UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO 
DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM 
EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
Defesa – Douto...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
Dados convencionais + 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENS...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
DICOM 
Modality 
Worklist 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EX...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
É possível definir uma arquitetura PACS 
simplificada e de alto desempenho com 
base na extensão e na promoção de sua 
cam...
• Hipótese #1 – A construção de um modelo de dados 
aderente às características do padrão DICOM 
contribui para ganhos de ...
• Hipótese #2 – A modelagem e implementação de 
extensões de SGBD para a recepção e o envio de 
mensagens no padrão DICOM ...
• Hipótese #3 – A adoção de arquiteturas heterogêneas 
de armazenamento para dados convencionais e não 
convencionais perm...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
Dados de exames 
(DICOM) 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXT...
PPGInf - UFPR 
Banco de dados relacional / 
Dados convencionais/ 
não convencionais 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO D...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
35,4% 45,9% 
49,4% 55,4% 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXT...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
Banco de dados relacional / objeto-relacional 
Gerenciamento de 
armazenamento e 
distribuição de dados 
Gerenciamento de ...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
PPGInf - UFPR 
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS 
PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
...
UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO 
DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM 
EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 
Defesa – Douto...
Próximos SlideShares
Carregando em…5
×

Uma Proposta de Arquitetura de Alto Desempenho para Sistemas PACS Baseada em Extensões de Banco de Dados

661 visualizações

Publicada em

Slides utilizados na defesa de doutorado do Programa de Pós-graduação em Informática da Universidade Federal do Paraná (UFPR).

0 comentários
4 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
661
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
72
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
0
Comentários
0
Gostaram
4
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Uma Proposta de Arquitetura de Alto Desempenho para Sistemas PACS Baseada em Extensões de Banco de Dados

  1. 1. UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS Defesa – Doutorado Aluno: Alexandre Savaris Orientador: Prof. Dr. rer.nat. Aldo von Wangenheim
  2. 2. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 2 / 49 Roteiro • Introdução • Contextualização • Problema abordado - Questão de pesquisa • Hipóteses - Objetivos específicos • O padrão DICOM - Organização e armazenamento de conteúdo • Arquitetura proposta • Materiais e métodos • Experimentos e resultados • Conclusões - Trabalhos futuros • Contribuições - Publicações
  3. 3. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 3 / 49 Introdução • Imagens digitais no contexto médico • Demanda: novas modalidades de exame e evolução das modalidades de exame existentes • Contribuição: melhoria no processo de avaliação estrutural e/ou funcional do estado do paciente • Origem • Digitalização • Formato digital nativo
  4. 4. PPGInf - UFPR Dados convencionais + UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 4 / 49 Introdução • Uso cotidiano de conteúdo digital em instituições de saúde • Logística para aquisição, distribuição e armazenamento • Modelos de organização • HIS • RIS • PACS (dados não convencionais)
  5. 5. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 5 / 49 Introdução • Integração entre modelos de organização (distribuição de dados) • Envio e recepção de dados em uma mesma instituição ou entre instituições de saúde • Adoção de padrões estabelecidos • HL7 • DICOM
  6. 6. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 6 / 49 Introdução • Persistência de conteúdo digital (armazenamento de dados) • Ausência de especificações quanto a métodos e tecnologias de armazenamento • Camada de armazenamento = repositório • SGBDs • Sistemas de arquivos convencionais • Sistemas de arquivos distribuídos
  7. 7. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 7 / 49 Contextualização • Arquitetura PACS = agregado de componentes de hardware e software • Componente = Application Entity (AE) • Regras de negócio distribuídas entre AEs • Combinações entre AEs gerando cenários diversos • Possibilidade de haver redundância ou omissão de componentes • Identificação de componentes básicos
  8. 8. PPGInf - UFPR DICOM Modality Worklist UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS Dados de exames (DICOM) 8 / 49 Modalidades de exame Consoles das modalidades Worklist manual Servidor HL7 Dados em HL7 provenientes de HIS/RIS Entrada de dados manual Servidor DICOM Dados prévios de exames (HL7/DICOM) DICOM Modality Worklist Dados de exames (DICOM) Armazenamento PACS Distribuição de imagens Workstation radiológica Workstation clínica Dados de exames (DICOM) DICOM Dados convencionais + imagens (JPEG, PNG, …) Banco de dados Dados convencionais (alfanuméricos) Arquitetura PACS padrão • Conjunto heterogêneo de modalidades (equipamentos) para a execução de exames • Operação dos equipamentos e/ou alimentação de dados dos exames via console • Alimentação de dados dos exames via servidor HL7 • Entrada de dados manual e/ou recepção de dados provenientes de outros sistemas via servidor HL7 • Integração do fluxo de dados entre AEs via servidor DICOM • Armazenamento online, near-line e offline do conteúdo DICOM para acesso posterior • Distribuição de imagens para exibição ou manipulação • Persistência de dados convencionais em SGBDs
  9. 9. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 9 / 49 Problema abordado • PACS = gerenciamento, armazenamento e distribuição de imagens médicas digitais • Descrição simplificada oculta a complexidade na adoção e implantação • Impacto em fatores econômicos, humanos e técnicos • Integração com HIS/RIS • Implementação parcial do padrão DICOM • AEs com declarações de conformidade incorretas
  10. 10. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 10 / 49 Problema abordado • Possível abordagem: redução do número de AEs em um cenário PACS + Diminuição dos problemas relacionados à heterogeneidade e interconectividade - Necessidade de manter desempenho e disponibilidade, mesmo incorporando mais serviços a um número menor de AEs • Possível técnica: extensibilidade em SGBDs • Alteração da camada de armazenamento de dados, com a troca do perfil passivo por ativo • SGBD torna-se uma AE
  11. 11. É possível definir uma arquitetura PACS simplificada e de alto desempenho com base na extensão e na promoção de sua camada de armazenamento a níveis similares aos de outras AEs? PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 11 / 49 Questão de pesquisa
  12. 12. • Hipótese #1 – A construção de um modelo de dados aderente às características do padrão DICOM contribui para ganhos de desempenho em pesquisas de metadados e recuperação de imagens • Objetivo relacionado: prover um modelo de dados simplificado e de alto desempenho que atenda a diferentes modalidades de exame e especialidades médicas, sem demandar modificações estruturais em seu esquema físico PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 12 / 49 Hipóteses e Objetivos
  13. 13. • Hipótese #2 – A modelagem e implementação de extensões de SGBD para a recepção e o envio de mensagens no padrão DICOM permite agregar serviços de comunicação à camada de armazenamento de dados da arquitetura PACS • Objetivo relacionado: estender a camada de armazenamento da arquitetura PACS pela incorporação de serviços de parsing, interpretação e composição de mensagens no padrão DICOM PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 13 / 49 Hipóteses e Objetivos
  14. 14. • Hipótese #3 – A adoção de arquiteturas heterogêneas de armazenamento para dados convencionais e não convencionais permite explorar características de diferentes modelos de dados, resultando em uma melhor escalabilidade e representação de conteúdo • Objetivo relacionado: promover a integração entre diferentes tecnologias de armazenamento, de forma a flexibilizar a distribuição de dados para as modalidades de armazenamento online, near-line e offline PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 14 / 49 Hipóteses e Objetivos
  15. 15. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 15 / 49 O padrão DICOM • Conjunto de especificações não-proprietárias • Objetiva a estruturação e a formatação de imagens médicas digitais • Objetiva a definição de protocolos de comunicação para a recepção e o envio dessas imagens • Por ser um padrão aberto, não há regulação quanto ao atendimento às especificações • Implementação por interpretação (ad hoc) • Adoção por “confiança”
  16. 16. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 16 / 49 Conteúdo DICOM • Estruturado em nível de tag 1. Par ordenado de valores para grupo e elemento 2. VR (Value Representation – Valor de Representação) 3. VM (Value Multiplicity – Multiplicidade de Valor) Tag “Modality” 1. (0008,0060) 2. CS (Code String): 16 bytes maximum, accepting uppercase characters, “0”-”9”, the SPACE character, and underscore (“_”) 3. 1 (um único valor para cada tag)
  17. 17. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 17 / 49 Conteúdo DICOM • Semiestruturado em nível de imagem • Tags são conhecidas em tempo de parsing • O número e a combinação de tags em uma imagem varia de acordo com os dados disponíveis no momento da execução do exame • O número e a combinação de tags em uma imagem varia de acordo com a modalidade de exame • O número e a combinação de tags em uma imagem varia de acordo com o equipamento utilizado
  18. 18. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 18 / 49 Conteúdo DICOM
  19. 19. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 19 / 49 Armazenamento DICOM (0010,0020) PatientID
  20. 20. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 20 / 49 Armazenamento DICOM (0020,000D) StudyInstanceUID
  21. 21. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 21 / 49 Armazenamento DICOM (0020,000E) SeriesInstanceUID
  22. 22. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 22 / 49 Armazenamento DICOM (0008,0018) SOPInstanceUID
  23. 23. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 23 / 49 Armazenamento DICOM + Fácil de organizar e disponibilizar + Fácil de distribuir em um ambiente de rede + Usando pontos de montagem via NFS, por exemplo - Restritivo para pesquisas e recuperação de conteúdo - Apenas tags específicas são conhecidas sem a necessidade de parsing - Ausência de índices
  24. 24. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 24 / 49 Armazenamento DICOM
  25. 25. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 25 / 49 Armazenamento DICOM + Facilidade em mapear a hierarquia DICOM para um conjunto de entidades e relacionamentos + Uso da linguagem SQL para manutenção + Melhoria de performance pelo uso de índices - Necessidade de um esquema de BD predefinido - Comumente construído a partir de um conjunto reduzido de tags - Escalabilidade não é nativa - Funciona bem para instâncias de nodo único - Instâncias com múltiplos nodos são possíveis, porém com altas demandas administrativas
  26. 26. PPGInf - UFPR Dados de exames (DICOM) UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS Modalidades de exame Dados de exames (DICOM) DICOM Modality Worklist Gerenciamento de comunicação DICOM 26 / 49 Worklist manual Consoles das modalidades Banco de dados relacional / objeto-relacional Gerenciamento de armazenamento e distribuição de dados Workstation radiológica Workstation clínica Dados convencionais + imagens (JPEG, PNG, …) DICOM HIS/RIS/PACS externos HDF5 Dados convencionais/ não convencionais Armazenamento/distribuição Banco de dados NoSQL SGBDR distribuído Banco de dados XML Arquitetura PACS proposta • Conjunto heterogêneo de modalidades (equipamentos) para a execução de exames • Operação dos equipamentos e/ou alimentação de dados dos exames via console • SGBD incorpora módulos de serviço para comunicação DICOM • Comunicação com sistemas externos, integração do fluxo de dados entre AEs e distribuição de imagens para exibição ou manipulação ocorre via módulos de serviço disponibilizados • Persistência e distribuição de dados convencionais e não convencionais entre arquiteturas de armazenamento heterogêneas ocorre via módulos de serviço disponibilizados
  27. 27. PPGInf - UFPR Banco de dados relacional / Dados convencionais/ não convencionais UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS objeto-relacional Gerenciamento de comunicação DICOM 27 / 49 Gerenciamento de armazenamento e distribuição de dados Dados de exames (DICOM) AEs HIS/RIS/PACS externos Dados de exames (DICOM) HDF5 Armazenamento/distribuição SGBDR distribuído Banco de dados NoSQL Banco de dados XML Arquitetura PACS proposta • SGBD incorpora módulos para gerenciamento de comunicação DICOM e gerenciamento de armazenamento e distribuição de dados • Comunicação com AEs pertencentes à mesma instância PACS e/ou sistemas externos é de responsabilidade do módulo de gerenciamento de comunicação DICOM • Distribuição de dados convencionais e não convencionais entre arquiteturas heterogêneas é de responsabilidade do módulo para gerenciamento de armazenamento e distribuição de dados
  28. 28. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 28 / 49 Materiais e métodos Hipótese #1 • Esquema físico de BD criado a partir de uma releitura do modelo de armazenamento decomposto (Decomposed Storage Model – DSM) (COPELAND; KHOSHAFIAN, 1985) • Materialização da hierarquia DICOM por meio de uma tabela (chave_hierarquica) • Uma tabela por VR + uma tabela para armazenamento do conteúdo completo das imagens
  29. 29. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 29 / 49 Materiais e métodos – Hipótese #2 • Uso de conceitos de extensibilidade em BD • Daemon Plugins (MySQL) • Custom Background Workers (PostgreSQL) • APIs diferentes, mas com as mesmas finalidades • Estender os recursos nativos do SGBD pela agregação de rotinas de software • Mais complexo e abrangente do que UDFs • Neste trabalho, extensões modeladas e implementadas como provedoras de serviço para um conjunto de primitivas de comunicação definidas no padrão DICOM • C-ECHO, C-STORE, C-FIND e C-GET
  30. 30. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 30 / 49 Materiais e métodos Hipótese #3 • Uso das definições da extensão SQL/MED para acesso a dados externos • Leitura e escrita executados via Foreign Data Wrappers (FDWs) • Metadados e conteúdo completo das imagens DICOM sendo persistidos externamente à instância relacional
  31. 31. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 31 / 49 Ambiente experimental #1 – C-STORE De 0,6 a 7,2 vezes mais lento (inserção)
  32. 32. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 32 / 49 Ambiente experimental #1 – C-FIND No geral, em média 48% mais rápido em buscas por tags individuais
  33. 33. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 33 / 49 Ambiente experimental #1 – C-GET No geral, em média 48,3% mais rápido na recuperação de imagens completas
  34. 34. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 34 / 49 Ambiente experimental #2
  35. 35. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 35 / 49 Ambiente experimental #2 – C-STORE - Instância de nodo único é de 34,8% a 51,8% mais rápida do que o cluster - Particionar é 26,1% mais rápido do que replicar
  36. 36. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 36 / 49 Ambiente experimental #2 – C-FIND - Instância de nodo único superior em todos os experimentos - Buscas por correspondência de padrão são as principais responsáveis pelo pior desempenho em todos os experimentos
  37. 37. PPGInf - UFPR 35,4% 45,9% 49,4% 55,4% UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 37 / 49 Ambiente experimental #2 – C-FIND - Instância de nodo único superior em todos os experimentos - Buscas por correspondência de padrão são as principais responsáveis pelo pior desempenho em todos os experimentos
  38. 38. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 38 / 49 Ambiente experimental #2 – C-GET Cluster se sobressai com um desempenho de 29,7% a 30,8% superior
  39. 39. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 39 / 49 Ambiente experimental #3
  40. 40. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 40 / 49 Ambiente experimental #3 – C-STORE - Instâncias de nodo único se sobressaem, com uma redução média de até 89,8% no tempo de armazenamento - Múltiplos processos de escrita concorrente contribuem para uma redução média de até 77,9% no tempo de armazenamento
  41. 41. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 41 / 49 Ambiente experimental #3 – C-FIND Instância relacional se sobressai com um desempenho de 8,9% a 19,2% superior
  42. 42. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 42 / 49 Ambiente experimental #3 – C-GET Instância relacional se sobressai com um desempenho de 81,7% a 83,2% superior
  43. 43. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 43 / 49 Conclusões  Hipótese #1 – validada pela releitura do modelo de armazenamento decomposto para DICOM • Garantia de consistência em operações de escrita/leitura e adaptabilidade, sem modificações estruturais • Desempenho superior quando comparado a esquemas relacionais usados atualmente
  44. 44. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 44 / 49 Conclusões  Hipótese #2 – validada pela implementação de extensões para comunicação e armazenamento de dados • Incorporação de funcionalidades e regras de negócio ao BD, com impacto positivo em termos de desempenho • Robustez da API no suporte a extensões de alta complexidade
  45. 45. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 45 / 49 Conclusões  Hipótese #3 – validada pela distribuição e replicação de dados entre a instância relacional e a instância NoSQL • Adaptação do modelo de armazenamento decomposto para DICOM, resultando em um esquema aderente às características da arquitetura NoSQL • Escalabilidade garantida pela instância NoSQL, sem impacto na instância relacional original
  46. 46. Banco de dados relacional / objeto-relacional Gerenciamento de armazenamento e distribuição de dados Gerenciamento de processamento DICOM de alto desempenho Gerenciamento de comunicação DICOM/HL7 PPGInf - UFPR Dados convencionais/não Armazenamento/distribuição near-line UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 46 / 49 Trabalhos futuros • Incorporação de um módulo para processamento de alto desempenho baseado em GPGPU (fornecedor de serviços para os módulos de gerenciamento de comunicação e armazenamento) • Extensão do módulo de gerenciamento de comunicação, com a inclusão de rotinas para parsing e geração de mensagens de acordo com o padrão HL7 • Extensão do módulo de gerenciamento de armazenamento, com a inclusão de rotinas para controle temporal vinculadas a regras de roteamento para dados online, near-line e offline Dados de exames (DICOM) AEs HIS/RIS/PACS externos Dados de exames (DICOM/HL7) convencionais HDF5 Armazenamento/distribuição online SGBDR distribuído Banco de dados NoSQL Banco de dados XML HDF5 SGBDR distribuído Banco de dados NoSQL Banco de dados XML HDF5 Armazenamento/distribuição offline SGBDR distribuído Banco de dados NoSQL Banco de dados XML Migração por regra temporal Migração por regra temporal
  47. 47. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 47 / 49 Contribuições • Uma arquitetura PACS funcional, mais simples e com um melhor desempenho quando comparada às arquiteturas atuais Modelo de armazenamento decomposto customizado para DICOM – flexibilidade no suporte a conteúdo e desempenho de acesso Servidor de armazenamento DICOM incorporado ao SGBD – simplificação da arquitetura e desempenho derivado de sua integração à camada de armazenamento Armazenamento heterogêneo – combinação de tecnologias para persistência visando escalabilidade, alta disponibilidade e distribuição temporal de volumes de dados
  48. 48. PPGInf - UFPR UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS 48 / 49 Publicações SAVARIS, A.; WANGENHEIM, A. v. Armazenamento de Imagens Médicas no Padrão DICOM em Banco de Dados no Contexto de PACS. Florianópolis: INCoD-11.006.P.01.TELEMED, 2011. 24 p. Relatório técnico. SAVARIS, A.; HARA, C. S.; WANGENHEIM, A. v. MyGFT - um Módulo de Integração entre MySQL e Google Fusion Tables. In: SBBD 2012, São Paulo, SP, Brazil. Proceedings of the 27th Brazilian Symposium on Databases – Demos and Applications Session, 2012. p. 31-36. SAVARIS, A.; HÄRDER, T.; WANGENHEIM, A. v. DCMDSM: a DICOM decomposed storage model. Journal of the American Medical Informatics Association. Disponível em: <http://jamia.bmj.com/content/early/2014/02/03/amiajnl-2013-002337>. Acesso em: 09/05/2014. SAVARIS, A.; HÄRDER, T.; WANGENHEIM, A. v. Evaluating a row-store data model for full-content DICOM management. In: CBMS 2014, New York, NY, USA. Proceedings of the 27th IEEE Symposium on Computer-based Medical Systems. Washington, DC, USA: IEEE Computer Society, 2014. p. 193-198.
  49. 49. UMA PROPOSTA DE ARQUITETURA DE ALTO DESEMPENHO PARA SISTEMAS PACS BASEADA EM EXTENSÕES DE BANCO DE DADOS Defesa – Doutorado asavaris@inf.ufpr.br

×