido en una de las herramientas diagnósticas más importantes de los últimos tiempos con el mejoramiento de las aplicaciones de software posteriores ala adquisición de las imágenes diagnósticas especialmente en las modalidades de tomografía computarizada, resonancia magnética, gamma grafía y tomografía por emisión de positrones Archivo de imágenes diagnósticas Los archivos de imágenes diagnósticas convencionales requieren de sistemas como anaqueles, carpetas, sobres, etiquetas sistemas de seguimiento de la información y espacio suficiente físico para poder mantener las películas y placas en condiciones de ser consultadas posteriormente. Además, normalmente es necesario tener personal específico para los procedimientos de archivo y mantenimiento de las imágenes o es necesario utilizar el tiempo de personal especializado como enfermeras y técnicos para realizar estas actividades lo que implica costos específicos de personal, material y espacio para mantener archivadas imágenes diagnósticas. Los archivos digitales tienen ventajas superiores a los convencionales. Estos permiten almacenar enormes cantidades de información en espacios físicos reducidos no utilizan carpetas, etiquetas o sistemas de seguimiento físicos y pueden ser consultados en línea en tiempo real de forma digital a través de redes 18

24 de telecomunicación. Este tipo de sistemas no requiere personal dedicado de forma intensiva pues un administrador del sistema completo de PACS puede manejar el archivo si inconvenientes. Entre otras ventajas estos sistemas pueden ampliarse de forma eficiente y permiten consultar las imágenes por diferentes campos de información como nombre del paciente fecha de adquisición, medico referente o modalidad de adquisición. 19

25 CAPITULO 2 INFORMACIÓN GENERAL DE CONFIGURACIONES Y COMPONENTES DE UN SISTEMA PACS Todos los sistemas de archivo y comunicación de imagen tienen los seis componentes o subsistemas que se describen a continuación. 1. Sistema de Adquisición de Imágenes. 2. Red de Comunicaciones Intra-departamental e Intra-hospitalaria. 3. Sistema de Gestión de Información e imágenes. 4. Sistema de Archivo de información e imágenes. 5. Sistema de Visualización y proceso de imágenes. 6. Sistema de Impresión de Imágenes. Cada uno de estos componentes cumple un papel importante en el funcionamiento satisfactorio del sistema. La integración de los distintos subsistemas se realiza por medio de unos elementos físicos (redes e interfaces) bajo el control de estructuras de datos (programas y protocolos). En cada proyecto o desarrollo de PACS deben existir estos subsistemas para poder considerar al sistema como un PACS. El rendimiento y funcionalidad de un PACS depende de la capacidad e interacción de cada uno de estos componentes, buscando el equilibrio entre coste y objetivo. 20

26 A continuación se describirán en detalle cada uno de los componentes del sistema Sistema de adquisición de Imágenes La finalidad primordial de los PACS es integrar las distintas exploraciones de un paciente en un sistema que las haga disponibles en el espacio (Comunicación) como en el tiempo (Archivo). Los estudios de todas las técnicas, o como mínimo los que generan mayor actividad asistencial, deberían estar conectados al PACS para que el sistema resulte eficiente. Cada uno de los equipos de diagnóstico por la manera en que obtienen imágenes de pacientes se denominan modalidades. Cada modalidad presenta un conjunto particular de características en la imagen obtenida de acuerdo con la siguiente tabla. Tabla Nº 1, Dimensiones y carga digital de las imágenes diagnosticas por modalidad Modalidad Dimensiones Resolución Densidades Mamografía Digital 2-D 4096x (10 bit) Radiografía Tórax 2-D 4000x (10 bit) Radiografía Computada 2-D 2000x (10 bit) Digitalizador 2-D 2500x (10 bit) 21

27 Ecografía 2-D 256x (8 bit) Doppler 2-D/4-D 512x (8 bit) Doppler Color 2-D/4-D 512x (8 bit) Tomografía 3-D 512x (12 bit) computarizada Resonancia Magnética 3-D/4-D 512x (10 bit) Angiografía 4-D 1024x (10 bit) Densitometría 2-D 512x (8 bit) Gamma grafía 2-D/4-D 512x (8 bit) Fuente: Siemens AG, Relación de tamaño y dimensiones digitales de las imágenes diagnosticas según su modalidad. Dentro de las modalidades se pueden generar varios conjuntos de características. La mayor resolución espacial corresponde a la mamografía digital; una imagen digital de mama, con calidad equivalente a una placa radiográfica, se estima como el equivale a una matriz de datos de 4096 x 4096 píxeles, cada uno con 1000 densidades posibles (2 bytes), y ocupa 50 Mega bites. Como referencia una imagen de Angiografía digital clásica, 512 x 512 píxeles de 256 grises (1 byte), ocupa tan solo entre 262 y 328 Kilo bites. 22

28 Las exploraciones radiográficas siguen siendo la mayor fuente de actividad en todos los servicios de radiología. Aún cuando el número total de imágenes producidas en los estudios radiográficos es inferior a las de los estudios digitales, las primeras con mayor resolución espacial y de densidad son la fuente principal en volumen de información. Su inclusión en un PACS es prioritaria desde el punto del impacto asistencial y organizativo, pero las demandas que genera al sistema son las más altas entre todas las modalidades. La radiografía computada, conectada directamente al PACS elimina la necesidad de digitalizar las películas radiográficas convencionales, pero tiene una resolución espacial limitada (2000x2000 píxeles aproximadamente). Numerosas instalaciones de PACS han eludido la inclusión de la radiografía en su función. El subsistema de adquisición, que convierte la información de imagen obtenida en un fichero que se pueda manejar en un sistema de PACS, puede formar parte del software del equipo de exploración, o bien hacer parte del sistema de las estaciones de trabajo del PACS. Hay que señalar que en la actualidad es difícil realizar la conexión de equipos de diagnóstico por los tipos de formato con los funciona un PACS, incluso equipos del mismo fabricante y diseñados hace pocos años. Esto debido a la falta de implementación adecuada, o deficiencias propias, del estándar ACR-NEMA para el formato de las imágenes y el control de los equipos. Una solución propuesta es el uso de ordenadores intermediarios que permita la conexión de cualquier modalidad a un PACS. Una de sus funciones 23

29 sería incorporar los datos administrativos a las imágenes. Los fabricantes de equipos de diagnóstico han podido mantener sus diseños internos simplemente desarrollando la conexión hacia, y desde, estos equipos intermediarios. La mayor calidad de información se obtiene con la conexión digital directa de las modalidades, que permite tener toda la información original de la exploración, pero ello no siempre es posible pues existen equipos sin conexión digital, con conexión incompatible, o con formatos de imagen distintos Digitalización Las imágenes obtenidas sobre película convencional, bien sean imágenes antiguas, de otro centro, durante un daño, o de un equipo que no pueda ser conectado a la red, deben poder ser convertidas a formato digital para incorporarlas a la carpeta del paciente. El proceso consiste en una lectura punto a punto de cada película con un digitalizador, que puede ser de tres tipos: cámara de Vídeo CCD, barrido por CCD, o barrido por láser. La mejor calidad se obtiene con los digitalizadores láser, que actuando como verdaderos densitómetros, se obtienen resoluciones superiores a 2000x2000 píxeles y una gama de densidades de 12 bits (4096 tonos) por píxel. Con la cámara de vídeo CCD, limitada 8 bits (256 grises) y a resoluciones inferiores a 1024 líneas, la calidad es muy limitada, aunque hay prototipos a 2048 líneas. Este proceso es siempre costoso ya que duplica el registro analógico, precisa personal 24

30 para la manipulación de las películas, y con los digitalizadores menos sofisticados disminuye la calidad de la imagen. La digitalización de la fluoroscopia, o de los equipos con señal de vídeo, pero sin conexión digital directa al PACS, se puede realizar con digitalizadores de vídeo "Frame Grabber" que toman la imagen de un monitor del equipo de exploración y la convierten en un fichero gráfico. La resolución espacial oscila alrededor de 800x800 píxeles, y 8 bits (256 grises), que no corresponden a los datos originales de adquisición sino con la ventana o ajuste del monitor. Los digitalizadores de vídeo son válidos en ecografía, en fluoroscopia digital, incluso en resonancia magnética, pero su ventana máxima de 256 niveles es claramente insuficiente en la tomografía computada, que requiere almacenar 4000 unidades Hounsfield (12 bits) Formato de las imágenes: ACR-NEMA y DICOM Las placas, exploraciones, y las carpetas son las unidades de manejo de las imágenes en un sistema convencional. En un PACS las exploraciones se manejan como carpetas, compuestas por las imágenes y datos El concepto de carpeta es muy flexible, ya que no es una entidad real y fija, por ejemplo carpeta de exploración, carpeta de paciente, carpeta de modalidad, carpeta de patología. 25

31 ACR-NEMA es el estándar vigente que define el formato de la información en una imagen radiológica digital y de sus datos asociados. También provee una serie de órdenes básicas de control. A partir de la versión ACR-NEMA 2.0 el estándar cambia de nombre a DICOM (Digital Image Communication), publicado parcialmente a finales de Estos formatos han sido desarrollados entre el American College of Radiology (ACR) y la National Electrical Manufacturer Association (NEMA), que representa a los constructores de equipos de electromedicina e informática. Un archivo ACR-NEMA o DICOM es binario y tiene partes diferenciadas que son unos encabezados formateados que contienen información demográfica, datos de la exploración, características de la imagen digital, o comandos de ejecución, y secuencias de bits que representan cada imagen. El estándar propuesto sigue parcialmente la definición en 7 niveles del modelo de referencia del ISO-OSI (International Standard Organization - Open Systems Integration) abarcando desde las características eléctricas del conector al formato de los datos textuales y de imagen. La versión publicada hasta 1992 (ACR-NEMA 2.0) adolecía de numerosos problemas: cada imagen quedaba aislada sin integrarse en una exploración, era demasiada laxa en la especificación técnica y de los datos permitiendo la 26

32 existencia de grupos privados y grupos sombra (shadow) que cada fabricante adaptaba a sus necesidades causando incompatibilidad entre equipos, incluso del propio fabricante. Philips y Siemens aportaron una mejora al estándar, con su especificación ACR- NEMA-SPI (Standard Product Interface), incorporando el concepto de carpeta de exploración, pero sin que fuera completamente funcional en la práctica. La Universidad de Ginebra desarrollo una versión mejorada denominada Papyrus que supera algunos problemas, usando grupos sombra, y es usada en algunos entornos clínicos o de investigación. DICOM (ACR-NEMA 3.0), toma la estructura de los mensajes de ACR- NEMA 2.0, reuniendo mejoras hechas por terceros (Papyrus), aportará un estándar para comunicaciones en red, y será soportado por todos los fabricantes de sistemas radiológicos. No obstante, DICOM no es perfecto, ni es asumido por todos los organismos internacionales, como ISO o CEN (Comisión Europea de Normalización): Las imágenes radiológicas deben considerarse como una parte de las iconografía médica, y se promueven estándares que soporten tanto las imágenes en escala de grises, como en color, microscopia, documentos, etc., con las ventajas que supondría de distribución, archivo, o análisis en todo el mundo médico, y el abaratamiento de costos por la economía de escala. 27

33 El formato que la CEN, comisión TC 251-WG4, estudia como probable estándar es el IPI, usado, hasta ahora, en imágenes no médicas. IPI permite manipular un amplio abanico de información, incluyendo los datos adquiridos sin procesar, sincronizar con otras señales, y podría permitir incorporar los mensajes de control DICOM en su propia estructura Red de comunicaciones intra departamental e intra hospitalaria Desde hace algunos años se han desarrollado los soportes de hardware requeridos para mantener la comunicación entre los equipos que generan imágenes digitales. La red de área local (LAN, local area network), constituida por el sistema de cableado que interconecta los ordenadores y por el protocolo de comunicación, es la espina dorsal del PACS, proporcionando el transporte de imágenes y datos entre los equipos de adquisición, de gestión y archivo, y las estaciones de visualización. A medida que los PACS crecen el tráfico de datos que circula por la red alcanza un nivel de saturación. Teniendo en cuenta el promedio del tamaño medio por el número de exploraciones radiológicas en un departamento universitario: exploraciones nuevas adquiridas (6 Giga bite/día), estudios encaminados a más de un destino (6-12 GByte/día), estudios previos desarchivados (1-6 Gbyte/dia), estudios para docencia e investigación (0.2 Gigabyte), informes e información adicional (0.001 Giga bites), que dan un total de Giga bite al día. 28

34 La topología de la red condiciona su rendimiento o flexibilidad. Las redes en Bus, las más difundidas, poseen ventajas al permitir el flujo multi direccional de datos, múltiples servidores de datos, y fácil instalación de nuevos equipos. Las redes en estrella tienen ventajas para flujos bidireccionales (servidor-estación) con elevado volumen y cuando hay un único servidor. Las redes en doble anillo tienen mayor seguridad, ya que permiten tolerar algunas averías del cableado, y protocolos más fiables, pero son más caras de instalar, poco flexibles, y algo más lentas utilizando cable de cobre. Distintas redes pueden conectarse entre si por medio de equipos de interfase: bridges, routers, o gateways (Figura 2). El estándar actual de redes en PACS, Ethernet, bus sobre cable coaxial a 10 Megabit/sec, ha sido superado por el estándar FDDI a 100 Mbit/sec, un doble anillo de fibra óptica, que se reservan para las redes centrales o troncales (backbone). El protocolo de transmisión más usado en PACS es el conocido como TCP-IP (Transmisión Control Protocol - Internet Protocol). Una red ethernet-tcp-ip tiene una capacidad de transporte limitada: 8 Gigabytes/día teóricos, 1-2 Gigabytes/día efectivos. Para subsanar este problema se están ensayando redes más rápidas con arquitecturas en árbol (Canstar Super 100 network, Toronto, Canadá, o, ImNet de Teragon/Imtec, Uppsala, Suecia), o con flujos de datos de hasta 1 Gbit/sec (UltraNet, Ultra Network Technologies, San Jose, California, EEUUA). A modo de referencia, la transmisión en condiciones óptimas de una sola imagen de radiografía computada de 6 Mbyte requeriría 20 segundos por Ethernet, 7 segundos por FDDI, o 2 segundos por UltraNet. La nueva tecnología de red que 29

35 puede tener más éxito es el estándar ATM, que permite conmutar automáticamente los paquetes de datos hacia canales vacíos en redes complejas. El rendimiento real de una red oscila entre el 3 % y el 60 % de su velocidad nominal o teórica, debido tanto a las colisiones entre paquetes de datos como a la supervisión del propio protocolo. Hay múltiples soluciones ensayadas, como dividir el sistema en varias redes a fin de repartir el tráfico entre ellas, usar distintos tipos de red para datos o imágenes en cada equipo, aplicar redes más rápidas, o hacer circular las exploraciones e información comprimidas en la red Sistema de Gestión de información e imágenes La funcionalidad de un PACS reside, en buena parte, en las posibilidades de los programas -software- de gestión. La información textual: La demografía, datos de adquisición de las imágenes, datos administrativos, o localización de las imágenes en el sistema informático, se mantienen en un sistema de base de datos. La base de datos puede depender de un único servidor central con bases de datos parciales en cada uno de los equipos de adquisición o visualización, o bien puede tratarse de un sistema completamente distribuido con la información repartida entre distintos equipos. La seguridad e integridad de los datos o la velocidad de acceso favorecen al primero o al segundo de estos modelos, respectivamente. A pesar del importante papel de gestión de la información que deben desempeñar los PACS, en las instalaciones en uso su integración con los sistemas de información de radiología (SIR) u hospitalario (SIH) ha sido secundaria. 30

36 Considerados más como equipos de investigación para la manipulación de imágenes y evaluación de su funcionalidad, no han sido conectados a los sistemas de información para hacerlos realmente productivos. Un ejemplo de ello es que la tarea de trascripción y consulta de informes asociados a las imágenes, que forma parte del concepto de PACS, faltaba en la mayoría de los PACS comerciales. Este es un requisito que deberá cumplirse forzosamente para poder implantar con éxito los PACS en entornos clínicos reales. La conexión con el SIR ya está contemplada en los PACS comerciales. Hay proyectos que contemplan el PACS como una parte de SIH muy extensos (Hospital Erasme, Bruselas, Bélgica). Los requerimientos que se imponen a un HIS para soportar imágenes suponen una dificultad añadida que habrá que valorar. La información demográfica y programación de pacientes en el SIR quedan a disposición del PACS, y es usada por éste durante la adquisición de imágenes. Los informes, nuevos datos, o modificaciones, se añaden a medida que se generan. La información se puede estructurar para que su consulta sea muy flexible, permitiendo consultar todas las exploraciones de un paciente, solo las de una modalidad en cada paciente, o revisar toda una patología o técnica como un conjunto. El sistema de gestión incluye los algoritmos que permiten adjudicar el destino de un examen automáticamente. Se pueden enviar simultáneamente copias de cada 31

37 examen a distintos puntos de la red: Radiólogo que informa la modalidad practicada, sala clínica que remite al paciente, radiólogo que informa la sala, etc. Por este mismo mecanismo se desarchivan las exploraciones previas cuando los pacientes acuden de nuevo al centro. Algunos de estos procedimientos se pueden programar en las horas de menos carga de los distintos sistemas. Un sistema importante para la implantación efectiva de PACS en grandes departamentos, con multimodalidad y sub especialidades, es la creación de listas de trabajo (worklists) que permiten encaminar las exploraciones al puesto de trabajo del radiólogo asignado al área o sección del departamento. La información que define cada worklist es un código que puede formar parte de la cabecera de la imagen. Cada radiólogo solicita su lista de trabajo en su estación de trabajo y realiza sus informes con facilidad Sistema de Archivo de INFORMACIÓN e imágenes Uno de los pilares del desarrollo de los PACS ha sido el de proveer un sistema de archivo rápido y eficiente (1-3). Formalmente se deben caracterizar tres niveles de memoria de archivo: RAM: Exploración actual sometida a visualización, informe, o procesado de imagen. Es un archivo de acceso instantáneo, alta velocidad, baja capacidad (volumen), baja seguridad, elevado coste, y duración muy breve. Disco Magnético: Exploraciones activas de los últimos días (7-15 días en ingresados), como archivo inmediato y comparación. Es un archivo de acceso en segundos, velocidad alta, seguridad media, volumen medio, y media duración. Disco Óptico: 32

38 Archivo activo y pasivo. Es un archivo lento, acceso en minutos, con alto volumen, elevada seguridad, bajo coste y larga duración. El enorme volumen de datos generados limita el número de imágenes que se pueden disponer con acceso instantáneo en la memoria del equipo de visualización a una sola exploración. Los dispositivos de almacenamiento rápido: chips de memoria RAM y discos magnéticos, tienen límites físicos para acumular información por unidad de superficie o en relación al volumen del equipo. Pese a ello, gracias al progreso tecnológico, es posible disponer de chips de memoria RAM de hasta 64 mega bites, o de unidades de disco magnético de varios giga bites, con pequeño volumen y coste razonable, que hacen factible acceder a varios días de exploraciones sin utilizar el archivo en disco óptico, siempre más lento. Este acceso rápido local es imprescindible para un uso efectivo de las estaciones de PACS, ya que liberan de las esperas ante el monitor o del uso de la red para comparar con las exploraciones previas más recientes. Las tecnologías actuales de disco magnético, como el RAID, permiten alcanzar velocidades de transferencia del disco cercanas a los 20 Mbytes/sec, requeridas para el registro y reproducción de vídeo en tiempo real. La incorporación de la tecnología de discos láser en el almacenamiento de imágenes radiodiagnósticos se viene utilizando desde hace años. Con esta tecnología se consiguen almacenar de 2.3 a 10 Gigabytes en un disco de 8 o 11 33

39 pulgadas. Las ventajas del sistema se basan en la elevada densidad de grabación, menor espacio de archivo, menor riesgo de deterioro del disco por el uso, y perdurabilidad de los datos elevada (estimada en 25/30 años en la actualidad). Para dar respuesta a la necesidad de manejar docenas de discos se dispone de equipos contienen baterías de discos ópticos, "biblioteca de discos ópticos" o, por analogía, "Jukebox". Las primeras generaciones de equipos de grabación de discos por láser han presentado el inconveniente de realizar una grabación irreversible (WORM, Write Once Read Many), de este modo el disco no es reutilizable. Actualmente ya se hallan en el mercado equipos de grabación por láser que permiten el grabado y borrado de los datos con la consiguiente optimización en el uso de los discos (RWORM, Rewritable WORM). A su vez, las propias unidades de disco óptico recientes son competitivas en velocidad con los discos magnéticos de prestaciones medias. El tiempo de acceso a las imágenes archivadas en disco óptico en una jukebox es inferior a 2 minutos, mucho más rápido que un archivo convencional tradicional. Hay dos tendencias actuales de archivo: Archivo centralizado en un solo equipo, que concentra y redistribuye todas las imágenes, más fiable pero que se puede sobrecargar al depender de un solo equipo central, y sistemas distribuidos en red, que permiten repartir las cargas de archivo y distribución entre varios servidores sub-departamentales. En la actualidad, la mayoría de las instalaciones en operación utilizan un servidor central único. 34

40 Un aspecto muy interesante y polémico es el uso de algoritmos matemáticos de compresión de datos para lograr reducir significativamente el volumen de las imágenes. La compresión de datos facilita el archivo al reducir el volumen de información activa o pasiva, y reduce el uso de la red al transmitir menos datos, a cambio de requerir un tiempo de proceso para la compresión-descompresión en las estaciones de adquisición y visualización. Sin compresión de datos es menos factible utilizar un PACS con gran de tráfico de información o conservar las imágenes por períodos de tiempo adecuados para la práctica radiológica, o usar equipos más económicos. Se puede realizar una diferenciación cualitativa en dos métodos de compresión: con preservación de datos y con pérdida de datos. Los métodos que preservan la información pueden reducir el volumen de los datos al 25 o 30 % del original (relación 4:1 o 3:1), mientras que permitiendo la pérdida de datos se pueden alcanzar compresiones entre 6:1 y 50:1, incluso superiores. La pérdida de datos se produce a expensas de la resolución espacial o de la gama de densidades recogidas. Por ejemplo, una imagen de 2000x2000 píxeles con 2 bytes por píxel (8 Mbytes) se puede reducir a 1000x1000 con 1 byte por píxel (1 mega bite) con un factor de compresión 8:1o recortando el fondo homogéneo que rodea al paciente (p.e. el aire alrededor del paciente). 35

41 Según el algoritmo utilizado algunas regiones anatómicas pueden perder nitidez o resultar realzadas. El nivel de compromiso en la calidad / compresión queda alrededor de compresiones 10:1 y 12:1. Algoritmos estándar, como JPEG (ISO), usados con éxito en otros tipos de imagen digital son muy discutidos en la imagen radiológica, ya que causan un aspecto de mosaico a cuadros en las imágenes comprimidas. No hay legislación o suficientes precedentes jurídicos sobre archivo de imágenes en disco óptico, o compresión de datos, en casi ningún país con la excepción de Bélgica Sistema de Visualización y procesamiento de imágenes Con la incorporación de la imagen digital a la radiología nació la necesidad de estaciones de trabajo. Los equipos que incorporaban las conexiones DMA (Direct Memory Access Ports) hicieron factible la realización, por pequeños fabricantes de alta tecnología, de los primeros equipos relativamente versátiles que permitieran visualizar, asociar, modificar, reconstruir en un plano espacial distinto, modificar el contraste, o adjudicar colores virtuales en imágenes digitales. Con la aparición y desarrollo de microordenadores estándar potentes, llamados estaciones de trabajo (Workstations), estos equipos han evolucionado hacia máquinas mucho más económicas y flexibles. Una estación de trabajo se caracteriza por tener un procesador rápido, gran memoria RAM, un sistema de disco rápido y amplio, un sistema gráfico de alta resolución, conexión a red, y utilizar el sistema operativo UNIX. Las más populares son las estaciones de 36