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An open-source PACS model for university hospitals

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Ghaderi, Hamidreza (2021). An open-source PACS model for university hospitals. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Managing the increasing amount of data that is produced in healthcare centers is a challenging problem. Picture Archiving Communication System (PACS) helps healthcare managers to transmit, store, archive, and access medical imaging data. However, PACS are not readily affordable for all hospitals, especially those in developing countries. Using an open-source PACS could be a viable solution but selecting one and integrating it with other hospital information systems is a challenging problem for hospitals. Open-source PACS are different from each other in terms of software design, internal architecture, interoperability, support, and user functionality. Thus, in order to have a better understanding of available open-source and be able to select one, it is critical to have good selection criteria. In this research, firstly, four criteria are defined as the required characteristics of an open source PACS to be used in a university hospital, which are following:

- criteria 1: community activities;
- criteria 2: licensing models;
- criteria 3: activity, support, and documentation;
- criteria 4: enterprise functions and software characteristics.

These criteria are used to assess sixteen open-source PACS, such as available support from the software creator, future development and distribution possibility, and implemented and developed functions. To achieve this assessment, PACS project source code repositories, PACS websites and research papers are used to collect data for this evaluation. The result of the assessment shows that: Orthanc, DCM4CHE, DCMTK, Dicoogle, and MRIdb are the topranked open-source PACS using these criteria. Orthanc is then selected in this research to conduct an interoperability case study for the Donka university hospital in Guinea, Africa.

The main components of a modern hospital information systems for radiology are the hospital information system (HIS), the radiology information system (RIS), a PACS, and a radiology image viewer. The Donka hospital management has already acquired an HIS named eHospital which includes all the modern hospital functionality, including an RIS. But the hospital administration did not plan the acquisition of a commercial PACS required to store, archive and access the many imaging files of the hospital. In this research, the case study looks at the use of a middleware between the HIS/RIS and the open source PACS Orthanc. The middleware chosen for the case study, named Mirth Connect, is a mature open-source project which facilitates interoperability and data exchange of heterogeneous IT systems to allow them to exchange messages between each other using different exchange format, like FIHR/HL7 which is very popular in the healthcare industry.

A seamlessly extensible interoperability model is proposed to interconnect the SIH/RIS eHospital and the open source PACS Orthanc. The main components involved in the exchange of data are: the HIS/RIS, Mirth Connect, the PACS Orthanc, and image viewer, and other future interfaces. In this model, different scenarios are defined as routine and required data transactions between mentioned components. The six data transactions scenarios experimented are:

1. HIS and PACS (two scenarios);
2. Modality and PACS (two scenarios);
3. PACS interface and Mirth Connect;
4. Dashboard and Mirth Connect;
5. Image viewer and PACS;
6. TensorFlow model and PACS.

Each of these transactions is explained and implemented with the assistance of Mirth Connect for the Donka university hospital. Each of the transactions going through the Mirth Connect SOA communication bus is explained and implemented to demonstrate how to integrate Orthanc PACS at the Donka University Hospital as well as the use of the FIHR / HL7 communication protocol allowing the future interoperability of any future component.

Titre traduit

Un modèle d’interopérabilité de PACS, du domaine du logiciel libre, pour les hôpitaux universitaires

Résumé traduit

La gestion et l’accès à la quantité croissante de données produites dans les établissements de santé sont un enjeu important. Les systèmes d’archivage et de transmission d’images (PACS) peuvent aider à transmettre, stocker, archiver et accéder aux données d’imagerie médicale. Cependant, les PACS ne sont pas abordables pour tous les hôpitaux, en particulier ceux qui se situent dans les pays en développement. Utiliser un PACS gratuit disponible dans le domaine du logiciel libre pourrait être une solution intéressante, mais en choisir un parmi les nombreux PACS disponibles et s’assurer qu’il s’intègre bien aux autres systèmes d’information de l’hôpital est une problématique de taille. Les PACS gratuits disponibles dans le domaine du logiciel libre sont tous différents les uns des autres en termes de conception logicielle, d’architecture interne, d’interopérabilité, de support et de fonctionnalité utilisateur. Ainsi, afin de mieux comparer ces logiciels disponibles gratuitement et d’en sélectionner un qui pourrait être implémenté dans un hôpital universitaire africain, il est intéressant d’avoir une liste de critères de sélection. Dans cette recherche, tout d’abord, quatre critères de sélection sont définis afin de faire ressortir les caractéristiques requises d’un PACS qui serait utile aux chercheurs localisés dans les hôpitaux universitaires:

- critère 1: le niveau d’activité communautaire;
- critère 2: le type de licence utilisée par le logiciel libre;
- critère 3: le niveau de participation, de support de la communauté et de la documentation;
- critère 4: les fonctionnalités disponibles et les caractéristiques techniques du logiciel.

Les référentiels de code source, les sites Web des PACS et les articles publiés sont utilisés pour collecter des données pour cette évaluation. Seize PACS populaires sont évalués à l’aide de ces critères. Le résultat de l’évaluation démontre qu’Orthanc, DCM4CHE, DCMTK, Dicoogle et MRIdb sont les PACS du domaine du logiciel libre qui se sont les mieux classés. Par la suite, l’architecture logicielle du PACS Orthanc est décrite afin de l’utiliser dans une étude de cas pour l’hôpital universitaire Donka, de Guinée Conakry, en Afrique.

Des composants incontournables d’un système d’information hospitalier moderne pour la radiologie sont généralement: le système d’information hospitalier (SIH), le système d’information de la radiologie (SIR), le PACS lui-même et sa visionneuse d’images médicales. L’hôpital Donka a acquis, en 2020, un SIH, nommé eHospital, qui inclue toutes les fonctionnalités requises pour un hôpital universitaire moderne, y compris un SIR. Par contre, l’administrateur de l’hôpital n’avait pas prévu l’acquisition d’un PACS commercial nécessaire pour stocker, archiver et accéder aux données d’imagerie médicale de l’hôpital. Dans cette recherche, une étude de cas expérimente l’utilisation d’un intergiciel entre eHospital et le PACS Orthanc. L’intergiciel choisi, nommé Mirth Connect, est un projet mature de la communauté de logiciel libre qui facilite l’interopérabilité et l’échange de données de systèmes informatiques hétérogènes afin qu’ils puissent se transmettre des messages sous différents formats, dont le FIHR/HL7 très populaire dans le domaine de la santé. Un modèle d’interopérabilité expansible est proposé afin d’effectuer l’intégration du PACS Orthanc avec le système d’information hospitalier eHospital. Les principaux composants nécessitant d’échanger des transactions sont: le SIH eHospital, le bus de communication Mirth Connect, le PACS Orthanc, une visionneuse d’images médicales et d’autres interfaces futures.

Dans le modèle d’interopérabilité proposé, différents scénarios de communication sont décrits et expérimentés afin de décrire le fonctionnement des transactions entre ces composants. Six scénarios de transactions sont décrits et expérimentés:

1. HIS et PACS (deux scénarios);
2. Modalité et PACS (deux scénarios);
3. Interface PACS et Mirth Connect;
4. Tableau de bord et Mirth Connect;
5. Visionneuse d'images et PACS;
6. Modèle TensorFlow et PACS.

Chacune des transactions traversant le bus de communication SOA Mirth Connect est expliquée et mise en oeuvre pour démontrer l’implantation du PACS Orthanc à l’hôpital universitaire Donka ainsi que la mise en oeuvre d’un BUS de communication SOA FIHR/HL7 permettant l’interopérabilité future de n’importe quel composant future.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master’s degree with thesis in software engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 95-101).
Mots-clés libres: PACS, logiciel libre, critères d’évaluation PACS, bus d’interopérabilité SOA, SIH, SIR, FIHR, HL7, hôpital universitaire
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
April, Alain
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 30 sept. 2021 17:59
Dernière modification: 30 sept. 2021 17:59
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2717

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