1. 서 론
현재 대부분의 DICOM 표준을 기반으로 하는 의료 정보 서 비스는 병원내의 패쇄적인 유선 네트워크 환경으로 구성되어 있다. 이와 같은 상황은 응급환자에 대한 사전 의료정보 부재, 의료기관들 간의 상이한 환자정보와 고부가 가치 의료서비스 개발에 저해 요소로 작용할 뿐이다.
무선 네트워크 환경을 통한 모바일 장치를 이용한다면 의사
혹은 간호사 등에게 언제든지 환자의 임상 정보를 제공해 줄 수도 있다. 뿐만 아니라, 환자의 입장에서는 복잡한 절차와 시 간이 많이 소요되는 진료 및 검진 과정 등을 자택에서 간단 한 검진 장치가 내장된 모바일 기기 혹은 간단한 의료 장치 를 이용하여 측정하고, 병원의 종합의료 정보 시스템에 연결 하여 자동으로 환자의 임상 정보를 수집하여 주치의에게 제공 함으로써 의사와 환자에게 많은 시간과 노력을 절약할 수 있 게 해준다.
본 논문에서는 PDA 기반의 모바일 환경에서 무료 운영체 제인 임베디드 리눅스와 공개 S/W를 이용하여 모바일 DICOM 뷰어를 구현 하고자 한다. 모바일 DICOM 뷰어는 모바일 환 경에서의 의료정보 서비스를 제공하기 위한 목적으로 PDA와
PXA255 임베디드 기기를 이용한 PDA용
모바일 의료영상 조회 시스템의 구현에 관한 연구
허필영・김영환・이재석・석정봉 연세대학교 전산학과
A Study of Medical Image Search System Implementation For Mobile PDA Device Using PXA255 Embedded Platform
H.P. Heo, Y.H. Kim, J.S. Lee, J.B. Suk Dept. of Computer Science, Yonsei University
= Abstract =
PDAs are portable and easy deployable wireless mobile devices free from fixed network systems which can connect to medical service server at anytime, at anywhere if its reach to wireless access point or base station. An emergency rescuer could real-time communicate with emergency center or general hospital for save a life in accidental places or patient transfer using by PDAs. We can view or process of DICOM images on the PDA devices more quickly than, it is possible from development of processor technology applied to an embedded based devices.
In this paper, The mobile medical image inquiry system on mobile PDA devices using PXA255 em- bedded Linux platform with QT/C++ tools confirm to DICOM standards was implemented. A medical service provider using this system could inquire and deal with properly a patient information and relat- ed medical images for support to more quick and higher grade service.
Key words: DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine), PDA(Personal Digital Assistance), Embedded Linux Platform
통신저자: 허필영, (220-710) 강원도 원주시 흥업면 매지리 234 연세대학교 전산학과 정보통신연구실
Tel: 033-760-2293, Fax: 033-763-4323 E-mail: mirague111@hanmail.net
같은 휴대용 기기를 타깃으로 한 임베디드 장치를 이용하여, DICOM 의료정보와 의료영상을 서비스 할 수 있음은 물론 의 료영상 판독에 필요한 다양한 영상처리 기능을 제공할 수 있 도록 구현하였다. 추가로 무선 환경에서의 테스트를 위해 DICOM 파일을 모바일 DICOM 뷰어에 서비스할 리눅스 기반 의 DICOM 파일 서버를 구현 하였다.
2. 개발환경
본 논문에서 구현하는 모바일 DICOM 뷰어는 임베디드 리 눅스 기반의 PDA에서 사용 할 수 있도록 구현 하였다. 모바 일 DIC-OM 뷰어의 중심이 되는 모듈은 C/C++ 언어를 사 용 하여 라이브러리화 하여 차후에 리눅스가 아닌 다른 OS나 혹은 다른 GUI 라이브러리를 사용한다 하더라도 메인 모듈은 그대로 사용하여 개발 기간 단축 및 생산성을 높일 수 있게 하였다. GUI 부분은 트롤텍사의 임베디드 QT 라이브러리를 사용 하여 구현하였고 개발과정의 용의함을 위하여 Electronics and Telecomm-unications Research Institute (ETRI)에서 개발한 리눅스 기반 통합 개발환경인 ESTO ver.2.0을 사용 하였다.
2.1 테스트 환경
개발된 모바일 DICOM 뷰어와 DICOM 파일 서버를 테스트 할 시스템의 사양은 다음 Table 1, 2와 같다.
2.2 설계 및 구현
구현된 모바일 DICOM 뷰어 시스템은 크게 서버와 클라이 언트 두 부분으로 구성된다. 서버 역활을 하는 DICOM 파일 서버는 DICOM 데이터 모듈, 데이터베이스 모듈, 네트워크 모 듈로 구성 되어있고 클라이언트인 모바일 DICOM 뷰어는 영 상 모듈, DIC-OM 데이터 모듈, 네트워크 모듈로 구성 되어 있다.
위 (Fig. 1)에서와 같이 서버는 환자의 의료정보가 기록되 는 DICOM 포맷 파일을 하드디스크에 저장하고 데이터베이스 에서 관리한다. DICOM 파일 서버의 구현을 위해서는 리눅스
Table 1.모바일 DICOM 뷰어 환경
항 목 사 양
CPU PXA255 Xscale 400MHz
RAM 32MByte
OS Embedded Linux (Kernel 2.4.19)
File System EXT2
Network 100Mbps Ethernet Monitor 240×320 TFT-LCD
Table 2.DICOM 파일 서버 환경
항 목 사 양
CPU Pentium3 800MHz
RAM 256MByte
OS Red Hat Linux 9.0
File System EXT3
Network 100Mbps Ethernet
Fig. 1.모바일 DICOM 뷰어 시스템의 설계 구성도
를 사용하는 PC를 기반으로 하며 규모가 작은 데이터베이스 GNU Data-base Manager(GDBM)을 활용 하였다. 데이터베 이스의 필드는 DICOM 파일 중 검색에 사용되는 주요 정보를 레코드의 필드로 구성하고 그 필드와 일치하는 DICOM 파일 의 경로를 마지막 필드에 저장한다. 또한 서버는 클라이언트 의 DICOM 파일 검색 및 전송 요구를 위해 네트워크 모듈이 필요하다. (Fig. 1)과 같이 계획한 시스템에서는 IE-EE 802.11 무선 랜을 사용하지만 어플리케이션 단계에서는 TCP/IP 소켓 프로그래밍을 이용할 수 있기 때문에 리눅스 기 반의 소켓 프로그래밍을 이용해서 서버의 소켓 모듈을 구현하 였다.
모바일 클라이언트의 경우에는 240×320 TFT-LCD 출력 장치를 갖는 PDA 형식 임베디드 시스템 개발 타깃 보드이다.
모바일 클라이언트의 역할은 PACS 서버의 DICO-M 파일들 을 검색하고 수신된 DICOM 파일을 분석하여 출력장치에 표 시하는 것이다.
3. 주요 모듈
구현된 DICOM 파일 서버와 모바일 DI-COM 뷰어의 기본 동작은 DICOM 파일의 해석으로부터 시작한다. 해석되어 얻 어진 각 종 정보들은 영상출력 및 데이터베이스 관리에 사용 된다. 데이터 해석 모듈(Fig. 2)은 하나의 클래스로 만들어져 있으며 이 클래스는 서버와 클라이언트 양쪽에서 DIC-OM 파 일에 대해 정보를 분석하고 이를 데이터베이스나 메모리에 저 장하는 기능을 하게 되는 가장 중요한 메인 모듈이고 이를 통 해 분석된 정보들은 QT와 같은 GUI 라이브러리를 통하여 사 용자에게 보여 지게 되는 것이다.
3.1 DICOM Data Management Module
3.2 DICOM Database Module
데이터베이스 모듈(Fig. 3)은 클라이언트인 DICOM 뷰어에 서 환자정보에 따라 DI-COM 파일을 요청 하였을 때 이를 서 비스해 주기위해 DICOM 파일을 관리하는 모듈이다. 데이터 베이스를 구성 하는 필드는 8가지 정보로 설정하였다. 환자에 대한 구분을 확실히 할 수 있는 요소인 이름, 아이디, 성별, 생 년월일, DICOM 파일의 속성을 알 수 있는 검사날짜, 즉 DICOM 파일이 생성된 날짜, DICOM 파일을 생성한 모달리 티, 마지막으로 파일 전송 서비스를 위한 파일의 이름과 크기 로 구성되었다.
3.3 Display Module
DICOM Data Management Module을 통해 해석된 이미지 에 관한 정보 및 영상 데이터는 의료영상을 화면에 출력(Fig.
4) 하는데 이용 되는데, DICOM 데이터 모듈을 통해 해석된 이미지 정보와 이미지 데이터는 3가지, 즉 8 bit gray 데이터,
Fig. 2. DICOM Data Management Module
Fig. 4. Display Module Fig. 3. DICOM Database Module
16 bit gray 데이터, 24 bit color 데이터 분류로 구분되고, 구 분된 이미지 데이터는 디스플레이 장치에 출력은 물론 영상 처리를 통해 다양한 모습의 영상으로 DICOM 뷰어의 디스플 레이 장치에 출력 된다.
3.4 Network and Protocol Module
DICOM 표준에서는 각각의 모달리티와 서버간의 서비스를 위해 DICOM version 3.0 Part4에서는 11가지의 DIMSE를 정 의 하고 이를 통해서 네트워크 서비스도 이루어지게 된다. 하 지만 DIMSE의 구조가 복잡하고 내용이 방대하여 단기간에 이 를 대부분 구현 하기는 어려움이 있어, 본 연구에서는 모바일 DICOM 뷰어의 테스트를 위해 별도로 TCP/IP 기반의 소켓 프로그래밍을 통해 구현 하였다.
4. 구현 결과
설계 및 구현 한 DICOM 파일 서버와 모바일 DICOM 뷰어 를 다양한 모달리티에서 생성된 테스트용 DICOM 파일을 통 하여 검증 하였고 또한 임베디드용 개발보드에 모바일 DICOM 뷰어를 포팅 하여 무선 환경에서도 동작유무를 확인 하였다.
4.1 DICOM 파일 서버
모바일 DICOM 뷰어의 테스트를 위해 구현된 DICOM 파일 서버(Fig. 5)는 현재 서버 안에 저장되어 있는 DICOM 파일 을 관리하고 클라이언트인 모바일 DICOM 뷰어로부터 요청된 DICOM 파일을 전송 하는 역할을 한다. DICOM 파일 서버는 크게 3가지 기능으로 구성되어있다.
데이터베이스에 등록되어 있는 DICOM 파일들을 볼 수 있 는 리스트 뷰어 기능, 데이터베이스 안에 DICOM 파일을 검 색 할 수 있는 검색기능, 서버 셋팅 기능과 서버에 접속되어 있는 클라이언트의 접속 정보를 알 수 있는 기능이 있다.
4.2 모바일 DICOM 뷰어
모바일 DICOM 뷰어의 메인 화면으로 뷰어는 DICOM 파일 안에 인코딩된 각종 의료 정보와 의료 영상을 볼 수 있게 하 는 도구로 크게 의료 정보 및 영상 출력, 다양한 영상 처리, DICOM 파일 서버와의 네트워킹 등 크게 3가지 기능으로 이 루어져있다.
File 메뉴는 모바일기기 안에 저장 되어있는 DICOM 파일 을 불러오는 기능을 수행 한다. Image 메뉴에는 의료영상에 다양한 영상 처리를 할 수 있게 하는 영상 처리 기능으로 이 루어져 있고 Network 메뉴에는 DICOM 파일 서버와 접속 할 때 사용되는 메뉴이다.
메인 뷰어는 총 3개의 텝으로 구성되어 있다. info 텝에는 DICOM 파일을 로딩 시켰을 때 DICOM 파일 안에 저장되어 있는 환자정보, 모달리티 정보, 이미지 정보 등이 각각의 Tag 별로 사용자에게 보여준다. pic 텝은 의료영상을 보여주는 뷰 어이고, search 탭은 서버와의 통신 과정에서 필요한 데이터 를 입력 혹은 서버로부터 전송된 결과를 보여주는 기능을 한 다.
(Fig. 6)는 File 메뉴를 통해 오픈된 DICOM 파일 안에 저 장된 다양한 의료정보들 및 의료영상을 보여주는 부분이다. 또 한 DICOM 파일 서버를 통해 원하는 DICOM 파일을 검색하 여 받을 수 있다 (Fig. 7).
Info 탭은 의료정보 뷰어로 환자정보, 검사 정보, 모달리티 정보, 이미지 정보 등을 트리 형식으로 각각의 Tag(Group, Element) 별로 보여 준다. 또한 pic 탭에서는 오픈된 DICOM 파일의 의료영상을 보여주는 부분으로 의료영상의 크기에 관
Fig. 5.DICOM 파일 서버 Fig. 6.모바일 DICOM 뷰어 메인 화면
계없이 기본적으로 PDA 디스플레이 크기에 해당하는 240×
320 사이즈로 전체 화면을 고정 되게 보여 준다.
4.3 압축률이 서로 다른 의료영상 출력
(Fig.8-10)은 8 bit gray, 16 bit gray, 24 bit color 형태
의 압축률을 가진 이미지 데이터의 출력 결과이다.
4.4 의료영상의 영상처리
구현된 모바일 DICOM 뷰어는 (Fig.11-16)과 같이 영상출 력에 대하여 다양한 영상처리 기능을 제공한다. 의료영상에 대 해 기본적으로 0.5배씩 최대 8배 까지 확대, 축소(ZoomIn, ZoomO-ut)하는 기능, 명암의 대비(Contrast)를 조절하여 영 상을 보여주는 기능, 영상의 외각선을 검출(Edge Detection) 하여 보여주는 기능, 영상을 부드럽게(Smooth) 만들어 보여 주는 기능, 영상의 날카로움(Sharpn)을 조절하여 보여주는 기 능을 제공한다.
Fig. 8.8 bit gray scale 이미지 데이터
Fig. 11.원본 CT 영상 Fig. 12.영상 확대
Fig. 9. 16 bit gray scale 이미지 데이터
Fig. 10.24bit color scale 이미지 데이터 Fig. 7.모바일 DICOM 통신 화면
5. 결론 및 고찰
본 연구에서 제안하고 구현된 모바일 DICOM 뷰어는 기본 적으로 PDA를 타깃으로 하여 구현 하였다. 테스트용으로 모 달리티 제조업체, DICOM 관련 연구 기관, 여러 인터넷 사이 트로부터 수집한 200개의 DICO-M 파일을 통해 테스트를 수 행 해본 결과 크게 세 가지 문제점을 발견 할 수가 있었다.
첫 번째로 대부분의 DICOM 파일을 모바일 DICOM 뷰어서 로딩 시켰을 때 디코딩되어 의료 정보와 의료 영상을 확인 할 수 가 있었다. 하지만 소수의 DICOM 파일들은 해석 과정에 서 예러가 발생하여 출력되지 않는 경우도 확인 할 수가 있 었다. 이는 DI-COM 파일을 생성시키는 모달리티의 제조업체 가 DICOM 프로토콜에 명시되지 않은 독자적인 표준을 만들 어 이를 통해 DICOM 파일을 생성 하였을 때 생기는 문제점 이다.
두 번째로는 본 연구에서 타깃으로 설정한 모바일 기기인 PDA는 휴대성과 이동성 등의 장점을 가지지만 현재 모바일 프로세서의 급속적인 발전을 이루었다하더라도 의료영상을 조 회하는데 있어서는 아직까지는 일반적인 데스크탑 PC 에서 비 교 실험 할 때와는 이미지 로딩 및 이미지 처리하는 시간에 있어서 성능 적으로 많은 시간 차이를 보였다.
마지막으로는 본 논문에서는 DICOM 파일 서버와 모바일 DICOM 뷰어간의 통신 프로토콜을 DICOM프로토콜에서 규정 한 내용으로 하지 않고 독자적인 통신 프로토콜을 설계하여 구현 하였다. 이 경우에는 다른 타기종과의 호환성의 문제가 나타나게 된다.
모바일기기의 성능적인 문제는 관련된 기술의 발달 속도로 보아 크게 문제 될 일은 아니지만 다른 두 가지 문제점에 대 해서는 앞으로 상용화를 목적으로 한다면 반드시 개선되어야 한다.
첫 번째로 DICOM 프로토콜에 규정 되어 있는 서비스 클래 스인 DIMSE를 구현 하여 타 기종 및 각각의 모달리티와 서 버간의 호환성을 유지하여야 한다.
두 번째로는 DICOM 파일을 해석하는 과정에서 항상 최신 의 DICOM 표준을 유지 및 타 기업들의 독자적인 프로토콜에 는 예외 처리를 통하여 이를 처리 할 수 있어야 하는 점이다.
마지막으로 현재 구현되어 있는 모바일 DICOM 뷰어는 파 일 오픈 형식으로 설계되다보니 항상 의료 정보, 영상을 보기 위해서는 DICOM 파일을 해석 하여야 하고 DICOM 파일이 기 기 안에 저장 되어있어야 한다. 사실 이러한 점은 PDA 와 같 은 모바일기기에 상당한 오버헤드가 된다. 이를 위하여 파일 전송 방식이 아닌 서버와 대화형 전송 방식을 통하여 클라이 언트는 필요한 정보만 서버에 요청을 하면 서버는 요청된 DICOM 파일을 해석하여 클라이언트에게 요청된 부분만 의료 정보와 영상을 서비스함으로서 가급적 클라이언트의 부담을 적게 해주는 것이 필요하다고 여겨진다. 이에 향후 연구에서 는 본 시스템에 이러한 사항들을 추가하여 구현하고자 한다.
참 고 문 헌
1. NEMA Digital Imaging and Communications in Medicine(DI- COM) Part 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 PS 2003
2. TrollTech Web Site, http://www.trolltech.com/developer 3. Test Medical Image Download Web Site, http://www.dclu-
nie.com/medical-image-faq
Fig. 15.부드러움 조절 Fig. 16.날카로움 조절
Fig. 13.영상 명암조절 Fig. 14.외각선 검출
대한PACS학회지 2005;11:17-23
=초 록=
Digital Imaging and Communications in Medicine(DICOM)은 1992년 The Radiological Society of North America (RSNA) 회의에서 처음으로 서로 다른 형태의 영상정보를 가지는 장비들의 연결을 위하여 네트워크를 사 용한 메시지 전송에 관한 규약을 통하여 시작 되었다. 현재는 DICOM Version 3.0이 발표 되어 사용자와 업체 간의 표준에 대한 이해와 발전을 거듭하여 의학영상장비 연동의 표준으로 자리를 잡아가고 있으며 많은 병원에서 DI- COM을 이용한 의료서비스를 제공하고 있다.
이러한 의료시스템은 모든 것이 병원 네트워크를 중심으로 의료 서비스가 제공되어 진다. 하지만 자연재해, 천재 지변과 같은 갑작스런 환자 발생으로 인한 응급 이동 사항, 혹은 진료자의 외진 및 환자 방문 시에는 일반 데스크탑 PC에서 이루어지는 상태의 의료 서비스가 아닌 휴대하기 간편하고 언제 어디서나 의료 서비스를 받을 수 있는 Personal Digital Assistant(PDA)와 같은 휴대용 기기에서의 의료시스템이 필요하다.
PDA는 휴대가 용이하며 유선 네트워크 시스템에 구애 받지 않는 무선 모바일 장비로서 무선 통신이 가능한 곳이 라면 언제 어디서라도 환자에 대한 의료 정보를 조회할 수 있다. 또한 PDA의 통신 기술로서 병원과의 실시간 통신 이 가능 하여 응급 환자에 대해 빠른 진료를 제공 할 수 있다. 이와 더불어 임베디드 기기 프로세서의 발달로 인하여 연산처리 기술도 많은 향상을 가져왔고 이로 인하여 기존의 PDA에서의 문제였던 DICOM 영상의 조회 및 처리 속 도에도 많은 향상을 가져왔다.
이에 본 연구에서는 의료영상 표준인 DICOM표준을 따르며 이동성이라는 장점을 통하여 언제 어디서나 손쉽게 진료자가 환자의 의료정보 및 의료 영상을 조회할 수 있도록 하는 PDA용 모바일 의료영상 조회 시스템을 PXA255 기반의 Embedded Linux를 상에서 QT/C++을 사용하여 구현 하였다.
