（信号与信息处理专业论文）医学信息系统国际标准及其集成化系统的研究与实现.pdf

摘要 r 4 7 l z o s 现代医学信息系统主要由三大系统构成：医院信息系统 ( h i s ) 、放射科信息系统( r i s ) 和图像归档与通信系统。“数字 化医院”概念的引入使这三大系统相互倚赖和相互作刚。然而， 三类系统的组成在平台、设备和生产商上有很大的不同，将它们 集成足件很困难的事。随着d i c o m 和h l 7 两大j ：业标准的 现，这些性质迥异的成分的结合成为可能。 h l 7 规定了标准的文本数据格式，而d i c o m 说l 删了图像数 据格式及其通信协议。本文主要涉及的内容就是d i c o m 年1 1h i ，7 柏i 准的研究和丌发二i ：作。对两大标准的信息模型、白l 成部分、研 咒力向等内容进行了详细分析。论文最后实现了一个丛j ：h l 7l i i c i c o m 的h i s r i s p a c s 集成化系统。论文的工作解决了系统集 成的一些笑键性技术问题，对该领域的后续工作有一定的参考价 值。 关键词：i l i s ，r i s ，p a c s ，h l 7 ，d i c o m ，集成化系统。 a b s t r a c t i ti sc o m m o nt o d a yf o r t h eh o s p i t a l st ob u i l dt h e i rm e d i c a l i n f o r m a t i o ns y s t e m sf o rh o s p i t a li n f o r m a t i o na n dp a t i e n ti m a g e i n f o r m a t i o n ，s u c ha sh o s p i t a li n f o r m a t i o ns y s t e m ( h i s ) ，r a d i o l o g y i n f o r m a t i o n s y s t e m ( r i s ) ， a n dp i c t u r e a r c h i v i n g a n d c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ( p a c s ) w i t ht h ep u t t i n gf o r w a r do ft h e c o n c e p to f “e - h o s p i t a l ”，w em u s ti n t e g r a t et h eh i s 、r i sa n dp a c s ， w h i c hw i l li n c r e a s ee a c hv a l u eo f t h e ma sat o t a li n f o r r n a t i o ns y s t e m h o w e v e r i ti sd i f f i c u l tt oa c c o m p l i s hi tb e c a u s ee a c h o ft h e s e c o m p o n e n t sv a r i e sw i t hp l a t f o r n l s ，m o d a l i t i e s ，a n dm a n u f a c t u r e s w i t ht h ee m e r g i n go ft h et w om a j o ri n d u s t r ys t a n d a r d s ：d i g i t a l i m a g ec o m m u n i c a t i o no fm e d i c i n e ( d i c o m ) a n dh e a l t hl e v e l s e v e n ( h l 7 ) ，i tb e c o m e sf e a s i b l et oi n t e g r a t et h et h r e ed i s p a r a t e s y s t e m s t h ed l c o ms t a n d a r de l l a b l e su st oc o m m u n i c a t ei m a g e i n f o r m a t i o nw i t hs t a n d a r dd a t af o r m a t t h eh l 7s t a n d a r de n a b l e su s t os h a r em e d i c a li n f o r m a t i o nb e t w e e nt h et h r e em a i ns y s t e m s t h i s t h e s i sm a i n l yd e a l sw i t ht h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to fd i c o m a n dh l 7 ，s p e c i f y i n gi t s i n f o r m a t i o nm o d e l ，c o m p o n e n ta n dr e s e a r c h e t c f i n a l l y , w ed e s i g na n dr e a l i z ea ni n t e g r a t e ds y s t e mo fh i s ，r i s ， a n dp a c sb a s e do nt h et w os t a n d a r d s w eh a v ed o n es o m eb e n e f i c i a l t r i a lo nh o wt oi n t e g r a t et h et h r e em a i nm e d i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m s h o p eo u re f f o r t sw i l lb e n e f i to t h e rr e s e a r c h e r sa n dd e v e l o p e r si 1 1 t h e s a m ea r e a k e y w o r d s ：h i s ，r i s ，p a c s ，d i c o m ，h l 7 ，i n t e g r a t e ds y s t e m 弛一带序论 北方交通大学硕 。学位论文 第一章序论 1 1引言 二二卜一世纪将是信息科学的世纪，又是生命科学的世纪。信 息与汁算技术密切相关。因此，随着计算机技术和网络技术的发 j 醍，人类进入了信息时代，人们的工作和生活方式发生了巨大的 变化，这利- 变化自然也会波及医疗保健领域。 信息技术对医学领域的冲击主要表现在医疗仪器方i 阿和管理 办| f i 。医，仪器方而，出现了各种计算机控制的设箭现代科技 赋r 了医疗改备如信号处理、图像显示及输出等功能。同时促使 静炎跃，仪器智能化、小型化、模块化与系统化；在管理方面。 山矗卒j 的医学资料处理发展成为今天的医学档案的数据库查湖、医 学软件研究和各类医疗信息系统。医疗运作的效率取决于其信息 1 1 ：州功能i 动化的程度。许多医院都在努力设计自己的计算机信 ，n 系统，这些系统通常用于存放与检索病人的文本和图像信息。 这些信息一般是由多个生产商提供散稚于各个信息系统中，即 跃院信息系统( h i s ) 、放射科信息系统( r i s ) 及图像归档和通信系 统( p s c s ) 。 一股说水，j j 一维数据表达的医疗资料信息的管理称为医院 信，乜、系统h i s ( h o s p i t a li n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，用二维数据表达 的信息锵耻和传输，即图像资料的管理称为p a c s ( p i c t u r e a r c h i v i n ga n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ) ，俗称图像归档和通信系统。 f j 放射科信息系统r i s ( r a d i o l o g yi n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，用于 第一学序论 北方交通人学硕。i ：学位论文 支持放射科的诊断与信息管理。r i s 与h i s 并没有什么本质的不 同，只不过它的范围缩小，限定在放射科。h i s 、r i s 和p a c s 构 成了现代医学信息系统的三个主要成分。 1 2 医学信息系统的发展和现状 h i s 的概念早在本世纪六十年代就已出现，h i s 提出的目的， 足将数据平功能集中起来考虑，从而增加医院效率。开始提出h i s 概念的时候，存在着种种技术上的原因，使真正实现的h i s 系统 只址传输字符数据，其实h i s 还掌握着某些特殊类型的数据，如 - 1 5 , i u i 冬 枪a 的波形结果等。 近儿年来，在医疗保险制度改革的促进下，国内h i s 迅速普 及。i l l s 已经成为医院正常经营的必备条件。目l j f 国内面向管理 的i l l st 2 经_ f 分成熟，驰本管理模型已经稳定成型，h i s 的流程 j 占小稳定，这足导致h i s 快速发展的重要基础。在人、财、物管 理的o , t - 搞t 1 i ：，近年，一些医院币在探索扩大应用范围，提高应用 深度，如j f ：发j 渗信息系统、病房电子病历系统、手术室系统等。 住h i sj l ：发技术方丽，经典的开发环境是s q ls e r v e r + p o w e r b u i l d e r ，使用c l i e n t s e r v e r 结构，也有少量u n i x 开发环境 的j “，协。近年，一些公司尝试开发基于多层结构的h i s 和基于 i n t e r n e t 的e h i s ，但真限成熟还需要时自j 。 j 二h i s 仪承挺! 着一维数据的存储传送与管理。随着医院中 成像没衍尤j 是数字成像设备如c t 、m r i 等的普及，医学图像 数州f | i i = 急剧增加，一个新的概念p a c s ，于2 0 世纪8 0 年代初 州形成。p a c s 的f i 的是把从不同地点各成像装茕产生的图像经 2 第一章序论 北方交通人学硕 ：学位论文 数字化后，通过计算机网络送至中央数据库管理系统( 含数据库) ， 再经计算机网络送至不同要求的显示工作站，供放射科医师、病 房医师及其他医务人员调用。p a c s 是2 0 年来迅速发展的综合性 医院信息系统。二十世纪七十年代c t 出现到八十年代初核磁兆 振成像装置推向临床，标志着现代医学成像技术趋向成熟。医学 成像工作者面临的主要问题从成像技术本身转向如何管理并充分 利用急剧增加的医学成像数据。为了强调管理。8 0 年代中期 现 了另外一个名词i m a c ( s ) ( i m a g e m a n a g e m e n t a n dc o m m u n i c a t i o n s y s t e m ) 。9 0 年代初又引入一个新概念i d s ( i n t e g r a t e dd i a g n o s t i c s y s t e m ) 综合诊断系统。这一概念强调了最终f j 。的曛蜓m 将 p a c sf l i 纯粹的工程实验研究转向强调临床实j f j 需求。p a c s 、 i m a c s 、i d s 实际上代表了p a c s 发展的三个阶段。 j 国内的p a c s 已经度过启蒙期向启动划过渡。从2 0 0 1 年6 月中固放射医学杂志在北京组织的第二届全i 鲥p a c s 会议可 以霜_ l ，p a c s 已经成为放射学界重要的技术发展方向。但是日 f ) i i 目内p a c s 的研发，还仅仅处于起步阶段。跨国公司的p a c s 广：- 饥在因内医院处于主导地位。 放射科信息系统( r l s ) 是近几年随着h i s 和p a c s 的逐渐普 及而发展起来的，成为医院管理信息系统的一个重要组成部份， 也是e ll j f 国外比较流行的解决方案。r i s 概念出现的主要原因足 为h i s 只能给放射科提供有限的支持。国内许多的p a c s 软l ： l 经或多或少的涉及到了基础的r i s 功能( 如诊断报告和统计 等) t 似还升；能完全满足医院的实际要求。国外r i s 系统与凼内需 求有棚当大的差异，限制了其在中国市场的发展。 医学信息领域有儿火工业标准，其l i ，d i g i t a li m a g i n g 蚺一章序论 北方交通大学硕士学位论文 c o m m u n i c a t i o ni nm e d i c i n e ( d 1 c o m ) 和h e a l t hl e v e l7 ( h l 7 ) ， 使我们得以在h i s 、r i s 和p a c s 中实现信息的共享。i h e 标准的 数字化医院框架对此给予了明确描述( 图1 1 ) 。 r s n a 2 0 0 0 i 璺ii 1 i h e 标准的数字化医院框架 荚因放射协会( a m e r i c a nc o l l e g eo f r a d i o l o g y ，简称a c r ) 和没备制造商有关组织电气制造商协会( n a t i o n a le l e c t r i c a l m a n u f a c t u r e sa s s o c i a t i o n ，简称n e m a ) 于1 9 8 3 年联合成立了一 个联合委员会，丌发“数据成像与通信”标准a c r n e m a 3 0 0 ， j 宗旨是：( 1 ) 促进数字图像信息问的通信，而不管提供这些信 息的改街何厂制造，也不管信息以何种数据格式来表达：( 2 ) 便j ：进步开发和扩展p a c s 系统，使与医院中的其它信息系统 连接；( 3 ) 建立一个珍断信息数据库，让分布在各地的各种设备 访问j k 字。联合委员会于1 9 8 5 ，1 9 8 8 年先后推出了 第一章序论 北方交通人学硕士学位论文 a c r n e m a 3 0 0 8 5 ，a c r n e m a 3 0 0 8 8 二个版本( 俗称 a c r n e m a l 0 和a c r n e m a 2 0 ，统称a c r n e m a ) 。以后于 1 9 9 3 年推出n e m ap s 3 ：“医学数据成像与通信( d i c o m ) ”，简 称d i c o m 3 0 。1 9 9 6 年和1 9 9 9 年又推出了d i c o m 的新版本 ( p s 3 x 1 9 9 6 及p s 3 x 一1 9 9 9 ) 。 a c r n e m a 和d i c o m 标准主要针对医学图像数据的格式和 通讯，而h l 7 标准则定义了标准的字符数据消息格式。h l 7 的全 称是h e a l t hl e v e l7 ，其组织成立于1 9 8 7 年3 月。是由一个消赞 打和销售商共同组成的委员会发起的。该委员会的目的在于创立 个川于在医疗环境中，特别是医院应用环境 1l 乜予数据交换的 标准。大家共同的目标是简化多个销售商之问计算机应刚的接【：l 实现。标准的重点在于数据的格式以及在医疗信息系统( i l l s 、r i s 年p a c s ) 中交换关键文本数据的协议。i l l 7 组织的成员几乎包括 了荚因所有的医疗产品供应商。h l 7 在1 9 9 4 年推出v e r s i o n 2 2 版： 19 9 7 年椎i i v e r s i o n 2 3 版：2 0 0 0 年底发御v e r s i o n 2 4 版本：2 0 0 2 年发，n j 了v e r s i o n 2 5 版。 1 3 论文的研究意义和主要工作 1 3 1 论文的研究意义 日i 诲国内的医院，大多已建立起自己的h i s 。而国内p a c s 的研发，仅仅处于起步阶段，实现的功能有限，医院使用起来也 4 ：尽如人意。因此，美国通用电气( g e ) 、德国西门子( s i m e n s ) 、 1 ；：兰怍利普( p h i l i p s ) 、r 本东芝( t o s h i b a ) 等跨国公司( 尤 j e 足g e ) 的p a c s 产品，在国内医院处于绝对主导地位。由于髯 第一章序论 北方交通人学坝f 。学位论义 h i s 的丌发厂商迥异，也并不遵循通用的标准，因此国内的h i s ， 并不能给医院的p a c s 系统提供支持。h i s 和p a c s 的使用，处 于隔绝状态。所以，无论p a c s 多么优秀。对医院来讲缺乏实用性， 与以 j 的工作流程相比也没有什么改变，放射科甚至还愿意用没 有p a c s 系统时的方式和流程去操作。p a c s 仅仅成了一个摆设， 失去了它真j 下的意义。因而，我们有必要对h i s ( r i s ) 、p a c s 进行集成。 系统集成目前有两类方法：一是开放系统表结构，让不同系 统m 互相读写这种方法十分简单但十分危险。一旦系统问 题，a 找非常困难。如果多个系统用这种方法互联，仃可能使系 统蒯溃；二是a p i 接口方式，这种方法比较复杂，但代表了发展 方i f i j 。这种方法需要接口标准，h l 7 和d i c o m 矿适 】于这类标 准化接口工作。h l 7 是标准的文本数据格式，d i c o m 包含了多利数 掘格式和通信协议。基于d i c o m 和i i l 7 我们能够实现i l i s 、r i s 和p c s 的集成化系统， 虽然近年来我国医学信息系统技术及产业i f 在迅速成长，但 业界普遍认为，医学信息标准化的问题越来越成为制约医学信息 技术飞速发展的瓶颈。d i c o m 虽然已经在p a c $ 中广泛使用，但 目j j i 国内丽向临床的标准化研究还没有涉及。丽h l 7 研究力刚刚 丌始。众所周知。没有信息标准化，医学信息系统技术的大范强 推广应川难度巨大，不同系统问的信息交换只是梦想。更为重要 的足，山于缺乏统一标准，阻碍了i 毡子病历交换的实现。现代远 秘医疗和远程教学的发展、病人信息的传递将直接受惠于电予病 j ： j 系统。凼此，f u 予病历已成为医院信息系统发展的重要组l 成f ： l j 分。，e 实质足整个医院以病人为t 心的计算机信息化，l i 的足j j jj 捕一章序论北方交通大学硕士学位论文 速病人信息流通，使病人信息随时随处可以得到，并方便了院际 病历信息交换，从而起到提高工作效率和医疗质量的作用。在 h i s 、r i s 、医学成像设备和p a c s 组成的环境中，文本与图像的 通信一直十分困难。因为其中的每一个平台、成像设备和生产厂 商都不相同。利用d i c o m 标准，不同厂商的成像设备提供的图像 转化为统一的格式，并进行通信；利用h l 7 标准，系统间传送的 文本信息可以转化成它的标准化数掘形式，使得医疗信息可以在 i l l s 、r i s 和p a c s 间共享。从而优化医院的工作流程，实现信息 的享与交换，为医院提供一种高效而安全的医疗环境。 1 3 2 论文的主要工作 l 详细研究了医学信息系统( 包括h i s 、r i s ，尤其是p a c s ) ， 分析其r p 存在的技术和非技术问题，提出解决医学信息系统 标准化的方案。 2 对d i c o m 标准进行了详细研究深入领会了其设计思想和 坫本概念，归纳总结了d i c o m 标准所涉及到的一般概念、 服务类等各方面内容，为在系统集成中引入d i c o m 打下了 丝础。提出了分三个层次实现d i c o m 标准即完成了d i c o m 消息交换的网络支持，完成了d i m s e 服务和s o p 类，完成 了d i c o m 信息对象。 3 详细研究了h l 7 标准。分析了h l 7 标准的模型及通信环境， 对l | i j 7 消息的定义进行了详细研究，井对h l ? 的应用模型进 行了探讨。 4 对医学信息系统的集成进行了研究，重点分析了集成化系统 7 弛节序论 北方交通人学碳士学位论文 的始享数据及信息交换方式。 5 设计并实现了一个基于i l l 7 和d i c o m 的h i s r i s p a c s 集成化 系统。根据中国医院放射科现有的工作流程，为中国医院设 汁了一套以r i s 为核心的集成化系统，与当前中国医院主导 的g l ip a c s 系统以及现有的各种不同类型的t t i s 系统实现无 缝融合。系统集成的具体工作包括：放射科工作流程管理子 系统设计，智能报告子系统设计，r i s 数据库服务器及其 c ( ) i t b a 接口设计，i i i s r i s p a c s 接口设计( d i c o mw o r k l i s t 服务器，d 1 c o m 解析服务器，r i sb r o k e r ( h l 7 标准的实施) ， 报告处理jp a c s 的接l1 ) 。 3 第一二章医学信息系统综述北方交通人学坝i 学位论史 第二章医学信息系统综述 2 1医院信息系统( h i s ) 医院信息系统是个在健康护理环境( h e a l t h c a r ee n v i r o n m e n t ) 中处理三类任务：( 1 ) 管理医院的临床和忠者护理活动，如门渗挂 号与收费、住院患者管理、处方管理、检验管理、手术室管理等： ( 2 ) 医院行政管理，包括财务、人事、薪水、床位统计等；( 3 ) 实现 医疗活动和医疗质量的舱控。 h i s 的i i 标足利川计算机承l 通讯敬籀对所f 医院附j f 矗活动- i 的患者护理和管理信息进行收集、存储、处理、检索和通讯，以 满足所有授权使，玎者的功能需求。一个完全意义上的h i s 应泼能 够( 1 ) 将数据协调地存储在一个中心数据库晕：( 2 ) 让被授权 使用者随时随地存取数据；( 3 ) 处理其它一些协同事务。 h i s 具有多重性、实时性、多任务等特点各个部门系统之 间既其有十h 关性又具有独立性。整个系统具有相当数目的数壬i l ：共 享，数据具有一定的实时性，更新频繁。 目前国内h i s 面临的主要技术问题有：( 1 ) 医疗保险系统与 h i s 的互联，技术难点在于共享医疗资源，需要标准化的电子病 历( e p r ) 国际上尚未解决：( 2 ) 医院经营管理模式逐渐多样化， 对h i s 提l 新的要求：( 3 ) 门诊信息系统；( 4 ) 住院系统，尤其 足病房1 筮5 t - ：d - 作站：( 5 ) 与r i s 、p a c s 整合的集成化系统，这也 小足本论文的主要研究内容之一。 9 第二章医学信息系统综述北方交通人学坝i + 学位论文 囹2 i 典型h i s 功能模块示例 2 2 放射科信息系统( r i s ) r i s 用于支持放射科的诊断与信息管理。它旨在减少管理的 0 第一二章医学信息系统综述北方交通大学硕士学位论文 丌支，改善放射科检查的质量。r i s 统管放射科的患者信息以及 收费情况、检查过程描述以及时间设定、诊断报告、患者来访时 间安排、胶片存放及检查室的时间安排。r i s 对于h i s 独立但又 与之有一定的联系，部分r i s 是作为h i s 中多个子系统之一而存 铂! 的。r i s 的主要功能包括：患者登记：预约时问：诊断报告： 处理患者图片央的记录：管理患者、检查以及检查资源的状态： 创建、格式化以及存储诊断报告和数字签名：追踪图片央；维护 实施的收赞信息；进行文档与统计的分析。 r i s 所要求的硬件平台性能低于h i s 。应该说广义的h i s 是 包含r i s 和p a c s 系统的，但是我们通常提到的h i s 系统仅是一 种跃院的m i s 系统，是狭义的h i s 。 r i s 和p a c s 系统不同，很大程度上是要和医院的管理相一 致的，应该量身订做。而且应该由h i s 和p a c s 的厂商合作开发。 2 3 图像归档与通信系统( p a c s ) 2 3 1 p a c s 概论 p a c s 的概念大概出现在1 9 8 0 年左右，到了八十年代术期得 到了较快发展。建立p a c s 的设想主要是由两个主要因素引发的。 一是数字化影像设备。如c t 、m r 设备等广泛应用使得医学影像 能够直接从检查设备中获取：另一是计算机的发展使得大容量 数字信息的存储、通讯和显示都能够实现。 p a c s 定义功能如下：( 1 ) 在一个中心图像数据库存储不同 成像设备产生的数字化图像( 即归档) ：( 2 ) 使不同科室的使用者 能够通过本身具有图像处理功能的工作站存取不同类型的图像； 讹帝瞰学f 矗息系统综述 北方交通人学硕i ：学位论文 ( 3 ) 在图像采集设备与图像数据库之间，以及数据库与工作站之 川迅速地传输图像。 依掘p a c s 结构特点，可分为集中式结构和分布式结构。集 i ，式结构p a c s 由1 个功能强大的中央管理系统及中央影像存储 系统( 服务器) 服务于所有p a c s 设备和影像，提供集中的、全面 的系统运行和管理服务。该结构有利于对系统资源和服务实施进 行彳r 效的竹耻。分价式结构p a c s 山于其复杂的路由算法，对数 槲库服务器的高性能要求及其它技术难度，尚未广泛丌发，所以 小史涉及p a c s ；i f i ；是针对集【f i 式结构。 舆喇的p a c s 包含四个 ：要部分：( 1 ) 图像采集模块：从成 像设衙扶墩阁像将图像和年1 l 关患者数据发送给t l ，心节点：( 2 ) 图2 2 集中武结构p a c s i 冬 像5 模块：接受中心节点发送的图像，同时查询患者的信息 2 第一二章医学信息系统综述北方交通人学硕1 。学位论文 协助医生诊断；( 3 ) 图像存储和管理模块( p a c s 中心节点) ：是 图2 3 分布式结构p a c s 最为重要部分，它负责管理系统的整体数据流，对数据存储和检 索，维护系统数据的一致性和完整性，响应各个工作站的请求。 山于图像数据对存储空间的要求较高，通常采用分层的存储结构； ( 4 ) 通信网络。下面详细介绍各部分： 2 3 2 图像采集 图像采集系统决定了图像的获取形式及最终的图像质量。一 般图像获取有两种方式：直接获取图像及胶片的数字化。直接获 敬图像包括直接从图像文件获取和利用视频获取方法直接从图像 显示系统捕获数字化数据。胶片的数字化包括固定胶片扫描( 激 光扫描) 、移动胶片扫描和电视图像数字化。 第_ 二章医学信息系统综述 ! ! 塑銮塑盔堂堡主堂堡! 垒兰 一般成像设备按封闭体系设计，不遵循d i c o m 标准，相互 渊不能直接通信也不能直接入网，而需用采集计算机将成像系统 与p a c s 的其他部分隔离。采集计算机有三大任务：( 1 ) 从成像 设备采集图像数据：( 2 ) 将不同成像设备制造商各种规格的数据 图2 4p a c s 的基本模块 转换成符合d l c o m 的p a c s 标准格式( 数据头格式，字节顺序， ，l i 阵尺寸等) ；( 3 ) 将图像传给p a c s 控制器。 连接通用的p a c s 采集计算机及放射成像系统的接口主要分 为两类，互连网络模式和直接接口模式。 互连网络模式通过标准的网络和通信协议( 如传输层、网络 层遵循t c p i p ，应用层为f t p 等) 将采集计算机与成像设备互连。 这种情况下要求成像设备在设计时即考虑到这一工作模式并应用 d i c o m 3 0 标准。图像传送可由放射成像系统启动操作( “推”) 或 i l 采集计算机启动操作( “拉”) 。两相比较以“拉”模式当为 优选模式。出于互连网络模式遵循工业标准故易于实现。 许多成像设备与采集计算机的接口应属直接接口模式。实际 l ：是通过一片接口卡实现。如胶片扫描仪的s c s i 接口卡，b 超 图像的视频采集卡。其优点是联接简单，数据吞吐速率快，但要 1 4 第一章医学信息系统综述 北方交通人学颅| l ：学位论文 作二次玎发常碰到困难。 2 3 3 图像存储和管理 图像存储和管理模块是整个系统的核心，包括两部分：数据 库服务器和存档系统。 数据库服务器用来管理存储患者的基本信息。其主要功能见 卜图。 图2 5数据库服务器的主要功能 7 f 档系统包括图像存档服务器、图像数据库系统、光擞库及 j e 通信网络。其j i 要功能秆： 一 削像接收：存档服务器接收山采集计算机传来的d i c o m 蚓像： 图像暂存：出采集计算机传来的d i c o m 图像先存放在存 档服务本地磁盘，并按“时效准则”进行管理： 吲像发送：到达存档服务器的图像被发送到目的显示工作 站：发送过程山预定的发送表驱动； 一 图像存档：暂存图像如要作较民期的存储，则将它复制 刮可读写光擞_ f ： _ ( 分项) 检查编组； _ 擞j i 管理； 第二章医学信息系统综述 北方交通大学颃l 学位论文 - 与r i s 、h i s 接口：当h i s r i s 系统将患者a d t ( 即患者 住院、出院、转院信息) 信息传送到p a c s 时，存档服务 器开启“预取”、“分项检查编组”、“盘片管理”等过程。 在p a c s 收到患者a d t 信息的同时，还从p a c s 收到检查数 据及诊断报告。这些信息被用来更新p a c s 的数据库，供 显示工作站查询调用； - p a c s 数据库更新：p a c s 数据库中的“诊断病史”表、“图 像目录”以及“分项检查记录”表等由各个在存档服务 器上运行的p a c s 进程更新： 显示工作站图像检索： 一 图像预取：当存档服务器从i i i s r i s 水的a d t 信息i ，捩悉 忠者已到达后立即进行图像预取操作。预取算法基于预定 的参数有：检查类型、病种类别、放射科医生、姓示：i ：作 站地点以及患者已存档图像的数目和时f l l l 等。 综上所述，中心节点管理图像数据流可由以下机制实现：( 1 ) 图像自动引导：在p a c s 的采集工作站端采集新图像。如果显示 工作站需要图像，可马上发送图像；( 2 ) 图像预取：事先将所需 图像发送至存储结构中最便捷的层次，以等待某工作站在不久的 以后来取图像；( 3 ) 图像归档：支持对图像存储层次的选择，即 选择在线还是离线。 图像迁移的机制是由h i s r i s 中登记的触发事件激活的。对 于图像的自动引导来说，触发事件可能是检查的最终结束( 包括 检测质量和复查) 或报告的最终完成。可能的图像的预取的激发 事件有患者入院、出院和转院，非住院患者的回访或放射科医师 会诊a 取消图像激活状态的触发事件同样来自h i s r i s ，如患者 1 6 弛一章医学信息系统综述 北方交通大学硕i 学位论文 出院，当然也可能来自p a c s ，例如短期存储的空间已满。归档 的机制可能由与p a c s 图像的实际使用相关的事件触发，例如图 像的最久未使用时间或是与患者相关的事件( 患者出院或在一定 的i f 问l | | 没有新的预约) 。 p a c s 管理数据库图像及其相关信息的数据库管理系统通常 仃s y b a s e 、o r a c l e 、i n f o m i x 等，管理方式往往采用图像 j j 戗：理数据连接的方式进行。 图像存储介质一般为用于长期存储的光盘库和短期存储的快 速磁僦阶列r a i d ( r e d u n d a n ta r r a yo f i n d e p e n d e n td i s k s ) 。 2 3 4 显示工作站 p a c s 的龆示工作站应充分利用整个p a c s 网络的资源及处理 能力。i ：作站的旗本功能为：病案准备：收集患者检查要用到的 订灭图像和信息；病案选择：对一个：子群病案进行选择；图像的 帜f 1 5 捉供糕理图像并把它们分组的手段，以便于使用者观察； 解释：提供测量的手段以利诊断：文件编制：提供能对图像加注， 制符文本和报告的手段：病案介绍：提供综合病案介绍的手段。 f l l 示工作站大致分为诊断工作站、分析工作站和观察工作 站。对一级诊断用显示工作站，其图像存于高速存取的磁盘阵列 - i l o 并i ：作站有一本地数据库以管理当前的病例。当然还可访问 i ) a c s 的总数据库以调用历史图像。 艋永：i ：作站与p a c s 系统的其它部分有三类接口： - - e 作站接收由归档计算机送来的图像，将p c s 标准格式 转换解码并显示； 对j ! j 者以l i 的诊断信息在数据库内进行查询； 1 7 玳：帝医学f 息系统综述北方交通人学坝i 。学位论文 -向归档工作站发出请求得到特定的患者的相关信息。 2 3 5p a c s 系统组网 为了设计p a c s 局域网，必须了解不同站点和用户间的信息流 l i i 。设汁p a c s 系统所需组网数据，包括饵一个节点的位胃与功能， 阴1 7 点问通过的信息频度，不同节点i j 币l j 用不同速度的线路进行 f 输所需赞川，通信的可靠性要求及所需吞吐量。网络拓扑结构， 通信线路容 也魁考虑的重要因素。 j ：成像设备完成一次成像的速度不快，成像设备到采集计 雠机之m j 可川低速网；在采集计算机与p a c s 控制器之问f i ：川速 _ l ：较怏的酬络，为儿个采集计算) r ；j l n + i j , h i f , t 发送图像文t i ：伞控 制器。p ) f ) lj 嘲络传输协议应赴标准的，如t c p i ，。运行在不m 机 种j ：的仃务之m 的过枞坍调煺系统甜l 刚时需要考虑的问题。 北方交通大学颇i + 学位论文 第三章a c r - n e m a3 0 0 和d i c o m3 o 标准 3 1a c r n e m a 3 0 0 标准 a c r n e m a 标准包括在两个支持a c r n e m a 标准的仪器设 桥州传输数据所需的数掘格式、协议和硬件接口。接口示意图如 田3 1两成像装置与a c r - n e m a 标准接口 住纠络环境下接口的一边是成像装置，另一边为网络接口 f - j t j n i u ( i 馨j3 2 ) 。该n i u 实为一个网关，其性质由所使用的网 络水决定。它应提t l , t 十1 1 当于一台p c 的本地处理能力。 图3 2 网络环境下a c r n e m a 标准接口示意图 1 9 第三章a c r n e m a 和d i c o m3 0 标准j ! 塑奎望盔兰堕兰垡垒奎 a c r n e m a 模型采用分层模型，各层的命名与功能划分均参 考i s o o s i 参考模型。由图3 3 可见，与o s i 的七层结构体系不同， 在a c r - n e m a 中将传输与网络层合并为传输网络层，两层合并 原因在于a c r n e m a 标准定义了一个点对点的接口。 下面说明数据发送与接收时，如何通过a c r - n e m a 协议栈各 层。 表示层和应用层是a c r - n e m a 标准体系中的最高二层。 囤3 3i s 0 与a c r - n e m a 分层比较 a c r - n e m a 标准通过报文格式来描述它们。表示层的功能是：建 立报文( 完成建组并加以组合) 。表示层把通过应用层程序进入设 备的患者姓名等人口统计学信息、图像获取方法的数据、图像本 身一起，按a c r - n e m a 的标准形成一个数据集( d a t as e t ) 。数据 集又与命令( c o m m a n d ) 结合，形成一条报文( m e s s a g e ) 。命令 指明了对数据进行的某种特定操作，有三类命令：一类属正常处 理命令如s e n d 、g e t 、m o v e 、f i n d 和d 队l o g ；另一类为异 常命令如c a n c e l ：最后一类为证实命令如e c h o 。 报文应由各类信息的“组”( g r o u p ) 来构成。a c r - n e m a l 0 和2 0 版本均规定了2 4 个组。组号、相应的信息类型以及大致内 容如表3 1 所示。 每一“组”被分为若干“数据元素”，后者含有信息段，数据 第三章a c r n e m a 年4 d i c o m3 0 标准越立塑查堂堡主堂垡堡塞 元素的成份包含在四个字段中，它们依次是：组号、数据元素号、 长度和值( v a l u e ) 。a c r - n e m a 标准中，在某指定组中的某一特 定数据元素被称为元素名( 组号，数据元素号) 。元素名在报文中 最多出现1 次。 为便于标准扩充，标准在已分配的组号和元素号之间保留了 一些空间。另外标准定义了一种称之为阴影组( s h a d o wg r o u p s ) 的结构，阴影组留作制造商或用户填入数据元素。 组号( 1 6 进信息类型内容 制) 0 0 0 0 命令为两成像装置间的端端通信能力提供信息 0 0 0 8 识别为用户提供唯一的图像识别参数 0 0 1 0 患者与患者有关的信息 0 0 1 8 采集提供与图像采集装置及成像过程有关的信息 0 0 2 0 关系提供图像在患者体内的位置信息以及同其他 相关图像间的关系信息 0 0 2 8 图像表示提供能以统一，可重复的方式进行图像表示与 显示的信息 4 0 0 0 文本a s c i i 文本 6 0 0 0 6 0 1 e 覆盖将图像的像素数据覆盖的信息 的偶数号 7 f e 0 像素数据图像像素数据信息 表3 1 标准组的识别号及其内容 组号元素号 长度 值 值的解释 0 0 0 80 0 1 00 0 0 c0 0 0 0 4 3 4 l2 d 5 24 5 4 e“a c r 小l e m a l 。o 4 1 4 d3 1 2 02 0 2 e 表3 2a c r - n e m a 数据元素的结构示例 “数据元素”粗分为三种类型： - 类型1 ，它是存储或显示数据所必需的， “值”字段应 包含有效的数据。还有一类“数据元素”称类型1 d ，该 类型元素若不随报文发送，则接收者将取标准所规定的 2 1 第三章a c r n e m a 和d i c o m3 0 标准韭查銮望查堂堡主兰堕! 笙茎 缺省值。 _ 类型2 ，用于解释的主要部分( 如检查号，患者方位等) ， 也是存储或显示数据所必需的。若“数据元素”的“值” 未知，该“数据元素”在发送时须将其长度置零，且将 “值”字段取消。与类型1 d 相似，有类型2 d “数据元 素”，该类型元素若不随报文发送，接收者应取标准所规 定的缺省值。 目类型3 “数据元素”，用于解释的次要部分，为可选项。 一旦报文形成后，将向下送至会话层。在a c r - n e m a 中会 话层定义了用来建立及断开同其它装置的应用程序作端一端连接 的协议。为使报文顺利向下，该层定义了连接控制字、报文源和 目的域。 传输网络层的功能是将上一层来的报文分成每块不超过 2 0 4 8 字的数据块，随后在加上分组( 包) 序列号与描述头后进行 分组，再传给下一层，即数据链路层。 数据链路层的功能是把来自传输网络层的数据加上控制字 组装成帧，通过物理层发出去。在物理层接收数据时应去掉帧控 制字，检查传输错误并将数据送到传输网络层。 物理层包括硬件规格，接口访问与字交换协议，它定义了相 互关联的信号时序，使数据能经由接口传输。数据链路层通过本 层发送数据，进行流量控制与错误检测。 图3 4 是报文传输示意图。 a c r - n e m a l 0 及2 0 在p a c s 的发展中起了十分重要的作 用，但它们的主要缺点是不适宜用于网络环境，每一报文只含一 幅图像以及把提供的服务归入命令之中等，因而限制了它的应用。 第三章a c r - n e m a 和d i c o m3 0 标准 北方交通大学硕士学位论文 作为改进，在1 9 9 3 年推出了版本3 0 ，并称为d i c o m 3 0 。 图3 4 报文传送示意图 3 2 d i o o m3 0 标准 3 2 1 d i c o m 概论 d i c o m ( d i g i t a li m a g i n ga n dc o m m u n i c a t i o ni nm e d i c i n e ) 标 第三章a c r n e m a 和d i c o m3 0 标准 北方窆逗点堂塑圭堂焦丝苎 准于1 9 9 3 年面世，是a c r n e m a 的第三个版本。由于是面向网 络环境的通信标准，故对d i c o m 影响最大的是国际标准化组织 的开放系统互联参考模型( i s o o s i ) ，是i s o o s i 在医学上的延 续。d i c o m 的最新版本为1 9 9 9 年版( p s 3 x 1 9 9 9 ) 。 d i c o m 标准促进医疗成像装置之间的互操作性。它阐明了 声称符合d i c o m 标准的装置所必须遵循的协议的集合；说明了 能够利用上述协议在仪器设备间交换的命令和相关联信息的语法 ( s y n t a x ) 和语义( s e m a n t i c ) ；还规定了一个声称符合该标准的 装置必须提供的信息( 一致性说明的内容) 。但它没有给出具体的 实现细节和评价一台装置是否符合该标准的测试过程；也没有给 出一个用一组均符合d i c o m 标准的装置集成起来的大系统所期 望有的所有的特点和功能的总的集合。 d i c o m