基于掛片協(xié)議的醫(yī)學(xué)影像顯示系統(tǒng)架構(gòu)

李永毅，鐘雪麗

(1.長(zhǎng)治學(xué)院師范分院計(jì)算機(jī)系，山西長(zhǎng)治 046000;2.長(zhǎng)治職業(yè)技術(shù)學(xué)院采礦測(cè)量工程系，山西長(zhǎng)治 046000)

通過(guò)閱讀傳統(tǒng)膠片進(jìn)行醫(yī)學(xué)診療，是醫(yī)生幾十年來(lái)形成的習(xí)慣。傳統(tǒng)的膠片打印時(shí)，其背光的明暗以及檢查器官的窗位、窗寬均已被設(shè)定為最佳狀態(tài)，醫(yī)生無(wú)需進(jìn)行額外的調(diào)整，便可進(jìn)行讀片。但現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)影像顯示軟件需要進(jìn)行比較復(fù)雜的校對(duì)和調(diào)整才能開(kāi)始讀片，而且醫(yī)學(xué)影像呈現(xiàn)的影像布局和膠片布局在操作難度上有較大差別，因此難以被大多數(shù)醫(yī)生接受。針對(duì)這一問(wèn)題，研究實(shí)現(xiàn)了一款基于掛片協(xié)議的醫(yī)學(xué)影像顯示系統(tǒng)，以適應(yīng)大多數(shù)醫(yī)生的習(xí)慣。掛片協(xié)議根據(jù)醫(yī)生閱片習(xí)慣、醫(yī)學(xué)影像類型、病人的病理，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)相應(yīng)的掛片協(xié)議實(shí)例。醫(yī)生經(jīng)過(guò)一次設(shè)定后，以后工作站就可以根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的協(xié)議實(shí)例進(jìn)行有針對(duì)性的影像布局及顯示，方便醫(yī)生診療，具體過(guò)程如圖1所示。

圖1 掛片協(xié)議應(yīng)用流程

1 基于掛片協(xié)議的醫(yī)學(xué)影像顯示系統(tǒng)

1.1 掛片協(xié)議的醫(yī)學(xué)影像顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1.1 系統(tǒng)及各模塊之間的關(guān)系

系統(tǒng)采用C/S(Client/Server)結(jié)構(gòu)。主要包括圖像導(dǎo)入及圖像傳輸模塊，掛片協(xié)議生成模塊，掛片協(xié)議查詢模塊，圖像數(shù)據(jù)庫(kù)，圖像解析及導(dǎo)入模塊和圖像顯示模塊，圖2為系統(tǒng)架構(gòu)。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)

圖像導(dǎo)入模塊:主要用于實(shí)現(xiàn)顯示系統(tǒng)顯示時(shí)需要的DICOM圖像并進(jìn)行了圖像的解析與歸檔。

掛片協(xié)議生成模塊:用于生成掛片協(xié)議實(shí)例并存入掛片協(xié)議數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖像顯示模塊:首先通過(guò)查詢圖像數(shù)據(jù)庫(kù)獲取適合醫(yī)生習(xí)慣及診斷需求的掛片協(xié)議記錄。然后，根據(jù)病人ID號(hào)查詢顯示時(shí)需要的圖像信息進(jìn)行圖像布局及顯示。

1.1.2 基于掛片協(xié)議影像顯示系統(tǒng)流程

(1)醫(yī)生登錄基于掛片協(xié)議影像系統(tǒng)，如果數(shù)據(jù)庫(kù)存在醫(yī)生記錄，醫(yī)生登錄系統(tǒng)后，影像系統(tǒng)保存了醫(yī)生的用戶名。(2)系統(tǒng)啟動(dòng)后自動(dòng)查詢本地圖像數(shù)據(jù)庫(kù)，讀取圖像數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)組織成樹(shù)形目錄。(3)醫(yī)生選擇病人ID，系統(tǒng)自動(dòng)將病人的各個(gè)序列放入隊(duì)列。(4)醫(yī)生查詢掛片協(xié)議。(5)醫(yī)生按照掛片協(xié)議的名字、掛片協(xié)議描述、掛片協(xié)議創(chuàng)建時(shí)間、掛片協(xié)議先驗(yàn)引.用數(shù)、創(chuàng)建者等查詢掛片協(xié)議。(6)如果醫(yī)生查詢到需要的掛片協(xié)議，系統(tǒng)按照掛片協(xié)議進(jìn)行圖像布局。如果沒(méi)有查詢到需要的掛片協(xié)議，醫(yī)生自己創(chuàng)建適合自己的掛片協(xié)議，并存入掛片協(xié)議數(shù)據(jù)庫(kù)。(7)掛片協(xié)議根據(jù)各個(gè)影像幕箱的需求選擇影像組，然后掛片協(xié)議再進(jìn)行各個(gè)影像組的過(guò)濾、分類、重建。最后根據(jù)掛片協(xié)議對(duì)各個(gè)影像幕箱進(jìn)行映射顯示。(8)應(yīng)用掛片協(xié)議顯示后，本掛片協(xié)議實(shí)例的先驗(yàn)引用數(shù)加1。(9)如果顯示后不符合醫(yī)生的閱片需求，醫(yī)生可根據(jù)自己需求創(chuàng)建適合的掛片協(xié)議，如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)流程圖

1.2 Hanging Protocol影像顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2.1 掛片協(xié)議數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

掛片協(xié)議屬于嵌套數(shù)據(jù)集，主要包括掛片協(xié)議定義模塊、掛片協(xié)議顯示模塊和掛片環(huán)境模塊。由于掛片協(xié)議結(jié)構(gòu)龐大且復(fù)雜，圖4僅顯示了掛片協(xié)議的ImageSet及DisplaySetSequence元素的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

ImageSet元素主要用于從DICOM復(fù)合信息對(duì)象中選擇影像集。DisplaySetSequence元素主要用于進(jìn)行圖像集處理及圖像的布局及顯示。元素的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 掛片協(xié)議的部分元素?cái)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1.2.2 掛片協(xié)議內(nèi)部處理模型

掛片協(xié)議的內(nèi)部模型由選擇、加工、陳列3個(gè)主要步驟組成如圖5所示。選擇定義在掛片協(xié)議定義模塊。處理和布局定義在掛片協(xié)議顯示模塊。以下是掛片協(xié)議內(nèi)部模型的詳細(xì)說(shuō)明:

第一步，從DICOM復(fù)合對(duì)象中選擇影像集。因?yàn)槎鄠€(gè)影像集可能從相同影像復(fù)合對(duì)象中選取，因此這是一個(gè)N∶M的映射。掛片協(xié)議定義模塊的圖像集序列定義了掛片協(xié)議的選擇操作。

第二步，影像集的處理。處理流程的第二部分包含過(guò)濾、重建、分類及顯示要求等操作，將影像組映射成最終的屏幕顯示狀態(tài)，即顯示組(Display Sets)。這一過(guò)程由掛片協(xié)議顯示模塊定義，由于多個(gè)顯示組都可以從同一影像組中選取影像，這是一種l∶M的關(guān)系。過(guò)濾操作由顯示模塊過(guò)濾操作序列(Filter Operations Sequence)定義，可以從影像組中擇取部分影像;重建是指諸如多平面重建(MPR)之類從某一容積內(nèi)重新采樣影像的操作;顯示模塊分類操作序列(Sorting Operations Sequence)用于影像的排序分類;默認(rèn)顯示要求(Default Presentation Intent)由掛片協(xié)議顯示模塊的顯示要求屬性(Presentation Intent Attributes)來(lái)定義。顯示組猶如承載所有操作完成后最終呈現(xiàn)影像序列的容器，可以將一組影像根據(jù)用戶的定義呈現(xiàn)在顯示器屏幕上。

第三步，對(duì)屏幕顯示集的陳列。影像組在屏幕上的呈現(xiàn)模式是由顯示組序列(Display Sets Sequence Item)中的影像幕箱序列(Image Boxes Sequence)所定義的布局信息決定。一個(gè)顯示組對(duì)應(yīng)單個(gè)影像幕箱序列，一般為單個(gè)顯示屏，但也可以是一組順序排列的影像幕箱。顯示環(huán)境空間位置(Display Environment Spatial Position)用于指定來(lái)自顯示組的影像擺放在屏幕上長(zhǎng)方形區(qū)域中的哪個(gè)位置，而影像幕箱序列項(xiàng)參數(shù)(Image Boxes Sequence Itemattributes)則定義選用哪種交互方式。

圖5 掛片協(xié)議內(nèi)部流程

2 實(shí)現(xiàn)

2.1 GUI用戶界面

掛片協(xié)議的創(chuàng)建通過(guò)向?qū)?duì)話框來(lái)創(chuàng)建。向?qū)?duì)話框中用可視化界面模擬了顯示屏及影像幕箱，通過(guò)影像幕箱的行或列動(dòng)態(tài)設(shè)置影像幕箱的排列。

2.2 醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)

根據(jù)DICOM標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合信息對(duì)象的定義，DICOM圖像由病人、檢查、序列和圖像組成，每一層中定義了映射這層特性的基本信息，且層與層直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系是一對(duì)多的關(guān)系。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的功能分析，使用病人表、研究表、系列表、圖像表來(lái)存儲(chǔ)圖像顯示時(shí)所需要的DICOM頭文件信息及圖像位置信息。DICOM文件的管理通過(guò)文件夾實(shí)現(xiàn)，每個(gè)病人對(duì)應(yīng)一個(gè)病人文件夾，病人的每次檢查對(duì)應(yīng)一個(gè)檢查文件夾，序列對(duì)應(yīng)每個(gè)序列文件夾，圖像存儲(chǔ)在序列文件夾下，通過(guò)文件夾的嵌套實(shí)現(xiàn)病人、研究、序列、圖像之間的樹(shù)形結(jié)構(gòu)。病人表記錄、研究表記錄、系列表記錄和圖像表記錄與病人文件夾、研究文件夾、系列文件夾和圖像文件夾一一對(duì)應(yīng)。數(shù)據(jù)庫(kù)中的病人表、研究表、序列表、圖像表中的記錄存儲(chǔ)了相應(yīng)的文件夾或文件的路徑信息。其文件夾的建立及圖像的管理是在圖像信息導(dǎo)入及傳輸模塊中自動(dòng)根據(jù)DICOM文件的病人ID、檢查UID、序列UID、圖像號(hào)創(chuàng)建的。病人表的PatientID與研究表的PatientID關(guān)聯(lián)，研究表的StudyInstanceUID與序列表的StudyInstanceUID關(guān)聯(lián)，序列表的SeriesInstanceUID與圖像表的SeriesInstanceUID相關(guān)聯(lián)。病人表、檢查表、序列表、圖像表。

2.3 掛片協(xié)議數(shù)據(jù)庫(kù)

掛片協(xié)議存儲(chǔ)使用SQL Server 2005及XML兩種方式。采用SQL Server存儲(chǔ)掛片協(xié)議主要是為了操作及查詢方便，使用XML存儲(chǔ)掛片協(xié)議考慮到掛片協(xié)議的結(jié)構(gòu)及掛片協(xié)議數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)化，并且XML也為數(shù)據(jù)交換及數(shù)據(jù)共享提供了方便。

掛片協(xié)議的結(jié)構(gòu)是線性結(jié)構(gòu)，但由于數(shù)據(jù)元素的嵌套，使掛片協(xié)議結(jié)構(gòu)有了層次關(guān)系，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與樹(shù)形結(jié)構(gòu)極為相似。如果采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)掛片協(xié)議進(jìn)行存儲(chǔ)難以表達(dá)數(shù)據(jù)之間復(fù)雜的嵌套關(guān)系。XML文檔本身為樹(shù)形結(jié)構(gòu)，其XML文件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)恰好適合于掛片協(xié)議文件的嵌套結(jié)構(gòu)。因此采用XML數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)DICOM掛片協(xié)議文件進(jìn)行存儲(chǔ)、查詢和檢索。利用XML樹(shù)型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)將DICOM掛片協(xié)議的信息以樹(shù)形結(jié)構(gòu)存入XML文件，使各個(gè)信息對(duì)象和數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系清晰，表達(dá)了它們之間的嵌套和依賴關(guān)系，并且大幅減少了空間冗余度，簡(jiǎn)化了掛片協(xié)議的文件結(jié)構(gòu)描述，從而降低了開(kāi)發(fā)難度，并有利于掛片協(xié)議文件在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。

2.4 掛片協(xié)議生成模塊及查詢模塊

通過(guò)掛片協(xié)議進(jìn)行圖像布局顯示，首先需要查詢掛片協(xié)議。查詢掛片協(xié)議通過(guò)輸入查詢掛片協(xié)議的一些關(guān)鍵字段查詢，在系統(tǒng)主界面中掛片協(xié)議查詢區(qū)域可以輸入掛片協(xié)議的名稱、創(chuàng)建者、描述、先驗(yàn)引用數(shù)和創(chuàng)建時(shí)間范圍等條件中的一個(gè)或多個(gè)組合進(jìn)行掛片協(xié)議查詢。

2.5 根據(jù)掛片協(xié)議進(jìn)行圖像顯示布局

根據(jù)掛片協(xié)議對(duì)圖像陳列顯示:動(dòng)態(tài)生成影像幕箱，對(duì)處理后的數(shù)據(jù)，在對(duì)應(yīng)的各個(gè)影像幕箱陳列顯示。

根據(jù)掛片協(xié)議控制醫(yī)學(xué)影像的顯示流程如下:

(1)解析DICOM掛片協(xié)議顯示模塊影像組。

(2)根據(jù)解析掛片協(xié)議信息確定影像幕箱的個(gè)數(shù)，及影像幕箱的空間位置及大小。

(3)根據(jù)掛片協(xié)議解析的信息確定各個(gè)影像幕箱中需要陳列的圖像。

(4)根據(jù)掛片協(xié)議的displaysetsequence確定窗寬、窗位調(diào)節(jié)、正側(cè)位朝向等。

(5)將處理后的圖像陳列在各個(gè)影像幕箱。

3 結(jié)束語(yǔ)

把掛片協(xié)議應(yīng)用到醫(yī)學(xué)影像顯示系統(tǒng)中，可以使醫(yī)師根據(jù)其讀片習(xí)慣和不同的讀片要求，采用相應(yīng)的掛片協(xié)議實(shí)例，根據(jù)掛片協(xié)議進(jìn)行圖像布局及顯示，從而使醫(yī)師可以方便、快捷地進(jìn)行軟件讀片，簡(jiǎn)化了操作步驟，同時(shí)有利于醫(yī)師挖掘醫(yī)學(xué)診斷信息，提高工作效率。

［1］牛啟潤(rùn)，吳向群，譚志明，等.DICOM掛片協(xié)議在醫(yī)學(xué)影像信息管理系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.中國(guó)數(shù)字醫(yī)學(xué)，2009(2):61－62.

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