AI要約：医療情報学-第5回

概要

本講義では、医療情報学における画像保管通信システム(PACS)について詳細に解説された。PACSは医療画像を電子的に保管・配信するシステムであり、診断や患者説明、手術シミュレーションなど様々な用途で利用されている。講義では、PACSの構成要素、DICOM規格、画像圧縮技術、ネットワーク通信、ストレージ管理、モニター品質管理、そして遠隔医療への応用まで幅広く取り上げられた。

主要な概念と理論

提起された重要な質問

主要なポイントと学習目標のまとめ

トピック1:PACSの構成とDICOM規格

PACSは医療画像を電子的に保管・配信するシステムであり、その中核となるのがDICOM規格である。DICOMは異なるメーカーの撮影装置(CT、MRI、CR等)から出力される画像を統合的に保存可能にする標準規格である。しかし、DICOM規格は非常に広範な項目を含んでおり、全ての装置が全項目に準拠しているわけではない。そのため、システム構築時には適合性宣言書(Conformance Statement)を取り交わし、装置間の互換性を確認することが重要である。
PACSの構成要素には、画像保存、通信、ストレージ容量、ネットワーク性能、画像圧縮技術、画像表示装置、セキュリティが含まれる。医療画像には様々な種類があり、グレースケール画像、カラー画像、動画など多様な形式が存在する。解像度も512×512から4000×4000以上まで幅広く、階調数も8ビットから16ビットまで様々である。

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トピック2:画像データ容量とネットワーク通信

画像データ容量の計算は、PACSのストレージ設計において重要である。計算式はD = R × C × G × Nで表され、例えばCT画像250枚(512×512ピクセル、12ビット)の場合、約125メガバイトとなる。年間の画像発生量を予測し、圧縮率も考慮してストレージ容量を決定する必要がある。
ネットワーク通信速度はbps(bits per second)で表され、バイトとビットの換算が重要である。例えば、1ギガbpsのネットワークで100メガバイトの画像を転送する場合、約0.8秒かかる計算となる。実際の計算では、単位をバイトかビットのどちらかに統一して行う必要がある。
画像圧縮技術には可逆圧縮と非可逆圧縮がある。JPEG圧縮は離散コサイン変換(DCT)を用い、高圧縮時にブロックノイズやモスキートノイズが発生する。JPEG2000(ウェーブレット圧縮)は、より高い圧縮率を実現でき、16ビット画像もそのまま扱えるが、処理時間がかかる。動画圧縮にはMotion JPEGやMPEGが使用される。

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トピック3:PACSの信頼性とセキュリティ

PACSには真正性、見読性、保存性の確保が求められる。真正性とは、正当な権限で作成された記録に対して、虚偽入力、書き換え、消去、混同が防止されており、作成責任の所在が明確である性質を指す。画像確定後の追記や変更には正規の手続きが必要で、変更履歴も記録される。
システムの信頼性と安全性のため、24時間365日の安定稼働が必要である。これを実現するため、システムの冗長化が行われる。具体的には、データベースサーバー、ストレージサーバー、ドメインコントローラーサーバー、バックアップサーバーを二重化し、通信網もファイバーチャネルスイッチで二重化する。ストレージはRAID構成とし、無停電電源装置(UPS)も設置する。さらに、LTO(Linear Tape-Open)などの磁気テープに定期的にバックアップを取り、長期保存に備える。
ストレージ構成には、DAS(Direct Attached Storage)、NAS(Network Attached Storage)、SAN(Storage Area Network)がある。病院などの大規模施設ではSANが使用され、個人や小規模施設ではNASが一般的である。

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トピック4:医療用モニターの品質管理

医療用モニターは診断に直接影響するため、厳格な品質管理が必要である。モニターの性能は、画面サイズ(インチ)、解像度(メガ数)、階調数、輝度で評価される。解像度は画素数を指し、1メガ、3メガ、5メガなどがある。診断能を確保するため、画像の画素数とモニターの画素数が1対1で表示できることが望ましい。
医療用モニターはGSDF(Grayscale Standard Display Function)と呼ばれるDICOMカーブに準拠する必要がある。GSDFは、JND(Just Noticeable Difference:最小弁別閾値)に基づいて定義されており、人間が識別できる最小の輝度差を考慮している。輝度の単位はカンデラ毎平方メートル(cd/m²)で表される。
品質管理には、日本放射線技術学会(JESRA)が定めた「医用画像表示用モニターの品質管理に関するガイドライン(JESRA X-0093)」や、JIS規格がある。これらには受け入れ試験と不変性試験が規定されている。受け入れ試験は導入時に行い、不変性試験は定期的に実施する。試験項目には、最大輝度、輝度均一性、輝度比、コントラスト応答、グレースケール、アーティファクト、照度などが含まれる。
測定には輝度計、照度計、色度計が使用される。テストパターンとしては、TG18-QCパターン、TG18-LN18パターン、TG18-UN80パターンなどが用いられる。最近の医療用モニターには輝度計が内蔵されており、専用ソフトウェアで自動的にキャリブレーションが可能である。

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トピック5:可搬型媒体を用いた情報連携

PACSはオンラインだけでなく、オフラインでの画像連携も可能である。IHE(Integrating the Healthcare Enterprise)のPDI(Portable Data for Imaging)統合プロファイルに基づき、CD-RやDVDなどの可搬型媒体を用いた医療機関間の画像情報連携が標準化されている。
PDIのデータ構造では、DICOMDIRフォルダに全てのDICOMファイルが格納され、INDEX.HTMからウェブコンテンツにアクセスできる。多くの場合、ビューアアプリケーションも同梱されており、受け取った側は特別なソフトウェアなしで画像を閲覧できる。この仕組みにより、クリニックから大学病院への紹介時などに、画像データを確実に共有できる。

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トピック6:遠隔医療の現状と展開

遠隔医療には、D2P(Doctor to Patient)、D2D(Doctor to Doctor)、D2NP(Doctor to Nurse to Patient)の形態がある。D2Pは医療機関と患者宅間で実施され、D2Dは医療機関同士で実施される。遠隔医療システムには、テレコンサルテーション(遠隔相談)、テレラジオロジー(遠隔画像診断)、テレパソロジー(遠隔病理診断)、テレホームケア(在宅医療支援)がある。
1997年に厚生労働省が、適切な要件を満たせば遠隔医療は医師法に抵触しないとの通知を出し、遠隔医療が可能となった。令和2年の調査では、テレラジオロジーを導入している施設は全国で約2,000、テレパソロジーは約400となっている。テレラジオロジーは、放射線科医がいない病院や、コスト面での利点から普及が進んでいる。
現在では、スマートフォンやタブレットを使用したオンライン診療アプリにより、自宅にいながら医師の診察や薬の処方を受けることが可能になっている。診察予約、問診、ビデオ診察、決済、薬の配送まで一連の流れがオンラインで完結する。ただし、対象疾患は内科系が中心で、外科系や整形外科などは限定的である。
遠隔医療におけるセキュリティは重要であり、VPN(Virtual Private Network)や専用線を使用した暗号化通信が必須となる。画像情報はDICOM形式で送信され、診断レポートはオンラインで返送される。電子カルテやオーダリングシステムとの連携により、依頼から結果確認までシームレスに行われる。

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実施すべきアクションステップ/課題

NA

補足資料

＜AIの出力結果をそのまま掲載しています（未編集、正確性未担保）＞