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p a c s 控制器及其网关的研究与设计 摘要 近些年来，p a c s ( p i c t u r ea 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 ) 系统的 应用已从原来局限于放射科的数字化的医学影像管理，发展成为以数字化诊断 为核心的整个影像管理过程，这里我们称为c p a c s 。在当前的环境下，p a c s 在 我国还没有普及，除了经济方面的原因，就是p a c s 中一些关键问题没有解决。 包括非d i c 0 m 医学图像数据的获取、与其它系统的互连以及p a c s 的汉化等。 本论文结合国内各中小医院的实际情况，在符合标准、保证可用性的前提 下，以可靠性、经济适用、高效率为目标，对c p a c s 建设中的一些关键性问题 进行研究。围绕这些问题，本论文所做的主要工作如下： 对p a c s 控制器体系结构、通信体系结构和数据传输策略等进行了分析 与研究。给出了系统框架设计方案，设计并实现了主要的s c p 服务类。 研究将非d i c o m 医学图像数据源融入p a c s 系统的方法。在分析医学图 像数据源的特点基础上，给出图像转换和存储的过程。 研究p a c s 同h i s r i s 系统进行信息交互方法，在分析h l 7 和d i c o m 标 准的基础上，重点研究数据冲突调解问题及d i c o m 与h l 7 数据和消息 映射问题，并给出了p a c s 与h i s r i s 集成的d i c o m h l 7 网关的设计和 实现方案。 关键词：d i c o m 网关h l 7p a c s 控制器 r e s e a r c ha n dd e s i g no fp a c sc o n t r o l l e ra n di t sg a t e w a y a b s t r a c t i nr e c e my e a r s ，t l l e a p p l i c a t i o n s o fp a c s ( p i c t u r ea r c h i v i n ga 1 1 dc o m m u n i c a 廿0 n s y s t e m ) h a sd e v e l o p e d 厅o m m o s ec o n f i n e di nt h ed i g i t a lm a i l a g e m e n t o f m e d i c a l i m a g e s i n r a d i o l o g yd e p a n m e n t t ot h o s e ，w h i c hw ec a l lc p a c sn o w ，u s e di nm ef u l lm 枷l g e m e n to f i m a g e sw i t hm e c o r eo fd i g i t a ld i a g n o s i s u n d e rc u h 蜘tc o n d i t i o n s ，p a c sh a sn o tb e e n u s e d 埘d e l yi nc h i n a b e s i d e se c o n o m i cf a c t o r s ，也e r c s t i l lr e m a i n ss o m ek e yp r o b l e m s u n s 0 1 v e d ，m ea c q u i r e m e mo fn o n - d i c o mm e d i c a li m a g e sn 怆c o l l l l e c t i o n 诵t l lo t h e r s y s t e m s ，m e 仃a n s f 0 a t i o n t oc h i n e s ev e r s i o no fp a c se t c + a r ei n c l u d e d i nt 1 1 i sm e s i s ，w es t u d ys o m eo ft h ek e ya s p e c t si 1 1c p a c sa p p l i c a t i o n s ，c o m b i n i n g w i mt h er e a l i 毋i nt 1 l em i d d l ea n ds m a l ls c a l eh o s p i t a l si no u r c o u l l n m w i 也也ep r e c o n d i t i o n o f s t a l l d a r d i z a t i o n 觚da v a i l a b i l 时a n d w i t h t h eg o a io f h i 曲r e l i a b i l i t y ，e c o n o m i z a t i o n h 培h e m c i e n c ya m 吼d 血e s ep r o b l e m s ，t h em a i n w o r k st os t l m yi nm et h e s i sa r e ： h 1t 1 1 i sp 印e r ，w ea n a l y z ea i l ds t i l d yt h ea r c h j t c c 仙r eo f p a c s c o n n d l l e r ，c o h 吼u n i c a t i o n a r c h i t e c t u r e 姐dd a t a 胁s i n i s s i o nt a c t f i l l e t c d e s i g n m l dr e a l i z et l l e m a j o rs c p c l a s s ，趾ds c h e m e o f s y s t e m 劬m e i sg i v e n r e s e a r c h e dt 1 1 em e t l l o do f b l e n 妇gn o n d i c o mf o n l l a tm e d i c a li i n a g es o u r c ei n t o p a c ss y s t e m o nm e 删a t i o no fa 1 1 a l y s i so fc h a r a c 锄i s t i co nm e d i c a li m a g ed a t a s o u r c e ，t 上l ep r o c e s so f i m a g ec o n v e r s i o na n ds t o r a g ei sg i v e n r e s e a r c h e dm em e m o d so fi n f b 舢鲥o ni n t e r c h a n g eb e 柳e e np a c sa n dh i s 瓜i s o n 也e b a s i so f a n a l y s i so f h l 7a n dd i c o m s t a l l d a r d ，w es p e c i a l l ys t u d yt 1 1 eq u e s t i o n sa b o u t h o wt os 0 1 v ed a t ac o n n i c t i o n sa 1 1 dt h ep r o t o c 0 1t r a i l s f b m a t i o nb e 铆e e nd i c o ma n d h l 7 t h ed e s i g na i l di r n p l e m e m a t i o ns c h e m a so fd i c o m m l 7 g a t e w a ya r eg i v e n ， 、) l 柑c hi m e g m t e sp a c s 州t hh i s s k e y w o r d s ：d i c o m g a t e w a y h l 7p a c sc o n 虹。0 1 1 e r 合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士 学位论文质量要求。 主席： 委员： 导师： 答辩委员会签名 丝x 历 。中如天 移校 一 1 了1 义 、超压 砭，k怜恢， 钯移纠 板 力 、 眵u 1 形 彳 锄 一 p 卿r 磋以 0 0 知俨捉声御 盈 1 门引 插图及表格清单 图卜1 医院信息系统1 图2 1d i c o m 复合信息对象及属性组示意图儿 图2 2d i c o m 网络层次模型1 2 图2 3h l 7 协议堆栈图1 6 图3 一lp a c s 系统框架图i 8 图3 2c a c 系统基本构架图2 1 图3 3p ：a c s 控制器的体系结构图2 4 图3 4d i c o m 网络通讯模型图2 7 图3 5 关联协商过程图，2 9 图3 6 客户端服务器端流程图3 0 图3 7p a c s 系统可靠性框架示意图3 9 图4 一l 影像数据采集过程和方式图4 1 图4 2 二次获取图像的e ，r 图模型图4 2 图4 3d i e 0 m 图像获取网关软件体系结构图4 6 图4 4d i c o m 图像获取网关工作流程圈4 7 图4 5 视频采集实现过程图4 9 图5 li h e 放射科工作流程图5 7 图5 2d i c o m h l 7 网关体系结构设计图。6 3 表3 1l i n u x 与u n i x 和w i n d o w s 各种参数比较表2 0 表3 2 查询检索唯一键、必要键的数据类型和匹配方式适用表3 2 表3 3 双机热备方案与服务器集群方案比较表3 8 表4 1 二次获取图像必需数据元素4 3 表5 1d i c 跚和h l 7 患者基本信息对照表5 8 表5 2d i c o m 和h l 7 患者检查信息对照表5 9 表5 3d i c o m 工作单部分重要数据表5 9 表5 4d i c o m 数据类型和h l 7 数据类型映射表6 0 表5 5h l 7 标准的o r m 消息结构表。6 i 表5 6h l 7 标准的o r u 消息结构表6 1 表5 7 与h l 7a d t 消息对应的d i c o m 规范6 2 表5 8 d i c o m 服务类与h l 7 消息对应表6 3 表5 9 网关数据库工作单表结构6 5 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得佥蟹王些厶堂或其他教百机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 一 学位论文作者签名：舅如卅 签字日期渺r 年月f 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒胆王些厶堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权盒自b 王些太堂可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权m 靴敝储鹕：彝伽卅 签字日期：钞睥6 月f6 ，日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名 签翎睥f 月日 电话： 邮编： 致谢 值此论文完成之际，我要衷心感谢那些曾经给予我无私和真诚帮助的人们。 首先要感谢我的导师周健副教授，这篇论文是在他的悉心指导下才得以完 成的。三年来，周老师不仅在研究方向和研究方法上都对我进行了耐心细致的 指导，而且给予我很多实际动手的机会，使我不仅在理论基础知识有了极大的 提高，而且动手能力也有了长足的进步。他勤奋踏实的工作态度、严谨的治学 作风、积极的探索精神以及敏捷的思维方式等，都给我留下了深刻的印象，也 必将对我产生深远的影响，在此谨向周老师表示诚挚的敬意和衷心的感谢。 向所有参与本论文送审、评审和答辩的老师致敬，感谢他们为本论文所付 出的辛勤劳动。同时我还要感谢培育我多年的合肥工业大学计算机学院以及多 位授业老师们，他们是胡学钢教授、王浩教授、候整风副教授、袁兆山教授、 穆斌副教授他们严谨的治学作风、积极的探索精神以及平易近人的态度将 是我永远学习的榜样。 在读研期间，我有幸遇到了很多无私奉献、兢兢业业的老师，也结识了许 多朝气蓬勃，积极进取的同学，和她们一起学习和工作，受益匪浅。这里，我 要特别感谢方璞同学以及网络中心的谢飓老师在学习和研究工作中所给予的帮 助和合作。 最后，对我的家人在读研期问给予我的支持和关爱，表示深深的感谢，他 们永远都是我前进的动力和精神支柱。 辜丽川 2 0 0 5 年5 月 l 。l p a c s 概述 1 1 1 医院信息系统h i s 第一章绪论 医院信息系统( h i s ，h o s p i t a l i n f o r m a t o ns y s t e 】n ) 是指应用计算机和网络通 信技术，为医院各个管理和业务部门提供辅助医疗和行政管理等方面信息的搜 集、存储、处理和通讯功能的计算机应用系统。可以说h i s 是现代化医院必不 可少的基础设施与技术支持的环境。 医院本身的目标、任务和性质使得医院信息系统归于企业信息系统中较为 复杂的一类。根据对医院信息化建设的理解以及对我国目前医院典型应用情况 的调查，我们认为，医院信息系统( h i s ) 应包括以下几个部分，或称之为子系 统： 医院管理信息系统( h m i s ，h o s p i t a lm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e m ) ； 放射信患系统( r i s ，r a d i 0 1 0 9 y i n f o r m a t i o ns y s t e m ) ； 临床信息系统( c i s ，c l i n i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) ； 实验室信息系统( l i s ，l a b o r a t o r y i n f o r m a t i o ns y s t e m ) ： 计算机辅助诊断系统( c a d ，c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) ； 医学影象存储与传输系统( p a c s ，p 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 ) 。 如图卜1 所示，这些系统之间相互关联，有一定的交叉，又可独立发展。 h m i s 的覆盖面较广，包括医院中的病人诊疗、药品物资、财务核算等各种医院 管理信息；r i s 专门针对医院放射科的文字医疗档案管理；而p a c s 比较独立， 主要针对医院中各种医学影象信息的管理和应用。r i s 应作为h m i s 的一部分， 图卜1 医院信息系统 因此，从广义上来说，p a c s 和r i s 应该是h i s 的一个组成部分。但由于 p a c s 的发展历史短，并采用了专门的标准，在以往建设h i s 时往往p a c s 并 没有共同建设，人们习惯于将h i s r i s 指为h m i s ，也就是狭义的h i s r i s 概 念，为了叙述的方便，在下面的内容中出现的h i s 也是指这个狭义概念。 1 1 2 医学影像系统 p a c s ( p i c t u r ea r c h i v i n ga n dc o m m u n ic a t i o ns y s t e m ，医学影像归档与 传输系统) 是专门为图像管理而设计的包括图像存档、检索。传送、显示、处 理和拷贝或打印的硬件和软件的系统。p a c s 的目标是实现医学图像在医院内外 的迅速传递和分发，使医生或病人本人能随时随地获得需要的医学图像。口1 p a c s 系统的建立对医学图像的管理和现代医疗活动具有重要意义。第一， 在硬成本方面，可以减少胶片用量，节省相机、洗片机药水。第二，在管理方 面，智能化的诊断报告系统减少了医生的劳动强度，数字化存储减少了档案管 理的麻烦。( 在国外，做为h i s 子系统的p a c s ，其影像的数据量达到h i s 信息量的 8 0 ，超过其他信息的总和数倍。医疗影像的管理对于提高全院的管理效率是不 可或缺的。) 第三，完整保留图像数据，对于科研、教学和解决未来可能的法律 纠纷是最好的保障。第四，p a c s 在医学图像诊断以及远程诊断中占有极为重要 的地位，随着可视化技术的不断发展，现代医学已越来越离不开医学图像的信 息( 通过对医学图像和信息进行计算机智能化处理后，可使图像诊断摒弃传统的 肉眼观察和主观判断。借助计算机技术，可以对图像的像素点进行分析、计算、 处理，得出相关的完整数据，为医学诊断提供更客观的信息，最新的计算机技 术不但可以提供形态图像，还可以提供功能图像，使医学图像诊断技术走向更 深层) 。大型医院的专家可以通过i n t e r n e t 浏览偏远地区医院送来的图像并作出 会诊，偏远地区的医院也可以把图像轻松地送给指定的专家学者。数据传递缩 短了时间和空间，这对于提高医院的医疗水平，缓解医疗资源不合理分配，有 很大的帮助。 1 2p a c s 的发展历史与现状 “数字放射诊断学”( d i g i t a lr a d i o l o g y ) 是d r p a u lc a p p 在7 0 年代提 出，而数字图像通信和显示的概念是t e c h n i c a lu n i v e r s i t y o fb e r l i n 的 h e r n zu l e m k e 教授提出的。1 9 8 2 年1 月，s p i e ( t h ei n t e r n a t i o n a ls o c i e t yf o r o p l i c a le n g i n e e r i n g ) 在加州举行了第一次关于p a c s 的国际会议，此后，这项 会议与医学成像会议( m e d i c a li 硼a g i n gc o n f e r e n c e ) 舍并，每年2 月在南加州 举行。在日本，1 9 8 2 年7 月j a l l 4 i t ( j a p a n a s s o c i a t i o no fm e d i c a li m a g i n g t e c h n 0 1 。g y ) 举办了第一次国际讨论会，这项会议与医学成像技术会议国e d i c a l i m a g i n gt e c h n 0 1 0 9 ym e e t i n g ) 合并后，每年举办次。在欧洲，自1 9 8 3 年以 来，e u r op a c s 组织每年都举办会议讨论p a c s 。在美国，最早的与p a c s 相关的 研究计划是由1 9 8 3 年由美国军方赞助的一个远程放射学研究计划。1 9 8 5 年， 美国军方又资助了另外一项d i n p a c s ( i n s t a l l a t i o ns i t e f o rd i g i t a l 2 i m a g i n gn e t w o r ka n dp i c t u r ea 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 ) 计划， 该项目由m i t r e 公司管理，u n iv e r s i t yo fw a s h i n g t o ni ns e a t t l e 和g e o r g e t o 帅 u n i v e r s i t ya n dg e o r g ew a s h i n g t o nu 兀iv e r s i t yc o n s o r t i u mi nw a s h i n g t o nd c 具体实施，p h i l i p s 医疗系统公司和a t t 参与。同年，美国国家癌症中心( u s n a t i o n a lc a n c e ri n s t i t u t e ) 资助u n i v e r s i t yo fc a l i f o r n i a ，l o sa n g e l s 开 始其第一个p a c s 相关的研究计划，该计划称为m u l t i p l ev i e w i n g s t a t i o n sf o rd i a g n o s t i cr a d i o l o g y 。 1 9 9 0 年1 0 月，n a t o a s i ( a d v a n c e ds t u d yi n s t i t u t e ) 在法国e v i a n 举行了 一个关于p a c s 的国际会议，来自17 个国家的大约1 0 0 名科学家参加了会议。 会议总结了当时在p a c s 系统研究开发方面的状况，并促使美国陆军医疗司令部 ( u sa r m ym e d i c a lc o m m a n d ) 自主了另一一项名为m d i s ( d i a g n o s t i ci m a g i n g s u p p o r ts y s t e m s ) 的计划，该计划的目标是在美国建立一个大规模的军用p a c s 系统。此外，与p a c s 相关的重要会议包括c a r 和i m a c 。c a r ( c 0 m d u t e ra s s i s t e d r a d i 0 1 0 9 y ) 是l e m k e 教授自1 9 8 5 年以来组织的年度会议。i m a c ( i m a g e m a n a g e m e n ta n dc o m m u n i c a t i o n ) 自1 9 8 9 年以来每年举办两次，有乔治敦大学 的s e o n gk l u n 教授组织。 随着计算机设备在医学成像领域的大规模应用，迫切地需要有一种在不同 厂家制造的设备之间传输图像和其他信息的标准。1 9 8 3 年，美国放射学院 ( a m e r i c a nc o l l e g eo f r a d i0 1 0 9 y ：a c r ) 和全国电器制造商协会( n a t i o n a l e l e c t r i c a lm a n u f a c t u r e r sa s s o c i a t i o n ：n e m a ) 成立了一个联合委员会开发相 关标准。1 9 8 5 年，a c r n e m a 标准版本1 o 发布，1 9 8 6 年1 0 月和1 9 8 8 年1 月 分剐颁布了两个修改版本：1 9 8 8 年，a c r n e 凇标准版本2 0 发布。目前， a c r n e m a 标准已经演变成为d i c o m 3 o ( d i g n a li m a g i n ga n dc o m m u n i c a t i o n s inm e d i c i n e ) 标准，在这个标准中，增强了对网络的支持。目前已成为医学影 像设备的标准通信协议。 当前，p a c s 是医学信息化领域发展的极大热点。美国在p a c s 研究和应用领 域处于领导地位。欧洲和日本，医学信息系统的研究非常活跃，他们的p a c s 系 统已经比较成熟，目前已有多家厂商推出了产品化的p a c s 系统，包括g e 、 s i m e n s 、k o d a k 、p h i l p 等。同时，在发达国家如美国，它们在与p a c s 相关的 基础设施的建设即网络( n e t w o r k ) 也较早，发展也快，用于图像处理和显示的专 业设备也得到了发展( 事实上，到目前为此，我国还没有完全制造出能够满足专 业图像处理和显示的专业设备，许多核心部件和软件都是靠进口) 。因此，国外 p a c s 的快速发展成熟是有其历史原因的。在国内，从9 0 年代开始也呈现出蓬勃 发展的势头，先后有安科、东大等多家公司对p a c s 系统进行了研究和开发，并 形成了自己的产品，也在些医院进行了不同程度的实验，取得了不少经验： 很多高校如清华、北大、浙江大学等高等院校也有不少研究人员对p a c s 进行了 较为深入的研究，取得了不少成果。 我国大型医院管理信息系统的丌发和应用已经达到发达国家的平均水平， 一些优秀的系统甚至已经接近国际先进水平。但在临床信息系统方面，无论是 门诊医生工作站、图像存取，还是检验信息系统( l i s ) ，与国际先进水平相比都 还有较大的差距。从管理信息系统走向临床信息系统我们还任重道远。p a c s 的 研究开发尚处于起步阶段，与国外的p a c s 系统相比还有相当的距离。 1 3p a c s 系统组成 p a c s 系统在物理结构上采用各种网络将不同类型的计算机连接起来，包括 医学成像设备、图像采集计算机、p a c s 服务器系统以及图像显示工作站等。 1 数据和图像的采集 p a c s 系统中最困难的任务是从各种成像设备及时可靠地获取图像及相关 的文字信息( 如病人信息、研究描述、图像采集参数和有关的图像处理等) ，原 因在于：相当一部分成像设备输出为胶片，必须转化为数字图像；各厂家生产 的数字成像设备不符合a c r n e m a 和d i c o m 工业标准。为克服这一困难，必须在 成像设备和p a c s 其他部分之间设置一台图像采集工作站，通过图像采集工作站 实现成像计算机与p a c s 系统的隔离。图像采集工作站主要任务包括：从成像 设备获取图像数据，将图像数据转换成p a c s 标准的格式，并将其送往p a c s 控 制器。 2 p a c s 服务器系统 p a c s 服务器系统包括两部分：p a c s 控制器和图像存储设备。图像及病人的 相关信息从图像采集工作站、医院信息系统( h i s ) 和放射科信息系统( r i s ) 送往 p a c s 控制器。p a c s 控制器是p a c s 系统的核心，它包括数据库服务器和存储管 理系统两大部分。从广义上来说，与p a c s 系统进行信息交互的各类网关也都属 于p a c s 服务器系统范畴，包括d i c o m h l 7 网关、w e b 网关、d i c o m 网关、打印 网关等。 3 显示工作站 显示工作站根据应用的不同可分为四类，包括用于最初诊断的工作站( 高分 辨率监视器2 5 k 2 k ) 、用于相关医生和会诊系统的工作站( 中分辨率监视器 l k 1 k ) 、临床医生桌面工作站( 5 1 2 ) 以及高分辨率硬拷贝打印工作站。显示工 作站上的软件应能满足医生最常用的功能，包括通信、数据库、显示、资源管 理和图象处理，同时，医生还要在工作站上写出诊断报告、注释等文本信息。 图象处理能力是工作站的重要功能，除了如放缩、旋转等简单的处理外，用于 诊断和会诊的工作站还需要丰富图像处理能力，包括图象增强、图象变换及滤 波、图像分析、点处理、区域处理、边缘增强、细化与检测、图像着色等。这 些丰富图像处理功能的目的是得到最好的处理效果，为医师对病情诊断提供丰 富灵活全面的辅助手段。 4 4 网络系统 计算机网络的一个基本功能是对最终用户( 如放射科大夫和门诊医生) 提供 一条路径使其能访问位于不同地方的信息( 如图像和报告) 。在系统设计中撮重 要的网络数据包括每个节点的位簧和功能，两个节点间信息交换频率，不同速 度网络节点间传输费用，通信可靠性需求和吞吐能力需求。设计参数包括网络 拓扑结构，通信线容量和流量分配。 1 4 论文研究背景 p a c s 系统受多种技术因素的影响，包括：计算机网络通信技术、存储介 质、图像显示图像数据压缩技术、人工智能( a i ) 、光电设备、软件技术、标准 化医学图像通信接l i 和标准化图像和数据交换方式。值得注意的是随着近些年 来，p a c s 系统的概念已从原来将局限于放射科的数字化的医学影像、图像管理， 发展或为阻数字化诊断( 无纸他、无胶片讫) 为核心的整个影像管理过程，包 括数字影像采集、数字化诊断工作站、影像会诊中心、网络影像打印管理、网 络影像存储、网络影像分发系统和网络影像显示计算机、网络综合布线和数据 交换系统等这里我们称为c p a c s 。其核心思想是以病人为中心的基础上，将医 院的临床诊断、治疗、护理、质量、服务和病案管理等业务流程整合为一个紧 密的供应链、为医院的管理者和医护人员提供全新的、高教的管理模式和业务 流程，从而提高医院的诊断、治疗和服务水平，强化医院质量管理，降低墓院运行 成本，增强医院竞争力。p “ 在当前的环境下。我国医院c p a c s 的建设过程中有如下一些问题是急切需 要解决的： 1 ) 图像采集；由于历史原因，目前国内医院仍然存在很多没有标准接口或 没有任何接口的老设备，采集这些设备的图像是c p a c s 的关键问题之一。 2 ) 图像存贮和传输：由于医学图像是用于诊断疾病所用，因此对图像的要 求很高，同时，一所一般的综合性医院一年的图像可能达到几百个g ，这也就给 图像的保存和传输带来了问题。因此研究开发高可靠性、高效率的p a c s 存储传 输系统就成了c p a c s 建设的关键性问题。 3 ) 与其它系统的互连：目前很多医院都基本上有医院信息系统( h i s ) 或放射 信息系统( r i s ) ，但这些系统的设计比较早，基本上是按照自己的标准设计的， 也没有提供对外接口，很多情况下几乎是无法解决互连问题。 4 ) 现有p a c s 产品不符合中国国情。国外的产品对硬件的要求很高，价格昂 贵，系统的操作流程是完全按照国外惯例制定，界面也没有汉化。因此都不太 符合中国的实际情况。国内产品其核心的内容也基本上从国外引进的不仅软 件的升级换代受到别人限制，而且整个系统的操作流程也受到了一定限制。 上述问题既是p a c s 在新世纪的发展方向，也是其真正发挥作用的先决条件。 目前p a c s 在我国还没有普及，其原因之一就是上述问题没有解决。 5 综上所述，研究及解决当前我国医院p a c s 系统中的一些关键性的技术问 题，建立符合我国国情，符合我国医院现状，尤其是广大中小医院现实情况的 p a c s 系统，是有意义的，这也是国家金卫工程的主要内容之一。 1 5 本论文研究内容 针对以上提出的问题，本论文中将结合国内各中小医院的实际情况，在符 合标准、保证可用性的前提性下，以可靠性、经济适用、高效率为目标，对以 下队c s 控制器及其外围网关中的一些技术性问题进行研究： l p a c s 控制器 p a c s 控制器在整个队c s 系统系统中处于核心位置，它的性能的好坏影响 到整个系统的性能的好坏。本文将对p a c s 控制器体系结构、相关s c p 服务 类、通信体制、数据传输策略等进行研究。给出系统框架设计方案，设计并实 现主要的s c p 服务类。 2 p a c s 服务器外围网关 p a c s 服务器外围网关是指任何p a c s 系统之外访问p a c s 系统内信息的 网关，目前主要有图像获取网关、p a c s 与h i s r i s 网关、p a c s 与w w w 网 关。本文就下面两种p a c s 网关进行研究，给出解决方案，并且在广州医学院 附属第二医院实际实现了部分内容。 图像获取网关：研究将非d i c o m 医学图像数据源融入p a c s 系统的方法。 在对关键阃题分析的基础上，给出图像采集、转换和存储的过程。 p a c s 与h i s r i s 网关：研究p a c s 如何同h i s r i s 系统进行信息交互， 在分析h l 7 和d i c o m 标准的基础上，重点研究数据冲突调解问题及 d i c o m 与h l 7 数据和消息映射问题，并在此基础上给出p a c s 与h i s r i s 集成的d i c 0 m h l 7 网关的设计和实现方案。 6 第二章d i c o m 标准与h l 7 标准 2 1d i c o m 标准 2 1 1d i c o m 标准概述 一什么是d i c o m ? d i c o m 是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 no f i e d i c i n e 的缩写，是 美国放射学会( a m e r i c a nc o l l e g eo fr a d i o l o g y ，a c r ) 和美国电器制造商协会 ( n a t i o n a le 1 e c t r i c a lm a n u f a c t u r e r sa s s o c i a t i o n ，n e m a ) 组织制定的专门用 于医学图像的存储和传输的标准名称。“” d i c o m 是随着图像化、计算机化的医疗设备的普及和医院管理信息系统， 特别是图像存档和通信系统( p i c t u r ea 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 ， p a c s ) 和远程医疗系统的发展应运而产生的。当c l 和m r 等设备生成高质量的、 形象直观的图像在医疗诊断中广泛使用时，由于不同的生产商不同型号的设备 产生的图像各自采用了不同的格式，使得不同的设备之间的信息资源难以互相 使用，医院p a c s 系统的实施具有很大的困难。为了解决这一问题，美国放射学 会和美国电器制造商协会在1 9 8 3 年成立了专门委员会，制定用于医学图像存储 和通信的标准，提供与制造商无关的数字图像及其相关的通信和存储功能的统 一格式，a c r n e m a l o 版本于1 9 8 5 年推出，1 9 9 3 年正式公布了新的版本，命名 为d i c o m 3 o 。与原版本相比，3 o 版本采用面向对象的分析方法，定义了医学 图像在存储和通信过程中的各种实体和关系，提供了对i s o o s i 和t c p i p 的支 持，使得在医学图像在应用层上可以与其它通信协议栈真接通信而不需要重新 编写程序。考虑到技术的发展，标准采用了多部分的文档结构，对可能变化或 扩充的部分以附录的形式提供，这样标准在更新时涉及面可以尽量小。 二标准的组成 d i c o m 标准在制定过程中不断听取工业界、学术界、医疗界等各方面的意 见和建议，注意标准的可扩充性和可扩展性，标准的组成也在不断地加以补充， 目前标准共有1 4 个基本部分和2 个扩充部分组成，说明以下： 第1 部分：标准的简要概述。 第2 部分：给出了d i c o m 的兼容性定义和方法。 第3 部分：描述如何定义信息对象，提供了抽象的定义。 第4 部分：服务类的说明。 第5 部分：数据结构和语义，数据流编码规则。 第6 部分： 数据字典，是d i c o m 中所有表示信息的数据元素定义的集合。 第7 部分：消息交换。 7 第8 部分：消息交换的网络支持。 第9 部分：消息交换的点对点通信支持。 第1 0 部分：用于介质交换的介质存储和文件格式。 第l l 部分：介质存储应用卷宗，给出了心血管造影、超声、c t 、核磁共振 等图像的应用说明和c d r 格式文件交换的说明。 第1 2 部分：用于介质交换的物理介质和介质格式。 第1 3 部分：点对点通信支持的打印管理。 第1 4 部分：说明了灰度图像的标准显示功能。 第1 5 部分：安全措施。 第1 6 部分：标准内容参考资源。 三d i c o m 标准的意义及应用 毫无疑问，d i c o m 是医学图像信息系统领域中的核心，它主要涉及到信息 系统中最主要也是最困难的医学图像的存储和通信，可直接应用在放射学信息 系统( r i s ) 和图像存档与通信系统( p a c s ) 中。d i c o m 也是研究和开发具有网络连 接功能，实现信息资源共享的新型医疗仪器的技术基础。医疗仪器在朝着自动 化、智能化发展的同时，也在向着具有通信能力的遥控遥测和信息远程获取的 网络功能发展，医疗仪器既是医疗信息系统中的信息源，又是系统中的信息使 用者，是信息系统中的一个主要环节，网络化的医疗仪器对医学信息系统的重 要性是不言而喻的。n “ d i c 0 i 标准的定义在网络通信协议的最上层，不涉及到具体的硬件实现而 直接应用网络协议，因此与网络技术的发展保持相对独立，可以随着网络性能 的提高而使d i c o m 系统的性能立即得到改善。d i c o m 尽管提供了o s i 的网络模 型，但现在实际上网络绝大部分都是在t c p i p 协议下构成的，网络硬件采用的 形式可以多种多样，如1 0 0 m 的双绞线1 0 0 b a s e t ，光纤f 叻i ，综合业务数字网 i s d n ，t 1 线路等，还有速度较低的1 0 兆网1 0 b a s e t 和电话线路。只要设备具 有支持t c p i p 协议的网络接口，在软件的支持下，就可以做到像p c 机一样实 现“即插即用”，非常方便施加入到医学信息系统的网络中。在这样的意义下， 用d i c o m 实现的医疗信息系统，无论是r i s 还是p a c s ，都具有类似的结构。 在采用d i c o m 标准的信息网络系统中，所有d i c o m 设备之间都可以按照 d i c o m 的网络上层协议进行互相连接和操作。临床医生可以在办公室查看b 超 设备的图像和结果，可以在c t 机上调用核磁共振图像进行图像的叠加融合，也 可以通过网络调用存储在其他医院的图像结果。无论是本院、本地还是相距很 远的外地，d i c o m 设备都可以通过网络相互联系，交换信息。由于提供了统一 的存储格式和通信方式，普及d i c o m 标准，可以简化医疗信息系统设计，避免 许多重复性的工作，加快信息系统的开发速度。对于实现无纸化、无胶片化的 医院和远程医疗系统的实施将会起极其重要的作用。 8 2 。1 2d i c o m 信息模型和信息定义 一数据组织形式 1 唯一标识符u i d “” 这个标识可被用在世界上不同地点的多制造商环境中。为保证每个标识的 全球的唯一性，使用了下面的字符串( 称为唯一标识符或u i d ) 产生机制： 根部分是由权威部门支持的，它保证没有其他人或机构再使用这个根标 识。这个数值由标准化组织分配给公司或医院，但也必须保证在它们自己内部 网络中也是唯一的。通过使用一个唯一的系统标识，每个系统在世界范围内有 一个唯一的根。后缀是由系统在产生实例时动态产生的。例如： “1 2 8 4 0 1 1 3 6 1 9 2 1 6 1 1 2 0 9 4 0 4 8 1 2 8 3 2 6 1 ”是g e 的心血管造影系统产 生的一个u i d 。一旦一个实例通过u i d 标识，必须一致地使用它。若制作了复 件或末加修改的再生成，它必须使用相同的u i d 。否则相同信息的两部分将存 在不同的标识，这会导致混乱。在d i c 中u i d 也用于标识有关的属性，如： “1 2 8 4 0 1 0 0 0 8 1 1 ”是验证服务类。 “1 2 8 4 0 1 0 0 0 8 1 2 ”是d i c o m 默认的隐式l i t t l e e n d i a n 传输语法。 “1 2 8 4 0 1 0 0 0 8 5 1 4 1 1 2 ”是c t 图像存储。 2 标记t a g 标记是用一对1 6 进制数表示的，前面的数是数据元素的组号，后面的是 元素号。组号为偶数的是标准数据元素，具体含义可以在d i c 0 m 的数据字典中 查到。d i c o m 的数据字典定义了许多数据元素标记，涵盖了大多数的应用需要。 组号为奇数的为私有数据元素，由用户在使用过程中自己定义。例如：在d i c o m 中( 0 0 0 7 ，0 0 0 0 ) 表示组长，( 0 0 0 8 ，0 0 2 0 ) 表示研究日期，( 0 0 1 8 ，1 0 8 8 ) 表示 心率。 3 值表示法 d i c o m 标准中，对每个属性都定义了值表示法。值表示法具体描述了属性 值如何进行编码。值表示法有隐式和显式这两种形式。隐式就是采用预先规定 的表示方法，通过标记从数据字典中查到d i c o m 对这个属性表示方法的规定， 从而正确解释属性值的内容。显式是用两个字符明确表示值的表示方法，如a e 表示应用实体，a s 表示年龄字符串，d t 是日期和时间，f d 表示双精度浮点数 等。 4 传输语法 在s o p 实例数据集能被交换之前，数据集编码到