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Protocol
Medical Engineering

University, School

Hochschule Bremerhaven

Grade, Teacher, Year

1,7 ,2016

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Text by Klara N. ©
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Protokoll zur Laborveranstaltung Medizinische Prozessketten


Inhalt

1 Aufgabenstellung. 1

2 Vorüberlegungen. 2

3 FTP-Server und -Client. 3

3.1        Installation und Konfiguration eines FTP-Servers. 3

3.2        Installation und Konfiguration des FTP-Clients. 4

3.3        Mögliche Fehlertypen. 5

4 DICOM-Server und -Viewer. 7

4.1        Server-Installation. 7

4.2        DICOM-Viewer (RadiAnt) 9

5 Konfiguration des GE LOGIQ 400. 11

5.1        Überprüfung auf DICOM-Addons. 11

5.2        Herstellen der Kabelverbindung. 11

5.3        Netzwerkkonfiguration. 12

5.3.1          Lokale Netzwerkeinstellungen. 12

5.3.2          Leitweginformation (engl. Routing Information) 12

5.3.3          DICOM-Applikationsinformation. 12

5.4        Host-Prüfmenü. 13

5.5        Aufnahme & Versenden eines Ultraschallbildes. 13

6 3D-Drucker Ultimaker 2. 14

6.1        Vorbereiten einer STL-Datei mit der Software Cura. 14

6.2        Druckvorbereitung des Ultimakers 2. 16

7 MIMICS. 17

8 Videokonferenzübertragung. 20

8.1        Besondere Eigenschaften Sony PCS. 20

8.2        Punkt-zu-Punkt Videokonferenz zwischen dem ZLMT und BFZ. 20

9 Quellen. 24


1      Aufgabenstellung

Es soll ein PACS-System mit den vorhandenen Ressourcen realisiert werden. Dazu müssen die Hard- und Softwarekomponenten konfiguriert werden, um einen Datentransfer der vom GE Ultraschall LOGIQ 400 generierten DICOM-Daten aus dem Zentrallabor in das Beschichtungs- und Fügezentrum (BFZ) zu ermöglichen. Zudem sollen CT-Daten in das BFZ zur Softwareplattform MIMICS zur Konvertierung transferiert werden.

Folgende Unteraufgaben sollen durchgeführt werden:

·        Installation und Konfiguration eines FTP-Servers auf einem Windows basierten System

·        Installation und Konfiguration eines DICOM-Servers auf einem Windows basierten System

·        Installation und Konfiguration eines DICOM-Viewers auf einem PC (Windows Workstation)

·        Installation und Konfiguration des FTP-Clients für den Datenempfang, sowie Transfer von DICOM-Daten über den FTP-Server auf einen PC (Windows Workstation)

·        Konfiguration des GE LOGIQ 400 zur Generierung von DICOM-Daten und zum Transfer zu einem DICOM-Server

·        Konvertierung der DICOM-Daten in das Datenformat STL, beispielhafte telemetrische Übertragung der Daten zum 3D-Drucker, sowie Druck eines Modells

·        Aufbau einer Punkt-zu-Punkt-Videokonferenz

·        Transfer der DICOM-Daten zur Softwareplattform MIMICS, sowie einlesen der Daten zur weiteren Bearbeitung



2      Vorüberlegungen

Bevor die Aufgaben umgesetzt wurden, wurden die Teilnehmer in kleinere Teilgruppen unterteilt. Diese hatten jeweils ein Aufgabenfeld zu realisieren. Dazu wurden die Aufgaben in die Oberthemen:

·        FTP-Server und –Client

·        DICOM-Server und –Viewer

·        Ultraschall GE LOGIQ 400

·        3D-Druck, STL und MIMICS und

·        Videokonferenz

unterteilt. Zudem wurde eine Übersicht erstellt, wie eine Prozesskette realisiert werden könnte, dargestellt in Abbildung 1.

Abbildung 1: Prozesskette

Um die Daten übertragen zu können, müssen zunächst der FTP-Server und der DICOM-Server installiert werden, zudem brauchen die einzelnen Workstations einen FTP-Client und DICOM-Viewer. Im Anschluss muss das Ultraschallgerät konfiguriert werden, damit die aufgenommenen Daten an den installieren DICOM-Server übertragen werden können. Diese Daten werden letztlich mit der STL- oder MIMICS-Software bearbeitet und an den 3D-Drucker übertragen.

Die Punkt-zu-Punkt-Videokonferenz kann unabhängig von der abgebildeten Prozesskette realisiert werden.

3      FTP-Server und -Client

Um einen sicheren Datentransfer zwischen den beteiligten Workstations zu realisieren, wurde ein FTP-Server eingerichtet.

3.1 Installation und Konfiguration eines FTP-Servers

Zuerst wird die Datei JanaSetup.exe installiert. Das folgende Fenster (siehe Abbildung 2) öffnet sich:

Abbildung 2: Startseite der Jana-Server Konfiguration

Man meldet sich als Administrator an. Ein Willkommensfenster erscheint. Hier geht man unter „Grundeinstellungen“ auf den Punkt IP-Adressen und gibt die festgelegte IP-Adresse für den FTP-Server ein. Anschließend betätigt man den Button „Übernehmen“. Bei den nachfolgenden Einstellungen wählt man die Funktionen für die Netzwerkkarte aus. Diese sind .....[read full text]

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·        Fehlerhafte Zugangsdaten:  Sowohl für den Server, als auch für den Client gibt es Zugangsdaten wir Benutzername und Passwort. Sind diese nicht bekannt oder werden fehlerhaft angegeben, dann kann keine Verbindung hergestellt werden. 


4      DICOM-Server und -Viewer

4.1 Server-Installation

Der DICOM-Server regelt das Empfangen und Anfordern von DICOM-Datensätzen. Dazu muss er zunächst installiert werden. Zunächst muss die Datei ConquestDICOMServer.exe ausgeführt werden, wodurch sich folgendes Fenster öffnet (Abbildung 8):

 „Built-in SqLite driver“ wird als „Database type“ gewählt, da dieser Typ keine vorinstallierte Software oder ODCB-Konfiguration benötigt. Bestätigt man die Auswahl mit „OK“, öffnet sich ein neues Fenster, das Installationsfenster aus Abbildung 9:

Abbildung 9: Installationsfenster

·        Der „local unique name“ in der ersten Zeile wird mit „CONQUESTSRV1“ vorgegeben, kann aber verändert werden. Der selbst gewählte Name darf 16 Zeichen nicht überschreiten. Wir haben „MTDICOM“ als local unique name gewählt. Dieser Name muss auch beim Ultraschallgerät eingegeben werden, damit die dort aufgenommen DICOM-Daten an den Server gesendet werden können

·        Der TCP/IP port in der zweiten Zeile ist mit „5678“ vorgeben. Sollten mehrere DICOM-Server vorhanden sein, muss der Port verändert werden. Die spezifische Portnummer muss auch bei der Konfiguration des Ultraschalls angegeben werden.

·        Als Speicherort (dritte Zeile) wird Laufwerk C: gewählt

·        Die Bilder sollen unkomprimiert gespeichert werden, dies ist bereits voreingestellt

·        Das Dateiformat der gespeicherten Bilder soll standardmäßig DCM sein, da keine Komprimierung gewählt wurde

Mit dem Button „Save configuration“ werden die Einstellungen gespeichert. Es öffnet sich ein neues Fenster (siehe Abbildung 10), mit dem die Installation verifiziert werden soll.

Abbildung 10: „Verify Installation"-Fenster

Um bereits vorhandene Daten einzuladen (hier sind bereits Testbilder eines Schädel-CTs vorhanden), muss der Button „(Re)-initialize database“ angeklickt werden. Anschließend können im Reiter „Browse Database“ die vorhandenen Bilder angesehen werden, wie in Abbildung 11 dargestellt.

Abbildung 11: Bildanzeige

Um die Daten vom Ultraschallgerät zum Server zu übertragen, muss das Kästchen „View Incoming“ (in Abbildung 11 rot markiert) mit einem Haken versehen sein. Die Aufnahmen des Ultraschallgeräts werden einzeln übertragen, während beispielsweise CT- oder MRT-Aufnahmen ordnerweise übertragen werden.

Wurde das Bild vom Ultraschall übertragen (zu sehen in Abbildung 12), wird es gespeichert und kann mit dem DICOM Viewer betrachtet werden.

Abbildung 12: Aufnahme vom Ultraschall auf dem DICOM-Server

4.2 DICOM-Viewer (RadiAnt)

Die Software RadiAnt DICOM Viewer 1.9. 16 ist ein PACS-DICOM-Viewer. Mit ihr können folgende bildgebende Systeme geöffnet und dargestellt werden ( Zugriff am 27.01.16):


•Digitale Radiographie (CR, DX)

•Mammographie (MG)

•Computertomographie (CT)

•Magnetresonanztomographie (MR)

•Positronen-Emi.....

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Hier zeigt sich nun eine Liste aller Addons. In der Spalte rechts vom Addon sieht man den Status, ob das Addon installiert oder nicht. Durch die Tastenkombination „CTRL + F“ erreicht man die zweite Seite (siehe Abbildung 14), auf der die interessierenden Addons mit den Nummern 31 und 32 und den Bezeichnungen Archivieren/Drucken und Arbeitsliste gelistet sind.

Der Status verrät, dass beide Addons bereits installiert sind. (GE Medical Systems, 1998)

5.2 Herstellen der Kabelverbindung

Vor der Netzwerkkonfiguration wurde ein TWISTED PAIR TRANSCEIVER zwischen dem GE LOGIQ 400 und dem Ethernet-Kabel angeschlossen. Durch den Transceiver kann eine Verbindung mit dem lokalen Netzwerk im Medizintechniklabor aufgebaut werden. Das Ethernet-Kabel ist auf der anderen Seite mit dem Netzwerk des Labors verbunden. Eine Darstellung der Verbindung ist in Abbildung 15 zu sehen. (GE Medical Systems, 1998)


5.3 Netzwerkkonfiguration

Die Konfiguration für die DICOM Übertragung erfolgt über das DICOM Menü, welches sich wiederrum vom Top Menu Select aufrufen lässt.

Nach Aufrufen der Funktion zeigt sich zunächst der Status Menü Bildtransferpuffer. Hier dargestellte Dateien konnten nicht zum gewählten DICOM-Server übertragen werden und wurden im Puffer zwischengelagert.

Über die Option Netzwerkkonf. gelangt der Benutzer zu der Netzwerkkonfiguration (siehe Abbildung 16). Die Netzwerkkonfiguration ist in mehrere Segmente aufgeteilt. Zunächst werden die Parameter für die lokalen Netzwerkkonfiguration eingegeben, folgend die Leitweginformation und abschließend die DICOM-Applikationsinformation. (GE Medical Systems, 1998)

5.3.1    Lokale Netzwerkeinstellungen

Lokaler Hostname: Der Hostname ist frei wählbar und sollte die Tätigkeit des Geräts enthalten

Lokale IP-Adresse: Hier wird die IP-Adresse des GE LOGIQ 400 angegeben. Die IP-Adresse ist abhängig vom Netzwerk, indem sich das Gerät nachher befinden soll. Der letzte Abschnitt der IP-Adresse ist frei wählbar, solange sie noch nicht besetzt ist. Dies lässt sich überprüfen, indem von einem Rechner innerhalb des Netzwerks ein Ping Befehl zur favorisierten IP-Adresse abgeschickt wird.

Kommt es zu keiner Verbindung kann davon ausgegangen werden, dass die IP-Adresse frei ist. Diese Überprüfung wurde .....

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Damit die eingestellten Werte übernommen werden, musste das Ultraschallgerät zunächst noch heruntergefahren und erneut gestartet werden. (GE Medical Systems, 1998)

5.4 Host-Prüfmenü

Zur Überprüfung der Konfiguration wurde das HOST-Prüfmenü (siehe Abbildung 17) aufgerufen. Hier bestand die Möglichkeit direkt eine Verbindung mit dem DICOM-Server aufzubauen und einen Ping vom LOGIQ 400 zum DICOM-Server zu versenden. Beide Möglichkeiten wurden erfolgreich verwendet und zeigten, dass eine Verbindung mit dem DICOM-Server aufgebaut wurde. (GE Medical Systems, 1998)



5.5 Aufnahme & Versenden eines Ultraschallbildes


Der GE LOGIQ 400 ist mit zwei Schallköpfen ausgestattet. Für eine Aufnahme (siehe Abbildung 18) der Halsschlagader (Arteria carotis) wurde der lineare Schallkopf verwendet, der eine Frequenz von 7MHz ausschallt. Der Schallkopf wurde vor der Untersuchung mit Gel überzogen, um eine bessere Qualtät der Bilder zu erzeugen. (GE Medical Systems, 1998).

Das Versenden des Ultraschallbildes wurde über das DICOM-Menü ausgewählt.

6      3D-Drucker Ultimaker 2

Nachdem die Bilddaten generiert und übertragen wurden, werden sie mit der Software Cura für den 3D-Druck vorbereitet.

6.1 Vorbereiten einer STL-Datei mit der Software Cura

Für die Vorbereitung mit der Software Cura wird eine STL-Datei benötigt. STL steht für "Standard Triangulation Language" und stellt einen Industriestandard für Dateien dar, welche für Rapid Prototyping-Maschinen, wie beispielsweise 3D-Druckern, verwendet werden. STL meint die Zerlegung von dreidimensionalen Oberflächen in Dreiecksfacetten.

Die Dreiecke sind durch ihre Eckpunkte und einem auf der Dreiecksfläche senkrecht stehenden Vektor, der die Materialseite angibt, definiert. STL-Dateien können mit Hilfe von CAD-Programmen erstellt werden. Je mehr Dreiecke gewählt werden, desto feiner werden die Oberflächen dargestellt, wie die Abbildun.....

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Mit der Fülldichte lässt sich einstellen, ob das dreidimensionale Objekt eine 100 prozentige Füllung hat, oder ob sich im Inneren eine Gitterstruktur befindet, sie beschreibt also wie massiv das Endprodukt ist. Wird eine geringere Fülldichte gewählt, so wird weniger Material verbraucht und damit die Druckzeit reduziert. Wird eine hohe Fülldichte gewählt, wird mehr Material verbraucht und damit mehr Druckzeit benötigt.

Wie die Fülldichte gewählt wird, hängt von dem gewünschten Endprodukt ab. Wird beispielsweise ein hoher Wärmeerhalt bei einer Tasse gewünscht, so kann die Fülldichte gering gewählt werden. Muss ein Modell besonders fest und stabil sein, wird eine hohe Fülldichte gewählt.

Die Druckgeschwindigkeit spielt ebenfalls eine Rolle zur Gestaltung des Endproduktes. Diese muss auf das Material und die Temperatur abgestimmt werden.

Da ein 3D-Drucker „nicht in die Luft drucken“ kann, werden Strukturen, welche sich nicht von der Druckplattform aus bilden, mit einem Gitter aus Stützmaterial versehen. Das Stützmaterial besteht bei dem Ultimaker 2 aus dem eigentlichen Objektmaterial. Dieses muss nach der Fertigstellung mechanisch entfernt werden. Hier lassen sich unterschiedliche Parameter, wie die Art des Stützmaterials, die Fülldichte in % und ein Rand einstellen, damit das Modell auf der Plattform stabil steht.

In Abbildung 21 ist die Oberfläche der Cura-Software dargestellt. Auf der linken Seite sind die Parametereinstellungen zu sehen. Unten links sind die Skalierungsmöglichkeiten repräsentiert. Eine Skalierung von eins bedeutet, dass das Objekt die Größe hat, wie die ursprüngliche STL-Datei. Eine Skalierung von zwei bedeutet ein doppelt so großes Objekt.

Abbildung 21: Oberfläche der Cura-Software

Des Weiteren kann das Objekt beliebig gedreht werden, sodass eine optimale Druckposition gefunden werden kann. Zudem sind verschiedene Ansichten möglich, sodass z.B. die einzelnen Schichten dargestellt werden können. Die Software zerlegt das Modell in einzelne Schichten, um es vom 3D-Drucker herstellbar zu machen.

6.2 Druckvorbereitung des Ultimakers 2

Nachdem die STL-Datei fertig mit der Software vorbereitet wurde, wird diese an den Drucker weitergegeben. Der 3D-Drucker arbeitet nicht mit der STL-Datei, sondern mit einem, aus dieser Datei hergestelltem, G-Code. Wenn eine STL-Datei an einen 3D-Drucker weitergegeben wird, wird diese in einen G-Code umgewandelt. Dieser stellt Arbeitsanweisung für den Drucker dar, welche dieser an.....

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Die Funktionsweise des Ultimakers 2 ist wie folgt: Zunächst wird die erste Schicht auf der Druckplattform erzeugt. Hierzu fährt die Düse mit dem Material die Plattform ab. Anschließend senkt die Druckplattform um genau eine Schicht ab und die nächste Schicht wird auf der folgenden generiert. Dieser Prozess wiederholt sich, bis alle Schichten erstellt wurden und das physikalische Modell fertig ist.




7      MIMICS

MIMICS steht für Materialise's Interactive Medical Image Control System und ist eine Bildbearbeitungssoftware, welche zur Visualisierung, Analyse und Segmentierung von medizinischen Bildgebungsverfahren dient. Sie ist von dem belgischen Unternehmen Materialise entwickelt worden, welche sich auf additive Softwareverfahren spezialisiert hat.

Die Software kann eine große Anzahl von 2D-Bildformaten, wie z.B.: DICOM, BMP, TIFF, JPG, RAW etc. bearbeiten. Zur Verfügung stehen unter anderem medizinische Bildaufnahmen aus dem MRT, CT, Röntgenaufnahmen und (3D-) Ultraschall, die Schichtaufnahmen enthalten. Sobald die Bilder eingelesen sind, können sie weiter verwendet werden für Abmessungen, Design, Modellierungen und zur Erstellung von anatomischen 3D-Modellen (für den 3D-Druck), wie in Abbildung 22 dargestellt.

Organisationen im Gesundheitsbereich setzen anatomische 3D-Modelle im zunehmenden Maße in folgenden Bereichen ein: Planung von Operationen, Konsultation von Spezialisten, Entwicklung und Anpassung von Implantaten, Patientenberatung und Ausbildung.


Abbildung 22: Von Schichtaufnahmen zum 3D-Modell mit MIMICS[1]

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