I.

디지털 의학 동영상 관리 시스템 및 EMR 연동에 관한 연구

- 국립경찰병원 사례를 중심으로 -

A  Study on the DMMS(Digital Multimedia Management System) in the Medicine and Integration with EMR in National Police Hospital

Ho-Young Byun, M.S.*, Rae-Woong Park, M.D., Ph.D.*, Peom Park, Ph.D.**,
Eun-Sung Kim***, Hyung-Taek Sim****, Byung-Ook Seoung****,
Insil Lee, M.D.*****, Min-Koo Cho, M.D.*****, Young Taeg Koh, M.D.*****

*Department of Medical Informatics, Ajou University School of Medicine, Su-Won, Kyung-Gi
**Department of Industrial & Information Systems Engineering, Ajou University, Su-Won, Kyung-Gi
***Research Institute, Humintec Co.,Ltd., Su-Won, Kyung-Gi

****Healthcare Solution Team, LG CNS Co.,Ltd., Seoul

*****National Police Hospital, Seoul

Abstract: The DMMS (Digital Multimedia Management System) is designed for the physicians to acquire high quality video and still images from the endoscope, arthroscope, surgical microscope, etc.
High quality video images are encoded at the level of a DVD with easier and faster editing functions.  Also, it supports direct DVD or CD backups from the computer. Systematic and efficient management of acquired images and clips makes the work much easier and results in increased productivity in the hospital. Futhermore it is integrated with EMR for sharing the important images in the hospital.
We designed and produced software called DMMS, and tested it in National Police Hospital.

Keyword: Database, Image Enhancement, Endoscopes, Arthroscopes, Electronic Medical Record

배 경

의료기관의 많은 분야에서 각종 교육, 연구, 임상자료로서의 활용을 위해 디지털 영상의 적용이 확대되고 있다. 특히 정지 영상 뿐만 아니라 동영상을 이용한 응용 및 요구가 늘어나고 있지만 대부분의 분야에서 아직까지 의료 동영상 획득, 관리 그리고 병원에서의 공유를 위한 EMR (Electronic Medical Record ) 연동 사례는 보고된 바 없다. 또한 DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine)  호환 장비가 아닌 대부분의 내시경류나 수술현미경 영상 장비로부터 나오는 동영상 중 정지영상을 추출하여 PACS (Picture Archiving Communication System)로 올릴 경우는 불필요한 용량증대로 인한 저장매체의 낭비가 불가피하고, EMR에서 해당 영상을 조회하고자 할 경우에도 다시 PACS와 연동하여 영상을 불러와야 하기 때문에 시스템 성능상의 부담증가를 가지고 오는 문제점이 있다.
이러한 요구들을 반영하여 문제를 해결하기 위해서는 다음과 같은 점들이 고려되어야 한다. 첫째 의학 동영상의 경우 고화질의 품질이 보장되어야 하며, 둘째 획득한 동영상과 기간시스템의 환자 정보가 오류 없이 연동되어 잘 관리되어야 한다. 마지막으로 각종 동영상 편집 및 복사 등의 기능을 제공하면서 손쉽게 EMR로 영상을 전송할 수 있는 소프트웨어가 필요하다. 이와 같은 배경을 바탕으로 본 연구에서는 각종 내시경류 및 수술방에서 발생하는 동영상자료를 EMR 도입이라는 변화된 환경에서 디지털로 획득하고 관리할 수 있는 방안을 연구하고 이를 구현한 사례를 발표한다.
즉 본 연구의 목적은 비디오 테이프(Video Tape) 편집 과정 없이 촬영한 동영상을 실시간 MPEG2로 압축하고 이를 바로 컴퓨터상에서 확인 가능하며, 고화질의 디지털화된 정지 영상을 추출과 동시에 효율적으로 환자 정보와 통합 관리 하여 EMR로 원하는 영상을 전송할 수 있는 학술적, 임상적 사용 목적의 의료 디지털 동영상 획득, 압축 및 관리 시스템의 구현이다.

II. 방 법

본 연구에서는 기존의 아날로그 방식 CCD 카메라 혹은 디지털 비데오 캠코더를 이용한 의료 동영상 획득 장비들을 후보로 선정한 후 그 중 일부를 Table 1.과 같이 선정한 후 의료진의 요구사항을 분석 및 정리하였으며 이를 만족하는 소프트웨어를 개발하였다.

1.  대상 선정

본 연구의 대상으로 사용될 장비는 동영상을 아날로그 CCD 혹은 캠코더를 이용하여 고전적인 방식으로 수집하고 있는 대상들 중에서 사용빈도가 높고 출력 영상의 가치 및 중요성을 고려하여 선정하였다. 또한 선정 대상 중 노후 장비로 판단되어, 본 연구결과를 적용하더라도 개선 효과를 볼 수 없는 장비는 제외하였다. 이러한 대상 선정 작업에는 전문의 1인, 간호사 1인, 디지털 영상 전문가 1인이 참가하여 결

정하였다.

Table 1. Items of Selected Equopments

2.  요구사항 분석 및 정리

본 연구에서는 전문의 1인을 대상으로 요구사항을 수집 분석하였으며, 그 결과로 도출된 기능분류는 크게 영상촬영모듈, 영상압축 및 저장 모듈, 영상검색 및 조회 모듈, 영상출력 모듈, 시스템 환경 설정 모듈 그리고 병원정보시스템인 EMR 연동 모듈로 분류하여 요구사항을 분석 정리하였다. 또한 동영상을 획득한 후 이를 이용한 행위가 이루어지는 의료기관 내에서의 업무 프로세스를 Figure. 1과 같이 분석하였다.

Figure 1. System Process after Requirement Gathering Analysis

3.  DMMS 소프트웨어 개발

디지털 영상 획득을 위한 영상 획득 장비로 DivicoTM Fusion HDTV5 RT GOLD를 사용하였으며, 영상 획득 및 처리를 위한 기반 API (Application Program Interface)로 DivicoTM Fusion SDK Ver 2.0를 사용하였다. 데이터베이스 환경은 MicrosoftTM사의 physiciansB를 이용하여 환자 정보를 저장하였으며, 동영상 및 정지영상 파일은 파일명과 physiciansB의 정보를 맵핑하여 폴더 형태의 저장 방식으로 개발하였다.

개발 환경은 영상처리 및 관리 모듈은 특성상 C++를 이용한 객체 지향적 컴포넌트로 개발하였고, EMR 연동 등 DB와 관련된 소프트웨어는 MicrosoftTM사의 .NET환경 하에 개발하였다. 이는 영상처리 모듈과 EMR 연동 모듈을 구분하여 개발 속도 및 유지 보수 편이성을 높이고자 하기 때문이다.

Figure 2. Modules of DMMS

III. 결 과

본 연구를 통한 연구 개발 결과는 아래와 같이 구분하여 설명할 수 있다.

1. 동영상 획득 및 압축 저장 모듈

내시경실, 수술방 등의 시급한 의료환경에서 디지털 형태의 의학 동영상을 획득하기 위한 컴퓨터 조작은 상당한 업무 부하를 의료진에게 야기 시킨다. 본 연구에서는 이를 방지하기 위하여 동영상 녹화 및 저장, 정지영상 획득 및 저장 등의 핵심 기능을 3-Foot Switch를 이용하여 해결하였다. 3-Foot Switch는 PC의 Serial Port를 통하여 신호를 전송하며 DMMS는 이를 받아 처리한다. 또한 동영상 획득 및 저장 등 각종 단계에서 모니터를 주시하며 작업할 수 없는 환경을 고려하여 작업 내용을 음성안내 하여 인간-과오(Human Error)를 줄일 수 있도록 하였다.
동영상 획득은 영상장비의 S-Video (Super Video) 신호 및 HD (High Definition) 신호 방식 2가지 중 하나를 선택하여 입력받을 수 있으며, 실시간 MPEG2 방식의 압축 후 작업 컴퓨터 내에 파일 형태로 저장된다. 이 때 저장되는 파일명은 OCS의 Worklist 연동을 통한 환자 번호를 이용하여 저장하게 되며, 구분 촬영을 하여 파일이 복수 개 생성될 경우는 촬영 시간/분/초 형태로 파일명 뒤에 구분자 (/)와 함께 붙여 구별하도록 하였다.

Figure 3. Methodology and Process of Integration using XML and FTP

2.  동영상 관리 모듈

OCS 및 EMR의 Worklist와 진단정보를 실시간 연동하여 환자성명, 환자번호(진찰권번호), 성별, 나이, 검사명 등의 정보를 가지고 온다. 촬영한 동영상은 환자번호를 기준으로 저장되어 있기 때문에 DMMS의 데이터베이스와 결합하여 효율적인 영상 검색 및 진단을 위한 의학적 정보를 동영상과 함께 관찰할 수 있다. 또한 동영상의 검색 시 OCS, EMR의 정보와 함께 동영상 촬영 시간 등 시스템 자체 정보를 혼합한 복합 검색이 가능하여 의학 동영상의 검색 및 열람 시 효율적인 운용이 가능하도록 개발하였다.

Figure 4. Management Module of DMMS

3.  동영상 편집 모듈

급박한 의료 환경하의 전공의나 전문의들은 전문적인 동영상 편집 도구 S/W를 이용한 세밀한 동영상 편집 작업에 많은 업무 부하를 가지고 있다. 이를 해결하기 위하여 DMMS는 기본적인 동영상 편집 기능을 정지영상 추출, 동영상 잘라내기, 잘라낸 동영상 이어 붙이기, 동영상 빨리 보기, 동영상 느리게 보기, 동영상 책갈피 기능으로 정의하였으며 직관적인 사용자 인터페이스를 통한 효율적 의학 동영상 편집이 가능하도록 하였다.

4.  동영상 출력 모듈 (DVD, 이동식 저장 매체 백업)

많은 경우 의학 동영상은 학회 발표, 개원의 보수 교육(CME, Continuous Medical Education), 과내 협진(Intradepartmental Consultation), 원격진료 및 협진(Telemedicine and Consultation)을 위하여 사용될 가능성이 높다. 이 경우 DMMS의 동영상을 효율적으로 타 시스템에 이동하거나 휴대용 이동식 저장장치를 통한 이동 기능을 만족시키도록 하였다.
외부 시스템으로의 DMMS 동영상 출력은 FTP (File Transfer Protocol)를 통한 출력이 가능하도록 하였으며 파일명칭에 외부 시스템 연동이 가능하도록 환자 정보를 포함하여 출력하도록 하였다.
휴대용 이동식 저장장치는 크게 CD, DVD, USB이동식저장장치로 규정하였으며 CD와 DVD의 경우 별도의 외부 S/W를 이용하지 않고 DMMS 자체에서 쓰기 기능이 가능한 S/W를 개발하였다.

5. EMR 연동 모듈

Figure 5. User Interface of Integrated EMR Surgery Report

내시경 및 수술 동영상의 일부 중요 장면은 병원내의 협진을 위하여 공유의 필요성이 있다. 많은 경우 PACS를 통한 내시경 및 수술 동영상의 일부를 공유하는 사례가 있으나 본 연구에서는 PACS의 영상 저장 범위는 영상의학과로 한정하며 내시경류 및 수술 동영상의 중요 장면은 EMR을 통한 연동을 시도하여 EMR 리포트 화면 하에서 효율적인 진료가 가능하도록 하였다. EMR 연동 시 영상과 함께 필요한 환자 정보는 XML 형식의 파일로 저장하여 함께 EMR 서버로 암호화 전송하며 EMR 서버에서는 이를 수신하여 EMR 리포트내에 내시경류 및 수술 장면 영상을 삽입하여 통합 리포트를 구현하였다.

Figure 6. Total System Diagram in National Police Hospital

IV. 결 론

본 연구로 인하여 의학 동영상의 손쉽고 체계적인 획득, 관리 및 이의 공유를 위한 EMR과의 체계적인 연동이 가능하게 되었다. 내시경류 및 수술장에서 발생한 동영상으로부터 추출한 정지영상을 JPEG (Joint Photographic Coding Experts Group)으로 저장하였을 경우 대부분 1.5MB를 넘지 않았으나 이를 DICOM 파일로 변환하였을 경우는 대부분 3MB를 초과하였다. 비 DICOM 계열의 영상의 경우 PACS 조회를 위해 DICOM으로 전환하는 것보다 EMR 영상조회기를 통해 직접 조회하는 것이 더 적합할 것으로 유추되었으며, DMMS를 사용에 관한 기본 병원 영상정책을 수립하여 획득 및 기본적인 관리는 각과의 자율적인 관리 하에 두고 그 중 임상적으로 중요하고 공유가 필요한 영상만을 EMR로 전송하게 하여 과거 PACS를 이용한 획일적 영상관리 방식에 비해 보다 유연한 영상운영이 가능하게 되었다.
또한 이를 통한 환자 진단의 정확성 및 진료정보 검색시간 단축 등의 효율성이 증대되었으며 수련의, 개원의 교육을 위한 의학적 자료의 데이터베이스화 역시 가능하게 되었고, 캠코더나 기타 아날로그 방식의 동영상 관리 시 발생한 각종 매체 (테이프, CD 등)의 감소로 인한 원가 절감 효과와 자료저장의 불합리성 제거를 가지고 왔다. 또한 시험 가동 결과 DMMS를 이용하여 획득한 정지영상 및 동영상의 품질이 기존 CCD 카메라, 캠코더를 통하여 얻은 영상보다 훨씬 뛰어남이 사용자에 의하여 진술되었다.
병원 내 EMR 연동 부분에서는 국내 최초로 PACS의 관리 범위를 진단방사선 영상으로 규정하고, EMR은 그 외의 다양한 임상 의학 분야 영상을 구분 관리하도록 하여 EMR이 통합의무기록으로서의 역할을 다할 수 있도록 하였다.
본 논문의 후속 연구로 향후 동영상의 압축 기술 발전과 저장매체의 급격한 시장가격하락이 이루어진다면, 본 연구에서는 획득 동영상의 일부 중요 정지 영상만을 EMR과 공유하였지만 동영상의 공유도 가능할 것으로 사료되며, 또한 PACS의 DICOM 규격 뿐만 아니라 EMR이나 기타 의료정보시스템에서의 JPEG, MPEG 기반의 표준 제정이 필요하다.

참고문헌

1.  Yong-Sam Shin et al., "Digital Neuro-Sugery Digital Multimedal Management System", The Korean Society of Cerebrovascular Sugery, 2004, Proc, 11-12

2. Ho-Young Byun et al., A study on the Development of Operation Conference System using Internet, KISS, 2001, Vol 10-1, 389-393

3. MIC, Forum of Application Development Result using Information Super Highway, 1998, 655-658

4. Ho-Young Byun et al., Integration of Pathology PACS into the Wide-PACS, APIII2002. 2002, Proc, 56

5. Rae-Woong Park et al., Automation of Gross Photography using a Remote Controlled Digital Camera System, Arch Pathol Lab Med, 2003, Vol 127,726-731

6. Dimitris N.Chorafas et al., Designing and Implementing Medical Network, SAMS, 1985