Plattformunabhängige Verarbeitung und Auswertung von
Netzhautbildern mittels World Wide Web-Internet Server
Erweiterung des bvm99
Artikels
István Pál und Georg Michelson
Augenklinik mit Poliklinik Universität Erlangen-Nürnberg
Schwabachanlage 6. (Kopfklinikum), D-91054 Erlangen
Email: inpal@cip.informatik.uni-erlangen.de
michelson.georg@augen.med.uni-erlangen.de
Zusammenfassung:
In dieser Arbeit möchten wir vorstellen, wie man große,
rechnenaufwendige Aufgaben mit Hilfe eines World Wide Web-Servers auch
auf Arbeitsrechnern durchführen kann, die geringe Hardwareparameter
haben. Ein Demo ist unter http://zeus.nyf.hu/~pali/retanal/retanal.cgi
zu finden.
Die an der Klinik vorhandenen Arbeitsrechner sind meistens für Textverarbeitung
und nicht für rechnenaufwendige Arbeit geeignet. In der Medizin gibt
es aber immer mehr Aufgaben, wo die Methoden der Bildverarbeitung, Computergrafik
und Soft Computing angewendet werden. In diesen Fällen besteht ein großer
Rechnenaufwand. So ist es z.B:
- In der Bildverarbeitung
- Computer Tomographie (CT)
- Auswertung von Ultraschall- und Röntgenbilder
- Scanning Laser Dopper Flowmetry (SLDF)
- In der Computergrafik:
- 3D Modellierung (Schädel, Zahnprothese, usw.)
- Beleuchtungsmodellierung, Rendering
- In der Soft Computing
- Neuronale Netze und Fuzzy-Systeme zur Klassifikation
Die Verarbeitung medizinischer Bilder soll auch auf den Rechnern mit
geringen Hardwareparametern ausführbar sein. Die Arbeit soll auf verschiedenen
Rechnerarchitechturen (IBM PC, Machintos, Sun Workstation, usw.) mit
verschieden Betriebsystemen (UNIX, OS/2, Dos, Win95/98/NT) durchzuführen
sein. Das Ziel ist also eine kostengünstige und platformunabhängige
Lösung für den hochen Rechneraufwand. Es soll sowohl für Hardware, als
auch für Software gelten. Eine Lösungsmöglichkeit obigen Problemstellungen
kann die verteilte Datenverarbeitung im Rechnernetz sein. Dazu wird
die Verarbeitung der Daten in einem Client/Server Modell durchgeführt,
wo die Arbeitsrechner als Client und ein Hochleistungsrechner als Server
verwendet sind. Die Arbeitsrechner sind in einem lokalen heterogenen
Netz miteinander und mit dem Hochleistungsrechner lokal oder durch das
Internet verbunden.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten für die verteilte, Client/Server
Datenverarbeitung über das TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet
Protocol) [1]. Das Xwindow für
Web (UNIXLink 97) [2] gibt eine Möglichkeit
für X-Anwendungen über das WWW mittels eines Web-Browsers auszuführen.
Eine andere Möglichkeit ist die Virtual Network Computing (VNC) [3],
die die Steuerung der Rechner über das Netz mit beliebigen Betriebsystemen
(Win95, OS/2, Linux/Unix) ermöglicht. Nach der Untersuchung der Möglichkeiten
zur verteilten Datenverarbeitung haben wir festgestellt, daß das Common
Gateway Interface (CGI) des WWW-Servers diejenige Lösung ist, die den
obigen Bedingungen entspricht.
Die vorgeschlagene Lösung beruht auf einer Bild- bzw. Datenübertragung
und auf einer Remote-Verarbeitung auf einem Hochleistungsrechner, auf
dem ein World Wide Web (WWW) Server installiert ist. Der WWW-Server
basiert auf einem Client/Server Modell (ein verteiltes System), wo der
Server auf einem Hochleistungsrechner und die Clients auf den Arbeitsrechnern
laufen (siehe Abb. 1). Als Server
kann der freiverfügbare Apache-Webserver und als Client ein beliebiger
Web-Browser z.B. Netscape Navigator eingesetzt werden. Die Verarbeitung
und die Auswertung kann auf dem Server paralell durchgeführt werden.
Das System ist in dem Sinn plattformunabhängig, daß der Web-Browser
Netscape (der Client) unter verschiedenen gängigen Betriebsystemen (UNIX,
OS/2, Dos, Windows95/98/NT) und auf beliebigem Arbeitsrechner zur Verfügung
steht. Diese Plattformunabhängigkeit ermöglicht die Arbeit auch in einem
heterogenen Rechnernetz. Zur Bildübertragung kann sowohl das lokale
Netzwerk, als auch das Internet verwendet werden, was den Bild- und
Datenaustausch zwischen Instituten durch einen gemeinsamen Hochleistungsrechner
ermöglicht.
Abbildung 1: Client/Server Modell für WWW
Die Daten- und Bildübertragung zwischen dem WWW-Server und dem Web-Browser
wird über das Protokoll TCP/IP [1]
und über das darauf aufgebaute Hyper Text Transfer Protocol (HTTP) Protokoll
[4] abgewickelt. Die auf dem Client
hergestellten Bilder, die aus dem lokalen oder auch aus dem remoten
Bilddatenbank ausgewählt werden können, werden auf den WWW-Server aufgeladen.
Dies erfolgt durch die sogenannte POST-Methode in der Hypertext Markup
Language (HTML) [4].
Die Daten werden durch die CGI-Schnittstelle empfangen und durch ein
CGI-Script (ein Programm in beliebiger Programmiersprache, z.B. C, C++,
perl, usw.) [5] verarbeitet. Die Ergebnisse
werden zu dem Client zurückgeleitet, bzw. auf dem Web-Browser an dem
Bildschirm erschienen (siehe Abb. 2).
Die freiverfügbare cgihtml C-library von E. E. Kim erleichtert
die CGI Parsing und HTML Ausgangsfunktions. Mit einer kleinen Korrektion
im library kann das CGI-Script des Servers die Anforderungen von beliebigen
Clients verarbeiten. Bei der Verwendung des CGI-Sripts muß eine große
Aufmerksamkeit auf die Siherheitsfragen liegen. Vor allem muß hier die
System- und die Patientensicherheit erwähnt werden.
Nachteile der Verwendung des CGI-Sriptes sind:
- Die geringe Interaktivität
- Schwierigkeiten bei der Programmfehlersuche
Vorteilen:
- Schnelle, parallele und plattformunabhängige Verarbeitung
- Preisgünstige Hardware,- und Softwareausrüstung
Abbildung 2: Datenübertragung im WWW
In der Augenklinik in Erlangen wurden Experimente durchgeführt, wo
die automatische Auswertung der SLDF-Perfusionsbilder durch einen WWW-Server
verwirklicht wurde. Der Anwender (Arzt) kann die Bilder mit Hilfe eines
Netscape Navigators (Web-Browser) aus der lokalen (aber auch aus einer
remoten) Bildatenbank auswählen (siehe Demo:
http://zeus.nyf.hu/~pali/retanal/retanal.cgi), dann auf den Remote-Server
aufladen bzw. für den CGI-Script übergeben und automatisch auswerten
lassen. Nach der schnellen Verarbeitung werden die Ergebnisse an dem
Bildschirm des Arbeitsrechners wieder erscheinen (siehe Abb. 3).
Abbildung 3: Das Web-Page
Wegen dem Unix-Betriebsystem ist die gleichzeitige Übertragung und
Verarbeitung von mehreren Bildern möglich, die von einem Anwender (Multitasking)
und/oder auch von mehreren Anwendern (Multiuser) verarbeitet werden.
In unserem System wurde für die Verarbeitung der SLDF-Bilder einen
Apache WWW-Server unter einem Betriebsystem Linux auf einem dual Pentium
Pro PC eingesetzt. Als Clients wurden die PCs, die auf das Netz zugeschaltet
waren, ohne weitere Hardware und Software ausgerüstet.
Um die hoche Netzbelastung zu vermeiden, haben wir nicht die originallen
Meßdaten der Bilder (ca. 2MB), sondern die von Meßdaten hergestellten
Bilder (< 100KB) [6] übertragen.
So haben wir wegen der Bilddateigröße eine wesentlich schnellere Übertragung
erreicht.
Es gab einen bedeutenden Zeitunterschied zwischen der ''single User
Verarbeitung'' auf einem Dos/Windows Rechner und der Client/Server Verarbeitung
auf einem Linux Rechner, wobei die Client/Server Konfiguration mit ''multiuser
Bildübertragung'' belastet war.
Eine interaktive Oberfäche in Java ist geplant, um die Nachteile des
CGI-Scriptes, also die Interaktivitätsprobleme zu vermeiden. So kann
das CGI-Script in Kombination mit der Programmiersprache JAVA, JAVA
Applet [7, 8]
oder Servlets verwendet werden.
- 1
- Washburn K, Evans J: TCP/IP running a successful network.
Addison-Wesley Longman Ltd, Harlow/England, 2.. Ausg., 1996.
- 2
- UNIX
, Aug. 1997.
- 3
- Linux-Magazin, Jun. 1998.
- 4
- Ramm F: Recherchieren und Publizieren im World Wide Web.
Vieweg Verlag, Braunschweig/Wiesbaden, 2. neub. u. erw.. Ausg.,
1996.
- 5
- Kim E. E: CGI: developer's guide; so funktionieren Web-Programmierung
und Common Gateway Interface. Haar bei München SAMS, München,
1997.
- 6
- Pál I, Michelson G, Niemann H, Welzenbach J: Erkennung von Mikrozirkulationsstörungen
der Netzhaut mittels ''Scanning Laser Doppler Flowmetrie''. Lehmann
T, Scholl I, Spitzer K (Hrsg.), Bildverarbeitung für die Medizin:
Algorithmen-Systeme-Anwendungen Proceedings des Aachener Workshops,
Verlag der Augustinus Buchh., Aachen, S. 89-94, Nov. 1996.
- 7
- Erki I, Kleines H, Ziemons K, Zwoll K: Interaktives System zur
Darstellung funktionaller Bilddaten. Lehmann T, Scholl I, Spitzer
K (Hrsg.), Bildverarbeitung für die Medizin: Algorithmen-Systeme-Anwendungen
Proceedings des Aachener Workshops, Verlag der Augustinus Buchh.,
Aachen, S. 249-254, Nov. 1996.
- 8
- Kleines H, Erki I, Ziemons K, Zwoll K: ATM und Multimedia Pilotsystem
im Rahmen des Projekts M-FIBRe - Aufbau und Erfahrungen. Lehmann T,
Scholl I, Spitzer K (Hrsg.), Bildverarbeitung für die Medizin:
Algorithmen-Systeme-Anwendungen Proceedings des Aachener Workshops,
Verlag der Augustinus Buchh., Aachen, S. 241-248, Nov. 1996.
|
