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Image and Medical Data Communication Protocols for Telemedicine and Teleradiology

Sachpazidis, Ilias :
Image and Medical Data Communication Protocols for Telemedicine and Teleradiology.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2008)

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Image and Medical Data Communication Protocols for Telemedicine and Teleradiology - PDF (v10 Nov. 2008)
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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Image and Medical Data Communication Protocols for Telemedicine and Teleradiology
Language: English
Abstract:

Telemedicine is currently being used to bridge the physical distance between patients in remote areas and medical specialists around the world. Distributed client-server applications have become very popular with the explosive growth of the Internet. These distributed applications provide an inexpensive and fast way to access medical information and also provide good accessibility and availability of medical service. Telemedicine applications are a client/server applications where medical and patient information is stored in a server and the information is made accessible to doctors and medical personnel at a distant site. In addition, depending on the type and the needs of the medical application different type of communication protocols and medical devices are utilized making interoperability and communication over different communication channels quite difficult. In my dissertation I analyzed first a range of telemedicine systems already used and I concluded that telemedicine systems can be categorized according to on three different features (layers): • Transportation protocol layer • Medical devices layer • Application layer The outcome of the analysis was that on the application layer, there exists a wide variety of different telemedical applications, each one supporting a special and focused medical application case. Thus, on the application layer a heterogeneous environment of medical use cases exists and it not possible to homogenize due to the particularities of each medical situation. Regarding the device layer, a plurality of different medical devices is used for each medical application supporting different functionality. As an example, one uses ECG devices for monitoring heard activity, blood pressure devices to measure the diastolic and systolic arterial pressure, ultrasound, CT, MRI devices for medical imaging analyzing physiological structures and so on. Nevertheless, although the individual devices will have to remain separate, I propose here an interfacing scheme enabling connection of the various devices to a unique data interface, enabling their individual data to be transferred and handled in a unique, transparent way. By this I integrated a wide variety of medical devices offering flexible solutions covering large number of home care, emergency and radiology applications. On the transportation layer I concluded that a number of various telecommunication protocols are utilized and miscellaneous types of data types and data sizes are to be exchanged, depending on their application. In addition, I concluded that all the communication protocols applied today show common problems emerging from firewalls and network address translation servers. I also concluded that the applied communication protocols do not support presence awareness of the users. Based on the aforementioned observations, I propose an instant messaging protocol able to homogenize the communication and transportation layer and support any data type and any data size while solving all of the existing problems at once. In this way I unified the various protocols, replacing them by only one, at the same time overcoming common problems arising from firewalls, NATs and mobility of the users. Traumastation shows exemplarily the correctness of my approach and demonstrates how several different medical devices can be integrated on one single case and support a wide variety of applications utilising thereby one single data transportation protocol.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Die gegenwärtige Telemedizin dient der Überbrückung der physischen Distanz zwischen Patienten in abgelegenen Gebieten und medizinischen Spezialisten rund um die Welt. Verteilte Client-Server Anwendungen wurden mit dem explosiven Wachstum des Internets sehr populär. Diese verteilten Anwendungen sorgen für einen preiswerten und schnellen Zugang zu medizinischen Informationen und liefern ebenso einen einfachen Zugang und gute Verfügbarkeit der medizinischen Dienste. Telemedizinische Anwendungen sind Client/Server Anwendungen, wo medizinische und Patienten-Informationen auf einem Server gespeichert werden. Diese Informationen werden Ärzten und medizinischem Personal an einem entfernten Ort zugänglich gemacht. Zusätzlich, abhängig von Typ und Anforderungen der medizinischen Anwendung, werden verschiedene Typen von Kommunikationsprotokollen und medizinischen Geräten eingesetzt, die die Kompatibilität und Kommunikation über verschiedene Kommunikationskanäle sehr schwierig macht. In meiner Dissertation analysierte ich zuerst bereits angewandte telemedizinische Systeme und kam zu dem Schluss, dass telemedizinische Systeme nach drei verschiedenen Ebenen (Schichten) kategorisiert werden können: • Transport-Protokoll-Ebene • Medizinische Geräte-Ebene • Anwendungsebene Das Ergebnis der Analyse war, dass auf der Anwendungsebene eine große Vielfalt von verschiedenen telemedizinischen Anwendungen existiert, jede Einzelne unterstützt einen speziellen und fokussierten medizinischen Anwendungsfall. Auf diese Weise entsteht eine heterogene Umgebung von medizinischen Anwendungsfällen auf der Anwendungsebene, und es ist aufgrund der Besonderheiten jedes medizinischen Anwendungsfalls nicht möglich, diese zu homogenisieren. Auf der Geräteebene wird eine Vielzahl von verschiedenen medizinischen Geräten pro medizinischer Anwendung verwendet. Zum Beispiel benutzt man EKG-Geräte zur Überwachung der Herzaktivität, Blutdruckgeräte zum Messen des diastolischen und systolischen arteriellen Druckes, Ultraschall-, CT- und MRT-Geräte zur medizinischen Bildverarbeitung, die physiologische Strukturen analysiert etc. Nichtsdestotrotz, obwohl die einzelnen Geräte separat bleiben müssen, schlage ich hier ein Kopplungsschema vor, das die verschiedenen Geräte zu einem einzigen Dateninterface verbindet und es ermöglicht, ihre individuellen Daten auf einzigartige, transparente Weise zu übertragen und zu handhaben. Dadurch integrierte ich eine große Vielzahl an medizinischen Geräten, die flexibel einsetzbar sind und eine große Anzahl von Anwendungen , wie Heimpflege, Notfall und Radiologie, abdecken. Auf der Transportsebene kam ich zu dem Schluss, dass viele verschiedenere Telekommunikationsprotokolle benutzt werden und unterschiedliche Datentypen und Datengrößen abhängig von ihrer Anwendung ausgetauscht werden müssen. Zusätzlich stellte ich fest, dass alle heutzutage angewandten Kommunikationsprotokolle gemeinsame Probleme haben, die durch Firewalls und Netzwerk-Adressumwandlungsservern entstehen. Ich kam ebenso zu dem Schluss, dass die angewandten Kommunikationsprotokolle das „presence-status“ der Benutzer nicht unterstützen. Basierend auf den genannten Beobachtungen schlage ich ein Datentransfer-Protokoll vor, das in der Lage ist, die Kommunikations- und Transportfunktion zu homogenisieren und jeglichen Datentyp und jegliche Datengröße zu unterstützen und somit alle bestehenden Probleme auf einmal zu lösen. Auf diese Weise vereinheitlichte ich die verschiedenen Protokolle und ersetzte sie durch eines. Gleichzeitig überwand ich Probleme, die aus Firewalls/NATs und der Mobilität der Benutzer entstehen. Die Traumastation zeigt exemplarisch die Richtigkeit meines Ansatzes und demonstriert, wie einzelne verschiedene medizinische Geräte zu einem einzigen Koffer/Einheit integriert werden können und unterstützt eine große Vielfalt von Anwendungen, die dazu ein einziges Datentransportprotokoll benutzt.German
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin, Gesundheit
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
Divisions: Fachbereich Informatik > Graphisch-Interaktive Systeme
Date Deposited: 11 Nov 2008 10:26
Last Modified: 07 Dec 2012 11:54
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-11578
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Encarnação, Prof. Dr.- José Luis and Sakas, Prof. Dr.- Georgios
Refereed: 24 September 2008
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/1157
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