MediCom: Herramienta de Telemedicina para elAnálisis de Imágenes e Información Compartidas

Ana María González UruetaEstudiante de Ingeniería de Sistemas

Pontificia Universidad Javerianaemail: gonzalez-ana@javeriana.edu.co

Diana Carolina Ramírez OsorioEstudiante de Ingeniería de Sistemas

Pontificia Universidad Javerianaemail: ramirez.dc@javeriana.edu.co

Leonardo Flórez ValenciaDepartamento de Ingeniería de Sistemas

Pontificia Universidad Javerianaemail: florez-l@javeriana.edu.co

Resumen—Este documento describe el proceso de desarrollodel prototipo de la herramienta de telemedicina MediCom,mostrando a su vez cómo a partir de su uso se podrían aprovechary potencializar las tecnologías digitales en Colombia, mejorandocon ella la comunicación e interacción entre especialistas de lamedicina para el correcto diagnóstico de diferentes enfermedades,aplicando el estándar DICOM para el manejo de datos einformación médicos.

Index Terms—Sistemas de comunicación, comunicaciónBiomédica, Telemedicina, Imágenes digitales, Comunicación deimágenes, DICOM.

I. INTRODUCCIÓN

La telemedicina es un concepto que se refiere a todaaquella prestación de servicios médicos usando tecnologíasde información y comunicación, a personas que se encuentrangeográficamente distanciadas. Con su uso, la sociedad vería re-flejados grandes beneficios, como la disminución de costos deinversión en servicios médicos, de consulta o de diagnóstico,atención a la población que se encuentra significativamenteaislada y no cuenta con servicios de salud suficientes, mayory mejor uso de la tecnología a su alcance, entre muchosmás. En Colombia, problemas como la pobreza, la malagestión de los recursos y la falta de educación hacen que eldesarrollo y utilización de proyectos de esta índole sean másque importantes o necesarios, indispensables, para así poderaportar a la solución de uno de los problemas más graves quese desprenden de los anteriores, y es el acceso a los serviciosde salud.

Aunque se pueden resaltar algunas instituciones educativasque han venido desarrollando proyectos en el contexto dela telemedicina, unas, dirigidas a la implementación de tec-nología asequible en poblaciones geográficamente distantes,otras, desarrollando políticas para el uso adecuado de latelemedicina en la población, por nuestra parte, hemos de-cidido hacer un aporte con el desarrollo parcial de MediCom,una herramienta de software dirigida a médicos especialistasy que se basa en el concepto de “telecolaboración”, parapermitirles realizar diagnósticos sobre imágenes médicas demanera inmediata, contando con la ayuda u opinión de otroscolegas. MediCom es un proyecto en donde el principalobjetivo consiste en el desarrollo del prototipo de una her-ramienta de apoyo a la medicina, o más conocida comouna “Herramienta de Telemedicina”, que da soporte a varios

procesos importantes dentro de este campo: visualización deimágenes médicas, envío y recepción segura de información ydatos médicos, e interacción compartida (o Telecolaboración)sobre los mismos. Dado que estas funcionalidades están dentrode otro grupo de herramientas similares que se encuentrandentro del mercado y que son expuestas tanto para su uso comopara su modificación y mejora, el equipo de trabajo decidióque la implementación de MediCom se hiciese a partir dela integración de algunas de ellas, logrando así cumplir conel propósito dentro de los parámetros establecidos para sercatalogada como una herramienta de apoyo a la Telemedicina.

El presente documento esta organizado de la siguientemanera: en la sección II se presenta el estado del arte,análisis y principales consideraciones a tener en cuenta parael desarrollo de la herramienta; en la sección III se discuteel desarrollo del prototipo de la herramienta y se presentanalgunas conclusiones en la sección IV.

II. DESARROLLO DE MEDICOM

II-A. CaracterizaciónPara concebir MediCom como una herramienta de apoyo a

la Telemedicina, se realizó una búsqueda de distintas fuentesbibliográficas que describieran e informaran sobre una u otracaracterística para que, posteriormente, se pudiera limitar a suaplicación dentro de una serie de funcionalidades netamentenecesarias. De las fuentes revisadas y las distintas caracterís-ticas identificadas de cada una de ellas, se resaltaron como lasmás importantes las siguientes:

Implementación orientada a la red.Videoconferencia.Aplicación de estándares o protocolos.Herramienta educacional.Portabilidad.Robustez.Integrabilidad.Servicio de distribución de datos.Servicio de gestión de eventos y notificaciones.Confidencialidad.Flexibilidad.

II-B. Paratipo

A partir de la caracterización y ya teniendo una idea clarade lo que debe hacer la herramienta, nace entonces el paratipo

como primera instancia de visualización en la interfaz deusuario para definir, de forma gráfica, la mejor manera en quedeberían ser distribuidas las diferentes aplicaciones escogidaspara MediCom.

Para su diseño, el paratipo fue realizado en base a lainterfaz de otras aplicaciones de la misma índole y donde elmás destacado fue Paraview [1] (herramienta de visualizaciónde imágenes medicas). A partir de las ideas implementadasen esta aplicación se creó un modelo y se estructuró ladistribución visual de los distintos componentes que hacenparte de MediCom. Por otro lado, también se tuvieron encuenta ciertas herramientas de mensajería instantánea de usocotidiano para facilitar la realización de dicho modelo.

Se diseñaron varios bosquejos a mano donde se plasmarondiferentes ideas de cómo se debería ver la herramienta en sutotalidad, es decir, con todo los módulos mostrados al usuariofinal. Finalmente, se obtuvo el paratipo mostrado en la figura1.

Figura 1. Paratipo MediCom.

II-C. Investigación, análisis y selección de herramientas

MediCom se divide en 3 módulos de desarrollo princi-pales: el módulo de comunicación, el cual se conforma delas funcionalidades asociadas a la videoconferencia, chat, yotras relacionadas; el módulo de visualización, el cual esconformado por la funcionalidad de visualización e interaccióncon imágenes formato DICOM; y el módulo de colaboración,que contiene las funcionalidades de interacción en tiemporeal con las imágenes medicas, además de la transmisión yrecepción de las mismas por medio del estándar DICOM.

Para la implementación de estos módulos se realizó,primero, una amplia investigación y caracterización de cadauno, indagando en las herramientas existentes hasta encon-trar las que se ajustan cumpliendo con las funcionalidadesrequeridas; posteriormente, la depuración de la lista obtenidapara, finalmente, seleccionar las que harían parte de MediCom.Las aplicaciones que mejor se acomodaron y finalmente seutilizaron fueron:

DCM4CHE. Cumple con el requerimiento de enviary recibir imágenes tipo DICOM. Aunque no cuentacon la documentación esperada para el entendimiento

fácil y rápido de sus funcionalidades, se encuentra bienimplementado y, al complementar con la bibliografíareferente al protocolo DICOM, fue posible realizar laspruebas necesarias para implementar [2] un SCP (ServiceClass Provider) y un SCU (Service Class User) para darleuso a la funcionalidad de envío de imágenes de este tipo[3].ImageJ. Herramienta de visualización de imágenesmédicas (incluyendo DICOM). Cuenta con suficientedocumentación y el código fuente está organizado yfácilmente entendible. Además, esta herramienta permiteal usuario interactuar con la imagen aplicando distintostipos de funciones sobre ella [4].JGroups. Framework que brinda comunicación multicastconfiable escrita íntegramente en Java, y proporciona so-porte para fiabilidad, atomicidad y causalidad, entre otras,con el fin de permitir una comunicación entre gruposcerrados, soportando la creación de canales para facilitarel envío de mensajes entre los participantes o usuarios.Adicionalmente, cuenta con buena documentación y de-mos para facilitar el entendimiento del funcionamientode su estructura y cómo debe ser utilizada, teniendo encuenta los requerimientos del sistema [5].Qnext. Suite de comunicaciones unificadas para compar-tir, multiplataforma, para móviles y de escritorio. Permitea los usuarios consolidar todos sus contactos en un sololugar, comunicarse usando VoIP de 8 vías, vídeo de 4vías, mandar y recibir mensajes de los más popularesprotocolos de mensajería instantánea como Yahoo!, AIM,ICQ, Facebook, MySpace, Jabber, GoogleTalk, iChat yMSN, transferir archivos de cualquier tamaño, jugar,acceder remotamente a su PC y compartir aplicaciones,compartir archivos, documentos, vídeos, fotos y músicaautomáticamente a cualquier persona, aún si el desti-natario no tiene Qnext instalado [6].

II-D. Arquitectura de MediCom

Al contar con los tres módulos que son constituidos por gru-pos de funcionalidades específicas, puede decirse que Medi-Com presenta en su diseño una mezcla de varios estilos arqui-tectónicos. Para empezar, dentro del módulo de comunicaciónque es conformado por la herramienta Qnext, es observableque su arquitectura es una orientada a servicios (SOA) [6].No obstante, para realizar su respectiva integración con lasdemás herramientas no fue necesario inmiscuirse dentro deella, puesto que el propósito de su integración a MediComera el de proporcionar servicios de videoconferencia y chat, yesto se logró haciendo una extensión para que la aplicación alestar previamente instalada en el sistema (Windows o Linux)pudiera ser invocada desde una ventana.

En segunda instancia, el módulo de visualización cuenta conla herramienta ImageJ que presenta una arquitectura abiertapara ser extensible mediante la integración de plugins [7].Es una herramienta stand-alone que para poder obtener lafuncionalidad de telecolaboración sobre la imagen médicadesplegada, fue necesario analizar la arquitectura de JGroups,

integrada ulteriormente. Esta herramienta, que hace parte delmódulo de colaboración, es un toolkit que brinda comuni-cación multicast con el fin de permitir una comunicaciónentre grupos cerrados, permitiendo la creación de canalespara facilitar el envío de mensajes entre los participantes. Suarquitectura esta dividida en tres partes fundamentales (que seven en el diagrama 2):

API del canal (interfaz de bajo nivel): ofrece la funcional-idad básica para comunicación en grupo.Pila de protocolos: estructurada en capas y encargadade implementar las propiedades específicas del canalmediante la adición de capas.Bloques (interfaz de alto nivel): construidos a partir dela combinación de elementos más básicos ya existentesy dispuestos en capas superiores a la del canal, queproporcionan al programador un nivel de abstracciónmayor, facilitando la tarea de desarrollar aplicaciones.

Figura 2. Arquitectura de JGroups (tomado de [5]).

Para su integración fue necesario revisar y analizar ladocumentación de diagramas de bajo nivel de las herramientasImageJ y JGroups, que se uso para generar diagramas decolaboración entre las clases de una y añadiendo las funcional-idades de la otra, logrando, a partir de esto, implementar elrequerimiento de transmisión de eventos sobre la imagen demanera multicast, en tiempo real, para los participantes de ungrupo cerrado. Uno de los diagramas utilizados se muestra enla figura 3:

Finalmente, para complementar las funcionalidades del mó-dulo de colaboración, se encuentra el toolkit que implementael estándar DICOM actual (ver documentación del estándar en[8]). En DICOM se dividen las especificaciones de los distintosservicios, en partes, las cuales se hicieron para que pudieranser expandidas sin tener que rehacer el estándar entero. En lafigura 4 se muestra un diagrama que pauta cómo se relacionandichas partes.

En DICOM se especifica una serie de servicios para la

Figura 3. Diagrama de Colaboración para Compartir Eventos

Figura 4. Partes de DICOM (tomado de [9]).

gestión de datos e información médica. Estos servicios sonde gran importancia para la definición del protocolo de trans-misión de imágenes médicas digitales en MediCom, puestoque se allí se describe un grupo de servicios detallandosu funcionamiento y la forma de su utilización, supliendoasí dicho requerimiento. Los servicios dentro de DICOMson vistos como Clases de Servicios (SC), dentro de loscuales los empleados para MediCom fueron Storage y StorageCommitment, que pueden ser clasificados como parte de unaarquitectura cliente/servidor. Estas clases de servicios sonagrupadas en una más general, llamada Image Storage ServiceClasses, que contienen clases relativas a los datos de la imagen.Dichos datos son siempre encapsulados en un IOD compuestoy utilizan los servicios compuestos (ver más en [9]). Las Clasesde Servicio de este conjunto son:

Storage Service Class o clase de Almacenado.Query/Retrieve Service Class o clase de Consul-ta/Recuperación.Study Contents Notification.

Dcm4che es una colección de aplicaciones y utilidades de

código abierto para la industria de la salud. Estas fueron desar-rolladas en el lenguaje de programación Java para portabilidady desempeño, soportando la implementación en JDK 1.4 haciaadelante. En el fondo, dcm4che es una aplicación robusta delestándar DICOM. Dentro de MediCom, la implementación delservicio utilizado (Image Storage Classes) y proporcionado poresta colección, está basada en el protocolo TCP/IP[10]. Paramayor entendimiento, la arquitectura de dcm4che se puede veren la figura 5.

Figura 5. Arquitectura de dcm4che según [10].

Finalmente, en la figura 6 se presenta el Diagrama deComponentes de MediCom, que muestra la distribución básicade sus componentes en el sistema, y exhibe la organización decada una de las herramientas escogidas dentro de los módulosdefinidos.

Figura 6. Diagrama de componentes propuesto para MediCom.

III. MEDICOM: HERRAMIENTA DE TELEMEDICINA PARAEL ANÁLISIS DE IMÁGENES E INFORMACIÓN

COMPARTIDAS

MediCom por sus propósitos médicos puede ser consideradacomo una herramienta de Telemedicina debido a que hace usode diferentes tecnologías con el fin de permitir al usuario,en este caso médicos especialistas, compartir información eimágenes médicas, colaborar con estas en tiempo real y almismo tiempo comunicarse entre sí. Sin embargo, MediComestá en una etapa inicial, en donde cumple con el propósitomás importante para el tiempo definido de ejecución y esser un prototipo funcional. Se espera entonces, que a partirde esto, la aplicación pueda ser un punto de partida paraingenieros o personas interesadas en querer mejorarla, y así,poder servir a la comunidad médica, proporcionando apoyo alproceso de diagnóstico en diferentes especialidades médicas;contribuyendo a la innovación en el tratamiento de pacientes,a la adquisición de conocimiento en nuevas estrategias deprestación del servicio de salud, al alcance en diferentes zonasgeográficas que no logren tener los suficientes medios para laprevención y tratamiento de enfermedades, entre otros.

A continuación, se muestran varias capturas de MediComen ejecución. La figura 7 muestra la interfaz inicial, es decir,la primera que verá el usuario al iniciar MediCom y al abriruna imagen con formato DICOM.

Figura 7. MediCom con imagen DICOM.

En la figura 8 se muestra una captura de MediCom abiertaen dos procesos diferentes, donde se logra captar el momentoen que se transmite (o comparte) una marcación realizadasobre una imagen médica, en tiempo real. Esta ilustraciónse hizo de manera local, sin embargo, es posible realizaresta misma función cuando se lleva a cabo desde máquinasseparadas, configuradas en la misma red local.

III-A. Dificultades técnicas encontradas y restricciones

Existen algunas restricciones de uso la herramienta lascuales deben ser consideradas para su correcto manejo, paraquienes estén interesados en su uso, continuación y mejora:

Figura 8. Captura de interacción con la imagen en dos sesiones sincronizadas.

Se debe tener en cuenta el tamaño de la memoria RAM almomento de la recepción de ciertas imágenes médicas,pues pueden ocupar un poco más de espacio que unaimagen normal debido a la cantidad de informacióncontenida en ellas, además de algunos aspectos como laresolución, el tamaño, colores, entre otras característicasque hacen parte de ella.En cuanto a la comunicación entre usuarios, la her-ramienta utilizada (Qnext) proporciona diferentes fun-cionalidades que permiten la telecolaboración, sin em-bargo, requiere de una conexión a Internet para poder co-municar a los usuarios entre ellos, ya sea mediante men-sajería instantánea o audio/vídeo conferencia. Además,necesita de la creación de una cuenta propia de Qnextpara su uso.Problema no resuelto: sincronización de eventos sobrelas imágenes y la barra de herramientas de ImageJ,presentado a continuación.

Tras haber logrado la construcción del módulo de comu-nicación y transmisión de imágenes DICOM a través de laherramienta dcm4che, se procedió con la elaboración de laspruebas del toolkit de colaboración JGroups, con el objetivode lograr entender y conocer su funcionamiento, los serviciosque presta e identificar la función que iba a desempeñar en esteproceso. Se probaron algunos de los ejemplos de la herramien-ta respectivamente y, mediante el análisis y construcción dediagramas de clases y de colaboración, se pudo establecerun diseño para incorporar JGroups con la herramienta devisualización ImageJ.

Por consiguiente, se creó una clase llamada Multicast (verfigura 3), a la cual se le envía como parámetro el panel quese quiere compartir, que, en este caso son dos, y serían loscorrespondientes a la barra de herramientas (Toolbar dentrodel código modificado de ImageJ) y aquel que contiene laimagen una vez abierta. De esta manera, una vez se inicialicela clase, también se cree el canal a través del cual se transmitenlos eventos realizados sobre cada uno de estos componentesgráficos. A continuación, se realiza una copia del evento enel componente accionado, para que, finalmente, éste puedaser distribuido por otro método al componente gráfico decada uno de los participantes del grupo y, por lo tanto, sean

todos capaces de ver los cambios hechos sobre la imagen o eltoolbar, en tiempo real.

Se realizaron distintas pruebas, tanto por separado como enconjunto, para lograr compartir tanto las opciones del toolbarcomo las acciones realizadas sobre la imagen, por lo cual,se vieron afectadas las clases Toolbar, ImageWindow, Image-Canvas e ImageJ, siendo estas las encargadas de llevarlasa cabo. Los problemas se presentan en la interacción conlos componentes de tipo PopUpMenu, por lo que hasta elmomento solo se han logrado compartir los eventos que serealizan sobre objetos de tipo Component, pertenecientes alAPI AWT, y se presentan ciertos inconvenientes al intentarrealizar la copia en aquellos objetos de tipo MenuComponent,del mismo API.

Debido a éstas dificultades, y para evitar confusiones alcontinuador de este proyecto, la clase Multicast sólo se utilizapara los eventos que se efectúan sobre el toolbar, y, para elmanejo de eventos sobre la imagen, se creó una clase muysimilar llamada ImageCollaboration, en la cual se procesan loseventos que tienen lugar sobre la imagen como tal, es decir,que interactúa con las clases ImageWindow e ImageCanvas.

IV. CONCLUSIONES

En definitiva, la Telemedicina en Colombia ha sido con-siderada como proceso fundamental en la medicina despuésde muchos años de ventaja con respecto a otros países comoHolanda, Francia, Estados Unidos, entre otros; gracias a ello,es posible empezar a abarcar proyectos ambiciosos que involu-cren el impulso y el desarrollo de ésta en el país, donde, a con-secuencia de esta aceptación y acogida, los logros obtenidos seven reflejados en la cobertura a nivel nacional (la cual resultaen “10 departamentos, 50 corregimientos y municipios conmás de 700.000 habitantes, 20.000 interconsultas realizadas,10.000 consultas en los últimos 2 años - con 5.397 en elprimer semestre del 2009), avances en la calidad de atenciónen salud (resultando una reducción del 77 % de remisiones,46 pacientes remitidos de 199 en estado crítico al ingreso -precio promedio por remisión: $5’000.000-, cobertura desdecualquier punto de Internet con 13 especialidades disponibles)y reducción de costos (dando como resultado una claradisminución de los costos de transporte, disminución de costosde no calidad, tecnología de bajo costo”[11]). Por esta razón,se dio inicio a MediCom. Se desea que en un futuro próximoesta herramienta permita aprovechar los recursos tecnológicoscon los que actualmente cuenta el país, y de esta manera,realizar un aporte de gran magnitud no solo al área de la salud,sino también en los ámbitos económico y social, tratandoque los resultados alcanzados hasta el momento mejoren yse logren difundir entre la población académica, científica ycivil.

Centrándonos en el desarrollo de este proyecto, se logró,primero, la comunicación mediante la aplicación del estándarDICOM para el envío de imágenes médicas, asegurando laintegrabilidad de la información transmitida gracias al uso

del protocolo TCP/IP, con dcm4che. Sin embargo, el tiem-po empleado para entender el uso de la herramienta queaplica dicho estándar fue mayor del esperado, puesto quela documentación de la herramienta no es suficiente. Ensegundo lugar, las herramientas escogidas fueron integradassatisfactoriamente, llevando a cabo el concepto de teleco-laboración y Telemedicina que se deseaba. Finalmente, seaplican pruebas unitarias y de integración a la herramienta,asegurando que cumpla con los requerimientos establecidosy con un estándar aceptable de calidad. Sin embargo, no selogran hacer pruebas de estrés ni de usabilidad que hubierandado rangos de tiempos y respuestas técnicas más precisas paraconocer acerca de los requerimientos no funcionales con losque cuentan las herramientas escogidas. Es así como a partirde lo anterior, se deja a manera de producto final el desarrollode un prototipo funcional de la aplicación (descargable enhttp://medicom-puj.sourceforge.net/).

De igual forma, una gran ventaja en cuanto a la fase deintegración, fue el lenguaje escogido, JAVA, debido a quepresenta las ayudas necesarias para una buena implementación(API’s de desarrollo) y que, de igual forma, es fácilmenteadaptable a cualquier tipo de aplicación orientada a objetoscomo, por ejemplo, las utilizadas para la construcción deMediCom.

Se reconoce también que JGroups es una excelente her-ramienta para lograr comunicación multicast entre variosmiembros de un mismo grupo, así como también para manejarotros aspectos que soportan la telecolaboración. Sin embargo,exige una curva de aprendizaje elevada para el entendimientode su estructura y funcionamiento, no por el trabajo enpequeñas aplicaciones como lo sería un simple chat, sino almomento que se desee integrar con algunas otras herramientascomo se intentó hacer con ImageJ. Se proponen entonces dossoluciones: por un lado, plantear un proyecto de creación ydesarrollo de un sistema multicast que sea embebible, quepermita una mejor acoplamiento con herramientas del tipo deMediCom y que posibiliten al desarrollador integrar cualquiertipo de herramienta de visualización con una herramientacolaborativa, para así lograr cumplir con mayores expectativas;o, por otro lado, arreglar y mejorar la integración ya realizadaen este proyecto sobre ImageJ, permitiendo la transmisión deeventos en tiempo real, de manera correcta y eficaz.

Para terminar, en relación a los beneficios e impacto, sepuede decir que existen más pros que contras lo que puedeocasionar la implementación de una idea de esta índole, puestoque además de ser una iniciativa que afecta positivamenteal proceso de investigación y de desarrollo de conocimientotecnológico y médico dentro del contexto colombiano, tambiénafectará, en un futuro, a la población colombiana (incluyendo,por supuesto, a médicos especialistas) que, finalmente, son aquienes interesa que el proyecto tenga un impacto positivo yde gran acogida, beneficiándolos de muchas maneras, comola disminución de costos y tiempo tanto en la realización dediagnósticos como en la prestación de servicios de salud, entremuchas otras. Se considera que es necesario que este proyectocontinúe o que otros por el estilo surjan para intentar apoyar

y/o mejorar los procesos anteriormente mencionados.Para más información sobre MediCom, visite la página web

http://pegasus.javeriana.edu.co/~CIS0930TK03/index.html.

AGRADECIMIENTOS

El presente trabajo fue desarrollado en el marco del proyecto“VITRAL: Construcción de un componente de procesamientode datos en computación gráfica” (código 3033), registradoen la Vicerrectoría Académica de la Pontificia UniversidadJaveriana.

REFERENCIAS

[1] Kitware Inc., “Paraview features,” 2008-09.[2] D. Evans, “A very basic dicom introduction: Dicom objects,” 5 2009.[3] T. Hacklaender, dcm4che Media and Network Applications. Institute of

Foreing Trade and Management, 7 2002.[4] W. Rasband, “Imagej: Tutorials and examples,” 2010.[5] B. Ban, “Reliable multicasting with the jgroups toolkit - chapter 1.

overview,” 2006-2010.[6] Qnext, “Qnext: Overview,” 2010.[7] W. Rasband, “Imagej - image processing and analysis in java,” Nov

2010.[8] National Electrical Manufacturers Association, “Digital imaging and

communications in medicine (dicom) part 1: Introduction and overview,”2008.

[9] F. Ballesteros, Desarrollo de aplicaciones DICOM para la gestion deimagenes biomedicas. PhD thesis, GVA-ELAI-UPM, 2003.

[10] G. Zeilinger, O. Montgomery, D. Evans, G. Zeilinger, F. Willer,S. Viswanathan, and T. Bowles, “The dcm4che project homepage,” tech.rep., dcm4che.org, 2010.

[11] E. R. Castro, “Logros y expectativas de la universidad nacional entelesalud,” 2009.