CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN Teleradiology là từ kết hợp giữa “Tele” và “Radiology”, với ý nghĩa là thực hiện các chẩn đoán từ xa cho khoa X Quang (bao gồm cả CT, MRI). Vào cuối thập kỷ 90 của thế kỷ trước, teleradiology được sử dụng chủ yếu bởi các bác sĩ chẩn đoán hình ảnh tại các nước phát triển nhằm hỗ trợ chẩn đoán từ xa cho các ca cấp cứu, ca khó. Để phục vụ cho Teleradiology, các bác sĩ cần các thông tin như tiền sử bệnh, triệu chứng lâm sàng, các hình ảnh X Quang, CT, MRI hoặc siêu âm. Hãy thử hình dung, một bác sĩ ngồi tại phòng làm việc của ông ta, và chỉ với một cái nhấp chuột thì đã có tất cả thông tin cần thiết để phục vụ chẩn đoán, đó là lợi ích của Teleradiology (mô tả tại hình bên dưới).
Minh hoạ Teleradiology Hiện nay, nền y tế nhiều quốc gia đã đưa vào triển khai Teleradiology bao gồm các dịch vụ chẩn đoán và điều trị bệnh từ xa với sự hỗ trợ của các công nghệ truyền thông tối tân. Nga đang là một trong những nước đi đầu trong việc triển khai rộng khắp và toàn diện nhất chương trình này. Ngay từ năm 1991, chính quyền các cấp và các cơ quan chức năng Nga đã áp dụng phổ biến việc "Chẩn đoán từ xa" thông qua điện đàm. Điều này cho 1 phép bất cứ một bác sĩ tuyến cơ sở, dù ở khu vực xa xôi hẻo lánh đến mấy, cũng có thể liên lạc với các chuyên gia y tế đầu ngành không chỉ trong phạm vi một quốc gia mà còn có thể tham vấn các chuyên gia nổi tiếng ở nhiều lĩnh vực trên toàn thế giới.
Sự tiến bộ của Công nghệ thông tin và Viễn thông ngày nay không những cho phép truyền tức khắc những thông tin không chỉ ở dạng lời nói văn bản hoặc hình ảnh tĩnh mà còn cả những hình ảnh động như hình ảnh X Quang động, hình ảnh siêu âm, điện tâm đồ, não đồ, hình ảnh nội soi,… Chức năng hội nghị của công nghệ truyền thông cũng cho phép các bác sĩ, cùng các giáo sư chuyên gia tiến hành hội chẩn đa phương trực tuyến với số lượng người tham gia không hạn chế. Hiện tại, Teleradiology đã được áp dụng ở các nước phát triển như Anh, Mỹ, Pháp, Đức,… và bắt đầu có mặt tại các nước đang phát triển. Teleradiology đã được nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây [11-15]. Tại các nước phát triển, người ta dành hẳn một mạng riêng cho Teleradiology do yêu cầu nghiêm ngặt trong việc truyền dữ liệu của chuẩn DICOM [5] (là cố định địa chỉ IP, AETitle và giao thức RPC).
Tại Việt Nam các nghiên cứu và ứng dụng Teleradiology như sau: • Bệnh viện Việt Đức có dự án “Bệnh viện vệ tinh của bệnh viện Việt Đức” đã được Nhà nước và Bộ Y Tế phê duyệt từ năm 2003 đến năm 2007. Dự án bệnh viện vệ tinh cho bệnh viện Việt Đức gồm 6 bệnh viện là Việt Tiệp (Hải Phòng), Sơn Tây, Nam Định, Bắc Ninh, Phú Thọ, Thanh Hóa. Ngày 5/5/2005, qua cầu truyền hình trực tiếp, bệnh viện Việt Tiệp (Hải Phòng) đã trực tiếp thực hiện thành công một ca phẫu thuật dưới sự tư vấn chuyên môn của các chuyên gia tại bệnh viện Việt Đức (Hà Nội). Giải pháp kỹ thuật này dựa trên mạng truyền dẫn cáp quang dùng riêng.
• Ngày 27/2/2006, các chuyên gia của Viện tim mạch Việt Nam đã thực hiện cầu truyền hình trực tiếp với Singapore trong cuộc phẫu thuật tim mạch. Cầu truyền hình được kết nối thông qua vệ tinh của công ty viễn thông quốc tế VTI. • Từ năm 2010, Bộ quốc phòng có dự án “Y học từ xa” đang triển khai tại bênh viện Trung ương quân đội 108 (Hà Nội), quân y viện 175 (Tp.HCM) và trạm y tế huyện đảo Trường Sa. Hình ảnh được truyền lên mạng theo chuẩn DICOM trên nền TCP/IP qua mạng riêng của quân đội.
2 Nhận xét: chi phí để vận hành mạng viễn thông riêng này là rất đắt tiền và chưa phù hợp với tình hình kinh tế xã hội tại Việt Nam (ứng dụng cho các trường hợp thông thường, hàng ngày và trên diện rộng). Hiện nay, tất cả các bệnh viện đều đã có kết nối Internet. Vì vậy nếu hệ thống Teleradiology có thể vận hành trên mạng Internet thì sẽ góp ích rất nhiều cho việc chẩn đoán từ xa và giúp ích cho các tuyến y tế cơ sở nơi thiếu hụt đội ngũ y bác sĩ trình độ chuyên môn cao. Tuy nhiên, do lượng dữ liệu luân chuyển lớn trên mạng Teleradiology (CT 64 lát: 1500MB/ca, MRI 1.5 Tesla: 600MB/ca) và một đặc trưng của mạng Internet là hầu hết sử dụng địa chỉ IP động, NAT (Network Address Translation) và tường lửa, nên ta cần phải xây dựng một mạng riêng ảo (VPN) để giải quyết các vấn đề của việc truyền dữ liệu theo chuẩn DICOM.
Nếu Teleradiology vận hành theo mô hình tập trung dữ liệu, tập trung định tuyến (như tại hình 1-2), thì sẽ có những nhược điểm sau: • Trung tâm dữ liệu (TTDL) sẽ phải tiếp nhận tất cả số lượng yêu cầu trực tiếp từ các bệnh viện tuyến. Và như vậy có thể tại một thời điểm nào đó, các bệnh viện đồng loạt gửi yêu cầu về TTDL. Điều này dẫn đến băng thông và công suất xử lý của TTDL là rất lớn để loại trừ khả năng nghẽn xử lý tại lúc cao điểm. Khả năng này thường xảy ra do bệnh nhân tập trung khám chữa bệnh vào buổi sáng (9h sáng).
• Vì đây là mô hình tập trung dữ liệu nên khả năng bảo mật và an toàn thông tin là kém hơn mô hình phân tán dữ liệu. Tuy nhiên dữ liệu y tế là dữ liệu cực kỳ nhạy cảm và cần sự bảo mật cao. • Mô hình tập trung dữ liệu cũng không đáp ứng được mô hình phân tầng, phân tuyến của Bộ Y tế trong chẩn đoán từ xa và y tế từ xa (telemedicine). • Nếu ứng dụng mô hình tập trung này cho bệnh án điện tử thì không khả thi.
Do khi TTDL bị sập mạng thì hoạt động của toàn ngành y tế bị gián đoạn. Mặt khác bệnh án điện tử phải được khai thác theo cấu trúc khu vực dân cư, điều mà TTDL không thể hiện được. 3 Trung tâm dữ liệu Internet BV tuyến cấp 1 BV tuyến cấp 3 BV tuyến cấp 1 BV tuyến cấp 3 BV tuyến cấp 2 BV tuyến cấp 2 Hình 1 - 2. Mô hình gửi dữ liệu dạng tập trung cho Teleradiology Để giải quyết các nhược điểm trên, luận án đề xuất mô hình phân tầng và phân tán dữ liệu, như tại hình 1-3.
Mô hình hình 1-3 có các ưu điểm tiêu biểu: • Đây là mô hình phân tán dữ liệu, vì vậy ngay khi sự cố diễn ra tại một khu vực nào đó thì các tuyến bệnh viện khu vực khác vẫn có thể hoạt động bình thường. • Chi phí đầu tư phần cứng và hạ tầng đường truyền cũng được giảm đi rất nhiều, do không phải xây dựng TTDL. • Đáp ứng cấu trúc phân tầng, phân tuyến, bệnh viện hạt nhân, bệnh viện vệ tinh của Bộ Y tế [16][17]. • Nếu dữ liệu trong mô hình phân tán này có thể được luân chuyển tự động và tự định tuyến (self routing) thì nó có thể được ứng dụng cho bệnh án điện tử (EMR) và luân chuyển dữ liệu bệnh án điện tử giữa các bệnh viện (HMR).
4 Bệnh viện Trung tâm BV Cấp 1 BV Cấp 1 BV BV Cấp 2 Cấp 2 BV BV Cấp 3 Cấp 3. Mô hình kết nối phân tầng Để giải quyết vấn đề tự định tuyến (self routing) của mạng phân tán dữ liệu, thì ta cần một tô pô logic tích hợp vào mạng VPN. Tô pô này nhằm cân bằng tải, định tuyến tìm đường đi ngắn nhất dựa vào chuỗi địa chỉ cố định và đáp ứng nhu cầu chẩn đoán phân tầng, phân tuyến của ngành y tế. Việc lựa chọn tô pô (topology) mạng thông tin logic cho các mạng liên kết là rất quan trọng trong việc thiết kế các mạng truyền dữ liệu phân tán của hệ thống xử lý song song.
Tùy theo từng mục tiêu mà ta có các lựa chọn theo hiệu năng xử lý hoặc tối giảm chi phí trên tô pô. Những mục tiêu này có thể được biểu diễn và thực thi dựa trên các đồ thị đơn hướng (graph) hoặc hai hướng (digraph), mà trong đó các đỉnh của đồ thị tương ứng với các nút xử lý và các cạnh của đồ thị tương ứng với các mạng liên kết vật lý giữa các nút xử lý với nhau. Để tìm hiểu kỹ hơn về vấn đề này, xin tham khảo thêm tài liệu xuất bản của D. Ameter và Max de Gree [18].
Tôi khái quát một số yêu cầu của mạng logic cho ứng dụng thiết kế hệ thống thông tin phân tán và xử lý song song như sau: 5 • Độ trễ thông tin nhỏ, tức là đường kính của mạng nhỏ. Đường kính của đồ thị là khoảng cách lớn nhất giữa bất kỳ cặp đỉnh nào của đồ thị (khoảng cách này tương ứng số bước nhảy tối đa mà một bản tin được chuyển đi từ node nguồn đến node đích). • Có bậc (degree – là tổng số kết nối đến một node, ví dụ mạng De Bruijn dBG(2,4) với bậc d=2 có nghĩa tổng số kết nối chiều đi là 2, tổng số kết nối chiều về là 2 và tổng số kết nối nếu không phân biệt chiều là 4) nhỏ và cố định. Hơn nữa, khi bậc của graph cố định thì ta có thể dùng duy nhất 1 loại thiết kế phần cứng để xây dựng mạng xử lý song song, phân tán.
• Các giải thuật định tuyến đơn giản. Việc lựa chọn giải thuật routing là rất quan trọng [chương 3.5-[19]] và phụ thuộc vào loại mạng thông tin nền được lựa chọn. Do vậy, tìm ra giải thuật routing không phụ thuộc vào tô pô nền sẽ là một yêu cầu quan trọng trong lĩnh vực này. • Tính đồng nhất và đối xứng.
Việc thiết kế các mạng xử lý song song thông thường được tiến hành trên cùng 1 chủng loại thiết bị xử lý có cùng đặc tính (xử lý và thông tin) như nhau. Điều này chỉ có thể thực hiện được khi mạng thông tin có các quy tắc chung nhất về thông tin và có tính đối xứng. • Khả năng chịu lỗi. Hệ thống vẫn phải tiếp tục hoạt động trong trường hợp có node hoặc link bị lỗi.
• Khả năng mở rộng. Việc thiết kế mạng xử lý song song phải cho phép thiết kế tại nhiều kích cỡ khác nhau. Hơn nữa một tô pô cho phép liên kết nhiều module kích cỡ nhỏ để thành 1 module kích cỡ lớn thì sẽ rất tối ưu. • Khả năng thực hiện mạng dễ dàng.
Mạng De Bruijn, được ký hiệu là dBG, được đề xuất bởi N.
