Visualização de Imagens Médicas em PDAs para Ambientes Hospitalares Visualização de Imagens Médicas em PDAs para Ambientes Hospitalares Projeto Redes Wireless

Visualização de Imagens Médicas em Visualização de Imagens Médicas em PDAs para Ambientes HospitalaresPDAs para Ambientes Hospitalares

Projeto Redes Wireless de Informações Médicas Intra-Hospitalares

Visualização de Imagens Médicas em Visualização de Imagens Médicas em PDAs para Ambientes HospitalaresPDAs para Ambientes Hospitalares

Projeto Redes Wireless de Informações Médicas Intra-Hospitalares

Laboratório de Tecnologia da Informação AplicadaLaboratório de Tecnologia da Informação AplicadaDepto. Computação – UNESP BauruDepto. Computação – UNESP Bauru

Núcleo de Educação a DistânciaNúcleo de Educação a DistânciaFaculdade de Medicina – UNESP BotucatuFaculdade de Medicina – UNESP Botucatu

Hospital Estadual de BauruHospital Estadual de Bauru

Laboratório de Tecnologia da Informação AplicadaLaboratório de Tecnologia da Informação AplicadaDepto. Computação – UNESP BauruDepto. Computação – UNESP Bauru

Núcleo de Educação a DistânciaNúcleo de Educação a DistânciaFaculdade de Medicina – UNESP BotucatuFaculdade de Medicina – UNESP Botucatu

Hospital Estadual de BauruHospital Estadual de Bauru

ParticipantesParticipantes

• LTIALTIA– Prof. Dr. Eduardo Morgado ([email protected])– Prof. Dr. Renê Pegoraro– Daniel Igarashi da Cruz– Marcelo Fornazin– Rafael Cunha Lima

• NEADNEAD– Prof. Dr. Carlos. A. Caramori– Prof. Dr. Denise Zornoff– Dr. Marcelo Martins

• HEBHEB– Prof. Dr. Carlos A. Marcharelli– Alexandre Bazan

• LTIALTIA– Prof. Dr. Eduardo Morgado ([email protected])– Prof. Dr. Renê Pegoraro– Daniel Igarashi da Cruz– Marcelo Fornazin– Rafael Cunha Lima

• NEADNEAD– Prof. Dr. Carlos. A. Caramori– Prof. Dr. Denise Zornoff– Dr. Marcelo Martins

• HEBHEB– Prof. Dr. Carlos A. Marcharelli– Alexandre Bazan

PatrocínioPatrocínio

Resumo do Projeto RWIMIH(Redes Wireless de Informações Médicas Intra-Hospitalares)

Resumo do Projeto RWIMIH(Redes Wireless de Informações Médicas Intra-Hospitalares)

• Primeira Fase (concluída)Primeira Fase (concluída)– Uso de PDAs conjugado com Rede de Dados Sem-Fio (Wi-Fi)

para troca de dados

– Visualização de Imagens Médicas no atendimento beira-de-leito

– Otimizações do software de Visualização de Imagens médicas

para PDAs

• Segunda FaseSegunda Fase– Estudo do Impacto do uso de PDAs no atendimento médico

– Entrada de dados através do PDA

– Pesquisa sobre a utilização de Reconhecimento de Voz

conjugado com equipamentos móveis

• Primeira Fase (concluída)Primeira Fase (concluída)– Uso de PDAs conjugado com Rede de Dados Sem-Fio (Wi-Fi)

para troca de dados

– Visualização de Imagens Médicas no atendimento beira-de-leito

– Otimizações do software de Visualização de Imagens médicas

para PDAs

• Segunda FaseSegunda Fase– Estudo do Impacto do uso de PDAs no atendimento médico

– Entrada de dados através do PDA

– Pesquisa sobre a utilização de Reconhecimento de Voz

conjugado com equipamentos móveis

Ambiente de Desenvolvimento do Projeto

Ambiente de Desenvolvimento do Projeto

• Hospital Estadual de BauruHospital Estadual de Bauru

– Inaugurado em Outubro de 2002

– Mais de 400 leitos

– Utiliza o sistema PACS (Picture

Archiving and Communication

System)

– Distribuição de Imagens no formato

DICOM[1]

• Hospital Estadual de BauruHospital Estadual de Bauru

– Inaugurado em Outubro de 2002

– Mais de 400 leitos

– Utiliza o sistema PACS (Picture

Archiving and Communication

System)

– Distribuição de Imagens no formato

DICOM[1]

Solução PropostaSolução PropostaConexão Sem-Fio

802.11b[2]

Autenticador de Usuários Sem-Fio

Exibição de Imagens JPEG via Web Servicesem cliente móvel do tipo Notebook ou Tablet

Exibição de Imagens DICOM/JPEGem clientes Desktops

Estrutura de Rede do HEB

Exibição de Imagens JPEGvia Web Services

em cliente móvel do tipo PDA[3]

DICOM

Servidor JPEG + Web Services [5][6]

Estratégias para a Visualização de Imagens Médicas em PDAs


• Visualização de imagens JPEG no PDAVisualização de imagens JPEG no PDA– Vantagens

• Menor tamanho do Arquivo trafegado pela rede sem-fio

• Menor tamanho do Arquivo armazenado no sistema de storage e na memória temporária do PDA

• Pode ou não ter perdas de resolução da imagem

– Desvantagens• Exige maior poder de processamento para a etapa de

descompressão da Imagem [4]

• Exige software mais complexo para realizar a abertura do arquivo

• Visualização de imagens JPEG no PDAVisualização de imagens JPEG no PDA– Vantagens

• Menor tamanho do Arquivo trafegado pela rede sem-fio

• Menor tamanho do Arquivo armazenado no sistema de storage e na memória temporária do PDA

• Pode ou não ter perdas de resolução da imagem

– Desvantagens• Exige maior poder de processamento para a etapa de

descompressão da Imagem [4]

• Exige software mais complexo para realizar a abertura do arquivo



• Componente no servidor DICOM transforma Componente no servidor DICOM transforma

as imagens para o formato JPEG [4]as imagens para o formato JPEG [4]

– JPEG lossless• Não implica perda na resolução e qualidade originais da

imagem

• Maior tamanho do arquivo final

– JPEG lossy• Prevê perda na resolução e qualidade originais da imagem

• Menor tamanho do arquivo final

• Tamanho final depende da qualidade escolhida

• Componente no servidor DICOM transforma Componente no servidor DICOM transforma

as imagens para o formato JPEG [4]as imagens para o formato JPEG [4]

– JPEG lossless• Não implica perda na resolução e qualidade originais da

imagem

• Maior tamanho do arquivo final

– JPEG lossy• Prevê perda na resolução e qualidade originais da imagem

• Menor tamanho do arquivo final

• Tamanho final depende da qualidade escolhida

Usado no HEB

Estratégias para Visualização da imagem JPEG em PDAs


• Visualização através de navegador de Internet [1][7]Visualização através de navegador de Internet [1][7]– Solução mais comum e mais simples de se implementar

– Descompressão da imagem JPEG feita por componente de imagem do Browser

– Pior administração da memória do PDA

– Apenas permite a abertura e visualização da imagem• Operações como Zoom são enviadas ao servidor, que processa a

imagem e retorna um novo JPEG para o cliente, que mostra a nova imagem

• Toda operação de manipulação da imagem gera tráfego na rede

– Desempenho piora a medida que o tamanho da imagem aumenta

– Maior consumo da bateria (Maior tráfego de dados)

• Visualização através de navegador de Internet [1][7]Visualização através de navegador de Internet [1][7]– Solução mais comum e mais simples de se implementar

– Descompressão da imagem JPEG feita por componente de imagem do Browser

– Pior administração da memória do PDA

– Apenas permite a abertura e visualização da imagem• Operações como Zoom são enviadas ao servidor, que processa a

imagem e retorna um novo JPEG para o cliente, que mostra a nova imagem

• Toda operação de manipulação da imagem gera tráfego na rede

– Desempenho piora a medida que o tamanho da imagem aumenta

– Maior consumo da bateria (Maior tráfego de dados)



• Visualização através de software específico Visualização através de software específico

– Permite a visualização de imagens JPEG sem a

necessidade do navegador de Internet

– Vantagens

• Permite administração flexível do uso de memória

• Permite a adoção de recursos sofisticados, como ajuste de

Gamma, sem a necessidade de trafegar dados adicionais

pela rede

• Melhor desempenho (por realizar processamento local)

• Visualização através de software específico Visualização através de software específico

– Permite a visualização de imagens JPEG sem a

necessidade do navegador de Internet

– Vantagens

• Permite administração flexível do uso de memória

• Permite a adoção de recursos sofisticados, como ajuste de

Gamma, sem a necessidade de trafegar dados adicionais

pela rede

• Melhor desempenho (por realizar processamento local)

O uso de Imagens JPEG LosslessO uso de Imagens JPEG Lossless

• Imagem JPEG exige processamento otimizado para Imagem JPEG exige processamento otimizado para

oferecer boa usabilidade do sistemaoferecer boa usabilidade do sistema– Desenvolvimento do Software de Visualização baseado no

Algoritmo IJG

– IJG – Independent JPEG Group [www.ijg.org]

– Código-fonte aberto

– Algoritmo permite a abertura de imagens JPEG em PDAs com

sistema baseado em Win32

• Uso de visualizador independente de navegador de Uso de visualizador independente de navegador de

Internet abre espaço para otimizaçõesInternet abre espaço para otimizações

• Imagem JPEG exige processamento otimizado para Imagem JPEG exige processamento otimizado para

oferecer boa usabilidade do sistemaoferecer boa usabilidade do sistema– Desenvolvimento do Software de Visualização baseado no

Algoritmo IJG

– IJG – Independent JPEG Group [www.ijg.org]

– Código-fonte aberto

– Algoritmo permite a abertura de imagens JPEG em PDAs com

sistema baseado em Win32

• Uso de visualizador independente de navegador de Uso de visualizador independente de navegador de

Internet abre espaço para otimizaçõesInternet abre espaço para otimizações

Processo de Otimização do Software de Visualização de Imagens JPEG


• Após analisar o perfil do software com a ferramenta de Após analisar o perfil do software com a ferramenta de

otimização Intel VTuneotimização Intel VTune

– Principais gargalos de desempenho na descompressão do JPEG

(porcentagem de tempo consumida por cada etapa do

processamento da imagem)

• Após analisar o perfil do software com a ferramenta de Após analisar o perfil do software com a ferramenta de

otimização Intel VTuneotimização Intel VTune

– Principais gargalos de desempenho na descompressão do JPEG

(porcentagem de tempo consumida por cada etapa do

processamento da imagem)

0 25 50 75 100

%

36%

32%

19%

13%

Transformada Inversa Discreta de Cosseno

Conversão de Cores (YCrCb para RGB)

Descompactação de Huffman

Outras Funções



• A partir dos pontos com maior consumo de tempo, as A partir dos pontos com maior consumo de tempo, as principais alterações realizadas foram:principais alterações realizadas foram:– Substituição de funções “gargalo” por equivalentes da Biblioteca Intel

IPP 3.0• Necessidade de alteração no código IJG para compatibilidade com IPPs

– Utilização de coeficientes que substituem cálculo com ponto flutuante

– Desenrolamento de Laços críticos

– Uso do Compilador Intel Xscale 1.2• Com chaves específicas para geração de código otimizado

– Otimizações gerais de código• Utilizando Prefetch de instruções, vetorização de laços e técnicas de

otimização de software [10]

• A partir dos pontos com maior consumo de tempo, as A partir dos pontos com maior consumo de tempo, as principais alterações realizadas foram:principais alterações realizadas foram:– Substituição de funções “gargalo” por equivalentes da Biblioteca Intel

IPP 3.0• Necessidade de alteração no código IJG para compatibilidade com IPPs

– Utilização de coeficientes que substituem cálculo com ponto flutuante

– Desenrolamento de Laços críticos

– Uso do Compilador Intel Xscale 1.2• Com chaves específicas para geração de código otimizado

– Otimizações gerais de código• Utilizando Prefetch de instruções, vetorização de laços e técnicas de

otimização de software [10]



• Ganho de DesempenhoGanho de Desempenho

• Equipamentos de TestesEquipamentos de Testes

– 2 PDAs Compaq Ipaq 3970

• Processador Intel Xscale PXA250 (400MHz)

• 64MB RAM

• Sistema Operacional Microsoft PocketPC 2002

• Dados captados com oDados captados com o Intel VTune Data Collector for Windows CE Intel VTune Data Collector for Windows CE

• Ganho de DesempenhoGanho de Desempenho

• Equipamentos de TestesEquipamentos de Testes

– 2 PDAs Compaq Ipaq 3970

• Processador Intel Xscale PXA250 (400MHz)

• 64MB RAM

• Sistema Operacional Microsoft PocketPC 2002

• Dados captados com oDados captados com o Intel VTune Data Collector for Windows CE Intel VTune Data Collector for Windows CE

Ganho = Tempo_Velho – Tempo_Novo

Tempo_Velho



• Imagens Utilizadas nos TestesImagens Utilizadas nos Testes• Imagens Utilizadas nos TestesImagens Utilizadas nos Testes

Largura (em Pixels) 512

Altura (em Pixels) 512

Intensidade de Bits 24

Resolução Horizontal (em

dpi)96

Resolução Vertical (em

dpi)96

Largura (em Pixels) 1044

Altura (em Pixels) 844

Intensidade de Bits 24

Resolução Horizontal (em

dpi)72

Resolução Vertical (em

dpi)72

Resultados da otimizaçãoResultados da otimização

• Com duas imagens e dois PDAs, são Com duas imagens e dois PDAs, são possíveis quatro combinações de execução possíveis quatro combinações de execução diferentesdiferentes– Imagem 1 aberta no PDA 1

– Imagem 1 aberta no PDA 2



• Foram realizadas 10 execuções para cada Foram realizadas 10 execuções para cada situação, resultando em um desvio padrão e situação, resultando em um desvio padrão e o resultado médio para cada situaçãoo resultado médio para cada situação

• Com duas imagens e dois PDAs, são Com duas imagens e dois PDAs, são possíveis quatro combinações de execução possíveis quatro combinações de execução diferentesdiferentes– Imagem 1 aberta no PDA 1




• Foram realizadas 10 execuções para cada Foram realizadas 10 execuções para cada situação, resultando em um desvio padrão e situação, resultando em um desvio padrão e o resultado médio para cada situaçãoo resultado médio para cada situação

ResultadosResultados

Total Origina

l

Otimizado Proporção Ganho

Média 1,302 0,352s 3,699 72,96%

Desvio

Padrão

0,097 0,036

Total Origina

l


Média 1,377 0,375 3,672 72,77%

Desvio

Padrão

0,064s 0,005

Tabela 1: Situação 1


ResultadosResultados

Total Origina

l


Média 3,491 0,995s 3,509 71,50%

Desvio

Padrão

0,072 0,015

Total Origina

l


Média 3,534 1,024 3,449 71,01%

Desvio

Padrão

0,052s 0,006



ConclusãoConclusão

• PDAs adicionam mobilidade no atendimento beira-de-leitoPDAs adicionam mobilidade no atendimento beira-de-leito

• Visualização de imagens médicas com alta resolução pode ser Visualização de imagens médicas com alta resolução pode ser feita em:feita em:– Notebooks

• Pouco práticos e pesados

– Tablet PCs• Custo muito alto

• PDAs em um ambiente de rede sem-fioPDAs em um ambiente de rede sem-fio– Conexão com o sistema hospitalar

– Leve e fácil de carregar

– Custo mais baixo

• Cenário ideal: Visualização de Imagens médicas sem perda de Cenário ideal: Visualização de Imagens médicas sem perda de qualidade em dispositivo de baixo custo e grande mobilidadequalidade em dispositivo de baixo custo e grande mobilidade

• PDAs adicionam mobilidade no atendimento beira-de-leitoPDAs adicionam mobilidade no atendimento beira-de-leito

• Visualização de imagens médicas com alta resolução pode ser Visualização de imagens médicas com alta resolução pode ser feita em:feita em:– Notebooks

• Pouco práticos e pesados

– Tablet PCs• Custo muito alto

• PDAs em um ambiente de rede sem-fioPDAs em um ambiente de rede sem-fio– Conexão com o sistema hospitalar

– Leve e fácil de carregar

– Custo mais baixo

• Cenário ideal: Visualização de Imagens médicas sem perda de Cenário ideal: Visualização de Imagens médicas sem perda de qualidade em dispositivo de baixo custo e grande mobilidadequalidade em dispositivo de baixo custo e grande mobilidade

ConclusãoConclusão

• Para alcançar o cenário ideal, otimizações de software são Para alcançar o cenário ideal, otimizações de software são necessáriasnecessárias– Melhor navegabilidade

– Melhor desempenho e duração da bateria

– Qualidade da imagem igual ao Desktop e notebook, limitado apenas as dimensões mais reduzidas da tela do PDA

• Considerações sobre a Visualização de Imagens JPEG Considerações sobre a Visualização de Imagens JPEG LosslessLossless– Exige otimizações de software para execução nos PDAs atuais

– Na maioria dos casos a Resolução da Imagem exige um visualizador de JPEG independente do Navegador de Internet

– Porém os seguintes fatores favorecem esta solução• Possibilidade de uso de código-aberto na solução

• Otimizações feitas em código-aberto reduzem drasticamente o tempo de execução

• Trabalho realizado com ferramentas que diminuíram o tempo e custo de desenvolvimento

• Para alcançar o cenário ideal, otimizações de software são Para alcançar o cenário ideal, otimizações de software são necessáriasnecessárias– Melhor navegabilidade

– Melhor desempenho e duração da bateria

– Qualidade da imagem igual ao Desktop e notebook, limitado apenas as dimensões mais reduzidas da tela do PDA

• Considerações sobre a Visualização de Imagens JPEG Considerações sobre a Visualização de Imagens JPEG LosslessLossless– Exige otimizações de software para execução nos PDAs atuais

– Na maioria dos casos a Resolução da Imagem exige um visualizador de JPEG independente do Navegador de Internet

– Porém os seguintes fatores favorecem esta solução• Possibilidade de uso de código-aberto na solução

• Otimizações feitas em código-aberto reduzem drasticamente o tempo de execução

• Trabalho realizado com ferramentas que diminuíram o tempo e custo de desenvolvimento

ReferênciasReferências

[1] Andrade, R., Wangenheim, A., Bortoluzzi, M.K.(2003) “Wireless and PDA: a novel strategy toaccess DICOM-compliant medical data on mobiledevices”. International Journal of MedicalInformatics, n. 71, p. 157 – 163.

[2] Anastasi, G., Lenzini, L., (2000) “QoS providedby the IEEE 802.11 wireless LAN to advanced dataapplications: a simulation analysis”. WirelessNetworks n.6, p.99 – 108.

[3] Salomão, Daniel Sigulem. “Utilização deComputadores de Bolso no Atendimento MédicoHospitalar.”, em UNIFESP, Departamento deInformática em Saúde – DIS,[www.disacad.unifesp.bbr/mobile/_arquivos/Public_PDA.html]. Abril de 2002.

[4] Kocsis, O., Costaridou, L., Mandellos, G.,Limberopoulos, D., Panayiotakis, G., “Compressionassesment based on medical image qualityconcepts using computer – generated test images.”Computer Methods and Program in Biomedicine”, n.71, p. 105 – 115.

[5] Anzbock, R., Dustdar, S., Gall, H., (2002)“Software configuration, distribution, anddeployment of web-services.” ACM PRESS, NewYork, NY, p. 649 – 656.

[6] Iserhardt-Bauer, S., Hastreiter, P., Ertl , T.,Eberhardt, K., Tomandl , B., (2000) “Case Study:Medical Web Service for the Automatic 3DDocumentation for Neuroradiological Diagnosis.”IEEE Computer Society Technical Committee onVisualization and Graphics, San Diego, CA, p. 425 –428.

[7] Andrade, R., Wangenheim, A., Bortoluzzi, M.K.Biasi, H.H. de., (2003) “A strategy for a wirelesspatient record and image data”. InternationalCongress Series n. 1256, p. 869 – 872.

[8] Ratib, O., McCoy, M., McGill, R., Minglin, Li.,Brown, A., (2003) “Use of Personal DigitalAssistants for Retrieval of Medical Images and Dataon High-Resolution Flat Panel Displays”, RSNAScientific Assembly, Department of Radiology,UCLA School of Medicine, Los Angeles, CA p.267 –273.

[9] Dumschat, U., (2003) “Intel® SoftwareDevelopment Tools for Intel® XScale™Technology.” Wireless Communications andComputing SOLUTIONS”, p.38 – 44, Out.

[10] Gerber, R., (2002) The Software OptimizationCookbook – High Performance Recipes for theIntel® Architecture, 1. ed. Intel Press.

Documents

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