基于云端的眼科醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

榮 偉

（無(wú)錫市第五人民醫(yī)院 江蘇 無(wú)錫 214000）

1 引言

近年來(lái)，醫(yī)學(xué)影像的存儲(chǔ)、傳送、后處理，因?yàn)殡娮蛹夹g(shù)的巨大發(fā)展以及多媒體技術(shù)的突飛猛進(jìn)，慢慢得以實(shí)現(xiàn)?？勺x寫的出現(xiàn)、硬盤容量的提升、圖像信息壓縮技術(shù)的應(yīng)用，為醫(yī)學(xué)影像的存儲(chǔ)帶來(lái)更多的便利，提高醫(yī)院管理的高效化。我們所要設(shè)計(jì)的PACS（Picture Archiving and Communication Systems）系統(tǒng)便是一個(gè)數(shù)字化的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。PACS又叫醫(yī)學(xué)影像存檔與通信系統(tǒng)，它是一個(gè)使用DICOM標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)影像進(jìn)行獲取、傳輸、存儲(chǔ)、顯示以及管理等功能的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對(duì)醫(yī)學(xué)影像進(jìn)行智能化的計(jì)算機(jī)處理，這樣醫(yī)生便不需要依賴于傳統(tǒng)肉眼的觀察以及主觀上的判斷，醫(yī)生對(duì)病人的病情會(huì)有更加精準(zhǔn)的了解[1]。

2 系統(tǒng)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像主要將模擬的灰度值拷貝到膠片上，這對(duì)醫(yī)學(xué)影像的儲(chǔ)存和傳輸造成了一定局限性。PACS也運(yùn)用其數(shù)字化的技術(shù)很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。（1）PACS系統(tǒng)不需要使用傳統(tǒng)的膠片存儲(chǔ)醫(yī)學(xué)影像信息，避免由于膠片脆弱性和不穩(wěn)定性造成的膠片損壞、變質(zhì)等問(wèn)題，膠片的減少也大大提高醫(yī)院的空間利用率，減輕人力、物力的壓力，降低醫(yī)療機(jī)構(gòu)的相關(guān)支出，也可以將經(jīng)費(fèi)更好地用于醫(yī)學(xué)研究中；（2）醫(yī)生可以利用PACS系統(tǒng)隨時(shí)隨地查看病人的影像圖片，無(wú)論是在病房、科室，還是放射科，都可以實(shí)現(xiàn)，醫(yī)生可以實(shí)時(shí)了解病人病情，這極大提高了醫(yī)院的工作效率，減少膠片調(diào)取傳輸讀閱的復(fù)雜過(guò)程，實(shí)現(xiàn)醫(yī)院管理的高效化；（3）PACS系統(tǒng)的普及可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)院與醫(yī)院間相互的溝通，PACS系統(tǒng)所提供的病人影像數(shù)據(jù)方便醫(yī)生了解病人的病史，使醫(yī)療診斷更加便捷，同時(shí)，實(shí)時(shí)的影像查閱也讓異地會(huì)診也成為現(xiàn)實(shí)，這樣醫(yī)學(xué)影像里所包含的信息才可以有效利用起來(lái)；（4）PACS系統(tǒng)自帶的影像后處理功能有利于醫(yī)生判斷病人病情的準(zhǔn)確性，而傳統(tǒng)膠片只是保存拍片室技師認(rèn)為有用的圖像信息，技師的主觀性易造成重要信息的缺失，PACS系統(tǒng)自帶的影像后處理功能有利于提高醫(yī)生判斷病人病情的準(zhǔn)確性。這4點(diǎn)優(yōu)勢(shì)很好地解決傳統(tǒng)膠片在醫(yī)療機(jī)構(gòu)中帶來(lái)的普遍問(wèn)題。PACS系統(tǒng)的普及已成為趨勢(shì)，數(shù)字化的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)管理為醫(yī)療機(jī)構(gòu)診斷的高效性、準(zhǔn)確性帶來(lái)非常大的幫助，這也為醫(yī)療機(jī)構(gòu)和病人創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益，為實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)科研、醫(yī)療診斷的高效性、實(shí)時(shí)性帶來(lái)便捷。PACS系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)促進(jìn)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)邁向新的臺(tái)階[2]。

3 醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)EyePacs結(jié)構(gòu)與功能

我們所要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要應(yīng)用于眼部疾病的診斷和治療。它將實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）在醫(yī)生工作站中顯示從不同科室不同設(shè)備中采集到的影像數(shù)據(jù)和所包含的病歷信息，將非DICOM標(biāo)準(zhǔn)的格式轉(zhuǎn)換為DICOM格式；（2）實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的通信傳輸，將重要的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器里的數(shù)據(jù)庫(kù)中保存，方便科研人員或者醫(yī)生及時(shí)查看；（3）可以對(duì)醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行后期處理，例如添加、切割等操作，使醫(yī)生更直觀地看到病人狀況，也可以增加臨床診斷發(fā)現(xiàn)的新線索；（4）實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的異地查閱以及實(shí)時(shí)調(diào)用。

PACS系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象是醫(yī)療機(jī)構(gòu)，病人在醫(yī)生的囑咐下到相關(guān)放射科進(jìn)行登記、攝片，影像醫(yī)師把病人病例的具體信息從攝片工作站服務(wù)器里調(diào)出來(lái)，攝片結(jié)束后連同影像圖片以及診斷報(bào)告、診斷數(shù)據(jù)等一應(yīng)交給患者，醫(yī)生再根據(jù)影像數(shù)據(jù)做出相應(yīng)診斷。為了使PACS系統(tǒng)更加適用于醫(yī)院的診斷流程，我們總結(jié)出系統(tǒng)應(yīng)該滿足的功能：裝載醫(yī)學(xué)影像及其數(shù)據(jù)、保存醫(yī)學(xué)圖像和數(shù)據(jù)信息、查找瀏覽并從服務(wù)器下載影像、對(duì)圖像的處理。我們將分為以下4個(gè)部分設(shè)計(jì)：圖像的顯示和裝載、以DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、服務(wù)器相關(guān)功能和數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)[3]。

3.1 影像及其數(shù)據(jù)裝載和處理子系統(tǒng)

裝載醫(yī)學(xué)影像的過(guò)程，體現(xiàn)出程序和目標(biāo)對(duì)象在運(yùn)行過(guò)程中的一些互動(dòng)交互，利用Windows消息以及非間接調(diào)用實(shí)現(xiàn)與對(duì)象的互動(dòng)。我們從主程序中接收裝載影像的指令，利用視圖對(duì)象DocObj調(diào)用具體函數(shù)，裝載結(jié)構(gòu)模式為Study的圖像；然后，視圖對(duì)象會(huì)以層次動(dòng)態(tài)基于Study-Series-Image的模式為基礎(chǔ)，建立保存影像的結(jié)構(gòu)；接下來(lái)，視圖對(duì)象Viewobj在接收到相關(guān)通知后，也會(huì)按照相應(yīng)的層次，設(shè)計(jì)醫(yī)學(xué)影像的顯示結(jié)構(gòu)。在顯示結(jié)構(gòu)被創(chuàng)立的過(guò)程中，各層次的信息也會(huì)添加到個(gè)表框列隊(duì)中；最后，在所選中的布局模式中，影像及信息數(shù)據(jù)便會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。

對(duì)于裝載過(guò)程中出現(xiàn)的非正常狀況，我們也應(yīng)做出相應(yīng)的設(shè)計(jì)來(lái)解決問(wèn)題。具體操作包括，利用C語(yǔ)言中錯(cuò)誤處理機(jī)制，在TRY模塊中放置裝載過(guò)程，如果有不正常的情況出現(xiàn)，就利用THROW將其拋出，并在CATCH模塊中依據(jù)異常對(duì)象的具體情況釋放出不正確的創(chuàng)立對(duì)象。

影像的裝載和處理少不了相關(guān)用戶界面的設(shè)計(jì)，界面主要使用人員是醫(yī)生，所以界面的簡(jiǎn)潔性、易用性、友好性也是設(shè)計(jì)的基本標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)以下功能。

（1）獲取并顯示單幀圖像（.jpg）和醫(yī)學(xué)圖像（.dcm）。

（2）顯示醫(yī)學(xué)影像中包含的圖像信息和患者信息，例如攝片時(shí)間、患者姓名、患者年齡等。

（3）對(duì)圖像進(jìn)行放大、縮小、移動(dòng)等基本功能。

（4）將編輯好的影像及其數(shù)據(jù)信息上傳到服務(wù)器中。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)將影像信息上傳到服務(wù)器，完成醫(yī)生對(duì)其查閱和調(diào)用的過(guò)程，我們需要一個(gè)以DICOM3.0為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)分為服務(wù)端設(shè)計(jì)和客戶端設(shè)計(jì)以及兩者的交互。遵循DICOM標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)它的獲取查閱服務(wù)類和保存服務(wù)類。

PACS系統(tǒng)的可靠通信和消息傳輸需要以TCP/IP和ACSE的有效連接為基礎(chǔ)。首先，初始化DICOM標(biāo)準(zhǔn)里的服務(wù)類對(duì)象。然后以Socket為基礎(chǔ)，建立TCP的相關(guān)連接，這一過(guò)程中附帶著3次的相互握手。接下來(lái)，基于協(xié)議產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包被客戶端發(fā)送到所要應(yīng)用的服務(wù)端，此時(shí)，協(xié)議數(shù)據(jù)包會(huì)被服務(wù)端進(jìn)行解析、判斷，繼而可以發(fā)送客戶端以接受協(xié)商的數(shù)據(jù)包，待被確認(rèn)收到后，整個(gè)ACSE協(xié)商過(guò)程便實(shí)現(xiàn)，消息交換也可以順利進(jìn)行。

協(xié)商被鏈接控制之后，我們可以完成DICOM的相應(yīng)服務(wù)類。存儲(chǔ)服務(wù)類過(guò)程如下：首先，一個(gè)包括消息表示和具體保存數(shù)據(jù)信息集合的數(shù)據(jù)單元被SCU建造并且發(fā)送出去，SCP在接收后調(diào)用后臺(tái)的存貯程序并返回相應(yīng)的反饋狀態(tài)，例如成果、警告燈狀態(tài)。重復(fù)以上操作若干次，就可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)。而圖像的獲取查詢服務(wù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下：目標(biāo)查詢數(shù)據(jù)集IOD SCU基于對(duì)象的需求而生產(chǎn)，數(shù)據(jù)包被按要求封裝后會(huì)返回C-FIND-RQ具體信息，這一消息又會(huì)被SCP不斷的查詢，并且從按照研究、圖像、序列一層一層往下查詢。最終，SCU可以使用C-MOVE指令來(lái)獲取相關(guān)的圖像和包含數(shù)據(jù)，完成相信的服務(wù)類[4]。

3.3 EyePacs系統(tǒng)服務(wù)器設(shè)計(jì)

服務(wù)器的設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)管理軟件、服務(wù)器平臺(tái)建設(shè)、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件等部分。

由于PACS系統(tǒng)中包含的醫(yī)學(xué)影像占用數(shù)據(jù)太大，且被調(diào)用被訪問(wèn)的次數(shù)過(guò)多，正常的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)很難保證這些要求的實(shí)現(xiàn)，所以PACS系統(tǒng)會(huì)將影像中包含的文字信息，如病人姓名、診斷結(jié)果等上傳到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，而影像的存檔服務(wù)器則用來(lái)保存規(guī)定格式的醫(yī)學(xué)圖像，簡(jiǎn)稱PAS。最終以DICOM為基礎(chǔ)，通過(guò)創(chuàng)建關(guān)系，把數(shù)據(jù)庫(kù)和PAC一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。

3.4 EyePacs系統(tǒng)架構(gòu)

對(duì)于小型的PACS系統(tǒng)，其架構(gòu)主要采用基于C/S的模式，這一模式里，客戶端主要包括用戶界面、安裝相關(guān)的應(yīng)用程序、處理醫(yī)療機(jī)構(gòu)業(yè)務(wù)等功能。服務(wù)器端則負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的保存和后期數(shù)字化處理。因此，服務(wù)取得任務(wù)相對(duì)較少，但是如果客戶端慢慢增多的話，整個(gè)系統(tǒng)的安全問(wèn)題也要有所考慮，系統(tǒng)的安裝、維護(hù)問(wèn)題都會(huì)比較多。

計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展以及醫(yī)院客戶的實(shí)際需求，使得基于B/S的構(gòu)架模式變成趨勢(shì)，與前一種模式相反，服務(wù)器端用來(lái)完成PACS的核心功能，而客戶端甚至簡(jiǎn)化成瀏覽器，這也為遠(yuǎn)程會(huì)診創(chuàng)造基礎(chǔ)，同時(shí)也相應(yīng)地需要高配置、高性能的硬件環(huán)境。此次基于云端的眼科醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)EyePacs為適應(yīng)大量用戶需求，將采取操作、維護(hù)比較邊界的B/S架構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的采用允許醫(yī)生直接使用瀏覽器來(lái)獲取病人影像信息，無(wú)論是電腦還是PAD，都可以支持影像的獲取，完成信息實(shí)時(shí)性的要求[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的醫(yī)院數(shù)據(jù)管理，提高醫(yī)院影像信息的高效利用率，Pacs系統(tǒng)的普遍應(yīng)用勢(shì)在必行。其關(guān)鍵技術(shù)則是基于DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的設(shè)備之間、醫(yī)院之間的數(shù)據(jù)交換。同時(shí)，非DICOM格式的影像轉(zhuǎn)換為DICOM格式也是我們所要研究的重點(diǎn)問(wèn)題。EyePacs系統(tǒng)可以把眼科科室的信息、數(shù)據(jù)、志愿有效地整合，使病人病例信息、診斷報(bào)告信息、影像統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化得以更好實(shí)現(xiàn)。