FER / ZEMRIS / RG Vizualizacija medicinskih podataka putem Interneta
 

<    Prethodna  |  Sljedeća    >

Početak Uvod Zahtjevi Arhitektura Uzorkovani podaci Vizualizacija Zapis 3D modela Primjeri Sažetak Zaključak Reference Autor Abstract

Zahtjevi

 

 

Zahtjevi

Sustav za vizualizaciju preko Interneta trebao bi imati sljedeće karakteristike i treba posebno obratiti pozornost na njih:

  •  Sigurnost

  •  Prijenos velike količine podataka

  •  Optimizacija prijenosa podataka

  •  Upravljivost postupkom vizualizacije

  •  Jednostavna nadogradnja sustava

  •  Jednostavno korisničko sučelje

  •  Karakteristike klijentske strana sustava

  •  Karakteristike serverska strana sustava

Sigurnost je bitna u slučaju konekcije sustava u radiološke odjele u kojima se obavljaju dijagnostički pregledi na temelju izdvajanja određenih dijelova ljudskog tijela na temelju 3D modela. Posebno je važno kod prijenosa osjetljivih podataka kao što su ime i prezime te povijest bolesti.

Prijenos velike količine podataka neizostavni je problem kod rada sa 3D modelima. Velika količina podataka može se manifestirati kao:

  • Veliki broj generiranih datoteka manje veličine

  • Manji broj datoteka velike veličine 

Optimizacija prijenosa podataka predstavlja generiranje komunikacijskih poruka sa što je moguće manje redundantnog tj. semantičkog značenja uz sami sadržaj. U slučaju rada sa XML-om redundantni sadržaj predstavljen je arhitekturom same XML sheme. Razvijeni su posebni kodni sustavi koji poruku unutar XML-a sažimaju i na kraju komunikacijskog kanala rekonstruiraju u izvornu.  

Upravljivost postupkom vizualizacije ostavlja mogućnost rada sa sustavom u svrhu istraživanja mogućnosti samog sustava, utvrđivanja potrebnih parametara potrebnih za sam proces vizualizacije te generiranje modela prema specifičnim zahtjevima potrebnima unutar dijagnostičke studije. Upravljivost je vrlo jednostavno izvediva kroz posebno definirani jezik čija se leksička i semantička ispravnost vrlo lako može provjeriti. Vrlo je bitno ostaviti prostor za nadogradnju takvog jezika. Jezik mora biti razumljiv i  krivulja učenja takvog jezika mora biti kratka. 

Jednostavna nadogradnja sustava podrazumijeva iskorištavanja svih postojećih komponenti sustava u svrhu dodavanja novih mogućnosti. Svaki dio sustava mora biti detaljno opisan sa svim ulaznim i izlaznim podacima te algoritmima koji su ugrađeni u određeni dio.  

Jednostavno korisničko sučelje mora omogućiti prosječnom korisniku sustava da kroz rad sa sustavom, uz pomoć temeljenu na komentarima, otkrije mogućnosti sustava. 

Klijentska strana sustava uključuje Internet preglednik i niz ugrađenih dodataka radi pregleda specifičnih datoteka generiranih od strane sustava. Vrlo je važno da klijentska strana ima vrlo brzu vezu do sustava i da je osobno računalo opremljeno vrlo brzim grafičkim ubrzivačem. 

Serverska strana sustava predstavlja na samome početku usko grlo sustava jer obavlja sve procese vizualizacije i ekstrakcije bitnih podataka. Serverska strana mora se izvesti u tehnici koja omogućuje priključak (engl. Interface) na postojeće sustave uz određene transformacije koje se implementiraju unutar priključaka (DICOM, HL7). U slučaju velikog broja zahtjeva sustav bi trebao moći obavljati istovremeno više zahtjeva prosljeđujući zahtjeve na n računala rezerviranih za vizualizaciju na serverskoj strani.

 

Odabir odgovarajućih tehnologija prema zahtjevima

Sigurnost

Sigurnost sustava prema procjeni podrazumijeva osiguravanje sigurnih kanala za komunikaciju. U slučaju rada preko Interneta sustav je ranjiviji zbog mogućnosti presretanja poruka i mogućnosti pokušaja autentikacije bilo kojeg korisnika Interneta na sustav. U današnje vrijeme prijenos medicinskih podataka odvija se u okruženju bolničkog odjela. Iznimno, to je napravljeno na razini bolnica, a u slučaju potrebe za međusobnom komunikacijom različitih bolnica koriste se zakupljene direktne linije. U pravilu, danas, ne postoji ni jedan komercijalni medicinski sustav koji je dovoljno siguran za komunikaciju preko Interneta.  U kontekstu navedenog, razlikujemo sigurnost komunikacijskih infrastruktura (Slika 2.). Internet je najranjiviji komunikacijski kanal. Dok kod Intraneta već postoji autentikacija korisnika u zatvoreni mrežni sustav, kod VPN-a je to zapravo komunikacija jedan prema jedan.

 

Slika 2.           Procjena sigurnosti komunikacijske infrastrukture.

U radu je predstavljena komunikacija na temelju HTTP protokola koja omogućuje komunikaciju na sve tri predstavljene komunikacijske infrastrukture. Krajnji korisnik odlučuje o razini sigurnosti koja zadovoljava njegove potrebe. Prijedlog ovog rada je da to bude Intranet + SSL (Bolnički odjel). 

Prijenos velike količine podataka

Količina podataka koja se generira ovisi o odabranoj procesnoj rutini kroz program u posebnom jeziku. Veličina i broj datoteka varira u ovisnosti o volumnom podatku koji ulazi u proces vizualizacije. 3D objekti predstavljaju najveće datoteke. Veličina datoteka sa 3D objektima kao i broj generiranih 2D slika područja segmentacije ili izvornih slika raste u ovisnosti o veličini volumnog prostora.

Slika 3.           Procjena generiranog sadržaja za volumni prostor 256*256*256.

 

 Maksimalni broj datoteka koji se može generirati za jedan objekt 256*256*256 iznosi 500 i više datoteka što može biti problem za bilo koji komunikacijski protokol (Slika 3).

Optimizacija prijenosa podataka

Prijenos velikog broja datoteka među kojima neke prelaze i 100MB zahtjeva poseban protokol koji će pravilno spremiti sadržaj svih datoteka i pravilno prenijeti s jedne strane komunikacijskog kanala do druge strane. Jedna od mogućnosti je prijenos datoteke po datoteku, ali time se opterećuje sustav te takvo rješenje nije pogodno kod integracije sustava u postojeće kroz različita sučelja.   

Jedno od rješenja problema takvog prijenosa je dana kroz SOAP nadogradnju u kojoj se unutar SOAP omotnice datoteke dodaju u binarnom formatu bez potrebe za serijalizacijom  binarnih podatka u tekstualni format kakvog u osnovnoj izvedbi podržava SOAP protokol.  Ideja je implementirana unutar „Web Services Enhancements 2.0“ [5] tvrtke Microsoft i očekuje se da bi nova verzija SOAP protokola trebala prihvatiti takvo rješenje. Temelj je DIME protokol [ REF SendingfilesAttachementsAndSoap \h 4].

Upravljivost postupkom vizualizacije

Sustav treba omogućiti krajnjem korisniku (liječniku ili pomoćnom osoblju) da na temelju programa pisanog u posebnom jeziku izvrši postupak izdvajanja značajki i samog područja interesa kao 3D modela.

XML se pokazuje kao dobar format za zapis programa („skriptni jezik“) jer se uz korištenje XSD jezika lagano provodi leksička i sintaktička provjera programa.

XML struktura vrlo je pogodna za jezike posebne namjene jer se samom strukturom garantira dostupnost objekata unutar određenog elementa. Unutar elementa <X3DShapeWriter> instancirani je objekt klase X3DShapeWriter čije se stanje mijenja naredbama <SmoothNormals> i <Appearance> (Slika 4).

 

Slika 4.           Validacija jezika pomoću XSD sheme.

Jednostavna nadogradnja sustava

Odabir objektno orijentiranog programskog jezika omogućuje jednostavnu specifikaciju klasa te načina na koji se podaci procesiraju. Iskoristivost postojećih komponenti unutar objektno orijentiranog dizajna sustava prilično je jednostavna.

Kombinacija jezika za upravljanje vizualizacijom u XML-u i dodavanje novih funkcionalnosti u sustav kroz nove komponente u tome slučaju omogućuje vrlo brzu i jednostavnu implementaciju novih uz zadržavanje postojećih funkcionalnosti.

Programski jezik C# iz porodice .NET jezika ima najbolju podršku za XML kao i za vizualno programiranje novih komponenti kroz programska rješenja tvrtke Microsoft kao što je to Microsoft Visio.

Jednostavno korisničko sučelje

Internet preglednici vrlo su dobra opcija za rad sa sustavom. Većina postojećih operacijskih sustava posjeduje preglednike te nema potrebe za izradom posebnih programskih rješenja za komunikaciju sa sustavom. U slučaju da se javi potreba za specifičnim akcijama koje preglednici inicijalno ne podržavaju postoji mogućnost izrade posebnih dodataka kao što su appleti u programskom jeziku Java.

Baziranje sustava na proizvodima tvrtke Microsoft nudi mogućnost iskorištavanja ASP.NET platforme za izradu dinamičkih stranica kroz koje korisnik komunicira sa sustavom na udaljenoj (serverskoj) strani.

ASP.NET ima ugrađenu podršku za XML, SOAP i nudi mogućnost vrlo jednostavne izrade Internet servisa (engl. Web services). Izrada dinamičkih stranica u ASP.NET-u jednostavnija je nego u bilo kojem drugom rješenju kao što je to PHP ili Java Server Pages (na temelju vlastitog iskustva [ REF CHAIRMAN \h 6]).

Aplikacije pisane u ASP.NET-u izvršavaju se kroz IIS koji se predstavlja kao Internet server. Garancija sigurnosti sustava baziranog na IIS-u temelji se na sigurnosti Windows operacijskog sustava i pravilne konfiguracije samog IIS-a.

Klijentska strana sustava

Klijentsko računalo posjeduje obični korisnik (liječnik) i ono je iz gornje ponude računala na tržištu (4GHz te jaki grafički ubrzivač tvrtki ATI ili nVidia).  Kroz rad sa sustavom korisniku se nudi nekoliko specifičnih formata zapisa podataka za koje korisnik mora posjedovati instalirane dodatke kojima se isti mogu pregledati.

Specijalni formati za koje korisnik mora posjedovati preglednike:

·        WaveFront-ov zapis 3D objekta (obj format)

·        X3D preglednik

U ovome diplomskom radu izrađen je jednostavan preglednik obj formata baziran na .NET bazi koristeći DirectX 9.0 grafičko sučelje. Za rad s preglednikom korisnik mora instalirati .NET framework verzije 1.1 ili više.

X3D preglednici korišteni za pregled dostupni kao rješenja na bazi DirectX ili OpenGL sučelja.

X3D preglednici:

·        Octaga                   (OpenGL)

·        BS Contact           (OpenGL, DirectX)

Preglednici bazirani na Java 3D tehnologiji nisu prikladni u slučaju velikih 3D objekata. Generiranje grafa scene (tehnologija koju nudi Java) u tim slučajevima traje predugo, a rezultat je upitan. U slučaju korištenja appleta baziranih na tehnologiji Java 3D zahtjeva  korisničko podešavanje inicijalne i maksimalne dozvoljene veličine hrpe koju Java može koristiti (engl. Heap memory) što prosječnom korisniku može biti prilično komplicirano.

Serverska strana sustava

Serverska strana sustava podržavajući mogućnost integracije sustava u postojeće, temeljenje na DICOM ili HL7 protokolu, nameće odvajanje u smislu jedinice za obradu volumnog podatka (prema procesnoj rutini) te Internet sučelja prema takvoj jedinici.

Izvedba procesne jedinice najpogodnija je kroz Internet servis (engl. Web Service) koji komunicira preko SOAP protokola i na njega se mogu vezati drugi Internet servisi te Internet aplikacije koje predstavljaju vezu prema klijentskom računalu tj. Internet pregledniku.

U radu je serverska strana odvojena na dva dijela:

·        VMI Internet aplikacija

·        VMIpu Internet servis

VMI i VMIpu komuniciraju prema definiraj rutini:

·        SOAP protokol

·        Specifikacija SOAP poruke i njene interne strukture specificirana je kroz XSD sheme (specifikacija sadržaja projekta u XML formatu)

Specifikacija projekta u kojem su sadržani izvorni podaci i procesna rutina kao jedna cjelina omogućuje jednostavnu nadogradnju na razini sheme, novih funkcionalnosti kao i implementaciju sučelja prema postojećim protokolima.
 

 
 

<    Prethodna  |  Sljedeća    >

Bojan Blažona - Računalna grafika - ZEMRIS - 2004/05