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

1. Visualização de Imagens Médicas em PDAs para Ambientes HospitalaresProjeto Redes Wireless de Informações Médicas Intra-Hospitalares Laboratório de Tecnologia da Informação Aplicada Depto. Computação – UNESP Bauru Núcleo de Educação a Distância Faculdade de Medicina – UNESP Botucatu Hospital Estadual de Bauru

2. Participantes • LTIA • Prof. Dr. Eduardo Morgado (emorgado@travelnet.com.br) • Prof. Dr. Renê Pegoraro • Daniel Igarashi da Cruz • Marcelo Fornazin • Rafael Cunha Lima • NEAD • Prof. Dr. Carlos. A. Caramori • Prof. Dr. Denise Zornoff • Dr. Marcelo Martins • HEB • Prof. Dr. Carlos A. Marcharelli • Alexandre Bazan

3. Patrocínio

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

5. Ambiente de Desenvolvimento do Projeto • Hospital 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]

6. Exibição de Imagens JPEG via Web Services em cliente móvel do tipo Notebook ou Tablet DICOM Exibição de Imagens DICOM/JPEG em clientes Desktops Servidor JPEG + Web Services [5][6] Solução Proposta Conexão Sem-Fio 802.11b[2] Exibição de Imagens JPEG via Web Services em cliente móvel do tipo PDA[3] Autenticador de Usuários Sem-Fio Estrutura de Rede do HEB

7. Estratégias para a Visualização de Imagens Médicas em PDAs • Visualização 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

8. Estratégias para a Visualização de Imagens Médicas em PDAs • Componente no servidor DICOM transforma 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

9. Estratégias para Visualização da imagem JPEG em PDAs • 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)

10. Estratégias para Visualização da imagem JPEG em PDAs • 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)

11. O uso de Imagens JPEG Lossless • Imagem JPEG exige processamento otimizado para oferecer 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 Internet abre espaço para otimizações

12. 36% Transformada Inversa Discreta de Cosseno 32% Conversão de Cores (YCrCb para RGB) 19% Descompactação de Huffman 13% Outras Funções % 75 100 0 25 50 Processo de Otimização do Software de Visualização de Imagens JPEG • Após analisar o perfil do software com a ferramenta de otimização Intel VTune • Principais gargalos de desempenho na descompressão do JPEG (porcentagem de tempo consumida por cada etapa do processamento da imagem)

13. Processo de Otimização do Software de Visualização de Imagens JPEG • A partir dos pontos com maior consumo de tempo, as 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]

14. Tempo_Velho – Tempo_Novo Ganho = Tempo_Velho Processo de Otimização do Software de Visualização de Imagens JPEG • Ganho de Desempenho • Equipamentos de Testes • 2 PDAs Compaq Ipaq 3970 • Processador Intel Xscale PXA250 (400MHz) • 64MB RAM • Sistema Operacional Microsoft PocketPC 2002 • Dados captados com o Intel VTune Data Collector for Windows CE

15. Processo de Otimização do Software de Visualização de Imagens JPEG • Imagens Utilizadas nos Testes

16. Resultados da otimização • Com duas imagens e dois PDAs, são possíveis quatro combinações de execução diferentes • Imagem 1 aberta no PDA 1 • Imagem 1 aberta no PDA 2 • Imagem 2 aberta no PDA 1 • Imagem 2 aberta no PDA 2 • Foram realizadas 10 execuções para cada situação, resultando em um desvio padrão e o resultado médio para cada situação

17. Resultados Tabela 1: Situação 1 Tabela 2: Situação 2

18. Resultados Tabela 3: Situação 3 Tabela 4: Situação 4

19. Conclusão • PDAs adicionam mobilidade no atendimento beira-de-leito • Visualização de imagens médicas com alta resolução pode ser feita em: • Notebooks • Pouco práticos e pesados • Tablet PCs • Custo muito alto • PDAs 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 qualidade em dispositivo de baixo custo e grande mobilidade

20. Conclusão • Para alcançar o cenário ideal, otimizações de software são necessárias • 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 Lossless • 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

21. Referências [1] Andrade, R., Wangenheim, A., Bortoluzzi, M.K. (2003) “Wireless and PDA: a novel strategy to access DICOM-compliant medical data on mobile devices”. International Journal of Medical Informatics, n. 71, p. 157 – 163. [2] Anastasi, G., Lenzini, L., (2000) “QoS provided by the IEEE 802.11 wireless LAN to advanced data applications: a simulation analysis”. Wireless Networks n.6, p.99 – 108. [3] Salomão, Daniel Sigulem. “Utilização de Computadores de Bolso no Atendimento Médico Hospitalar.”, em UNIFESP, Departamento de Informática 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., “Compression assesment based on medical image quality concepts 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, and deployment of web-services.” ACM PRESS, New York, 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 3D Documentation for Neuroradiological Diagnosis.” IEEE Computer Society Technical Committee on Visualization 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 wireless patient record and image data”. International Congress Series n. 1256, p. 869 – 872. [8] Ratib, O., McCoy, M., McGill, R., Minglin, Li., Brown, A., (2003) “Use of Personal Digital Assistants for Retrieval of Medical Images and Data on High-Resolution Flat Panel Displays”, RSNA Scientific Assembly, Department of Radiology, UCLA School of Medicine, Los Angeles, CA p.267 – 273. [9] Dumschat, U., (2003) “Intel® Software Development Tools for Intel® XScale™ Technology.” Wireless Communications and Computing SOLUTIONS”, p.38 – 44, Out. [10] Gerber, R., (2002) The Software Optimization Cookbook – High Performance Recipes for the Intel® Architecture, 1. ed. Intel Press.