1
Bilisim (Enformatik) Sistemlerine Bakis ve
Degerlendirme,Radyoterapide Bilisim
Sistemleri,Teshiste ve Nükleer Tipta Bilisim
Sistemleri

• Ü. Erkan Mumcuoglu, Doç. Dr.
• Enformatik Enstitüsü, ODTÜ

2
BILISIM

• Ingilizce informatics, Almanca Informatik,
  Fransizca Informatique, Italyanca Informatica
• Bilisim Sistemleri kurum veya kuruluslardaki
  kisisel kullanicilarin ve gruplarin veriyi (data)
  istenen ve faydali bilgiye (knowledge) çeviren
  yöntem, uygulama, yöntembilim (methodology) ve
  algoritmalarin bütünüdür.
• Bilgisayar Bilimi, Bilgisayar Mühendisligi,
  Yazilim Mühendisligi, Matematik, Elektronik,
  Fizik, Yönetim Bilimleri, Dil ve Psikoloji
  alanlarini kusatmaktadir.

3
BILISIM ALANI

• Bilisim sadece bir mühendislik alani olmayip,
  gündelik yasantinin ve bilimsel alanin bütününe
  girmistir.
• Bilisim Sistemlerinin en büyük faydasi,
  kullanildigi tüm alanlarda düsük maliyetli ve
  kaliteli is-akisi saglamasidir.

4
BILISIM ALANI
5
Tip Bilisimi

• Bilginin ve teknolojinin en yogun kullanildigi
  alanlanin basinda saglik bilimleri ve tip
  gelmektedir. Kullanilan ölçüm ve görüntüleme
  yöntemleri, test, analiz , izleme ve radyoterapi
  cihazlari hizla gelismekte ve çogalmakta, bunun
  sonucunda hastalar için toplanan tibbi veri ve
  bilgi miktari da büyük bir hizla artmaktadir.
• Tip bilisimi, bu bilgi ve verilerin
  olusturulmasi, biçimlendirilmesi, paylasilmasi ve
  sonuçta saglik süreçlerinin ve hasta
  tedavilerinin gelistirilmesini hedef alir.
• Tipta yürütülen bilimsel çalismalarin fazlaligi
  ve bu literatürün pratige uygulanmasindaki
  güçlükler ve gecikmelerin asilmasinda yararli bir
  yöntem olarak bilisim teknolojilerinin önemi
  kaçinilmazdir.

6
Tip Bilisiminin Konulari

• Hastane Bilgi Sistemleri ve Klinik Bilgi
  Sistemleri
• Tibbi Ontolojiler ve Standartlar
• Saglik Bilgi Güvenligi ve Gizliligi
• Karar Destek Sistemleri
• Teletip ve Mobil Uygulamalar
• Tipta Veri Madenciligi
• Tipta Yapay Zeka Uygulamalari
• Tipta Bulanik mantik
• Görüntüleme (CT, MRI, NM, Ultrason, fMRI ve
  uygulamalari)
• Görüntü Analizleri ve görüntü isleme
• Bilgisayar Tabanli Teshis (CAD)
• Içerik Tabanli Sorgulama (CBR)
• Sanal Gerçeklik (Virtual Reality)

7
(No Transcript)
8
Tibbi Görüntüleme Bilisimi

• DICOM standardi
• Pekçok tibbi uygulama için PACS veritabanindan
  ilgili bilgi almaya, görüntülemeye ve yorumlamaya
  yarayan bilgisayar yazilim teknolojileridir.

9
DICOM History

• ACR-NEMA 1.0 approved in 1985
• ACR-NEMA 2.0 approved in 1988
• DICOM 3.0 approved in 1993
• Specification of a network protocol to enable
  independence of vendor-specific solutions
• Services and objects
• Supports the development of PACS functionalty and
  interfacing with HIS and RIS
• 20 Vendors at the 93 DICOM RSNA Demonstrations
• 40 Vendors at the 94 DICOM RSNA Demonstrations
• gt100 Vendors at RSNA 96
• Since 1997 Too many to count !

10
DICOM Working Groups (WGs) and some work items

• Cardiac and Vascular Information EKG waveform,
  cathederization procedure, report
• Digital X-ray
• Nuclear Medicine identification of SNOMED terms
  for NM IODs
• Compression Tracking of JPEG 2000, 3D and
  multiframe compression
• Exchange media DVD media, UDF-File format
• Base standard correction proposals, overall
  consistency of DICOM, coordination and guidace of
  all WGs, with other standard organizations
• Radiotherapy
• Structured reporting to develop and maintain
  specification, to coordinate developmant of
  codes, controlled terminology and templates
• Opthalmology work-flow of eye-care environments,
  structured reporting, evaluating current objects
  for use in visual field and corneal topography
  applications
• Strathegic advisory strategic evolution of
  DICOM, HL7, coordinate the relaation to ISO TC
  215
• Display function standard 3D presentation,
  structered display

11
DICOM WGs and some work items

• Ultrasound 3D ultrasound acquisition and
  processing, JPEG 2000
• Visible Light to develop visible light IODs for
  endoscopy, microscopy and photography
• Security security extensions, digital signitures
  
• Digital Mammography Definition of structured
  report (SR) templates / SOP class, 3D computer
  aided diagnosis (CAD) output results of X-ray and
  CT
• Magnetic Resonance new MR object that containes
  more extensive set of descriptive attributes,
  multiframe mechanisms
• 3D extending DICOM to 3D data types, allignment
  betwen data sets, spatial transformations,
  multi-component data, derived data types such as
  segmentation
• Clinical Trials and Education
• Dermatological standards extending standard for
  new imaging equipment
• Integration of Imaging and IS understanding
  between HL7 and DICOM
• Computed tomography extend CT image object to
  support new technological and clinical advances
  in CT, enhanced CT IOD with multi-frame capability

12
Radyoterapi (RT) süreci neye ihtiyaç duyar

• Patient information to plan a treatment
• Image registration to identify regions to be
  treated,and markers to align images
• Image fusion to delineate pathological
  structures from various imaging modalities
• Anatomy to identify the shape,size,and location
  of the targets and radio-sensitive vital organs
• Dose computation to ensure the delivery of
  uniform high dose to the target,but avoidance of
  sensitive structures.
• In addition, carefully monitoring treatment
  optimization and dose calculation are essential
  for successful patient outcome

13
RT Bilisim Sistemleri

• RT görüntü temelli bir tedavi yöntemidir
• BT, MR, PET, LINAC ve tedavi planlama-dogrulama
  yöntemlerine ihtiyaç duyar.
• Tedavi süreci sirasinda, hastanin görüntüleri RT
  bölümündeki gerekli her is-istasyonuna
  gönderilir.
• Fakat, hastanin görüntüleri birden fazla yerde
  saklidir ve RT bölümünün dogal ve geleneksel
  yapisi nedeniyle, sürekli bir yeri yoktur.
• Teshise yönelik PACS sistemlerindeki ilerleme ve
  RT DICOM standardi gelistirilmesi sayesinde, RT
  görüntü ve ilgili verileriyle ilgili RT sunucu
  tanimlama ve tasarimi firsati dogmustur 3,4.

14
RT Bilisim Sistemleri

• The two recently developed RT technologies
• Intensity modulated radiation therapy (IMRT)
  2,5
• Image-guided radiosurgery 6

15
(No Transcript)
16
Radyoterapi (RT) Bilisim Sistemleri

• 1994-1997 arasinda, DICOM 7. Çalisma Grubu RT
  için özel bir DICOM standardi olusturmustur.
• 1999 itibariyla, RT için özel 7 DICOM nesnesi
  onay almistir 5
• RT Image includes all images taken using RT
  equipment such as conventional simulators,
  Digitizers for simulator films or electronic
  portal imagers.
• RT dose contains dose data such as dose
  distribution generated by TPS, DVH
  (dosevolumehistogram),dose points etc.
• RT Structure Set contains information related to
  patient structures, markers, isocenter and
  relateddata.
• RT Plan refers to information contained in a
  treatment plan such as beam angles, collimator
  openings and beam modifiers.
• RT beams treatment record
• RT brachy treatment record
• RT treatment summary record)

17
3
18
RT Bilisim Sistemleri

• RT için özel DICOM nesnelerinin faydalari 3
• Bir nesne içersindeki bilgi ve görüntü farkli RT
  firmalarinin cihazlari arasinda kolayca
  iletilebilir
• Farkli RT firmalarinin RT bilesenlerinin
  tamamiyle bütünlenmesi (integration) imkani
  saglar
• Hastaya daha iyi saglik hizmeti vermek için, RT
  is-akisi yakindan izlenebilir ve analiz
  edilebilir
• Bir hastanin RTsi, yeni bir egilim olan
  hasta-temelli saglik sunumu sistemine uygun
  sekilde, elektronik saglik kaydi (ESK) altinda
  bütünlenebilir.
• Bireysel RT ve ESK ayni standart ve yapi altinda
  diger ilgili bilgilerle (kimlik, teshis, ilaç,
  labaratuvar, vb.) birlestirilebilir. Bu, tüm
  hastalar için sürekli ve tasinabilir bir ESK
  olusmasini saglar ki, bu suan ki kurum temelli
  hastane/saglik bilgi sistemleri için çok büyük
  bir ileri ziplamadir.

19
Radyoterapi (RT) Bilisim Sistemleri
Görüntü ve bilgi akisini gösteren, PACS ve
görüntüleme bilgisi temelli RT sunucusu is-akis
semasi 3
20
Investigations of eficient and effective
scheduled workflow of diagnostic and treatment
protocols are current topics of priority in the
healthcare delivery enterprise.In order to do
that, understanding the concept of integrating of
the healthcare enterprise (IHE) is essential.
IHE are sets of protocols, which require all
scheduled workflow adhere to certain terminology
and standards so that devices from different
manufacturers can be integrated.These protocols
the following scheduled workflow Admission,
Order, Schedule, Data acquisition, Notification
of completed steps, Diagnosis,
DistributionRSNA together with Healthcare
Information and Management Systems Society
(HIMSS) Working Groups have collaborated to
define these scheduled workflow and invited
manufacturers to participate in live
demonstration of workflow connectivity.
Successful results in these demonstrations
stimulate open architecture in manufacturers
product for easier system integration, create
competitive product lines and lower the costs,
and streamline scheduled workflow in diagnostic
imaging. These translate to directly benefiting
the patients and improving healthcare delivery.
RT için IHE
21
Tibbi Görüntüleme BilisimiIleri Görüntü
Analizinde Yeni Yaklasimlar

• Farkli veya ayni görüntüleme modaliteleri
  arasinda (veya sayisal anatomik organ
  modelleriyle) 3-boyutlu(3B) kati (rigid)
  çakistirma (registration)

Modaliteleri arasinda 3B kati (rigid) çakistirma
için bir örnek 1 Ayni düzleme denk gelen
aksiyel kesitler (a) MRI, (b) Interictal SPECT,
(c) Interictal SPECT
22
Registration of freehand 3D ultrasound and MR
liver images Penney et. al. Medical Image
Analysis,(2004) p. 81-91
23
Tibbi Görüntüleme BilisimiIleri Görüntü
Analizinde Yeni Yaklasimlar

• Farkli veya ayni görüntüleme modaliteleri
  arasinda (veya sayisal anatomik organ
  modelleriyle) 3B kati-olmayan (nonrigid)
  çakistirma

Iki hasta MR görüntüleri arasindaki uzamsal
(spatial) iliskiyi gösteren kati-olmayan
(nonrigid) çakistirma ile elde edilmis örnek
24
Tibbi Görüntüleme BilisimiIleri Görüntü
Analizinde Yeni Yaklasimlar

• Yayginlasan ve sayisi artan tibbi görüntüleri
  kullanarak, normal insanlara ait sayisal organ
  modeli olusturmak mümkündür.
• Bunun en iyi kullanim alanlarindan birisi Aktif
  Sekil Modeli (ASM) teknikleri kullanarak,
  organlarin daha basarili bölütlenebilmesi ve
  varsa patalojilerin otomatik bulunabilmesidir 2

ASM kullanarak otomatik kemik bölütlemesi
25
Içerik Tabanli Sorgulama (ITS)

• Hizla sayisi artan metinsel ve görsel dokumanlar
  (görüntü, sinyal, vb), büyük veri-tabanlarina
  erisim için yeni araç ve yöntemlere gereksinim
  doguruyor.
• Su anki erisim yöntemleri
• hasta numarasi, study date, v.b.
• kilit-kelimeler (radyoloji raporu)
• Yeni bir erisim yöntemi
• Metin dokumanlardan otomatik sekilde çikarilan
  kavramlara göre benzer vakalari arama
• Faydalari
• egitim ve arastirmada
• teshis sirasinda görsel içerigine göre benzer
  vakalarla karsilastirmak
• (cased-based reasoning, evidence-based medicine)

26
Içerik Tabanli Sorgulama (ITS)

• Diger bir erisim yöntemi
• görsel dokumanlardan otomatik çikarilan görsel
  özniteliklere
• (renk, ton, doku, yerel-iliskiler vb) göre ITS
• Yöntem otomatik çikarilan görsel özniteliklere
  göre indeksleme
• Ancak, alt-seviye görsel öznitelikler (renk,
  doku) ile üst-seviye görsel öznitelikler (tümör,
  anormal doku) arasinda semantic gap denilen
  anlamsal bosluk hala vardir.

27

• Parça-tabanli (component-based) bir ITGS mimarisi
• H.Müller, N. Michoux, D. Bandon, A.Geissbuhler, A
  Review of Content-Based Image Retrieval Systems
  in Medical Applications-Clinical Benefits and
  Future Directions, International Journal of
  Medical Informatics, Vol.73 (2004) 123.

28
F. Nar, E. Mumcuoglu, et al, Sintigrafik Böbrek
Görüntüleri için Içerik Tabanli Arama Sistemi,
SIU 2006, Antalya.

• ITSda kullanilan görsel öznitelikler
• aktivite dagilimi
• sekil
• doku

29
Integrating Content-based Visual Access Methods
into a Medical Case Database. H Müller, et al.
University Hospitals of Geneva,Division of
Medical Informatics
30
Tibbi Görüntüleme Bilisimi Sanal Gerçeklik
(Virtual Reality) ve Uygulamalari

• Tibbi görüntü analizi alaninda, hekimlere teshis
  (CAD), ameliyat planlamasi, vb. konularinda
  destek saglayan yeni uygulamalar arasinda, sanal
  endoskopide oldugu gibi 3B görüntü kaplama
  (rendering)

3B BT görüntüleri kullanarak sanal en
31
Tibbi Görüntüleme Bilisimi Sanal Gerçeklik
(Virtual Reality) ve Uygulamalari

• Eklenmis Gerçeklik (Augmented Reality)

32
Tibbi Görüntüleme Bilisimi Sanal Gerçeklik
(Virtual Reality) ve Uygulamalari

• Heptik cihazlar kullanarak heptik (dokunma)
  tarama

3B görüntüler üzerinde, bilgisayar, heptik cihaz
ve 3B algilamayi saglayan gözlükler kullanarak,
sanal ortamda heptik tarama. Dokunma hissini
gerçek zamanli yaratarak, tedavi, protez
tasarimi, ameliyat egitimi ve planlamasi yapmak
mümkün olmaktadir.
33
Tibbi Görüntüleme Bilisimi Sanal Gerçeklik
(Virtual Reality) ve Uygulamalari

• 3B bilgisayar modelini ve 3B yaziciyi kullanarak,
  hasta organi maketini olusturma teknikleri
• Ameliyat süresini kisaltarak doktora zaman
  kazandiracaktir.
• 3 Boyutlu modellemeyle elde edilecek kisisel
  protez, hastanin anatomik özellikleriyle bire bir
  örtüsecektir.

34
Kaynaklar 1 Mumcuoglu EÜ, Nar F, Yardimci Y,
Koçak U, Ergün EL, Volkan Salanci B, Ugur O,
Erbas B. Simultaneous Surface Registration of
Ictal, Interictal SPECT and MR Images for
Epilepsy Studies, Nuclear Medicine
Communications, 27(1) s.45-55, 2006. 2 Cootes
TF, Taylor CJ, ... Active Shape Models Their
Training and Application. Computer Vision and
Image Understanding, 61(1) s.38-59, 1995. 3.
Law MYY, Huang HK. Concept of a PACS and imaging
informatics-based server for radiation therapy.
Computerized Medical Imaging and Graphics, 27
s.1-9, 2003. 4. Liu BJ. A knowledge-based
imaging informatics approach for managing proton
beam therapy of cancer patients. Technol Cancer
Res Treat, 6 s.77-84, 2007. 5. Neumann M.
The Impact of DICOM in radiotherapy. Lecture
fifth biennal ESTRO meeting on physics for
clinical Radiotherapy, Gottingen, 1999.
http//www.sgsmp.ch/null983b.htm.