L'urologie par ses images : Partie K. L'environnement numérique intégral en urologie. Le PACS

01 juin 2004

Mots clés : imagerie
Auteurs : F. Lefevre, J. Hubert, J.L. Descotes
Référence : Prog Urol, 2003, 13, 1171-1176
Partie K
L'environnement numérique intégral en urologie
Le PACS
F. Lefevre, J. Hubert, J.L. Descotes

Les technologies de l'information et l'informatique évoluent vite, peut être trop vite ; elles s'étendent progressivement dans tous les domaines de nos pratiques médicales. L'imagerie médicale a bénéficié depuis l'avènement du scanner de ces progrès technologiques ; actuellement l'imagerie médicale est un environnement numérique intégral. A travers les quelques chapitres qui suivent, différents aspects de la gestion de l'information seront abordés afin de comprendre les enjeux de cette mutation en cours, et de donner des clés pour que chaque clinicien y trouve sa place.

A. L'imagerie médicale au XXIème siècle

I. L'ESSENTIEL

Références

L'imagerie médicale est maintenant numérique

Augmentation du nombre d'examens par patient et du nombre d'images par examen

Importance d'un dossier de synthèse par examen afin d'en faciliter l'accès

II. SANS OUBLIER

L'imagerie médicale a un rôle majeur dans la prise en charge du patient pour un très grand nombre de pathologies. Les services d'imagerie ont un rôle « carrefour » dans l'hôpital, et leur fonctionnement conditionne en partie l'organisation générale de chaque établissement.

Durant les 15 dernières années, il y a eu une évolution essentielle de l'imagerie :

- une numérisation progressive des systèmes permettant d'acquérir les images. Actuellement seule la mammographie est en retrait mais plus pour très longtemps. En tout état de cause dans la pratique urologique, on peut considérer l'imagerie comme entièrement numérique.

- une inflation considérable, rapide et continue, de la production des images médicales. Plusieurs facteurs expliquent cette inflation : le développement des différentes techniques d'imagerie couramment utilisées : RX, Echo, scanner, IRM, médecine nucléaire, angiographie et radiologie interventionnelle ; l'inflation rapide de la quantité d'images produites par examen (il est courant qu'un scanner comprenne plus de 800 images alors que 5 ans auparavant il n'y en avait que 80).

Cette inflation quantitative et qualitative des images médicales a des conséquences concrètes sur la pratique médicale, avec notamment :

- une difficulté pour le clinicien - et souvent le radiologue lui même - à consulter la totalité des images d'un examen d'imagerie.

- une demande formulée de façon de plus en plus pressante par les cliniciens, d'une sélection des images pertinentes : les plus significatives d'un examen donné (en particulier scanner RX et IRM), établissement d'un dossier de synthèse, résumé en une dizaine d'images « clef » d'un cas, dossier utilisé en priorité pour les visites « assises », les réunions multidisciplinaires... En pratique, une telle sélection est déjà de fait réalisée par les radiologues lors de l'impression des planches et films pour la plupart des modalités, car il n'est plus possible d'imprimer plusieurs centaines d'images.

- une difficulté croissante dans les services d'imagerie, les services cliniques, les archives centrales des établissements pour archiver, puis récupérer toutes les images d'un patient, de façon fiable et rapide.

B. Qu'est ce qu'une image ?

I. L'ESSENTIEL

Références

Une image se caractérise par sa matrice (nombre de points) et sa profondeur (nombre de niveau de gris ou de couleur)

Une image de scanner fait environ 0,5 Mo et un examen complet environ 400 Mo

Un cliché de radio pulmonaire fait 10 à 15 Mo

Le format des images radiologiques s'appuie sur le standard international DICOM. La compression des images est possible sans entraîner de perte d'information médicale.

II. SANS OUBLIER

En imagerie médicale il est important de distinguer les images par projection qui correspondent à la radiologie standard et à l'angiographie de l'imagerie en coupe qui représente globalement le reste de l'imagerie.

La radiologie standard produit des images d'un poids informatique important, mais en faible nombre, à l'exception de l'angiographie, alors que l'imagerie en coupe acquiert de très nombreuses images qui ont un poids informatique faible.

1. « Poids » des images

Chaque image numérique peut se définir par le nombre de points qui la compose (matrice), par sa profondeur (niveau de gris ou couleur par pixel), et par un en-tête qui correspond à la carte d'identité de l'image (taille, norme, ...) (Tableau 1) (Figure 1).

2. Norme DICOM

Pour pouvoir échanger des images entre différentes sources, un standard a été développé : la norme DICOM (Digital Imaging and Communicating in Medicine). Cette norme qui va bien au delà d'un simple format d'image règle aussi la communication et les échanges entre les différentes unités d'un même service. Cette norme est appliquée par l'ensemble des fournisseurs d'imagerie médicale, mais son caractère international lui permet d'être étendue à d'autres sources d'image comme par exemple une caméra d'endoscopie, de coelioscopie, une image d'anatomopathologie...

Cette norme est en constante évolution : récemment le standard a intégré l'algorithme de compression JPEG 2000, et travail à l'intégration du mode de compression des images dynamiques selon l'algorithme MPEG.

Le mode JPEG est adapté pour les images fixes, chaque image est compressée individuellement. La compression MPEG est au contraire idéale pour les images dynamiques ou ciné car le facteur de compression est plus important puisque les images sont comprimées en tenant compte des images précédentes. Cela a pour principal inconvénient des arrêts sur image dégradés.

Pour en savoir plus, consultez les sites Internet qui traitent spécifiquement du format des images. Il est tout de même intéressant de remarquer que l'adoption des standards de l'industrie de l'image et de la vidéo permet de faire baisser les coûts de développement et rendre les images facilement accessibles avec un simple micro-ordinateur.

3. Compression des images

Devant des examens de plus en plus volumineux il devient intéressant de leur appliquer une compression pour en faciliter la diffusion et le stockage. Deux grandes méthodes se distinguent :

- la compression sans perte qui réduit le volume de l'image de façon relativement faible (2 à 3 fois), mais qui permet de revenir à l'information initiale.

- la compression avec perte qui détruit une partie des données pour mieux en réduire le volume (2 à 60 fois). Toutefois la notion de perte d'information est avant tout une réalité informatique avant que cela ne se voie effectivement sur l'image. Le choix de l'intensité de la compression se règle pour limiter le volume de l'image sans en altérer son contenu informatif. Par exemple une image de scanner supporte une compression avec perte jusqu'à un facteur 6 alors qu'une radiographie pulmonaire supporte un facteur de 20.

C. Les systèmes d'information

I. L'ESSENTIEL

Références

- SIH : système d'information hospitalière, indispensable pour mettre en place tout autre système (dossier patient, RIS, PACS)

- SIR : système d'information radiologique, il s'appuie sur le SIH

- PACS (Picture Archiving and Communication Systems): système d'archivage et de communication des images qui ne peut fonctionner sans SIR qui identifie les patients.

II. SANS OUBLIER

La parfaite connaissance de l'identification du patient dans les structures hospitalières est fondamentale car toutes les informations produites pour ce patient doivent parvenir dans son dossier et uniquement dans le sien. Le principe est simple, mais il ne faut pas s'y tromper, cela est d'une extrême difficulté. Les systèmes de gestions des patients sont complexes à maintenir et à faire évoluer, or il n'est pas rare que ces systèmes aient été mis en place il y a plusieurs dizaines d'années. Compte tenu de l'évolution de l'informatique il est facile de comprendre que modifier ce type de base de données sans arrêter les soins et perdre les antériorités est un vrai défi.

Pourtant aucun autre système d'information ne peut correctement fonctionner sans le système d'information hospitalière, mais il en va autrement pour les structures non hospitalières qui sont des structures plus simples.

La gestion des images médicales s'articule donc avec les au-tres systèmes d'information de l'établissement :

- le SIH (Système d'Information Hospitalier): organise la gestion administrative du malade, la gestion du dossier médical, la base de données médico-administrative.

- le SIR (Système d'Information Radiologique): système d'information des services de radiologie, permettant la gestion des examens d'imagerie du patient (prise de rendez-vous, suivi du patient dans le service de radiologie, codification des actes, compte-rendu). Il est logiquement lié ou intégré au SIH.

- les dossiers médicaux : système d'informations des services permettant la gestion de leur patient (compte-rendu, traitement, suivi...)

- le PACS : système de communication et d'archivage des images permet la gestion des images, il est sous la dépendance fonctionnelle du RIS et doit pouvoir communiquer avec les dossiers médicaux.

D. Le PACS

I. L'ESSENTIEL

Références

La mise en place d'un réseau d'image (PACS) entraîne la disparition progressive du film radiologique.

Le PACS stocke les images sur des durées longues.

L'intégration du PACS dans les autres systèmes d'information (SIR, SIH) permet de lier les images aux différents dossiers qu'un patient peut avoir dans une institution.

II. SANS OUBLIER

Le développement de réseaux images (ou PACS) est la réponse technologique à l'augmentation du volume d'information et à la difficulté de distribution et d'archivage des images radiologiques.

Ces systèmes ont pour but d'archiver les images dès leur production, sous forme numérique, puis de les faire circuler dans les services concernés (services d'imagerie et services cliniques, établissement extérieurs). [1]

Le film radiographique classique disparaît donc, pour être remplacé par une consultation directe des images, par le radiologue et par le clinicien, sur écran haute résolution, voire celui d'un ordinateur de bureau.

Il s'agit donc à terme d'une gestion sans film (« filmless ») de la prise en charge du patient et de la tenue de son dossier.

La capacité totale de stockage nécessaire pour un serveur d'images est de plusieurs téraoctets (1 téraoctet = 1000 gigaoctets). Même avec facteur de compression de 10, cette capacité reste considérable. L'organisation de telles archives est souvent envisagée selon 3 niveaux :

- une mémoire de travail d'une capacité faible mais très rapide comprenant toutes les images utiles pour plusieurs mois d'utilisation. La tendance actuelle porte à plusieurs années ce stockage court terme à accès rapide.

- une archive de masse d'un volume très important dont le temps d'accès est plus lent et comprenant toutes les images de l'hôpital. Elle peut être gérée par un robot permettant de stocker et de relire plusieurs disques optiques, ou bandes magnétiques de grande capacité. La capacité de chaque unité est de l'ordre de quelques téraoctets à quelques centaines de téraoctets. Les images pourront y être conservées quelques années.

- une archive sur étagère qui correspond au stockage des supports informatiques (disque, bandes ...) dans un local technique une fois le robot d'archive plein et au stockage de la sauvegarde (duplication des supports).

Au-delà de l'archivage, les systèmes PACS distribuent l'information sur des consoles diagnostiques qui permettent au radiologue de lire l'ensemble des images produites, d'en faire le compte rendu. Les consoles de revue radiologique possèdent des fonctionnalités avancées : sélection des images, réalisation d'un dossier de synthèse, reconstruction basique des images en coupes (MPR, MIP). Les traitements complexes des images (Volume rendering, mesure de volume, analyse des vaisseaux, endoscopie virtuelle ...) restent dédiés à des consoles spécifiques mais très coûteuses.

L'intégration entre le SIR (comptes rendus), et le PACS (les images) permet sur les consoles de revue d'avoir sur le même ordinateur l'ensemble du dossier radiologique patient. Dans les institutions possédant un dossier médical commun électronique, l'intégration doit évidemment être possible avec le PACS.

E. La communication des images

I. L'ESSENTIEL

Références

Dans les structures sans PACS les images sont diffusées sur des supports mixtes (analogique : film, papier ; numérique : CD rom).

Dans un environnement PACS, les images sont diffusées à travers un réseau informatique, sans support analogique (« filmless »)

II. SANS OUBLIER

1. Dans un environnement sans PACS

La transmission des images avec le compte rendu est la règle en imagerie médicale, mais devant une production pléthorique, la question se pose pour les radiologues de la façon de rendre à leurs correspondants une information pertinente sur un support fiable, économiquement viable, tout en restant conforme aux contraintes légales.

La notion d'information pertinente renvoie automatiquement à la sélection des images. Cette sélection ne doit pas être un simple échantillonnage automatique des images (1 image sur x sélectionnée), mais un choix intelligent adapté au compte-rendu de l'examen. Au final la sélection des images est un choix médical fait par le radiologue après ou durant l'interprétation ; pour les examens non pathologiques et simples, des protocoles peuvent être établis afin que les manipulateurs puissent aider les médecins dans cette tâche.

La fiabilité renvoie naturellement à la durabilité du support et à son accessibilité. Le film et le papier remplissent ces conditions sous quelques réserves en particulier avec les films dits « secs ». Par contre pour le CD cela est plus difficile car l'information sur un support informatique n'étant pas directement accessible, le support doit donc être de bonne qualité et en bon état. L'accessibilité du CD est correcte mais pas toujours sans problème : qui ne connaît pas quelques personnes opposées à l'informatique ou possédant du matériel obsolète...

Il n'existe pas de solution universelle, mais plusieurs pistes peuvent se dessiner pour transmettre un examen radiologique. Il est possible de remettre au patient : une sélection d'images sur film ou sur papier associée à un CD avec l'ensemble des images (au maximum 1200) ; un CD avec les images et la sélection ; une large sélection d'images sur film reconstruites en coupes plus épaisses. Cette dernière solution semble toutefois la plus mauvaise, car la destruction des images dites natives est obligatoire sauf à organiser un archivage.

2. Dans un environnement avec PACS

Un des principaux objectifs des PACS consiste à faciliter et assurer une meilleure diffusion de ces données aux médecins et personnel soignant. Cette valeur ajoutée de l'informatique dans la pratique ne prend tout son sens que si les données convoyées sont complètes et facilement accessibles quelle que soit la localisation de l'utilisateur. Cela peut parfois prendre l'aspect d'un défi technologique lorsqu'il s'agit de fournir des données visuelles tel que les images médicales et des graphiques en association avec les données numériques et textuelles. Ces dernières années on assiste à une progression phénoménale des moyens informatiques de support aux documents multimédia grâce, notamment, à l'évolution des réseaux Internet. Les outils du World Wide Web (WWW) conçus pour faciliter l'accès aux documents textes, sons et images offrent des concepts nouveaux dans la visualisation et la manipulation de ces documents. L'adoption de ces nouveaux outils informatiques en médecine fait l'objet de beaucoup de projets. L'universalité des programmes de «navigation» dans les données «multimédia» sont particulièrement attractifs pour la consultation de données du dossier médical informatisé et donc aussi des images. [2, 3]

F. Comment visionner les images ?

I. L'ESSENTIEL

Les stations de revue dédiées au radiologue sont complexes et coûteuses

Les stations de visualisation avec des outils WEB pour l'usage courant sont simples, accessibles et peu coûteuses.

Les stations intermédiaires sont réservées à des besoins spécifiques (chirurgie assistée, cardiologie).

II. SANS OUBLIER

Tout concourt au développement rapide d'une radiologie sans films dont l'apport essentiel réside, non pas sur la suppression du film (hard copy), mais sur la capacité de lire les images sur des écrans de visualisation (soft copy) afin d'en extraire toutes les informations par des conditions optimales d'agrandissement et de fenêtrage (luminosité et contraste).

L'existence de différentes types d'utilisateurs (e.g. radiologues, cliniciens, personnels infirmiers) conduit à définir différents types de stations pour l'affichage et la consultation.

1. Trois types de stations de travail peuvent être définies :

- les station de revue ayant des fonctions étendues complexes et coûteuses, mises à la disposition des radiologues pour le travail sur console des données natives (côut de 30 à 50 000 ¤). Il faut distinguer ces consoles des stations de traitement 3D spécifiques qui sont encore plus onéreuses, mais qui ne sont pas adaptées pour l'interprétation (Virtuoso, Advantage window, Vitrea, ... ; coût de 70 000 à 150 000¤) (Figure 2).

- les stations de consultation placées dans les unités de soins, qui possèdent des fonctionnalités simples (mesures, contraste, intensité, zoom, comparaison...). Ces stations utilisent fréquemment des technologie du WEB (navigateur internet, java, jpeg ....) afin de faciliter leur diffusion puisque ces outils sont peu onéreux (coût de 1 500¤)

- des stations intermédiaires qui permettent de répondre à des besoins spécifiques souvent liés à des activités chirurgicales (stéréotaxie, chirurgie assistée par ordinateur, neuro-navigation, prothèses orthopédiques) et cardiologiques (angiographie, coronarographie ...). Le coût de ces consoles ne permet actuellement pas de les diffuser à grande échelle (coût de 15 à 20 000¤).

Cette distinction est très relative et le nombre de fonctions de traitement local des images au niveau des unités de soins ne fera que croître avec l'augmentation de la puissance des micro-ordinateurs.

2. Les coûts des matériels

Pour comprendre les enjeux de la mutation de l'imagerie sur film à l'imagerie sans film, il faut connaître quelques données économiques.

Le coût du film : le prix unitaire d'un support film 36X43 cm est d'environ 1,5¤ sans compter les frais annexes (amortissement du reprographe, coût de la chimie, de l'eau, de la maintenance). Pour un uro-scan le coût des planches peut être de 15 à 30¤. A l'échelle d'un établissement hospitalier le budget film est très important et peut dépasser le million d'euros par an. Plus les modalités produisent d'images et plus le nombre de film augmente, au point où il devient déraisonnable d'imprimer toutes les images. Par exemple une scanner de 1000 images serait imprimé sur 50 planches de 20 images !!!

Le passage aux supports numériques permet de diminuer très fortement les consommables mais impose des investissements qui peuvent être lourds (plusieurs millions d'euros), mais il semble plus facile pour les hôpitaux de faire des investissements que de toujours augmenter la facture des consommables. L'augmentation du nombre d'images par examen n'entraîne pas une augmentation proportionnelle des coûts du PACS. Le retour sur investissement peut intervenir en 3 à 5 ans selon le niveau d'économie réalisé sur les films et sur la rapidité de déploiement du projet. En d'autres termes plus un hôpital passe rapidement à l'imagerie sans film, plus le projet est facile à équilibrer économiquement.

3. Pourquoi cette évolution est inéluctable ?

a) Pour le radiologue :l'imagerie médicale est aujourd'hui numérique, mais la quantité d'information produite devient si volumineuse pour un examen qu'il est difficile voire impossible de lire des images sur un support analogique. Cet état rend de fait difficile la transmission des informations vers les cliniciens et les patients. Par conséquent les solutions d'archivages électroniques et de diffusion des images deviennent indispensables, car l'image doit diffuser vers les cliniciens. Toutefois les modes de visualisation et de diffusion des images radiologiques doivent évoluer en profondeur, car les méthodes actuellement utilisées ne sont pas directement transposables dans un environnement digital. [4] b) Pour le clinicien :la diffusion électronique des images est inéluctable, mais les outils proposés pour appréhender les images doivent être performants et pouvoir s'adapter aux besoins du clinicien et non l'inverse. Les systèmes actuellement déployés répondent à ce cahier des charges minimal. Ces évolutions se feront progressivement, la mise en place des réseaux d'images pouvant être un des moteurs de ces évolutions (Dossier patient électronique, prise de rendez vous, serveurs de résultat biologique...) [5] c) Pour le directeur d'hôpital :l'expérience des sites hospitaliers qui sont déjà très avancés dans le domaine de la gestion et la diffusion électronique des images, montre que le retour sur investissement d'une migration du film radiologique vers le sans film (filmless) est réalisable en 3 à 5 ans. Au-delà de ces considérations économiques, une gestion électronique des images améliore la productivité des radiologues (accès à l'image rapide et permanente) et des secrétaires (dictée numérique des comptes-rendus, reconnaissance vocale, suppression de la gestion des films ...). [6] d) Pour le patient :l'évolution des droits du patient sur l'accès direct à son dossier médical entraîne actuellement des difficultés pour les services d'information médicale qui ont de nombreuses demandes. En effet un patient dans un hôpital peut avoir autant de dossiers que de séjours dans les différents services qui l'ont à un moment pris en charge. La gestion électronique du dossier patient et des images permet de disposer d'un outil fiable et puissant puisque dans l'idéal un patient ne possède dans un hôpital qu'un seul dossier.

G. Conclusion

L'évolution vers le tout numérique est inéluctable, puisque cela est déjà en place. Cette réalité (la visualisation des images sur un écran) va nécessiter des adaptations à ce nouveau mode de travail de la part des cliniciens (accès aux images, outils et matériel de visualisation, formations ...).

La radiologie s'est organisée pour harmoniser les échanges et les images produites par les différentes modalités (TDM, IRM, UIV, échographie, Pet-scan ...) dans une norme international le DICOM. Cette norme a pour but de fédérer toutes les sources d'images de quelque nature qu'elles soient.

Les urologues sont aussi des producteurs d'images (échographie, endoscopie, scopie de bloc...) ; il est donc important dans le choix des appareils de valider avec le constructeur, avant l'achat, la compatibilité DICOM avec le réseau d'images de sa structure hospitalière (seul un test physique de connexion peu répondre formellement à cette question).

Références

1. STRICKLAND, N.H., PACS (picture archiving and communication systems): filmless radiology. Arch Dis Child, 2000. 83(1): p. 82-6.

2. SIEGEL, E. and B. REINER, Work Flow Redesign: The Key to Success When Using PACS. AJR Am J Roentgenol, 2002. 178(3): p. 563-566.

3. REINER, B.I., et al., Effect of filmless imaging on the utilization of radiologic services. Radiology, 2000. 215(1): p. 163-7.

4. STRICKLAND, N.H., Can PACS make a radiology department more competitive? Eur J Radiol, 1999. 32(2): p. 113-5.

5. HIRSCHORN, D.S., et al., Impact of a diagnostic workstation on workflow in the emergency department at a level I trauma center. J Digit Imaging, 2001. 14(2 Suppl 1): p. 199-201.

6. SACK, D., Increased productivity of a digital imaging system: one hospital's experience. Radiol Manage, 2001. 23(6): p. 14-8.

Quelques sites Internet : DICOM : http://medical.nema.org/

www.psychology.nottingham.ac.uk/staff/cr1/dicom.html

http://dicom.online.fr/

PACS : http://www.auntminnie.com

http://www.diagnosticimaging.com/

Système d'information :

http://www.gmsih.fr/default.htm