QUẢN LÝ MẠNG CHO HỆ THỐNG LƯU TRỮ VÀ TRUYỀN THÔNG HÌNH ẢNH PACS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
----------

BÁO CÁO
Đề tài:
QUẢN LÝ MẠNG CHO HỆ THỐNG LƯU TRỮ VÀ TRUYỀN
THƠNG HÌNH ẢNH - PACS

Giảng viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Xuân Huy
Bùi Ngọc Tuyên

TS Nguyễn Thái Hà
MSSV
Nội dung
20131785
(trang 1-43)
20134352 (trang 43-73)

Hà Nội, 12 – 2016

0


Tóm tắt nội dung

Hệ thống lưu trữ và truyền thơng hình ảnh (PACS) đã được triển khai nhanh chóng đến
các bệnh viện trên toàn thế gới hơn 5 năm quá. Mặc dù các hệ thống này nâng cao hiệu
quả làm việc của bệnh viện một cách đáng kể, nhưng kết nối của hệ thống với các thiết

bị chẩn đốn hình ảnh khác là một nhiệm vụ đầy thử thách. Do đó, chúng tơi đã phát
triển hệ thống PACS Monitor dựa trên giao thức quản lý mạng đơn giản (Simple
Network Management Protociol – SNMP). Hệ thống PACS Monitor có thể được sử
dụng để xác định và giải quyết vấn đề kết nối một các hiệu quả. Mặc dù chúng tôi đã
xác định và phát triển chỉ một tập con của dữ liệu quản lý PACS, nhưng thiết kế này có
thể được mở rộng để hỗ trợ toàn bộ dữ liệu quản lý sử dụng cho PACS.

1


Mục lục
1. Giới thiệu..................................................................................................................................................9
2. Bệnh viện...............................................................................................................................................10
2.1. Lịch sử của bệnh viện.....................................................................................................................10
2.2. Hệ thống công nghệ thông tin bệnh viện.......................................................................................11
2.2.1. Hệ thống thông tin bệnh viện ( Hospital Information System - HIS )...................................12
2.2.2. Hệ thống tự động hóa (Automation System)..........................................................................12
2.2.3. Hệ thống thơng tin chẩn đốn hình ảnh (Radiology Information System - RIS)..................13
2.2.4. Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (Picture Archiving and Communication System PACS).................................................................................................................................................13
2.2.5. Phương thức (Modalites).........................................................................................................13
2.3. Giao thức truyền thơng và khung tích hợp (Communication Protocol and Integration
Framework)............................................................................................................................................14
2.3.1. Số hóa và truyền ảnh y tế (Digital Imaging and Communication in Medicine - DICOM)...14
2.3.2. Chuẩn HL7 (Health Level Seven - HL7)................................................................................15
2.3.3. Liên hợp các doanh nghiệp chăm sóc sức khỏe (

- IHE)....................................................15

2.4. Quy trình làm việc của bệnh viện...................................................................................................15
3. Số hóa và truyền ảnh y tế ( Digital Imaging and Communication in Medicine)................................17

3.1. Dịch vụ DICOM Upper Layer (DICOM Upper Layer Service)...................................................18
3.1.1. A-ASSOCIATE ( Liên kết A)..................................................................................................19
3.1.2. A-RELEASE ( Giải phóng – A)..............................................................................................20
3.1.3. A-ABORT and A-P-ABORT...................................................................................................20
3.2. Ứng dụng trao đổi tin nhắn DICOM (DICOM Application Message Exchange)........................25
3.2.1. Các thành phần dịch vụ tin nhắn DICOM (DICOM Message Service Element)..................25
3.2.2. DICOM Command Set Encoding...........................................................................................27
3.2.3. Trường tin nhắn trong dịch vụ DIMSE...................................................................................28

2


3.2.5. Query Service Class – Lớp dịch vụ truy vấn..........................................................................36
3.2.6. Retrieve Service Class – Lớp dịch vụ lấy lại..........................................................................37
3.3. DICOM File....................................................................................................................................39
4. Phương thức quản lý mạng đơn giản. (Simple Network Management Protocol)................................41
4.1. Lịch sử của SNMP.........................................................................................................................42
4.2. Đặc trưng của SNMP......................................................................................................................43
4.3. Cấu trúc của SNMP....................................................................................................................43
4.3.1. Thông tin quản lý cơ sở và định danh đối tượng....................................................................44
4.4. Hoạt động của SNMP.....................................................................................................................46
4.4.1. Get Operation...........................................................................................................................47
4.4.2. Get-Next Operation.................................................................................................................48
4.4.3. Thiết lập hoạt động..................................................................................................................49
4.5. Kiểu thông điệp SNMP...................................................................................................................50
4.6. SNMPv2..........................................................................................................................................51
4.6.1. Hoạt động SNMPv2................................................................................................................51
4.7. SNMPv3..........................................................................................................................................53
4.7.1. Xác thực...................................................................................................................................53
4.7.2. Bảo mật....................................................................................................................................54

4.7.3. Kiểm soát truy cập...................................................................................................................55
5. Áp dụng SNMP vào hệ thống thông tin y tế.........................................................................................56
6. Thiết kế và thực hiện một hệ thống PACS Monitor..............................................................................57
6.1. Nền tảng phần cứng........................................................................................................................57
6.2. Kiến trúc phần mềm........................................................................................................................58
6.2.1. Giao diện PACS Monitor.........................................................................................................59
6.2.2. Quản lý PACS SNMP..............................................................................................................61
6.2.3. PACS........................................................................................................................................62

3


7. PACS SNMP Manger: hệ thống kiểm tra và xác nhận.........................................................................63
7.1. Mô-đun thử nghiệm........................................................................................................................63
7.2. Thông báo kiểm tra.........................................................................................................................63
7.3. Kiểm tra hệ thống...........................................................................................................................64
8. Kết luận..................................................................................................................................................65

Danh Sách Hình Ảnh
Hình 1.Các tương tác giữa hệ thống công nghệ thông tin bệnh viện bao gồm: modalities, hệ
thống lưu trữ và truyền thơng hình ảnh (PACS), hệ thống thơng tin chẩn đốn hình ảnh
(RIS), hệ thống thông tin y bệnh viện, và hệ thống tự động hóa........................................12
Hình 2. Quy trình làm việc của một bệnh viện điển hình: q trình và luồng tin chăm sóc bệnh
nhân trong một bệnh viện...................................................................................................17
Hình 3. Giao thức mạng DICOM ngăn xếp phía trên của mạng TCP/IP..................................18
Hình 4. Thiết lập liên kết giữa 2 AEs qua dịch vụ A-ASSOCIATE..........................................19
Hình 5. Liên kết release giữa 2 AEs qua dịch vụ A-RELEASE................................................20
Hình 6. Hủy bỏ liên kết giữa 2 AEs qua dịch vụ A-ABORT.....................................................21
Hình 7. Dịch vụ UL cấp hủy bỏ liên kết qua dịch vụ A-P-ABORT..........................................21
Hình 8. Truyền dữ liệu giữa 2 AEs qua dịch vụ P-DATA..........................................................22

Hình 9. Cấu trúc mã hóa A-ASSOCIATE-RQ/A-ASSOCIATE-AC PDU sử dụng trong thiết
lập liên kết..........................................................................................................................24
Hình 10. Cấu trúc mã hóa A-ASSOCIATE-RJ/A-RELEASE-RQ/A-RELEASE-RP/A-ABORT
PDU sử dụng trong giải phóng liên kết..............................................................................25
Hình 11. Cấu trúc mã hóa P-DATA-TF PDU..................................sử dụng trong truyền dữ liệu.
25
Hình 12. Yêu cầu và đáp ứng gốc trong tất cả hoạt động DIMSE............................................27
Hình 13. Cấu trúc tin nhắn DICOM được sử dụng trong dịch vụ DIMSE................................28

4


Hình 14. Giao tác lưu trữ giữa thiết bị CT và PACS: CT gửi 2 ảnh đến PACS.........................35
Hình 15. Giao tác truy vẫn gửi trạm rà soát và PACS. PACS trả lại 3 kết quả phù hợp đến trạm
rà sốt.................................................................................................................................37
Hình 16. Giao tác lấy lại giữa trạm rà soát và PACS: trạm rà sốt giao tác 2 hình ảnh phù hợp
từ PACS..............................................................................................................................39
Hình 17. Cấu trúc của một SNMP.............................................................................................44
Hình 18. Cấu trúc một cây MIB với router Cisco.....................................................................46
Hình 19. Xử lý u cầu giữa người quản lí và đại lý SNMP....................................................48
Hình 20. Get-next-request.........................................................................................................49
Hình 21. SNMP set-request.......................................................................................................50
Hình 22. Định dạng thơng điệp SNMPv1..................................................................................50
Hình 23. Ví dụ về u cầu get-bulk...........................................................................................52
Hình 24. Sơ đồ khối mơ tả hoạt động thơng báo.......................................................................53
Hình 25. Q trình gửi quá trình xác thực (a), nhận quá trình xác thực (b)..............................54
Hình 26. Mã hóa thơng điệp SNMP: (a) q trình gửi mã hóa (b) nhận q trình giải mã.......55
Hình 27. Minh họa về kết nối vật lí...........................................................................................58
Hình 28. Sơ đồ kiến trúc phần mềm..........................................................................................59
Hình 29. Giao diện của PCAS Monitor...................................................................................60

Hình 30. Các lớp trong PCAS Monitor GUI............................................................................61
Hình 31. Các vịng lặp điều khiển chính trong bộ quản lý PACS SNMP..................................61
Hình 32. Sơ đồ trong bộ quản lý PACS SNMP.........................................................................62
Hình 33. Các phần mở rộng của PACS......................................................................................63
Hình 34. SNMP kiểm tra thiết lập: Một người quản lý PACS SNMP kết nối đến một đại lý mở
rộng PACS SNMP...............................................................................................................64
Hình 35. Hệ thống thử nghiệm thiết lập: theo dõi hệ thống PACS quản lý các kết nối giữa hệ
thống PACS và ba mô phỏng phương thức........................................................................65

5


Danh Sách Bản

Bảng 1. Mô tả của các dịch vụ DIMSE gồm C-STORE, C-FIND, C-MOVE, C-GET, CECHO, N-EVENT-REPORT, N-GET, N-SET, N-ACTION, N-CREATE, and N-DELETE....25
Bảng 2. Trường tin nhắn chính trong yêu cầu dịch vụ C-STORE.............................................28
Bảng 3. Trường tin nhắn chính trong đáp ứng dịch vụ C-STORE............................................29
Bảng 4. Trường tin nhắn chính trong yêu cầu dịch vụ C-FIND................................................29
Bảng 5. Trường tin nhắn chính trong đáp ứng dịch vụ C-FIND................................................30
Bảng 6. Trường tin nhắn chính trong yêu cầu dịch vụ C-MOVE..............................................31
Bảng 7. Trường tin nhắn chính trong đáp ứng dịch vụ C-MOVE.............................................32
Bảng 8. Các mẫu dữ liễu trừu tượng trong ảnh CT IOD...........................................................38
Bảng 9. Thuộc tính được sử dụng trong module khung tham chiếu..........................................40

6


Thuật ngữ
AE
CCITT

Application Entity – đối tượng áp dụng
Consultative Committee For International Tetlgraph

CMOT

And Telephone
Common Management Information Protocol Over

CR
CT
DES
DICOM

TCP/IP
Computed Radiography – X-quang điện toán
Computed Tomography – Cắt lớp điện toán
Data Encryption Standard – tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu
Digital Imaging And Communication In Medicine – số

DIMSE

hóa và truyền ảnh y tế
DICOM Message Service Element – thành phần dịch vụ

DLL
HEMS
HIS
HL7
ICMP

IAB
HIE
IOD
ISO
IT
MAC
MIB
MPPS
MRI
MEMA
NM
OID
PACS

tin nhắn DICOM
Dynamic Link Library
High-Level Entity Managerment Protocol
Hospital Information System – hệ thống thông tin y tế
Health Level Senven
Internet Control Message Protocol
Internet Active Board
Integrating The Healthcare Enterpries
Information Object Definition
International Organization For Standardization
Information Technology – CNTT
Message Authentication Code
Management Information Base
Modality Performed Procedure Step
Magnetic Resonance Imaging
National Electrical Manufacturers Association

Nuclear Medicine – Y học hạt nhân
Object Identifier – định danh đối tượng
Picture Archiving And Communications System - hệ

PDU
PDV
PET
PING
RFC
RIS

thống lưu trữ và truyền thơng hình ảnh
Protocol Data Units – đơn vị dữ liệu giao thức
Presentation Data Values – giá trị dữ liệu bối cảnh
Positron Emission Tomography
Packet Internet Groper Program
Request For Comment
Radiology Information System
7


SCP
SCU
SGMP

Service Class Provider – lớp dịch vụ người cung cấp
Service Class User – lớp dịch vụ người dùng
Simple Network Management Protoco – giao thức mạng

SNMP

SOP
TCP/IP
UID
UL
US
VACM
VR

đơn giản
Simple Network Management Protoco
Service-Object Pair
Transmission Control Protocol/Internet Protocol
Unique Identifier – định danh duy nhất
Upper Layers – lớp trên
Ultrasound – siêu âm
View-Based Access Control Model
Value Representation

8


1. Giới thiệu
Với sự tiến bộ của công nghệ viễn thông, mạng dữ liệu đã trở thành một phần không
thể thiếu của cuộc sống. Các tổ chức sử dụng mạng để chia sẻ thơng tin, cịn cộng đồng
nói chung sử dụng mạng để giao tiếp. Ngày nay, hầu hết các công ty kết nối với
Internet qua nhà cung cấp dịch vụ Internet. Các tập đồn lớn thậm chí có mạng riêng để
trao đổi thông tin. Với sự tiến bộ của cơng nghệ, mạng có thể được kết nối với nhau
qua các bộ định tuyến và các cầu nối từ các khu vực mạng cục bộ khác nhau, như
Ethernet và Tonken Ring. Trong thập kỷ qua, những nỗ lực làm chuẩn hóa giao thức
mạng để thiết bị mạng có thể triển khai trong mơi trường có nhiều nhà cung cấp.

Nhu cầu sử dụng giao tiếp mạng không chỉ giới hạn trong kinh doanh. Kể từ giữa
những năm 1990, bệnh viện đã bắt đầu liên kết các thiết bị chẩn đốn hình ảnh với
nhau. Với tiến bộ của công nghệ mạng, những thiết bị này được kết nối với hệ thống
lưu trữ trung tâm (PACS). PACS cung cấp kho lưu trữ và dịch vụ quản lý chẩn đốn
hình ảnh và báo cáo. Hệ thống này giúp cải thiện quy trình làm việc của bênh viện
bằng cách giảm thời gian chẩn đoán từ hàng giờ xuống còn vài phút. Hơn nữa, trung
tâm lưu trữ có khả năng làm giảm chi phí quản lý đáng kể.
Khi nghiên cứu khoa học vẫn còn tiếp tục, nhiều loại thiết bị chẩn đốn hình ảnh đang
được phát triển và triển khai trong các bệnh viện để giải quyết các nhu cầu khác nhau.
Do số lượng thiết bị chẩn đốn hình ảnh tăng lên, kết nối với PACS có thể khơng cịn
được theo dõi và duy trì thủ công nữa. Để đáp ứng nhu cầu này, chúng tôi đã phát triển
hệ thống giám sát PACS (PACS Monitor system) để cung cấp thu thập thống kê, quản
lý cấu hình và quản lý lỗi cho quản trị viên PACS. Với hệ thống PACS Monitor, vấn đề
kết nối có thể được xác định và giải quyết hiệu quả. Trong thiết kế của chúng tôi về hệ
thống PACS Monitor, chúng tôi sử dụng giao thức quản lý mạng đơn giản ( Simple
Network Management Protocol – SNMP) cho hệ thống theo dõi y tế. Trong dự án này,
mục tiêu của chúng tôi trên quản lý dữ liệu PACS chỉ giới hạn trong dịch vụ lưu trữ,
mặc dù PACS cung cấp nhiều hoạt động dịch vụ cho thiết bị chẩn đốn hình ảnh, như

9


dịch vụ lưu trữ, truy vấn, lấy lại. Tuy nhiên, thiết kế này có thể mở rộng để hỗ trợ quản
lý dữ liệu cho các thiết bị khác.
Tổng quan về mội trường bệnh viện được cung cấp trong phẩn 2. Phần 3 thảo luận về
giao thức truyền thông sử dụng giữa PACS và thiết bị chẩn đốn hình ảnh. Tổng quan
về SNMP được trình bày trong phần 4. Động lực để áp dụng SNMP trong hệ thống y tế
được đưa ra trong phần 5. Phần 6 tập trung vào thiết kế và thực hiện đề suất hệ thống
PACS Monitor. Cuối cùng chúng tôi xem lại kể quả kết quả sự phát triển của chúng tôi
trong phần 7.

2. Bệnh viện
2.1. Lịch sử của bệnh viện
Bệnh viện được người La Mã thành lập trước thế kỷ thứ 3 để chữa trị cho binh lính bị
ốm và bị thương. Vào những ngày đó, phương pháp điều trị thường thấy là hạn chế và
cách ly bệnh nhân và người chưa được điều trị. Đến giữa thời Trung Cổ, số lượng
bệnh viện được xây dựng bởi các nhà tu tăng lên. Một số ít bệnh viện đủ lớn để chứa
trên 2000 bệnh nhân. Trong thời gian đó, do y tế tiến bộ rất chậm, cây thuốc là nguồn
cơ bản để chữa trị. Đến đầu thế kỷ 18, chính quyền bắt đầu cung cấp dịch vụ chăm sóc
sức khỏe, với nhiều bệnh viện được thành lập để phục vụ người bệnh. Vô số đột phá
khoa học và y tế vào giữa thế kỷ 19 đã cho phép bác sĩ hiểu rõ hơn cả về cơ thể người
cùng các căn bệnh. Ví dụ, Wilhem Conrad Rontgen phát hiện tia X vào năm 1895, nó
đã được sử dụng để phát triển phim hiển thị phần bên trong cơ thể người. Các tiến bộ
khoa học khác vào những năm 1990 dẫn đến sự phát triển của rất nhiều thiết bị chẩn
đốn khơng xâm lấn, như máy cộng hưởng từ (MRI), cắt lớp điện toán (CT), X- quang
điện toán (CR), siêu âm (US), ghi hình cắt lớp phát positron (PET), và máy y học hạt
nhân (NM). Những tiến bộ khoa học quan trọng này đã cho phép bác sĩ làm chẩn đốn
và thực hiện nghiên cứu lâm sáng chính xác. Bác sĩ đã học kiến thức chuyên môn và đã
phát triển cộng nghệ y tế mới để điều trị bệnh nhân. Chuyên ngành trong các lĩnh vực y
tế khác nhau cuối cùng dẫn đến các phòng ban khác nhau trong bệnh viện. Hiện nay,
một bệnh viện đa khoa có nhiều khoa, như tim mạch, thần kinh, ung thư, chẩn đốn
hình ảnh. Họ làm việc với nhau để chăm sóc sức khỏe cho người bệnh. Khi cấu trúc
10


của bệnh viện trở nên phức tạp, công nghệ thông tin mới được đưa vào cơ sở y tế để
giúp quản lý và cung cấp dịch vụ chăm sóc sức khỏe tốt hơn cho cộng đồng.
2.2. Hệ thống công nghệ thông tin bệnh viện
Nhân viên y tế được đào tạo trong bệnh viện hiện đại sử dụng thiết bị chẩn đốn và hệ
thống cơng nghệ thơng tin hàng ngày. Hệ thống này nằm ở các khoa khác nhau của
bệnh viện. Tuy nhiên, chúng làm việc với nhau để cung cấp nhiều chức năng khác

nhau, như thanh tốn, hình ảnh, thuốc, và báo cáo chẩn đốn. Hình 1 minh họa tương
tác giữa các hệ thống này.

Hình 1.Các tương tác giữa hệ thống công nghệ thông tin bệnh viện bao gồm:
modalities, hệ thống lưu trữ và truyền thơng hình ảnh (PACS), hệ thống thông tin

11


chẩn đốn hình ảnh (RIS), hệ thống thơng tin y bệnh viện, và hệ thống tự động
hóa.

2.2.1. Hệ thống thơng tin bệnh viện ( Hospital Information System - HIS ).
HIS được sử dụng cho quản lý bệnh viện và quản lý quy trình lâm sàng. Nó cũng được
gọi là ADT bởi vì thơng tin nhập viện (Admission), xuất viện (Discharge), và chuyển
viện (Transfer) của bệnh nhân được ghi qua giao diện HIS. Khi bệnh nhân nhập viện,
thông tin cá nhân liên quan đến bệnh nhân được nhập vào HIS. Thông tin này được gửi
tự động và bằng điện tử đến RIS, PACS, và các phương thức. Do đó, lỗi đánh máy của
thông tin cá nhân bệnh nhân tại nhiều hệ thống CNTT và thiết bị chẩn đoán là nhỏ
nhất. Lợi ích khác của HIS là khả năng thanh toán tự động ghi lại chi phí các dịch vụ
khác nhau bao gồm giường bệnh, kiểm tra thí nghiệm, thuốc đã sử dụng, phí tư vấn,
thức ăn và đồ uống. Trong một số bệnh viện, HIS có thế được kết nối với nhiều hệ
thống tự động để nâng cao hiệu suất và an tồn bệnh nhân.
2.2.2. Hệ thống tự động hóa (Automation System)
Cơng nghệ tự động hóa được sử dụng trong bệnh viện là điển hình sử dụng cho quy
trình quản lý thuốc và quản lý bệnh nhân. Các công nghệ này thường dựa trên việc quét
mã vạch để giảm lỗi thuốc và tăng an tồn cho bệnh nhân. Ví dụ, một số bệnh viện tự
động hóa tồn bộ q trình quản lý thuốc, điều đó bao gồm quy định, đóng gói, và phân
phát thuốc mà khơng có sự can thiệp của con người. Người chăm sóc có thể sử dụng
thiết bị không dây với máy quét mã vạch để xác định đúng liều lượng của thuốc cho

một bệnh nhân. Bệnh viện có thể đảm bảo cung cấp chăm sóc bệnh nhân chất lượng
cao với hệ thống tự động hóa.
2.2.3. Hệ thống thơng tin chẩn đốn hình ảnh (Radiology Information System RIS)
RIS được sử dụng trong khoa chẩn đốn hình ảnh để theo dõi và quản lý bệnh nhân,
phim, và nguồn cung cấp. Khi bác sĩ yêu cầu kỹ thuật viên chụp – chiếu một bệnh
12


nhân, thủ tục dự kiến sẽ được đặt thông qua RIS. Các thủ tục và thông tin cá nhân bệnh
nhân được gửi ngay lập tức đến PACS ở dạng điện tử. Thông tin này cũng được gửi
đến phương thức theo yêu cầu từ máy chụp – chiếu. Qua RIS, thông tin cá nhân bệnh
nhân có thể được cập nhật và truyền tự động đến PACS và phương thức. RIS cho phép
quản lý và quy trình làm việc lâm sàng trong khoa chẩn đốn hình ảnh được thực hiện
một cách hiệu quả.
2.2.4. Hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh (Picture Archiving and
Communication System - PACS)
PACS được sử dụng để giúp bệnh viện nắm bắt, quản lý, lưu trữ và xem ảnh chẩn đoán.
Các ảnh chẩn đoán được tạo ra từ các phương thức và được gửi đến PACS ở dạng điện
tử sau khi chụp – chiếu. Sau khi nhận được ảnh chẩn đốn qua PACS, kỹ thuật viên có
thể xem xét và xác nhận hình ảnh với các thủ tục thực hiện. Sau khi xem xét và xác
nhận, bác sĩ chẩn đốn hình ảnh có thể bắt đầu đọc hình ảnh và thực hiện các chẩn
đốn. Q trình chụp – xem xét – báo cáo này đã sử dụng hơn một giờ với phim truyền
thống. PACS rút ngắn quá trình này cịn chưa đầy năm phút, điều đó cho phép bệnh
nhân nhanh chóng được nhận các điều trị thích hợp. Ích lợi khác trong việc sử dụng
PACS là tiết kiệm thời gian, kể từ đó bác sĩ chẩn đốn hình ảnh không cần phải sắp xếp
và xử lý phim. Thay vào đó, họ có thể dành tồn bộ thời gian hiện tại của họ để đọc
hình ảnh và báo cáo chẩn đoán sử dụng PACS.
2.2.5. Phương thức (Modalites)
Phương thức là tên gọi khác của thiết bị chẩn đốn hình ảnh, thứ cho phép bác sĩ làm
chẩn đốn chính xác bằng các xem phần bên trong cơ thể người mà không cần thủ tục

giải phẫu. Các loại phương thức khác nhau có thể được tìm thấy dễ ràng rong các bệnh
viện hiện đại, như MRI, CT, CR, US, PET, và NM. Các ảnh chẩn đốn tạo ra từ các
phương thức có các đặc tính khác biệt. Ví dụ, CR tập trung tia X trên mặt phẳng ngang
bệnh nhân trong khi CT nhắm tia X trên mặt phẳng đứng của bệnh nhân. Hơn nữa, hình
ảnh MRI cung cấp độ tương phản tốt nhất giữa mơ bình thường và mơ hỏng trong khi
hình ảnh NM là lý tưởng để chỉ ra sự có mặt và kích thước bất thường trong cơ quan cơ
thể. Với sự tiện lợi của cơng nghệ chẩn đốn hình ảnh, bác sĩ có thể yêu cầu các loại
13


chụp - chiếu khác nhau để có được các quan điểm giải phẫu của bệnh nhân để làm cho
chẩn đoán chính xác nhất. 15 năm trước, các bác sĩ chẩn đốn hình ảnh sẽ chỉ nhận
được phim X-quang một vài giờ sau khi thực hiện chụp - chiếu. Với sự ra đời của
PACS, các bác sĩ có thể ngay lập tức truy cập những ảnh đó tại trạm làm việc.
2.3. Giao thức truyền thơng và khung tích hợp (Communication Protocol and
Integration Framework)
Trong một bệnh biện, hệ thống công nghệ thông tin và thiết bị chẩn đoán truyền tin với
nhau qua các giao thức truyền thơng. Trong khoa chẩn đốn hình ảnh, số hóa và truyền
ảnh y tế (Digital Imaging and Communication in Medicine - DICOM) và chuẩn HL7
(Health Level Seven - HL7) được sử dụng cho truyền thông giữa RIS, PACS, và
phương thức. Tuy nhiên, các giao thức này là khơng đủ cho sự tích hợp giữa những hệ
thống bệnh viện được xây dựng từ các nhà cung cấp khác nhau. Do đó, liên hợp các
doanh nghiệp chăm sóc sức khỏe (Intergrating the Healthcare Enterprise - IHE) khởi
đầu năm 1998 để giải quyết vấn đề tích hợp trong quy trình làm việc bệnh viện.
2.3.1. Số hóa và truyền ảnh y tế (Digital Imaging and Communication in
Medicine - DICOM)
DICOM là một giao thức mạng được sử dụng trong bệnh viện. Sự suất hiện của giao
thức này đánh dấu sự bắt đầu của phát triển kỹ thuật số trong nghành công nghiệp chẩn
đốn hình ảnh. Tiêu chuẩn DICOM tạo điều kiện cho khả năng tương tác giữa thiết bị
chẩn đốn hình ảnh từ các nhà cung cấp khác nhau. Tiêu chuẩn này xác định lớp mạng

truyền thông cho trao đổi tin nhắn, cú pháp và ý nghĩa của lệnh và thông tin liên quan,
và định dạng tập tin lưu trữ. Giao thức này được sử dụng rộng rãi bởi các thiết bị chẩn
đốn và PACS cho trao đổi hình ảnh và thơng tin bệnh nhân liên quan.
2.3.2. Chuẩn HL7 (Health Level Seven - HL7)
HL7 là một giao thức truyền thông quan trọng khác được sử dụng trong bệnh viện.
Tiêu chuẩn này cung câp nền tảng cho việc mã hóa và trao đổi thơng tin chăm sóc sức
khỏe bệnh nhân giữa các hệ thống bệnh viện khác nhau sử dụng mạng TCP/IP. Với tiêu
chuẩn này, hồ sơ bệnh nhân, đơn hàng, thông tin tài chính có thể được thơng qua HIS,
14


RIS, and PACS mà không cần sự can thiệp của con người. Tuy nhiên, HL7 không cung
cấp bất kỳ hỗ trợ nào cho dữ liệu hình ảnh.
2.3.3. Liên hợp các doanh nghiệp chăm sóc sức khỏe (
- IHE)
IHE là một chương trình được thành lập bởi các chuyên gia chăm sóc sức khỏe và nhà
cung cấp y tế để cải thiện sự tích hợp giữa các thiết bị chẩn đốn và hệ thống công
nghệ thông tin bệnh viện. Tiêu chuẩn DICOM và HL7 đã được sử dụng cho thiết bị
truyền thơng trong bệnh viện. Tuy nhiên, những giải thích cho những tiêu chuẩn này có
một chút khác nhau giữa các nhà cung cấp. Do đó, sự tích hợp cả các thiết bị bệnh viện
được thực hiện bởi nhiều nhà cung cấp có thể đặt ra một số thử tách. IHE giải quyết
những giải thích mâu thuẫn đó bởi định nghĩa vấn đề tích hợp chung đầu tiên trong
quản trị, quy trình làm việc lâm sàng, truy cập thơng tin, và cơ sở hạ tầng. IHE chọn
các tiêu chuẩn để giải quyết các nhu cầu tích hợp và thực hiện chi tiết của sử dụng các
tiêu chuẩn đó, sau đó ghi lại trong IHE Technical Framework. Khi nhà cung cấp y tế
phát triển sản phẩm của họ theo khung này, tích hợp trong bệnh viện với những hệ
thống y tế này sẽ đơn giản hơn.
2.4. Quy trình làm việc của bệnh viện
Quy trình làm việc của bệnh viện được định nghĩa như q trình và luồng thơng tin
chăm sóc bệnh nhân trong một bệnh viện. Một quy trình làm việc của bệnh viện điển

hình được trình bày trong Hình 2, giao thức truyền thông được sử dụng cho mỗi giao
dịch cũng được định nghĩa ở đây. Thông tin cá nhân của bệnh nhân đucợ nhập vào HIS
bởi bộ phận tiếp nhận ngay sau khi bệnh nhân đến, và thông tin sau đó được chuyển
đến RIS. Nên bệnh nhân yêu cầu một máy quét, thủ tục được dự kiến qua RIS và
chuyển đến PACS. Trước khi quét, phương thức thực hiện một truy vấn với RIS để có
được quy trình làm việc, chứa thông tin cá nhân và thủ tục dự kiến của bệnh nhân. Sau
khi quét, phương thức gửi ảnh chẩn đoán đến PACS để lưu trữ. Phương thức cũng gửi
một tin nhắn quét hoàn tất, được gọi là Phương thức Performed Procedure Step
(MPPS), đến PACS. Để cho RIS nhận ra trạnh thái của thủ tục dự kiến, PACS chuyển
hướng tin nhắn MPPS tới RIS. Phương thức sau đó gửi tin nhắn cam kết lưu trữ tới
PACS để xác nhận rằng tồn bộ hình ảnh được lưu chính xác trong PACS. RIS cũng
15


truy vẫn PACS để xác nhận sự tồn tại của các ảnh đó. Sau khi xác nhận, RIS gửi tin
nhắn yêu cầu cập nhật đến HIS để chi phí chụp ảnh được đăng tải lên tài khoản của
bệnh nhân.

Hình 2. Quy trình làm việc của một bệnh viện điển hình: q trình và luồng tin
chăm sóc bệnh nhân trong một bệnh viện

16


3. Số hóa và truyền ảnh y tế ( Digital Imaging and Communication in Medicine)
DICOM là nền tảng của PACS. Vì mọi giao tiếp giữa phương thức và PACS đều sử
dụng DICOM. Nếu khơng có DICOM, phương thức khơng có giao diện chung để giao
tiếp với PACS, và PACS không thể tích hợp vào mạng của bệnh viện. Bởi vì dự án này
liên quan đến việc phát triển cho PACS, DICOM được nghiên cứu chi tiết ở đây.
DICOM được xây dựng ở ngăn xếp trên của giao thức TCP/IP để tạo điều kiện cho

giao tiếp, trình bày trong Hình 3. Trên lớp TCP/IP, có thể thấy giao thức DICOM lớp
trên - DICOM Upper Layer Protocol và ứng dụng trao đổi tin nhắn - DICOM
Application Message Exchange. Hơn nữa, dịch vụ DICOM Upper Layer được định
nghĩa như một cây cầu hoạt động giữa hai lớp.

Hình 3. Giao thức mạng DICOM ngăn xếp phía trên của mạng TCP/IP

3.1. Dịch vụ DICOM Upper Layer (DICOM Upper Layer Service)
Dịch vụ DICOM Upper Layer (UL) cung cấp mạng giao tiếp chung, nó được các đối
tượng áp dụng (Application Entities - AEs) sử dụng để trong đổi tin nhắn DICOM. AEs
là những ứng dụng chẩn đoán hình ảnh có khả năng thực hiện giao tiếp DICOM.
17


Những dịch vụ UL này bao gồm: A-SSOCIATE, A-RELEASE, A-ABORT,A-PABORT và P-DATA.
3.1.1. A-ASSOCIATE ( Liên kết A)
Dịch vụ A-ASSOCIATE được sử dụng để thiết lập một liên kết giữa 2 AEs. Dịch vụ
này là một loại xác nhận, nơi acceptor (người chấp nhận) sẽ trả lời với A-ASSOCIATE
response (phản hồi) sau khi nhận A-ASSOCIATE indication (chỉ dẫn) từ initiator
(người khởi đầu) của dịch vụ, được thể hiện trong Hình 4.

Hình 4. Thiết lập liên kết giữa 2 AEs qua dịch vụ A-ASSOCIATE
Nhiều thông số được thương thảo giữa AEs tại thiết lập liên kết. Các thông số quan
trọng bao gồm chức danh AEs đang gọi/đã gọi, địa chỉ trình bày đang gọi/đã gọi, và
danh sách ngữ cảnh trình bày. Chức danh AEs đang gọi/đã gọi được sử dụng để định
nghĩa AEs của người yêu cầu và người chấp nhận trong khi địa chỉ trình bày đang
gọi/đã gọi được sử dụng để xác định địa chỉ IP của người yêu cầu và người chấp nhận.
Danh sách mục ngữ cảnh trình bày bao gồm việc xác định, tên cú pháp trừu tượng, và
một danh sách cú pháp chuyển. Cú pháp trừu tượng điều chỉnh trường hợp dịch vụ
ghép đổi tượng ( Service-Object Pair SOP) có thể bị thay đổi giữa AEs trong khi cú

pháp chuyển định nghĩa dạng nén có thể được áp dụng cho các trường hợp. định nghĩa
của SOP bao gồm quy tắc, ngữ nghĩa, và dịch vụ của trường hợp đó. Hai loại của lớp
SOP được định nghĩa trong DICOM: lớp SOP hỗn hợp và lớp SOP tiêu chuẩn. Lớp
18


SOP đa hợp cho phép nhiều kiểu thông tin gắn vào trong trường hợp. Lớp SOP tiếu
chuẩn chỉ cho phép 1 kiểu thơng tin. Ví dụ, một tập tin hình ảnh chẩn đốn (ví dụ: ảnh
CT) thuộc về lớp SOP đa hợp, thường chưa thông tin bệnh nhân, thông tin nghiên cứu,
và dữ liệu điểm ảnh. Chuỗi in thuộc về lớp SOP tiêu chuẩn, chỉ gồm việc in thông tin
liên quan.
3.1.2. A-RELEASE ( Giải phóng – A)
Dịch vụ A-RELEASE được sử dụng bởi AEs để giải phóng liên kết DICOM. Dịch vụ
này là một loại xác nhận, được mô tả trong Hình 5. Hoặc một trong những AEs có thể
bắt đầu dịch vụ này. Các thông số cho dịch vụ này bao gồm các nguyên nhân và kết
quả, với các giá trị cố định riêng của "normal" và "affirmative".

Hình 5. Liên kết release giữa 2 AEs qua dịch vụ A-RELEASE
3.1.3. A-ABORT and A-P-ABORT
Dịch vụ DICOM UL bao gồm hai giao diện, A-ABORT và A-P-ABORT, cho việc hủy
bỏ association (liên kết). Dịch vụ A-ABORT được sử dụng bởi một trong các AEs để
báo hiệu sự ngắt bất thường của một liên kết. Dịch vụ A-P-ABORT được sử dụng bởi
nhà cung cấp dịch vụ DICOM UL để ngắt các liên kết do lỗi phát hiện dưới ranh giới
dịch vụ DICOM UL(DICOM Upper Layer Service Boundary). Cả hai dịch vụ là loại
không xác nhận, như thể hiện trong Hình 6 và Hình 7.
19


Hình 6. Hủy bỏ liên kết giữa 2 AEs qua dịch vụ A-ABORT

Hình 7. Dịch vụ UL cấp hủy bỏ liên kết qua dịch vụ A-P-ABORT
3.1.4. P-DATA
Dịch vụ P-DATA được sử dụng để trao đổi tin nhắn DICOM giữa 2 AEs. Dịch vụ này
là một kiểu không xác nhận, minh họa trong Hình 8.

20


Hình 8. Truyền dữ liệu giữa 2 AEs qua dịch vụ P-DATA.
Cả hai AEs có thể sử dụng dịch vụ này đẻ bắt đầu truyền thông 2 chiều. Danh sách giá
trị dữ liệu trình bày bao gồm nhiều giá trị dữ liệu trình bày (presentation data values),
là một thơng số quan trọng trong dịch vụ này. Mỗi PDV chứ ID bối cảnh trình bày và
trường giá trị dữ liệu người dùng. ID bối cảnh trình bày chỉ rõ cú pháp trừu tượng và cú
pháp truyền được áp dụng trên tin nhắn DICOM. Tin nhắn này được gửi đến AE thông
qua trường giá trị dữ liệu người dùng. Các thông số DICOM được thảo luận trong Phần
3.2.
3.1.5. DICOM Uper Layer Protocol ( Giao thức DICOM Upper Layer)
Mỗi kết nối DICOM thành công bao gồm 3 giai đoạn: thiết lập liên kết, truyền dữ liệu,
giải phóng liên kết. Dịch vụ A-ASSOCIATE được sử dụng trong quá giai đoạn thiết lập
liên kết. Giai đoạn truyền dữ liệu sử dụng dịch vụ P-DATA. Giai đoạn giải phóng liên
kết sử dụng các dịch vụ A-RELEASE, A-ABORT, và A-P-ABORT. Tất cả các dịch vụ
DICOM UL này được hỗ trợ bởi giao thức DICOM Upper Layer, nó gồm 7 đơn vị dữ
liệu giao thức (Protocol Data Unit – PDUs). Những PDUs này bao gồm A-ASSCIATERQ PUD, A-ASSOCIATE-AC PDU, A-ASSOCIATE-CJ PDU, P-DATA-TF PDU, ARELEASE-RQ PDU, A-RELEASERP PDU, và A-ABORT PDU. Những PDUs này
được mã hóa sử dụng trật tự byte Big Endian , và cấu trúc của những PDUs này được
thể hiện trong Hình 9, Hình 10, Hình 11. Lưu ý tất cả các kích thước trường được đo
bằng byte.
Loại PDU được thiết lập là 01H cho A-ASSOCIATE-RQ PDU, 02H cho AASSOCIATE-AC PDU và 03H cho A-ASSOCIATE-RJ PDU. Ba PDUs này dudocj sử
dụng bởi dịch vụ A-ASSOCIATE để thuận tiện thiết lập liên kết. Loại PDU được thiết
21

lập là 05H cho A-RELEASE-RQ PDU, và 06H cho A-RELEASE-RP PDU. Dịch vụ ARELEASE sử dụng 2 PDUs để giải phóng liên kết. Dịch vụ A-ABORT và A-P-ABORT
sử dụng A-ABORT PDU cho hủy bỏ liên kết, và loại PDU cho A-ABORT PDU được
thiết lập là 07H. P-DATA được sử dụng cho truyền dữ liệu, và loai PDU đucợ thiết lập
là 04H.
Tin nhắn DICOM được đóng gói và trao đổi giữa các AEs sử dụng P-DATA PDU. Khi
một tin nhăn DICOM lớn hơn kích thước PDU cho phép, tin nhắn dduocj chia thành
nhiều lệnh hoặc đoạn sữ liệu. Mỗi đoạn và tiêu đề kiểm soát tin nhắn được đặt bào một
PDV. Một chuỗi các PDVs nhúng vào được gửi tuần tự để bảo đảm các đoạn lệnh trong
tin nhắn. Đích AE nhận phần cuối của luồng PDV bằng cách kiểm tra bit ít quan trọng
thứ 2 của tiêu đề điều khiển tin nhắn. Bit được đặt là 1 để chỉ ra đoạn cuối của tin nhắn
DICOM, và bit được đặt là 0 chỉ ra đoạn khác. Khi đích AE nhận PDV cuối, tất cả
đoạn được ghép lại để tạo tin nhắn DICOM.
Mô tả chi tiết của mỗi trường được thể hiện trong Hình 9, Hình 10, và Hình 11đã được
đưa ra trong tiêu chuẩn “DICOM phần 8: mạng truyền thông hỗ trợ cho trao đổi tin
nhắn (Network Communication Support for Message Exchange”.

22


Hình 9. Cấu trúc mã hóa A-ASSOCIATE-RQ/A-ASSOCIATE-AC PDU sử dụng
trong thiết lập liên kết.

23


Hình 10. Cấu trúc mã hóa A-ASSOCIATE-RJ/A-RELEASE-RQ/A-RELEASERP/A-ABORT PDU sử dụng trong giải phóng liên kết.

Hình 11. Cấu trúc mã hóa P-DATA-TF PDU sử dụng trong truyền dữ liệu.

3.2. Ứng dụng trao đổi tin nhắn DICOM (DICOM Application Message
Exchange)
3.2.1. Các thành phần dịch vụ tin nhắn DICOM (DICOM Message Service
Element)
DICOM AEs sử dụng dịch vụ được cung cấp bởi dịch vụ tin nhắn phần tử DICOM
(DICOM Message Service Element – DIMSE) cho truyền thông. Phần của DICOM AE
sử dụng DIMSE được gọi là người dùng dịch vụ DIMSE. DICOM AE có thể tạo ra ứng
dụng tin nhắn DICOM khác nhau sử dụng dịch vụ DIMSE khác nhau để truyền thông
tin
ứng dụng cụ thể cho các người dùng dịch vụ DIMSE cùng cấp. Tin nhắn DICOM được
gửi đến đích AE qua P-DATA PDU, như đã thảo luận trong Phần 3.1.5. Dịch vụ
DIMSE
bao gồm C-STORE, C-FIND, C-MOVE, C-GET, C-ECHO, N-EVENT-REPORT, N
GET, N-SET, N-ACTION, N-CREATE, and N-DELETE. Mô tả của những dịch vụ
DIMSE này được tóm tắt trong Bảng 1.

24