DE102006004618A1

DE102006004618A1 - Arbeitsablauf-basiertes Management von medizinischen Bilddaten

Info

Publication number: DE102006004618A1
Application number: DE102006004618A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr. König
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2007-08-09
Also published as: US8165426B2; US20070192408A1; CN101013484A; JP2007207234A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Anordnung sowie ein Produkt, wobei eine Vielzahl von Knoten (K) vorgesehen ist, die zur Verarbeitung von medizinischen Bilddaten (B) ausgebildet sind. Nach Bestimmung des spezifischen Arbeitsablaufes für die Verarbeitung der Bilddaten (B) werden dezentrale, relevante Knoten (K) bestimmt, die die Funktionalität zur Ausführung des bestimmten Arbeitsablaufes haben. Daraufhin werden die Bilddaten (B) in Bilddaten-Subsets (S), basierend auf dem Arbeitsablauf, aufgeteilt und dediziert an die relevanten Knoten (K) zum Zwecke der Verarbeitung weitergeleitet.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Datenmanagements von medizinischen Bilddaten, die an einer beliebigen Datenquelle oder bildgebenden Modalität, wie z. B. an einem Computer-Tomographen, einem Kernspin-Gerät etc., akquiriert worden sind.

Problem der heute im Einsatz befindlichen computer-gestützten bildgebenden Systeme ist darin zu sehen, dass ein extrem hohes Datenvolumen verwaltet werden muss. Durch die gestiegene Orts- und Zeitauflösung der im Einsatz befindlichen Modalitäten steigt die Zahl der dort akquirierten Bilddaten kontinuierlich, so dass z. B. in der Schnittbilddiagnostik und bei Mehrzeilen-CT's und der funktionellen Kernspin-Tomographie das erzeugte Datenvolumen in den letzten Jahre kontinuierlich zugenommen hat. Das führt bei bestimmten Untersuchungen zu einem Datenvolumen im zweistelligen Gigabyte-Bereich.

Durch die signifikant gestiegene Anzahl der zu verwaltenden Daten ergeben sich neue Problemstellungen im Datenmanagement und bei der Übertragung der Daten von der Datenquelle (also der jeweiligen bildgebenden Modalität) an eine oder mehrere Instanzen zum Zwecke der Verarbeitung. Datentechnologische Engpässe ergeben sich insbesondere bei der Übertragung der Bilddaten über Netzwerke, z. B. über ein WAN (wide area network) oder über ein LAN (local area network), und deren Distribution von der Modalität an Befundungs-Workstations und an das Bildarchiv, z. B. an ein PACS-System (picture archiving and communication system). Aufgrund des gestiegenen Datenvolumens können die Bilddaten in einer gängigen PACS-Umgebung nicht mehr ohne weiteres zeitnah an weitere Instanzen oder Knoten verteilt werden. Nachteiligerweise kommt es sozusagen zu einem "Rückstau" an der Datenquelle, also an der jeweiligen Modalität. Dadurch ergeben sich Verzögerungen, bis die Bilddaten an der Befundungs-Workstation zur Verfügung stehen. Darüber hinaus ergeben sich Verzögerungen, bis die Bilddaten nach einer Akquisition an der Modalität sicher archiviert werden können. Bisherige Systeme erweisen sich deshalb als defizitär und im schlimmsten Fall kann es sogar zum Datenverlust kommen, falls das Datenvolumen die zur Verfügung stehende Kapazität überschreitet.

Um den vorstehend erwähnten Problemen entgegenzuwirken sind im Stand der Technik bisher unterschiedliche Ansätze entwickelt worden.

Zum einen ist es vorgesehen, die Bilddaten zum Teil zeitversetzt bei niedriger Netzlast zu übertragen. Bei diesem Ansatz kann es zwar vermieden werden, dass die zu übertragenden Bilddaten zu Netzlastspitzenzeiten transportiert werden; eine Reduktion und eine beschleunigte Übertragung der Daten kann allerdings hiermit nicht erreicht werden.

Darüber hinaus ist ein so genanntes regel-basiertes Routing und ein Prefetching von Bilddaten bekannt, bei dem Bilddaten gezielt an Netzknoten zur Weiterverarbeitung gesendet werden. Das gezielte Senden basiert hierbei auf organisatorischen Strukturen, wie z. B. auf Parametern, die die Abteilung oder das Personal betreffen, und auf anderen organisatorischen Abläufen, wie z. B. Terminen, Meetings etc.

Daneben sind Ansätze bekannt, die eine Bilddatenkompression und ein so genanntes progressives Loading vorsehen. Bei diesem Ansatz werden komprimierte Bilddaten in reduzierter Auflösung bzw. in reduzierter Qualität übertragen. Bei Bedarf werden zu einem späteren Zeitpunkt weitere Bilddaten nachgeladen, bis die Originalauflösung und die gewünschte Bildqualität erreicht ist. Bei diesem Ansatz wird zwar eine Reduktion des Datenvolumens erreicht, aber die Bilddaten werden keiner gezielten Verteilung und Zuordnung zu bestimmten Knoten zum Zwecke der Weiterverarbeitung zugeführt. Bei diesem Ansatz werden somit die gesamten Bilddaten, ob komprimiert oder unkomprimiert, an den betreffenden Weiterverarbeitungs-Knoten gesendet, wobei unter Umständen eine Untermenge der Daten genügt hätte. Bei wiederholter Anforderung unterschiedlicher Untersuchungsdaten von Befundungs-Workstations führt dieser Ansatz zu einer relativ hohen Netzlast. Ein weiterer Nachteil dieses Ansatzes ist darin zu sehen, dass grundsätzlich die Gefahr eines Datenverlustes besteht, da eine sichere Archivierungsmöglichkeit an der Modalität (im Gegensatz zu PACS-Archiven) in der Regel nicht möglich ist.

Als weiterer Ansatz aus dem Stand der Technik ist die Verwendung eines zentralen Image Processing Servers zu nennen, bei dem ein zentrales Post-Processing (insbesondere ein Rendering) von Volumendatensätzen auf einem leistungsfähigen Image Processing Server stattfindet, bei dem in der Regel 3D-Grafikbeschleuniger zum Einsatz kommen. Ein Vorteil dieses Ansatzes ist darin zu sehen, dass die anfragende Instanz (der Client) nicht den gesamten 3D-Datensatz benötigt, wie es im Falle einer lokalen Berechnung der Darstellung des Bildes der Fall wäre. In diesem Zusammenhang ist auf die beiden amerikanischen Patentschriften US 6.683.933 B2 und US 2003/0156745 A1 zu verweisen, bei denen es vorgesehen ist, die Daten zentral an einen Image Processing Server bzw. an einen Image Manager (PACS) zu senden. Bei diesem Verfahren wird das Datenvolumen für die Übertragung der gerenderten Bilddaten deutlich reduziert. Nachteil bei diesem Ansatz ist es, dass die an den Modalitäten erzeugten hohen Datenvolumina zunächst an einen zentralen Knoten übertragen werden müssen. Aufgrund der notwendigen vollständigen Übertragung der hohen Datenvolumina an eine zentrale Instanz kommt es nicht selten zu Kapazitäts- Engpässen bei der Übertragung. Eine Verteilung der Datenvolumina auf dezentrale Knoten wird hier nicht berücksichtigt.

Die vorliegende Erfindung hat sich deshalb zur Aufgabe gestellt, einen Weg aufzuzeigen, mit dem es möglich wird, die an einer Datenquelle akquirierten Bilddaten so auf unterschiedliche Verarbeitungsinstanzen zu verteilen, dass eine Reduktion des zu übertragenden Datenvolumens und eine optimierte Anpassung an den jeweiligen Arbeitsablauf zur Verarbeitung der Bilddaten erreicht werden können.

Diese Aufgabe wird durch die beiliegenden nebengeordneten Ansprüche gelöst. Sie wird insbesondere durch ein Verfahren zum Datenmanagement gemäß Anspruch 1, durch eine Anordnung und durch ein Computerprogrammprodukt gelöst.

In der nachfolgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Die hierbei erwähnten Vorteile, alternativen Ausführungsformen und die auf das Verfahren bezogenen Unteransprüche sind ebenso auf die anderen Lösung zu übertragen, so dass die anderen Ansprüche auch durch die Unteransprüche zu dem Verfahren weitergebildet sein können.

Die erfindungsgemäße Lösung bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zum Datenmanagement von an einer Datenquelle, insbesondere einer medizinischen bildgebenden Modalität, akquirierten medizinischen Bilddaten in einer verteilten Umgebung mit mehreren Verarbeitungsknoten, die insbesondere rechnerbasiert sind, mit folgenden Verfahrensschritten:

– Bestimmen eines datentechnischen Arbeitsablaufes für die Bilddaten;
– Bestimmen von relevanten Knoten aus der Menge der grundsätzlich verfügbaren Knoten, die die Funktionalität aufweisen, um den bestimmten Arbeitsablauf oder um einzelne Schritte des bestimmten Arbeitsablaufes ausführen zu können;
– Aufteilen der akquirierten Bilddaten in Bilddaten-Subsets anhand eines Aufteilungs-Mechanismus, der auf dem ausgewählten Arbeitsablauf basiert und
– Gezieltes Weiterleiten oder Verteilen der Bilddaten-Subsets an die relevanten Knoten zum Zwecke der Verarbeitung.

Der Begriff "Datenmanagement" soll im Rahmen dieses Dokumentes in einem umfassenden Sinn verstanden werden und umfasst alle Prozesse, die im Rahmen der Verwaltung von Daten berücksichtigt werden können. Insbesondere betrifft es die gezielte oder gesteuerte Leitung der von der Modalität oder Datenquelle erzeugten Datenströme an weitere Instanzen zum Zwecke der Weiterverarbeitung. Das Datenmanagement umfasst somit die Verarbeitung von Daten, insbesondere das Post-Processing von Bilddaten, das Speichern und Archivieren von Daten, das Übertragen von Daten, sowie die Strukturierung der Daten etc.

Bei einer Datenquelle handelt es sich um ein Gerät zur Erzeugung oder Erfassung von digitalen Daten in der Medizintechnik und insbesondere im Rahmen der bildgebenden Verfahren. In der Regel handelt es sich hier um bekannte medizinische Modalitäten, die im Rahmen der bildgebenden Systeme eingesetzt werden, wie z. B. Computer-Tomographen, Kerspin-Geräte etc. Das grundlegende Konzept der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf diese Datenquellen bzw. diese Geräte beschränkt und kann ebenso auch auf andere Geräte zur Akquisition von digitalen Daten angewendet werden, die nicht notwendigerweise auf medizintechnischem Gebiet liegen müssen.

Bei der verteilten Umgebung handelt es sich üblicherweise um ein Netzwerk beliebiger Art, über das mehrere Rechner, computer-gestützte Geräte oder sonstige digitale Instanzen zur Verarbeitung von Daten, insbesondere von medizinischen Bilddaten, zusammengeschlossen sind. Als "Knoten" werden im Rahmen dieser Erfindung alle Arbeitsstationen oder sonstigen Instanzen verstanden, die zur Verarbeitung der akquirierten Bilddaten ausgestattet sind. Dabei ist es irrelevant, ob es sich bei dem Knoten um einen Zwischenknoten oder um einen Zielknoten handelt. Bei dem Zwischenknoten wird das Ergebnis der Verarbeitung des Zwischenknotens an weitere Knoten weitergeleitet. Bei dem Zielknoten handelt es sich in der Regel um eine Speichereinheit, wie z. B. um ein Bildarchiv (z. B. das PACS-System). Jeder Knoten kennzeichnet sich grundsätzlich durch eine bestimmte Funktionalität.

Eine besondere Art von Knoten sind als "relevante Knoten" bezeichnet. Bei den relevanten Knoten handelt es sich um eine Untermenge von Knoten, die dadurch charakterisiert sind, dass sie mit einer bestimmten Funktionalität ausgestattet sind. Die "relevanten Knoten" sind inhaltlich eng verknüpft mit dem jeweiligen Arbeitsablauf für die erfassten Bilddaten. Erfindungsgemäß werden die Knoten als relevant für die jeweiligen Bilddaten gekennzeichnet, die notwendig sind, um den bestimmten Arbeitsablauf für die Bearbeitung der Bilddaten ausführen zu können. Beispielsweise kann für die erfassten Bilddaten folgender Arbeitsablauf bestimmt werden: "Archiviere die erfassten Bilddaten". In diesem Fall werden die Knoten als relevant ausgewählt, die die Funktionalität aufweisen, die Bilddaten zu archivieren. Gegebenenfalls können mehrere relevante Knoten bestimmt werden. In diesem Fall ist es vorgesehen, dass ein nachfolgender Auswahl-Mechanismus stattfindet, um den relevanten Knoten auszuwählen, der in Bezug auf den jeweiligen Anwendungsfall, als optimaler Knoten zur Ausführung des Arbeitsablaufes bestimmt werden kann. Dabei können neben der Funktionalität des Knotens noch weitere Parameter einfließen, wie z. B. die Netzauslastung für die Übertragung zu dem Knoten, die Prozessorauslastung des Knotens, also die Lastverteilung etc.

Bei einem "Bilddaten-Subset" handelt es sich um eine Untermenge der Bilddaten. Ein Subset kann also ein beliebiger Ausschnitt aus den an der Datenquelle erfassten Bilddaten sein. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass die Einteilung der Bilddaten in Bilddaten-Subsets von dem ausgewählten Arbeitsablauf bestimmt wird. Mit anderen Worten werden die Bilddaten dynamisch und für jeden Anwendungsfall unterschiedlich in Bilddaten-Subsets partitioniert. Die Partitionierung basiert auf dem bestimmten Arbeitsablauf.

Unter dem Begriff "Weiterleiten" der Bilddaten-Subsets an die relevanten Knoten sind erfindungsgemäß all die Prozesse zu verstehen, die im Rahmen der Verteilung und Übertragung der Bilddaten-Subsets notwendig sind. In der bevorzugten Ausführungsform werden die erfassten Bilddaten nicht als komplettes Paket an eine zentrale Instanz weitergeleitet – wie es im Stand der Technik erfolgt –, sondern sie werden selektiv und gesteuert an dezentrale Knoten gesendet. Der Begriff "Weiterleiten" ist somit umfassend zu verstehen und betrifft auch das Senden und Empfangen von Daten über beliebige Protokolle und beliebige Schnittstellen, wobei die Datenübertragung vom Sender oder vom Empfänger initiiert werden kann.

Erfindungsgemäß kann eine gezielte Verteilung der originalen Bilddaten, von Zwischenergebnissen und Endergebnissen und von weiteren Auswertungen an relevante Knoten im Netzwerk sichergestellt werden. Damit kann vorteilhafterweise eine Reduktion der zu übertragenden Daten erreicht werden. Darüber hinaus werden die beteiligten Knoten nicht mit unnötigen „Balast-Daten" überfrachtet, die für die jeweilige Verarbeitung nicht notwendig sind. Erfindungsgemäß werden nur die Bilddaten-Subsets an den jeweiligen Knoten gesendet, die für die Verarbeitung in dem Knoten notwendig sind. Es erfolgt somit eine selektive Weiterleitung der originalen Bilddaten an ausgewählte Knoten.

Im Gegensatz zu den bisherigen Systemen aus dem Stand der Technik wird statt des Einsatzes eines zentralen Image Processing Servers erfindungsgemäß eine verteilte Lösung vorgeschlagen, bei der die jeweilige Datenquelle, also die jeweilige Modalität, die Bilddaten parallel an die relevanten Knoten, an die so genannten Image Processing Nodes, sendet. Das Versenden der Bilddaten, nämlich der Bilddaten-Subsets, erfolgt vorzugsweise unter Verwendung von mehreren Netzkarten, Switches und/oder von weiteren technischen Kopplungsgeräten.

Ein wesentlicher Punkt der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass die Partitionierung der Bilddaten in Bilddaten-Subsets in Abhängigkeit von dem aktuellen und jeweiligen Arbeitsablauf ausgeführt wird. Grundsätzlich sind mehrere Möglichkeiten vorgesehen, wie der Arbeitsablauf bestimmt werden kann. Üblicherweise erfolgt dies über ein Protokoll. Dabei handelt es sich um eine Folge von datentechnischen Arbeitsschritten, die für eine angeforderte Untersuchung ausgeführt werden sollen. Mit anderen Worten handelt es sich um ein standardisiertes Vorgehen, bei dem die einzelnen Arbeitsschritte nach einem Schema auf unterschiedlichen Geräten, Prozessoren und/oder Systemen abgearbeitet werden. In der Regel kann schon aufgrund der Art der erfassten Bilddaten und/oder aufgrund der Art der Erfassungs-Modalität auf einen bestimmten Arbeitsablauf geschlossen werden. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Arbeitsablauf aufgrund von ebenfalls erfassten Parametern in Bezug auf die Bilddaten automatisch bestimmt. Bei den Parametern kann es sich um die Art der Datenquelle, die Art der erfassten Bilddaten, den Zeitraum der Erfassung und/oder um andere Parameter handeln. Es ist jedoch ebenso möglich, dass ein Anwender einen bestimmten Arbeitsablauf definiert. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem er bestimmte Arbeitsschritte aus einer ihm über eine spezifische Benutzer-Schnittstelle angebotenen Menge von möglichen Arbeitsschritten auswählt. In einer weiteren, alternativen Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, den Arbeitsablauf aufgrund eines alten, bereits durchgeführten Arbeitsablaufes in Bezug auf ein anderes Bildprojekt zu bestimmen, indem dieser Arbeitsablauf einfach übernommen wird. Bei dem Arbeitsablauf (synonym zu verwenden mit dem Begriff: Protokoll) handelt es sich also um eine Folge von technisch bedingten Arbeitsschritten, die bei der Datenverarbeitung der Bilddaten erforderlich sind. Es handelt sich nicht um rein organisatorische Strukturen. Demnach kennzeichnet sich ein Arbeitsschritt durch einen Prozess, der im Rahmen der technischen Bilddatenverarbeitung relevant ist. Ein Arbeitsschritt kann also in dem Aufbau und Bereitstellen einer technischen Datenübertragungsverbindung, im Zugriff auf eine spezielle Datenverarbeitungsmaschine, im Archivieren von Daten, in diversen Post-Processing-Schritten, in Kompressionsverfahren für die Bilddaten, in einer Darstellung bzw. Anzeige der Bilddaten etc. liegen.

In der bevorzugten Ausführungsform wird ein Arbeitsablauf in Bezug auf die von der Datenquelle erfassten Bilddaten bestimmt. In einer alternativen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der Arbeitsablauf in Bezug auf die Datenquelle bestimmt wird, an der die Bilddaten erfasst werden. In anderen Ausführungsformen wird der Arbeitsablauf aufgrund von weiteren Parametern bestimmt.

Sobald der Arbeitsablauf, umfassend eine Folge von Arbeitsschritten, bestimmt worden ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bilddaten in Bezug auf den bestimmten Arbeitsablauf aufgeteilt bzw. partitioniert werden. Nach der Partitionierung ergibt sich eine Menge von Bilddaten-Subsets. Üblicherweise betrifft ein Bilddaten-Subset einen Arbeitsschritt im Rahmen des bestimmten Arbeitsablaufes. Es ist jedoch auch möglich, dass mehrere Bilddaten-Subsets einem Arbeitsschritt zugeordnet werden oder, dass ein Bilddaten-Subset mehreren Arbeitsschritten zugeordnet wird (dies ist insbesondere dann der Fall, wenn auf ein und denselben Daten mehrere Verarbeitungsprozesse ausgeführt werden sollen).

In der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Knoten um computer-gestützte Geräte bzw. Maschinen oder Rechner, die definierte Arbeitsschritte im Rahmen der Datenverarbeitung ausführen. Die Knoten sind also Bestandteil einer verteilten Rechnerarchiktektur und können beispielsweise Workstations, Datenbanken, sonstige Archivierungssysteme, Speicher, Erfassungs-Modalitäten, Netzwerke und/oder Netzwerk-Bestandteile, Management- und/oder Verwaltungs-Instanzen etc. umfassen. In der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Knoten deshalb um dezentrale Knoten, denen jeweils eine spezifische Funktionalität zugeordnet ist. In einer alternativen Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, dass zumindest einzelne Knoten als zentrale Knoten ausgebildet sind, oder dass einzelne Knoten zu einem zentralen Knoten zusammengefasst sind.

Nachdem erfindungsgemäß der Arbeitsablauf für die Bilddaten bestimmt worden ist und die Bilddaten anhand des Arbeitsablaufes in Bilddaten-Subsets aufgeteilt worden sind, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bilddaten-Subsets gezielt an bestimmte ihnen jeweils zugeordnete Knoten zum Zwecke der Weiterverarbeitung weitergeleitet oder gesendet werden. Damit ist es vorteilhafterweise möglich, dass die an einer Modalität erfassten Bilddaten abhängig von dem jeweiligen Anforderungsprofil des bestimmten Arbeitsablaufes an dezentrale Knoten verteilt und übertragen werden. Damit kann die Kapazität der Modalität zur Speicherung von weiteren Daten besser ausgenutzt werden, indem die erfassten Daten unmittelbar und automatisiert an weitere Verarbeitungsinstanzen gesendet werden.

Üblicherweise wird ein Bilddaten-Subset jeweils separat bzw. einzeln an den ihm zugeordneten Knoten übertragen. Damit kann eine bessere Lastverteilung im Netzwerk erreicht werden. Aus Performance-Gründen ist es in einer alternativen Ausführungsform vorgesehen, dass mehrere Bilddaten-Subsets – sozusagen in einem Paket – zusammengefasst an einen Knoten übertragen werden.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist deshalb darin zu sehen, dass aufgrund der Aufteilung der Bilddaten die jeweiligen Bilddaten-Subsets dediziert an die Knoten gesendet werden, die die für den entsprechenden Image Processing Step (also für den jeweiligen Arbeitsschritt des Arbeitsablaufes) die erforderliche Image Processing-Funktionalität aufweisen bzw. die erforderlichen Services anbieten.

In einer vorteilhaften komplexeren Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass den jeweiligen Knoten in einem dynamischen Verfahren die jeweiligen Funktionalitäten zugewiesen werden. Für jeden Knoten wird also in einer zeitlich vorgelagerten Phase bestimmt, welche Services im Rahmen der medizinischen Bilddatenverarbeitung er anbieten kann oder welche Funktionalität er aufweisen muss. Die Zuweisung der Fähigkeit bzw. Services an einen Knoten erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit des bestimmten Arbeitsablaufes bzw. des selektierten Image Processing Protokolls. Mit dieser Weiterbildung ist es möglich, die grundlegende Architektur bzw. den grundlegenden Aufbau des Systems flexibel an die aktuellen Erfordernisse anzupassen. Sollen beispielsweise Fälle behandelt werden, in denen es notwendig ist, dass die an einer Modalität erfassten Bilddaten lediglich archiviert werden, so wird es sinnvoll sein, dass mehrere Knoten eine Archivierungsfunktionalität ausführen können. Damit kann das System sehr variabel und flexibel angepasst werden.

In der Regel erfolgt das Weiterleiten der Bilddaten-Subsets an die jeweils relevanten Knoten mittels eines Zuordnungs-Mechanismus. Der Zuordnungs-Mechanismus dient dazu, für ein Bilddaten-Subset den jeweils relevanten Knoten zu finden, der für die Durchführung der jeweiligen Arbeitsschritte des Bilddaten-Subsets ausgebildet ist. Falls mehrere Knoten in Frage kommen und somit als relevante Knoten bestimmt werden, berücksichtigt der Zuordnungs-Mechanismus weitere Parameter, so dass es möglich ist, einen Knoten auszuwählen und an diesen die Daten zu übertragen. Bei den weiteren Parametern werden Aspekte des Load-Balancing des Netzwerkes, des Status des jeweiligen Knotens (z. B. was die Auslastung des Knotens betrifft) oder andere Größen betreffen. Der Zuordnungs-Mechanismus kennzeichnet sich darüber hinaus durch die Möglichkeit, eine Priorisierung der Knoten auszuführen, so dass festgelegt ist, an welchen Knoten die Daten in einem ersten Schritt und an welche Knoten in weiteren Schritten gesendet werden.

Um die Flexibilität der erfindungsgemäßen Lösung zu steigern, ist es vorgesehen, dass der Aufteilungs-Mechanismus und/oder der Zuordnungs-Mechanismus auch zur Laufzeit des Systems über eine Benutzer-Schnittstelle konfiguriert werden kann/können. Damit wird es möglich, aktuellen Anforderungen gerecht zu werden.

In der bevorzugten Ausführungsform umfasst die Datenquelle einen temporären Datenspeicher, in dem die akquirierten Bilddaten bis zur sicheren Archivierung abgelegt werden und dort zugreifbar sind. Aus sicherheitstechnischen Gründen wird hier bewusst und gezielt eine Datenredundanz geschaffen, um einen Datenverlust sicher ausschließen zu können. In einer alternativen Ausführungsform ist nicht die Datenquelle unmittelbar mit dem temporären Datenspeicher ausgestattet, sondern der temporäre Datenspeicher ist der Datenquelle mittelbar angeschlossen. Dies kann beispielsweise über ein Netzwerk oder eine entsprechende Netzwerkverbindung ausgebildet sein.

In Hinblick auf Anfragen für den Zugriff auf die Bilddaten der Datenquelle ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass diese an die Datenquelle gerichteten Anfragen umgeleitet werden. Die Anfragen werden dann direkt jeweils auf den jeweiligen Knoten umgeleitet, auf dem die angeforderten Daten zur Verfügung stehen. Damit kann die Performance gesteigert werden, indem Verarbeitungsschritte bzw. Arbeitsschritte des Arbeitsablaufes dezentralisiert werden. Falls die Daten, auf die zugegriffen werden soll, an mehreren Knoten zur Verfügung stehen, so ist ein Zugriffs-Mechanismus vorgesehen, mittels dessen entschieden wird, an welche Knoten die Anfrage umgeleitet wird. Damit kann verhindert werden, dass an bestimmten Knoten, wie z. B. der Datenquelle, nicht vorhersehbare Performance-Einbußen eintreten. Der Zugriffs-Mechanismus basiert vorzugsweise auf dem Zugriff auf eine Konfigurationsdatei. In dieser Konfigurationsdatei sind Prioritäten für Zugriffe abgelegt. Die Konfigurationsdatei ist üblicherweise dem Image Processing Configuration Server zugeordnet. In die Konfigurationsdatei fließen sowohl Informationen eines Image-Managers als auch einer Workflow-Engine ein.

Durch die dezentrale Aufteilung der Bilddaten-Subsets ist es möglich, das System wesentlich besser auszulasten, indem die Bilddaten-Subsets parallel an die jeweils relevanten Knoten gesendet werden.

Eine andere Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe liegt in einer Anordnung zum Datenmanagement von an einer Datenquelle erzeugten medizinischen Bilddaten in einer verteilten Umgebung, mit:

– einer Vielzahl von Knoten mit einer spezifischen Funktionalität zur Ausführung von Datenverarbeitungsschritten in Bezug auf die erfassten Bilddaten
– Arbeitsablauf-Bestimmungs-Mittel, die dazu bestimmt sind, einen (bild)datentechnischen Arbeitsablauf für die erfassten Bilddaten zu bestimmen,
– Knoten-Bestimmungs-Mittel, die dazu bestimmt sind, relevante Knoten aus der Menge von grundsätzlich verfügbaren Knoten zu bestimmen, wobei die relevanten Knoten die Funktionalität aufweisen, um den Arbeitsablauf oder um einzelne Arbeitsablaufschritte ausführen zu können,
– zumindest ein Aufteilungsmodul, das dazu bestimmt ist, die Bilddaten in Bilddaten-Subsets aufzuteilen, wobei die Aufteilung auf dem vom Arbeitsablauf-Bestimmungs-Mittel bestimmten Arbeitsablauf basiert und
– zumindest ein Weiterleitungsmodul, das dazu bestimmt ist, die Bilddaten-Subsets an die relevanten Knoten zum Zwecke einer Verarbeitung gezielt weiterzuleiten.

Darüber hinaus wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein System und eine Architektur zum Datenmanagement gelöst, das/die auf der vorstehend detailliert beschriebenen verfahrensgemäßen Lösung der Erfindung basieren.

Die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Ausführungsformen des Verfahrens können auch als Computerprogrammprodukt ausgebildet sein, wobei der Computer zur Durchführung des oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens veranlasst wird und dessen Programmcode durch einen Prozessor ausgeführt wird.

Eine alternative Aufgabenlösung sieht ein Speichermedium vor, das zur Speicherung des vorstehend beschriebenen, computerimplementierten Verfahrens bestimmt ist und von einem Computer lesbar ist.

Darüber hinaus ist es möglich, dass einzelne Komponenten des vorstehend beschriebenen Verfahrens in einer verkaufsfähigen Einheit und die restlichen Komponenten in einer anderen verkaufsfähigen Einheit – sozusagen als verteiltes System – ausgeführt werden können. Eine erfindungsgemäße weitere Lösung der Aufgabe liegt deshalb in einem Produkt für ein Datenmanagementsystem, umfassend:

– eine Vielzahl von Knoten mit einer spezifischen Funktionalität zur Ausführung von Datenverarbeitungsschritten in Bezug auf die erfassten Bilddaten,
– Arbeitsablauf-Bestimmungs-Mittel,
– Knoten-Bestimmungs-Mittel,
– zumindest ein Aufteilungsmodul und
– zumindest ein Weiterleitungsmodul,

wobei das Produkt Mittel umfasst, die zur Durchführung derjenigen Schritte eines Verfahrens nach zumindest einem der vorstehend beschriebenen Verfahrensaspekte eingerichtet sind, die von dem Produkt bewirkt werden, wobei zumindest ein weiteres Produkt zur Durchführung der restlichen Schritte des Verfahrens eingerichtet ist, so dass durch Zusammenwirken der zwei Produkte alle Schritte des Verfahrens durchgeführt werden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In der folgenden detaillierten Figurenbeschreibung werden nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele mit deren Merkmalen und weiteren Vorteilen anhand der Zeichnung besprochen. In dieser zeigen:
1 Eine übersichtsartige Darstellung der erfindungsgemäßen Architektur, umfassend eine Vielzahl von unterschiedlichen Verarbeitungsknoten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
2 eine übersichtsartige Darstellung eines möglichen Ablaufes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Im Folgenden wird in Zusammenhang mit 1 die grundlegende Architektur des erfindungsgemäßen Systems beschrieben.
Das erfindungsgemäße System ist zum Datenmanagement von an einer Datenquelle, insbesondere an einer Modalität M, erzeugten medizinischen Bilddaten B, wie z. B. Röntgenbildern, CT-Bildern, Schichtbildern eines Kernspin-Gerätes etc., in einer verteilten rechner-gestützten Umgebung mit einer Vielzahl von Knoten K ausgebildet.
Die Knoten K können unterschiedlich ausgebildet sein und eine jeweils unterschiedliche Funktionalität aufweisen. Sie dienen zur Verarbeitung der von der Datenquelle M erfassten Bilddaten B. Als Beispiele von Bildverarbeitungsknoten K sind zu nennen: Knoten für ein Post-Processing der Daten, ein Image-Manager, ein Konfigurations-Server für die Bildverarbeitung, eine Workflow-Maschine bzw. eine Workflow-Engine, ein Informationssystem, PACS-Workstations, Archive unterschiedlicher Art oder sonstige Repositories, z. B. ein Konfigurations-Repository für den Konfigurations-Server. Diese Knoten sind in 1 dargestellt. Dabei ist zu beachten, dass in 1 lediglich eine beispielhafte Auswahl von möglichen Knoten dargestellt ist und diese durch beliebige andere ersetzt oder erweitert werden können, um die an der Modalität M erfassten Bilddaten B in irgendeiner Form zu verwalten, zu managen und/oder weiterzuverarbeiten.
Deshalb wird üblicherweise auch zumindest ein Knoten K vorgesehen sein, um die Bilddaten B automatisch einer konfigurierbaren Nachbearbeitung, wie z.B. einem Post-Processing, zu unterziehen. Dann wird nur das Ergebnis dieser Nachbearbeitung an die weiteren dezentralen Knoten gesendet. Die Art der Nachbearbeitung ist nicht beschränkt und kann neben einem Rendering, Kompressionsverfahren oder sonstige Bearbeitungen umfassen.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass nicht die kompletten Bilddaten B an eine zentrale Instanz zur Weiterverarbeitung weitergeleitet werden, sondern dass die Bilddaten B, die von der Modalität M erfasst worden sind, gemäß einem Aufteilungs-Mechanismus in mehrere Bilddaten-Subsets S aufgeteilt werden, um diese dann an die jeweils für sie relevanten Knoten K weiterzuleiten.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Bildverarbeitungsknoten K über den Bildverarbeitungs-Konfigurations-Server für bestimmte Bildverarbeitungsabläufe, für einzelne Bildverarbeitungsschritte und/oder für Bildverarbeitungsprotokolle registriert. Deshalb ist es vorzugsweise vorgesehen, dass in einer vorgelagerten Phase des Verfahrens eine Registrierung der Knoten für bestimmte datentechnische Aufgaben erfolgt. Jedem Knoten K wird eine bestimmte Aufgabe im Rahmen des Arbeitsablaufes zur Bilddatenverarbeitung zugewiesen. Dabei kann es sich um typische Post-Processing-Aufgaben, um Verwaltungsaufgaben, Speicherfunktionen oder um andere Prozesse im Rahmen der Bildverarbeitung handeln. Unter einem Protokoll ist hier ein bestimmter Arbeitsablauf für einen Bilddatensatz zu verstehen. Der Arbeitsablauf besteht üblicherweise aus einer Folge von einzelnen Arbeitsschritten. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Zuweisung von bestimmten Funktionalitäten im Rahmen der Bildverarbeitung auf die jeweiligen Knoten K auch dynamisch konfiguriert werden kann. Somit können bestimmte Funktionalitäten eines Knotens K auch geändert werden, falls dies für den jeweiligen Anwendungsfall sinnvoll ist. Nach der Registrierung der Knoten K ist also festgelegt, welcher Knoten welche Aufgaben im Rahmen der Bildverarbeitung übernimmt. Im Zusammenhang mit Erzeugung oder Erfassung eines bestimmten Bilddaten-Subsets wird nun spezifisch für diesen Bilddatensatz ein bestimmter Arbeitsablauf definiert. Dabei wird festgelegt, welche Arbeitsschritte und in welcher Reihenfolge sie auf den Bilddaten ausgeführt werden sollen.
In 2 ist der vorstehende Sachverhalt in dem mit der Ziffer "2" gekennzeichneten Oval dargestellt. In 2 sind alle Aktionen in einem Oval dargestellt, während die Knoten K als Rechteck gezeigt sind.
In einem weiteren Schritt ist es möglich, die Bilddaten, die an der Modalität M erfasst worden sind, gemäß einem Aufteilungs-Mechanismus in Bilddaten-Subsets S aufzuteilen. Die aufgeteilten Bilddaten-Subsets S werden dann an die jeweils relevanten Knoten K zum Zwecke der Verarbeitung weitergeleitet.
Das eben vorgestellte Verfahren betrifft das Grundverfahren der erfindungsgemäßen Lösung. Es ist jedoch auch möglich, in einer etwas komplexeren Weiterbildung der Erfindung weitere Verfahrensschritte vorzusehen. Dies ist in 2 dargestellt.
Nachdem ein Auftrag zur Bilddatenverarbeitung empfangen worden ist, wird dieser im Rahmen der Befehlsübertragung an den Image-Manager bzw. an die Workflow-Engine weitergeleitet. Dies ist in 2 mit der Aktion gekennzeichnet, die im Oval mit der Ziffer "1" dargestellt ist. Nach der Befehlsübertragung veranlasst der Image-Manager ein Bestimmen eines angemessenen Bildverarbeitungs-Protokolls. Dies kann beispielsweise durch eine Look-Up-Table erfolgen. Daraufhin stellt der Image-Manager die Liste von Arbeitsschritten des Arbeitsprotokolls mit weiteren Protokollinformationen zur Verfügung und kann von der jeweiligen Modalität M bzw. von der PACS-Workstation eine Befehls-Arbeitsliste erfragen und ein Befehlsprotokoll bestätigen, nachdem die Modalität M ein Bildverarbeitungs-Protokoll ausgewählt hat.
Mit diesen Daten und insbesondere mit der Folge von auszuführenden Arbeitsschritten ist es nun möglich, dass der Image-Manager die Bildverarbeitungsknoten K auswählt, die für das jeweilige Arbeitsprotokoll erforderlichen Funktionalitäten haben. Dies kann ebenfalls über einen Zugriff auf eine Look-Up-Table erfolgen und wird an den Konfigurations-Server für die Bildverarbeitung gesendet. Daraufhin kann der Image-Manager in einer weiteren Phase die Akquisition veranlassen und/oder die jeweiligen Bildverarbeitungs-Arbeitsschritte ausführen, so dass die erforderlichen Bilddaten-Subsets S zur Verfügung gestellt werden können und, so dass die Arbeitsschritte sequenziell oder parallel ausgeführt werden können. Die entsprechenden Daten werden dafür an die Modalität M bzw. an den jeweiligen Bildverarbeitungsknoten K weitergeleitet.
Vorteilhafterweise ist auch eine Umleitung von Anfragen für Bildverarbeitungsdaten vorgesehen. In diesem Zusammenhang werden Anfragen für einen Zugriff und/oder für eine Anzeige von Bilddaten und/oder von Ergebnissen von Bilddaten von den jeweiligen Clients an den Image-Manager bzw. an die Workflow-Engine gesendet und von dort an die relevanten Knoten K umgeleitet, auf denen die Daten zur Verfügung stehen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei der Verarbeitung von dreidimensionalen oder höherdimensionalen Bilddaten vorzugsweise nur ein Bild übertragen wird, das einem Rendering unterworfen worden ist. Der Client sendet dabei die zur Berechnung der Darstellung erforderlichen Parameter an den Zielknoten K.
Ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass die Ausführung der jeweiligen Arbeitsschritte des gewählten Arbeitsablaufes sowohl sequenziell als auch parallel ausgeführt werden können, falls dies vom Arbeitsablauf her möglich ist. Damit wird eine deutliche Steigerung der Flexibilität erreicht.
Ein weiterer wichtiger Vorteil ist darin zu sehen, dass die Performance der Modalität M gesteigert werden kann, indem Zugriffe auf die Modalität M auf Knoten K umgeleitet werden können, auf denen die jeweiligen Daten zur Verfügung stehen. Es erfolgt somit ein priorisierbarer, selektiver Zugriff auf Ergebnisse von Arbeitsschritten unmittelbar an dem jeweiligen Knoten K, auf dem die Daten abgelegt sind und nicht mehr zentral auf der Modalität M, die damit von Zugriffen entlastet werden kann.
Der Konfigurations-Server für die Bildverarbeitung bietet neben dem Bildverarbeitungs-Protokoll, also dem jeweiligen Arbeitsablauf für die Bildverarbeitung, auch noch die Funktionalitäten und weiteren Informationen über die Knoten K zur Ablaufsteuerung an.
Die Bilddaten B werden – wie bereits erwähnt – in Abhängigkeit von dem bestimmten Protokoll und der darin definierten Arbeitsschritte bzw. Protokollschritte in Bilddaten-Subsets S unterteilt und dediziert an Zwischenknoten oder Zielknoten K gesendet, die die für den entsprechenden Bildverarbeitungsschritt erforderlichen Bildverarbeitungsfähigkeiten aufweisen bzw. die erforderlichen Services anbieten. Bei den Bilddaten-Subsets S, die auch als Chunks bezeichnet werden können, kann es sich z. B. um eine DICOM-Bildserie oder um benachbarte Schichten (Slices) eines Volumendatensatzes handeln, deren anatomische Zuordnung durch Codes gekennzeichnet ist, z. B. unter Verwendung der DICOM-"Primary Anatomic Structure Sequence" (0008,228) zur Kennzeichnung der relevanten Bildausschnitte ("specific anatomic structures of interest within the image").
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der Erfindung und die Ausführungsbeispiele grundsätzlich nicht einschränkend in Hinblick auf eine bestimmte physikalische Realisierung der Erfindung zu verstehen sind. Für einen einschlägigen Fachmann ist es insbesondere offensichtlich, dass die Erfindung teilweise oder vollständig in Soft- und/oder Hardware und/oder auf mehrere physikalische Produk te – dabei insbesondere auch Computerprogrammprodukte – verteilt realisiert werden kann.

Claims

Verfahren zum Datenmanagement von an einer Datenquelle (M) erzeugten medizinischen Bilddaten (B) in einer verteilten Umgebung mit mehreren Knoten (K), mit folgenden Verfahrenschritten: – Bestimmen eines datentechnischen Arbeitsablaufes mit einer Folge von Arbeitsschritten für die Bilddaten (B); – Bestimmen von relevanten Knoten (K) aus der Menge der Knoten (K), die die Funktionalität haben, um die Arbeitsschritte ausführen zu können; – Aufteilen der Bilddaten (B) in Bilddaten-Subsets (S) anhand eines Aufteilungs-Mechanismus, der auf dem ausgewählten Arbeitsablauf basiert und – Gezieltes weiterleiten der Bilddaten-Subsets (S) an die relevanten Knoten (K) zum Zwecke der Verarbeitung.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Knoten (K) jeweils als zentraler und/oder als dezentraler Knoten (K) in der verteilten Umgebung ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bilddaten-Subset (S) separat oder zusammen mit anderen Bilddaten-Subsets (S) an einen Knoten (K) weitergeleitet wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilddaten-Subsets (S) unter Berücksichtigung des ausgewählten Arbeitsablaufes den jeweils als relevant bestimmten Knoten (K) zugeordnet werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Weiterleiten der Bilddaten-Subsets (S) an relevante Knoten (K) mittels eines Zuordnungs-Mechanismus erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuordnungs-Mechanismus eine Funktionalität des jeweiligen Knotens (K), eine Lastverteilung zwischen den Knoten (K) und/oder weitere Parameter berücksichtigt.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Datenquelle (M) erzeugten oder erfassten Bilddaten (B) in der Datenquelle (M) oder einer dieser zugeordneten Instanz temporär zwischengespeichert werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufteilungs-Mechanismus und/oder der Zuordnungs-Mechanismus konfigurierbar sind/ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenquelle (M) die Bilddaten-Subsets (S) parallel an die Knoten (K) zum Zwecke der Weiterleitung und/oder der Verarbeitung sendet.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Datenquelle (M) gerichtete Anfragen nach Bilddaten (B) oder Bilddaten-Subsets (S) an den/die jeweiligen Knoten (K) umgeleitet werden, auf dem/denen die angefragten Bilddaten (B) oder Bilddaten-Subsets (S) zur Verfügung stehen.
Verfahren nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionalitäten den einzelnen Knoten (K) dynamisch und/oder in Abhängigkeit von dem bestimmten Arbeitsablauf zugewiesen werden können.
Anordnung zum Datenmanagement von an einer Datenquelle (M) erzeugten medizinischen Bilddaten (B) in einer verteilten Umgebung, umfassend: – eine Vielzahl von Knoten (K) mit einer spezifischen Funktionalität zur Ausführung von Datenverarbeitungsschritten im Rahmen des Datenmanagements; – Arbeitsablauf-Bestimmungs-Mittel, die zum Bestimmen eines Arbeitsablaufes mit einer Folge von Arbeitsschritten für die Bilddaten (B) ausgebildet sind; – Knoten-Bestimmungs-Mittel, die zum Bestimmen von relevanten Knoten (K) aus der Menge der Knoten (K) ausgebildet sind, die die Funktionalität haben, um die Arbeitsschritte ausführen zu können; – zumindest ein Aufteilungsmodul, das zum Aufteilen der Bilddaten (B) in Bilddaten-Subsets (S) anhand eines Aufteilungs-Mechanismus bestimmt ist, wobei der Aufteilungs-Mechanismus auf dem ausgewählten Arbeitsablauf basiert; – zumindest ein Weiterleitungsmodul, das zum gezielten Weiterleiten der Bilddaten-Subsets (S) an die relevanten Knoten (K) zum Zwecke der Verarbeitung bestimmt ist.
Anordnung nach Anspruch 12,, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale Workflow-Engine angeschlossen ist, um die Bilddaten-Subsets (S) and die dezentralen Knoten (K) zu verteilen.
Computerprogrammprodukt das direkt in einen Speicher eines Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Verfahrensschritte gemäß zumindest einem der Verfahrensansprüche 1 bis 11 ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem Computer läuft.