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Design und prototypmäßige Implementierung von Komponenten zum Datenaustausch von DICOM- Objekten in einem DICOM-Verarbeitungsframework Daniel Gosch & Hannes.

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Präsentation zum Thema: "Design und prototypmäßige Implementierung von Komponenten zum Datenaustausch von DICOM- Objekten in einem DICOM-Verarbeitungsframework Daniel Gosch & Hannes."—  Präsentation transkript:

1 Design und prototypmäßige Implementierung von Komponenten zum Datenaustausch von DICOM- Objekten in einem DICOM-Verarbeitungsframework Daniel Gosch & Hannes Stornig

2 Überblick DICOM Problembeschreibung Fragestellungen Transaktionsmanagement Software Prototyp

3 Überblick Bachelorarbeit Anforderungsbeschreibung Anforderungen an das System DICOM Problembeschreibung Fragestellungen Transaktionsmanagement Software Prototyp

4 Detaillierter Überblick über einzelne Probleme und Fragestellungen Lösungsansätze zu konkreten Fällen präsentieren Grundlegende Techniken für ein Framework erarbeitet Kritische Punkte im Entwicklungsprozess

5 Framework entwickeln Persistent Korrekte Fehlerbehandlung Verarbeitung von DICOM Files Prozesse in Transaktionen gliedern Fehlverhalten -> Rollback Konsistenter Datenstand des Framework

6 Technische Ansprüche an die Infrastruktur Applikation Server (Glasfish 3.x) Java Development Kit 1.6 Relationale Datenbank Postgres 9.x

7 Überblick DICOM Allgemein Was ist DICOM DICOM File Problembeschreibung Fragestellungen Transaktionsmanagement Software Prototyp

8 Medizinische Bilder für Diagnostik Art der Bildgebung Organe, Skelett, Muskel, Blutgefäße Verfahren Röntgen Magnet Resonanz Tomographie Positronen Emissions Tomographie

9 Digital Imaging and Communications in Medicine Richtlinien für digitale Medien Standard für medizinische Bilder DICOM regelt unter anderem eine einheitliche Speicherung von Bildern

10 Bild (Röntgen) / Bilderserie (MRT) Liste von Datenelementen Informationen zum Patienten Identifikationsnummer Informationen zur Aufnahme DICOM Standard definiert exakt welche Informationen enthalten sein müssen bzw. welche optional sind Jedes Bild verfügt über die notwendigen Informationen

11 Überblick DICOM Problembeschreibung Programmiersprache Persistenz / Transaktion Datenstruktur Datenbankanforderungen Performance Fragestellungen Transaktionsmanagement Software Prototyp

12 JAVA Enterprise Edition Klassenbibliotheken des Toolkits dcm4che2 Objektorientierte Programmiersprache Eigene Laufzeitumgebung unabhängig von Rechenarchitektur Funktionalität

13 Java Persistence API (JPA) Speicherung der Daten in eine Datenbank Daten bleiben über die Ausführungszeit des Frameworks erhalten Java Transaction API (JTA) Zugriff auf Daten Gewährleistet vollständige oder keine Übertragung der Daten Rollback im Fehlverhalten Konsistenter Datenstand

14 Queue Konstante Reihenfolge Primär FiFo (First in First out) Verfahren Erweiterter Zugriff auf Elemente in der Queue add() pool() peek() Queue

15 ACID Richtlinien Transaktionen müssen Atomar ganz oder gar nicht Konsistent definierte Integritätsbedingungen -(Primärschlüssel / Fremdschlüssel) Isoliert Transaktionen Dauerhaft nach Transaktionsende persistent zur Verfügung stehen

16 DICOM Files oft >= 100 MB Persistierung in der Datenbank Schlechte Performance Speicherung auf sekundär Datenträger Surrogate (Platzhalterobjekte) in der Datenbank Referenz auf DICOM File Bedarfsfall Informationen nachladen

17 Überlegungen: Ein und dasselbe DICOM File kommt mehrmals vor Mehrere Referenzen auf ein DICOM File Großer Speicherbedarf Wenn DICOM File in mehreren Queues Queue 1Queue 2Queue 3

18 Lösung: Nur beim ersten Mal ins Filesystem schreiben Surrogat bekommen beim Kopieren in eine weitere Queue nur mehr eine Referenz auf das DICOM File Queue 1Queue 2Queue 3

19 Wann darf ein DICOM File gelöscht werden? Queue 1Queue 2Queue 3

20 Wann auf Löschen überprüfen? Transaktions-Manager bietet: afterCompletion() Methode Aufruf nach jeder abgeschlossenen, jedoch noch nicht beendeten Transaktion Überprüfung ob Referenz in der Datenbank auf ein DICOM File Falls NEIN -> Freigabe zur Löschung

21 Überblick DICOM Problembeschreibung Fragestellungen Data Queue (DQ) Processing Node (PN) Beziehungen zwischen PN und DQ Verarbeitungsgraph Helper Processing Node Transaktionsmanagement Software Prototyp

22 Datenhaltung Prinzip einer Queue Umsetzung dieser wird als Data Queue bezeichnet Prototyp DcmQueue Data Queue kümmert sich um Datenhaltung und Reihenfolge

23 PN nutzt DQ um DICOM Objekte auszutauschen Verarbeitungselement des Framework das DICOM Images verarbeitet 2 Rollen Producer Inputseitig => Weitergabe der Ergebnisse Consumer Outputseitig => DICOM Objekte die zur Bearbeitung anstehen zuzugreifen

24 Verschiedene Möglichkeiten Nutzen für unser Framework im Mittelpunkt 4 Fälle Vorteile Nachteile

25 Fall 1 Kardinalität 1 zu 0 PN steht mit keiner DQ in Verbindung -> nicht möglich Objekte an die DQ zu senden Output Input

26 Fall 2 Kardinalität 1 zu 1 Jede PN ist genau mit einer DQ verbunden Jede DQ ist genau mit einer PN verbunden Kommunikation zwischen PN und DQ möglich -> komplexes Verhalten nicht möglich Output Input

27 Fall 3 Kardinalität 0…n zu 0…n Jede PN steht mit beliebig vielen DQ in Verbindung Jede DQ steht mit beliebig vielen PN in Verbindung Komplexe Kommunikation möglich -> kann jedoch schnell unübersichtlich Ausmaß annehmen => komplexe Verfahren zur Datenbewältigung Output Input

28 Fall 4 Kardinalität 1 zu 0…n Jede PN kann mit beliebig vielen DQ in Verbindung stehen Jede DQ jedoch nur mit einer PN Ausreichende Kommunikation zwischen PN und DQ -> Verhinderung zu komplexer Strukturen Output Input

29 Anzahl der DQ welche durch PN repräsentiert werden hängt von der Art der PN ab Normalfall PN hat ein oder mehrere Input und Output DQs PN ist für den Datenfluss zwischen den einzelnen DQ verantwortlich Jede DQ hat dabei eine genau definierte Input- als auch Output-Seite und steht immer mit genau einer PN in Verbindung

30 Zwei Typen von PN haben nur eine Input- bzw. eine Output-Seite Jene die sich am äußeren Rand des Verarbeitungsgraphen befinden Import PN bringen externe DICOM Daten zur Verarbeitung in den Verarbeitungsgraphen ein Export PN ermöglichen den Export von DICOM Daten aus dem Verarbeitungsgraphen z.B. als File in ein File System

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32 Spezieller Typ einer PN Strategie Menge von PN -> eine Bestimmte Aufgabe übernehmen Zur Verteilung von Information Zur Vereinigung von Datenströmen

33 Verteilung / Sharing Objekte einer DQ werden durch die HPN auf mehrere DQ`s verteilt

34 Vereinigung / Merging Objekte unterschiedlicher DQ`s werden durch die HPN auf eine DQ zusammengefasst

35 Aufteilung / Splitting Ein Objekt wird durch die HPN an unterschiedliche DQs gesendet und unterschiedlich verarbeitet Bsp.: ein Objekt wird anonymisiert und pseudonymisiert

36 Überblick DICOM Problembeschreibung Fragestellungen Transaktionsmanagement Container Managed Transaction Verhalten des Containers Rollback Software Prototyp

37 Container Managed Transaction (CMT) EJB Container verwaltet automatisch Transaktionen innerhalb einer EJB Klasse oder Methode Entscheidet selbstständig ohne explizite Deklaration Keine Nested Transactions Transaktionskontext Durch EJB Container bestimmt

38 Container steuert Transaktionen weitgehend selbst Mittels Callback auf Verhalten des Container @afterCompletion

39 Im Falle eines Fehlers Möglichkeiten zur Auslösung eines Rollback System Exception vorgemerkte Exceptions Methode setRollbackOnly() ermöglicht Jederzeit konsistenter Datenstand

40 Überblick DICOM Problembeschreibung Fragestellungen Software Prototyp Überblick Interface DcmQueueProducerServiceRemote Interface DcmQueueConsumerServiceRemote Sequenzdiagramm

41 Prototyp des Frameworks namens DcmSPL Prototyp bietet Möglichkeit Warteschlange (Queue) erstellen DICOM Dummy Files an das Framework zu übergeben Persistierung der DICOM Dummy Files ins File System Übergibt Queue eine Referenz auf das DICOM Dummy File Bearbeitungsknoten können modular implementiert werden

42 Inputseitig Methoden zur Erzeugung und Befüllung der DcmQueue creatDcmQueue() removeDcmQueue() addDcmFile() findDcmQueue()

43 Outputseitig Methoden zur Verwaltung der DcmQueue findDcmQueue() removeDcmQueue() removeDcmFile() findDcmFile() peekDcmFile() poolDcmFile()

44 Erzeugung einer neuen dcmQueue Client greift mittels Producer Remote Interface auf dcmQueueService zu dcmQueueService erzeugt neue dcmQueue Entity Manager persistiert diese in die Datenbank

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46 Komplexität der Java EE Umgebung wurde völlig unterschätzt Genauer Betrachtung Voraussetzungen um Arbeit zum Erfolg zu führen Bibliotheken von Java EE optimale Lösung für unsere Arbeit

47 Nächste Schritte: Einbindung von Dcm4che2 Konkrete Implementierung der abstrakten Processing Nodes Implementierung der Helper Processing Nodes

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