1. 서 론
원격 의료 시스템은 다양한 분야에서 응용되고 있는데 병원 을 중심으로 다른 진료기관들과의 연계를 통하여 효과적인 의 료 서비스를 제공할 뿐 아니라 재난 지역 및 도서 산간지역에 의 원격 진료를 가능하게 하고, 초고속 통신망을 비롯한 위성 및 이동 통신 등의 첨단 통신기술과 의료 영상을 접목시켜 항 해중인 선박이나 구급차, 항공기와도 연결하여 원격 진료 및 의료 서비스를 제공하기 까지 확장되고 있다. 특히 응급 의료 시스템은 다른 의료 장비와는 달리 환자 데이터의 빠르고 정 확한 전송이 환자의 생명에 영향을 주는 시스템으로 그 중요
성이 원격 진료 시스템 중에 가장 높다고 할 수 있다. 이러한 응급 시스템은 다양하게 개발되고 있는 이동형 의료기기와 함 께 이를 원격에서 제어하고 이를 효율적으로 사용하기 위한 소 프트웨어의 연구도 활발히 진행 중이다 [1-5].
본 연구는 그러한 응급 상황이나 원격 진료 및 진단을 필요 로 하는 곳에서 이동형 촬영 기기로 얻어진 DICOM 영상을 KDICOM 툴킷을 이용하여 화면에 출력하고 전송하여 병원에 서의 진단 진료 시스템을 효율적으로 할 수 있는 이동형 의료 영상 전송 시스템의 개발에 목적을 두고 있다.
본 논문에서는 이동형 의료 영상 전송 시스템을 구성하고 DICOM 영상을 보고 판독 및 진단을 가능하게 하는 뷰어 소프 트웨어와 전송 및 관리 소프트웨어를 개발하여 유무선 통신으 로 영상을 전송하고 병원에서 효율적으로 관리할 수 있게 하 였다. 또한 테스트 PACS 서버를 구성하고 개발한 시스템과 접 목시켜 영상 저장, 조회 및 불러오기 등을 구현하여 현재 병원
KDICOM 툴킷을 이용한
이동형 의료영상 전송 시스템 개발
최석우・김성희・이진수・박인성・김동윤
1연세대학교 의공학과
Development of a Mobile Medical Image Communication System Using KDICOM Toolkit
S.W. Choi , S.H. Kim, J.S. Lee, I.S. Park, D.Y. Kim
1Department of Biomedical Engineering, Yonsei University
= Abstract =
The purpose of this research is to develop a mobile medical image communication system which is implemented by using the KDICOM toolkit. The developed system can retrieve the DICOM images from the mobile modalities in the remote area and send them to the hospital for remote diagnoses. In this paper, we developed a Viewer Software which provides digital viewing environment for doctors to interpret and diagnose by examining DICOM images. It can print out all sample images within a sec- ond because it doesn’t take much of memories in PC and can transfer medical images in both wire and wireless environment.
Key words: KDICOM Toolkit, mobile medical image transformation system
통신저자: 김동윤, (220-710) 강원도 원주시 흥업면 매지리 234 연세대학교 의공학부(Dept.of Biomedical Engineering. 백운관 202호 Tel: 033-760-2434, Fax: 031-
E-mail: [email protected]
의 의료영상 체계에 호환이 가능하도록 설계하였다 [6].
2. 본 론
2.1. 개발 환경
* 테스트 하드웨어 환경 : Pentuim 4 3.0GHz, 1G DDR RAM, 200G HDD
* 운영체제 및 개발 도구 : MS Windows XP Pro SP2, MS Windows 2000 Pro SP4, MS Visual C++ 6 SP1 (MFC)
* 네트워크 환경 : 100Mbps Ethernet LAN(ADSL), Wireless LAN 54Mbps(IEEE802.11g)-Buffalo/10m, CDMA2000 x1 EV-DO(SK Telecom/IM-B1000)- 맑은날 연세대학교 원주캠퍼스
* 네트워크 실측 속도 (Mbps)
* 테스트 영상
2.2. KDICOM 툴킷
DICOM 툴킷은 디지털 의료 영상 장비간의 통신을 위한 표 준인 DICOM을 구현한 소프트웨어로 의료 영상과 관련된 제 품의 개발에 필수적 요소라고 할 수 있다. 본 논문에서는 윈도 우 환경에서 C와 C++ 언어로 개발되어 Microsoft foundation class(MFC) 확장 dynamic link library(DLL) 형태로 제공되는 CoreWare 사의 KDICOM 툴킷을 사용하였다.
KDICOM 툴킷은 DICOM 관련 기능과 영상 관련 기능을 모 두 구현하며 추가로 의료 영상 관련 기능들을 제공한다. 그리 고 범용 컴퓨터를 주로 사용하는 병원 환경에 적합하도록 윈 도우즈 운영체제를 기반으로 하며 빠른 영상 출력 속도를 보 장하며 물리적 메모리를 거의 사용하지 않도록 설계되었다. 또 한, 의료 영상 저장 시스템 등의 환경에서 필요한 대부분의 의 료 영상 관련 기능이 포함되어 있으며 복잡성을 줄이기 위하 여 객체 지향적인 구조로 설계되어 있고, 네트워크 전송을 위 하여 다중 쓰레드를 사용한다 [6, 7].
2.3. 시스템의 구성
이동형 의료영상 시스템은 재난 지역 및 도서 산간지역에의 원격 진료를 가능하게 하고, ADSL, VDSL과 같은 초고속 유 선 통신망을 비롯한 Wireless LAN, CDMA2000 x1 EV-DO 와 같은 무선 통신기술과 의료 영상을 접목시켜 항해중인 선 박이나 구급차, 항공기와도 연결하여 여러 가지 응급상황에서 원격진료 및 진단과 같은 의료 서비스에 유용하게 사용될 수 있다. 또한 병원 내원이 꼭 필요한 환자들의 영상이나 정보를 미리 전송하여 병원에서 환자가 도착했을 때 신속하고 빠르게 대처할 수 있는 기회를 만들 수 있다 [4].
본 논문에서 제안된 이동형 의료영상 시스템은 Fig. 1과 같 이 이동형 의료영상 촬영 시스템과 전송 시스템, 그리고 수신
네트워크 다운로드 업로드
Ethernet LAN 12.30 3.76
Wirelees LAN 11.21 2.46
CDMA2000 x1 EV-DO 2.13 0.12
장비 제조사 Size 파일크기 No.
MR GE 256×256 138k 30
CR Konica, Agfa 2010×2010 8M 1
CT Siemens, Philips 512×512 512k 1 DR Hologic, Listem 9000×2476 15M 1
Fig. 1.이동형 의료 영상 전송 시스템 구성
및 관리 시스템으로 구성된다.
이동형 의료영상 촬영 시스템에서 촬영된 영상은 환자 정보 와 결합되어 DICOM 파일로 만들어 진다. 이 파일을 시스템 내 에 설치된 워크스테이션의 전송 시스템에서 받아 화면상으로 출력하고 이를 통하여 병원의 담당 의사, 혹은 특정한 위치의 수신 및 관리 시스템으로 전송한다. 본 전송 시스템은 사용하 기 편리하고 친숙한 IP 통신을 사용하고 윈도우즈 운영체제기 반으로 개발되었기 때문에 TCP/IP 네트워크 환경만 갖춰지면 언제 어디서라도 사용이 가능하다. 각 시스템에 설치된 소프트 웨어는 뷰어의 기능과 전송의 기능이 모두 구현된다.
수신 및 관리 시스템에서는 받은 영상을 실시간으로 출력하 고 바로 의사나 전문가의 판독 및 진료에 사용되거나 필요한 다른 위치로 재전송할 수 있다. 특히 응급상황에서 판독과 진 단이 끝난 후 필요한 응급처지 정보를 영상과 함께 응급 발생 지역으로 재전송 하는 기능을 제공하여 보다 효과적인 의료 서
비스가 가능하다. 또한 병원의 PACS 환경에 따라 PACS 서버 에 받은 영상을 저장할 수 있으며, PACS 서버에 저장된 다른 영상을 검색하여 불러와 비교 분석을 할 수 있는 기능을 제공 한다.
3. 결 론
3.1. 영상 출력 관련 기능 및 성능
KDICOM에서 지원하는 영상의 출력은 물리메모리를 거의 사용하지 않아 영상을 빠르게 출력할 수 있다. 결과는 MR 영 상 30장을 모두 출력하고, CR, CT, DR 테스트 영상을 출력하 는데 모두 1초 이내의 시간이 소요되었다. 각 영상들은 다음 Fig. 2.~13과 같이 모두 영상 관련 기능들과 영상 처리 기능, 주석 기능을 지원하였으며 모든 기능은 간단한 마우스 조작으 로 가능하였다.
Fig. 2.영상 오버레이
Fig. 3. 밝기 Fig. 4. 대조도
3.2. 전송 및 통신 관련 기능 및 성능
DICOM 표준에서는 11가지의 DIMSE를 정의하고 하고 있 는데 본 개발에서는 그 중 5개 정도의 DIMSE를 구현하였다.
Verification Service Class는 원격 DICOM AE와 정상적인 통 신 여부를 판단하기 위해 사용되는 기술이며 C-ECHO DIMSE 를 사용한다. Storage Service Class는 DICOM장비에 데이터
집합을 저장할 때 사용되며 C-STORE DIMSE를 사용한다.
Query/Retrieve Service Class는 원격 DICOM 장비에 있는 영 상을 조회하고 검색하여 선택한 영상을 가져올 때 사용한다.
C-FIND DIMSE로 조회와 검색을 하고 C-GET과 C-MOVE 로 영상을 불러온다 [8, 9].
본 논문에서 개발한 소프트웨어와 DICOM 검증 도구로 사
Fig. 5.확대 Fig. 6. 이동
Fig. 7. 흐림 Fig. 8. 선명
Fig. 9. 반전 Fig. 10. 외곽선
용한 Infinite 사의 PiView와의 전송과 조회 및 불러오기 기능 은 정확히 작동함을 확인하였다. 네트워크의 속도에 따른 평균 전송 속도는 연결된 네트워크 환경에 따라 많은 편차를 보였 다. 각 통신망의 속도 측정은 인터넷망 측정 시스템을 갖고 있 는 벤치비 홈페이지에서 측정하였다. 실험에 사용한 ADSL 초 고속 인터넷 망에서는 주위 환경에 따른 속도저하가 없어 전 송에는 무리가 없음을 확인하였고, Wireless LAN 54Mbps (IEEE 802.11g) 의 경우에도 유선으로 들어오는 네트워크 환 경의 속도에 영향을 받아 많은 속도의 저하는 없었다. 단, 실 험은 Wireless LAN의 연결 가능 범위 안인 반경 10 m에서 정지한 채로 측정하였다 [4, 10, 11]. CDMA2000 x1 EV-DO 의 경우에는 원주 흥업면 매지리의 연세대학교 캠퍼스의 연구 실에서 역시 정지 상태로 실험하였으며 기기는 IM- B1000 모 델의 휴대폰을 사용하였으며 서비스는 SK Telecom망을 사용 하였다. CDMA2000 x1 EV-DO망은 이론상 최고 속도가 2.4Mbps 이고 휴대전화 서비스를 받을 수 있는 곳이라면 전 국 어디서나 장소에 구애받지 않고 사용할 수 있는 장점이 있 지만 실제 측정 속도에서 저하가 있었고 10 MB 이상의 영상
에 대해서는 다른 경우 보다 비교적 시간이 오래 걸림을 확인 했다. MR이나 CT 영상 등은 ADSL 유선 통신망과 WLAN 환 경에서 에서 1초 내의 소요시간으로 전송되는 것을 확인할 수 있다. 그리고 CR 영상은 2초에서 5초 사이에 전송이 완료되 고, 용량이 큰 DR 영상의 경우 4초에서 6초정도의 결과가 나 타났다. ADSL 유선 통신망과 WLAN 통신망을 비교해 보면 WLAN 환경에서 약 1초 안팎의 속도 저하가 일어났음을 알 수 있다. CDMA2000 x1 EV-DO 통신망의 경우는 MR, CT 와 같은 용량이 작은 영상에 대해서는 1초에서 5초 사이의 소 요시간으로 전송할 수 있지만 용량이 큰 CR이나 DR 영상은 100초가 넘는 전송시간을 보였다. 이는 앞으로 개발된 초고속 무선 통신 기술과 더불어 활발한 연구가 이루어지리라 본다.
3.3. 시스템 관련 기능 및 성능
이동형 촬영 기기에서 얻어진 영상은 환자의 정보를 포함하 여 DICOM 파일이 생성된다. 생성된 DICOM 파일은 전송 시 스템의 소프트웨어에 의해 물리 메모리(HDD)에 임의의 폴더 를 만들어 C-STORE의 명령으로 저장되면서 동시에 영상을 화면에 출력한다. 이동형 환경에서 촬영된 의료영상은 재난지 역 및 도서 산간지역에서의 원격 진료 시, 또는 항해중인 선박 이나 구급차, 항공기에서의 응급상황의 통신 환경을 고려하여 필요한 영상을 발췌하여 전송할 필요가 있다.
따라서 Fig. 14와 같이 촬영된 영상이 저장되는 순서대로 순 번을 만들어 파일을 정리하고 차례로 3×3 배열로 위쪽부터 출 력되고 이동형 시스템에서는 영상을 한 장 혹은 여러 장 선택 하여 전송할 수 있는 환경을 만든다. 또한 응급 상황에서의 응 급처치가 필요한 상황이 발생하면 병원의 담당 의사의 진단 내 용과 주석, 혹은 메시지가 담긴 영상을 다시 받을 수 있게 하 여 따로 저장하고 관리를 할 수 있는 기능을 제공한다 [6, 12- 14].
Fig. 11. 회전
Fig. 13. 주석 기능 적용
Fig. 12. 대칭
이렇게 준비를 마친 영상들을 병원의 의사나 담당자에게, 즉 수신 및 관리 시스템으로 전송하려면 일단 네트워크 설정이 필 요하다. 영상 전송 때마다 계속 전송할 곳의 네트워크 정보를 입력해야 하는 불편을 없애고 여러 위치에 전송하는 것을 용 이하게 하기 위하여 네트워크 정보를 미리 입력하여 리스트로 관리한다.
수신 및 관리 시스템에서는 이동형 의료영상 촬영 시스템에 서 전송한 DICOM 파일을 수신하여 마찬가지로 특정 폴더에 저장하며 바로 영상이 화면에 출력된다. 소프트웨어의 기본 구
성은 Fig. 15와 같다.
크게 2개의 프레임으로 나뉘어 있고, 왼쪽엔 수신된 영상으 로 바로 판독하여 진단을 할 수 있게 하기 위해 전체 화면에 영상을 출력한다. 오른쪽에는 따로 파일이름에 환자를 식별할 수 있지 않음으로 영상이 수신될 때마다 그 영상의 데이터 집 합에서 환자 이름, ID, 성별 등의 간단한 정보를 수집하여 리 스트에 나타낸다. 그리고 이 리스트는 영상과 맞물려있기 때문 에 리스트의 항목을 선택하면 그에 따른 영상이 출력된다.
마찬가지로 각 영상은 모든 영상 관련 기능과 처리 기능, 그 리고 주석 기능을 사용할 수 있고 바로 판독 및 진단이 가능 하다. 그러나 만약 담당 의사가 부재중이거나 다른 위치의 장 소로 영상을 보내야 할 때, 혹은 PACS 영상 서버로 저장할 칠 요가 있을 때 역시 C-STORE 명령으로 영상을 전송시킬 수 있다. 또한 위의 그림에서 보이듯이 리스트 컨트롤 부분이 위 아래로 나뉘었는데 이는 위쪽이 전송되어온 영상의 리스트를 나타내고, 아래쪽은 PACS 서버, 혹은 다른 저장매체에서 검색 하여 불러들인 영상의 리스트를 나타낸다. 이는 필요시 새로운 영상과 과거에 저장된 영상의 비교 분석을 가능하게 하여 판 독 및 진단을 더욱 효과적으로 진행할 수 있다.
4. 고 찰
재난 지역 및 도서 산간지역에의 원격 진료를 가능하게 하 고, 항해중인 선박이나 구급차, 항공기와도 연결하여 원격 진
Fig. 14.영상의 출력 및 확대
Fig. 15. 수신 및 관리 시스템 소프트웨어
료 및 응급 의료 서비스를 가능하게 하는 본 연구의 이동형 의 료영상 전송 시스템은 위치적인 요인으로 분류하여 두 가지의 시스템으로 표현될 수 있다. 병원 밖의 해당 지역에서의 이동 형 의료영상 촬영 시스템과 병원에서 영상을 받아 처리하는 수 신 및 관리 시스템으로 나타낼 수 있는데 이동형 촬영 시스템 에서 촬영된 영상을 신속히 병원으로 보내 처리함으로서 병원 내의 판독, 진단 및 진료에 큰 효율과 효과를 기대할 수 있다.
본 연구는 병원 환경에 적합한 범용 컴퓨터의 윈도우즈 운 영체제 기반의 프로그램으로 소켓을 통한 IP 통신을 사용하여 전송하기 때문에 복잡하고 전문화 된 장비가 필요하지 않다.
따라서 IP 통신이 가능한 일반적인 유무선 네트웍 시스템에 적 합하며 본 논문에서는 유선의 경우 ADSL망을 통하여, 무선의 경우 Wireless LAN과 지역적인 문제를 제거하기 위하여 CDMA2000 x1 EV-DO망을 사용하였다. 또한 DICOM 관련 기능과 영상 기능 모두를 뷰어 소프트웨어에서 구현하며 PACS 환경에 호환되는 전송 시스템 및 검색과 가져오기 (Query / Retribution) 을 지원하므로 시간과 장소에 구애받지 않고 DICOM Server에 접속하여 영상을 불러올 수 있다.
본 논문에서는 여러 응급 상황 시 이동형 의료 시스템에 적 합한 소프트웨어를 개발하였는데 크게 두 부분으로 요약될 수 있다. 첫 번째로는 DICOM 영상관련 부분으로 각 소프트웨어 는 모두 DICOM 영상 뷰어 관련 기능과 영상 처리 기능을 비 롯하여 각종 오버레이나 주석을 활용할 수 있는 기능을 갖는 다. 이는 응급 상황에서의 신속한 진단과 함께 필요한 응급조 치 및 정보를 교환하는 데에 효과적으로 활용될 수 있을 것이 다. 두 번째로는 네트워크 부분으로서 TCP/IP를 통한 네트워 크 연결을 통하여 영상을 전송한다. DIMSE를 사용하여 통신 여부를 판단하고 영상을 전송하며 DICOM 서버의 영상을 조 회, 검색하여 불러올 수 있는 기능을 갖는다. 따라서 윈도우즈 운영체제의 환경 아래 친숙한 IP 통신으로 어떤 DICOM 장비 와도 호환이 가능하므로 범용적인 통신이 가능하다.
그에 따른 실험의 결과로 각 뷰어는 GE사의 MR을 비롯하 여 CR 영상(Konica, Agfa), CT 영상(Siemens, Philips), DR 영상(Hologic, Listem)의 모든 샘플 영상에서 화면에 출력하는 데 1초미만이 소요되었고, 각종 영상처리와 주석처리를 간단한 마우스 조작으로 가능하게 하였다. 또한 전송 시스템은 통신의 검증을 위하여 Infinitt 사의 PiView를 사용하여 모두 정상적으 로 전송됨을 확인할 수 있었고 이동형 상황에서의 전송 소요 시간을 유무선망을 통하여 측정했다. MR이나 CT 영상 등은 ADSL 유선 통신망과 WLAN 환경에서 에서 1초 내의 소요시 간으로 전송되었고 비교적 용량이 큰 CR 영상과 DR 영상은 2 초에서 6초 사이에 전송이 완료됨을 확인할 수 있었다. 그러나
이동형 응급 상황에서 이러한 초고속 네트워크망을 사용할 수 없는 환경을 고려하여 CDMA2000 x1 EV-DO 통신망의 경 우도 테스트 하였다. 그 결과 MR, CT와 같은 용량이 작은 영 상에 대해서는 1초에서 5초 사이의 소요시간으로 전송할 수 있 지만 용량이 큰 CR이나 DR 영상은 120초 안팎의 전송시간을 보였다.
본 연구는 재난 재해 발생 시나 도서 산간 지역, 특히 여러 응급 상황 시에 이동형 의료 영상 시스템을 통하여 신속하고 효율적인 의료 서비스를 제공하는 것이 목적이다. 그러나 여러 응급 상황에서 일어날 수 있는 네트워크 환경의 열악함은 시 스템의 한계를 보여준다. 현재 점차 발전하고 있는 차세대 유 무선 통신 기술의 개발과 함께 이동형 의료기기의 발전으로 더 욱 나은 이동형 의료 서비스가 이루어지길 기대한다.
Acknowledgment
본 연구는 보건복지부지정 특정센터연구지원 연구개발 사업 지원과제‘이동형 응급의료 정보시스템 개발센터’의 지원에 의 해 수행한 내용의 일부입니다. (과제번호 : 7-2003-0325)
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14. 장동혁, Visual C++를 이용한 Digital Image Processing 구현, 2001
대한PACS학회지 2006;12:100-107
=초 록=
본 연구는 응급 상황이나 원격 진단을 필요로 하는 곳에서의 이동형 촬영 기기로부터 얻어진 영상을 KDICOM 툴 킷을 이용하여 저장 및 전송이 가능한 이동형 영상 전송 및 처리 시스템 개발이다. 본 연구에서 개발된 시스템은 원 격지에 있는 이동형 영상 장비로부터 DICOM 영상을 획득하고, 이를 병원으로 전송하여 원격진단을 가능하게 하였 다. 본 논문에서는 임상의료진이 디지털 판독 시스템에서 DICOM 영상 판독을 통하여 진단이 가능한 뷰어 소프트 웨어를 개발하고, PC의 적은 메모리를 사용하여 DICOM 영상을 신속히 출력하고, 유무선 환경에서 전송이 가능한 의료영상 전송시스템을 개발하였다.
