（计算机应用技术专业论文）内窥镜信息管理系统的研究与应用.pdf

摘要内窥镜技术是临床治疗中的一个重要手段，它被广泛地应用于医疗的许多方面。在以往的内窥镜系统信息管理中，医院将病人病历与病人图像分别保存在纸质文档和胶片中，既不利于保存，也不利于管理；记录诊断信息时，医生还要花费大量精力进行手工输入，不仅效率低，还可能带来读写时的错误。为克服以上缺点，本文在分析了医学多媒体数据库的功能特点及内窥镜信息管理的功能需求的基础上，运用数据库设计技术实现了病人图文信息及诊断结果的存储，借鉴人工智能专家系统原理实现了智能诊断，运用软件工程、数据结构方法等计算机相关理论及技术，结合医学内窥镜原理、技术和业务需求，以p o w e r b u i l d e r7 0 和a n y w h e r e6 o 为开发平台，设计并实现了一个内窥镜信息管理系统。它将病人信息、病历、图像和诊断结果以数字形式保存在数据库中，可以长期保存而不失真；使用了镜检位置标志对图片进行说明，使医生或病人任何时候都了解图片内容是器官的什么位置；能自动生成图文并茂的检查报告，并在检查报告中也能显示镜检位置标志；能够根据诊断描述自动诊断出病人的病症结论，向医生提供辅助诊断；能通过多种途径检索病人的病历和图片数据，并进行分类及统计，为会诊、教学和科学研究提供了便利。本文将数据库技术、多媒体技术和医疗诊断技术很好地结合在一起，实现了医院信息化诊断与管理。镜检位置标志使病人的图片信息更加清晰和丰富，为病人复诊和转院提供了便利；检查报告的智能生成，大大减少了手工输入，提高了工作效率；智能诊断系统作为辅助诊断工具，向医生提供参考，将缓解医生的工作压力，提高诊断效率。实践证明内窥镜信息管理系统的应用，极大地提高了医院的管理和诊断水平。关键词内窥镜，信息管理系统，数据库设计，检查报告，智能诊断na b s t r a c ta so n eo ft h ei m p o r t a n tt e c h n o l o g i e si n c l i n i c a id i a g n o s i s ，e n d o s c o p et e c h n o l o g ) ，h a sb e e nw i d e l y 印p l i e dmm a n ya s p e c t si nt 1 1 em e d i c a la r e a h o 、v e v e r ，m e 印p l i c a t i o no ft h ec o n v e n t i o n a le n d o s c o p es y s t e m sh a sb e e nr e s t r i c t e db ys o m ed e f i c i e n c i e s d o c t o r ss p e n dal o to fe n e 略yt or e c o r dm ed i a g n o s t i cm f o m a t i o nm a 芏l u a l l y ，w r h i c hi n v o l v e se r r o r sd u et om er e a d i n ga j l d 、砌t i n ga i l dr e d u c e st 1 1 ew o r k i n ge 硒c i e n c y m o r e o v e r ，m u c hi n c o n v e n i e n c eh a sb e e ni d e m i f i e di nt i l es t o r a g ea n dm a l l a g e m e n to ft i l ep a t i e m s d o c u m e n t s ，t i l ec a s eh i s t o 巧a n dt l ep h o t o s ，w h i c ha r es a v e di nt h e 五引m lo fp a p e ra n df i l m ，r e s p e c t i v e l y t h es h o r t c o m i n g so fc u r r e n tt e c h n o i o g yh a v em o t i v a t e dm ed e v e l o p m e mo fa t la d v a f l c e ds y s t e m b a s e do nm ec h a r a c t e r i s t i co fm e d i c a lm u l t i m e d i ac l a t a b a s ea n dr e q u i r e m e n to fe n d o s c o p ei 1 1 f o r m a t i o nm a n a g e m e ms y s t e m ，t h ep r e s e n ts t u d yd e v e l 叩e da ne n d o s c o p ei n f o n i l a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mb y印p l y i n gt 1 1 er e l a t e dc o m p u t e rm e 0 叮a n dt e c i l i l o l o g ys u c ha ss o f t w a r ee n g i n e e r i n ga n dd a t as t m c t u r em e t h o do nt h ep l a t f o mo fp o w e r b u i l d e r7 oa n d 蛳h e r e6 o t h ed e s i 印h a sa tm es 锄et i m et a l ( e ni n t oc o n s i d e r a t i o no ft h ep r i n c i p l ea n dt e c h n o l o g ) ，o ft l l ee n d o s c o p ea n dt 1 1 ed e m a n d s6 0 mt h ep r a c t i c a lo p e r a t i o n i na d d i t i o n ，i ti sa l s oc h a r a c t e r i z e do fu s i n gd a t a b a s ed e s i g nt e c h n o l o g yt 0i m p l e m e mt 1 1 es t o r a g eo fp a t i e n t s i n f o r m a t i o na l l dd i a g n o s i sr e s u l t sa f l di m p l e m e m i n ga r t i f i c a li n t e l l i g e n c ei ne e x p e r ts y s t e m7 i h e o r yt 0r e a l i z ei m e l i i g e n td i a g n o s e s t h er e s u l t e ds y s t e mh o l d st h ef o l l o w i n gm a j o ra d v a n t a g e s ：1 ) s a v i n gm ep a t i e n t s c a s eh i s t o r y p h o t o s ，d i 艇皿o s t i cr e s u l t sa n do t l l e ri i l f 0 肿a t i o ni nt h ed a t a b a s et h a tc a nb em a i n t a i n e df o ral o n gt i m ew i t h o md i s t o r t i o n ；2 ) u s i n gm ep h o t op o s i t i o nn a gt 0s i g n a lt h ep h o t o s ，s om a td o c t o r sa n dp a t i e n t sc a nm a k e 叫te a s i l yw h a ti ss h o w ni nt 1 1 ep h o t o s i tc a ng e n e r a t em ec a s eh i s t o 巧r e p o r tc o n t a i n i n gt e x t sa n dp h o t o sw i t | lp h o t op o s i t i o nn a ga u t o m a t i c a l l y ；i tc a l ld m wt 1 1 es y m p t 伽c o n c l u s i o nd i r e c t l y 疗o mt h ed i a g n o s t i cd e s c r i p t i o n ，m u sp r o v i d et 1 1 ed o c t o r sw i mt h ea s s i s t a n td i a g n o s e s ；i tc a l ls e a r c hp a t i e m s c a s eh i s t o 口a n dp h o t o sb yv a r i o u sa p p r o a c h e s ，c a r i yo u ts o r ta n ds 扭t i s t i cf l e x i b i ya n de x p e d i e n t l y h e n c ep r o d u c em o r ec o n v e n i e n c ef o rt l ec o n s u i t a t i o n ，t e a c h i n ga n ds c i e m i 矗cr e s e a r c h t h i ss t u d yh a sr e a l i z e dm ei n t e l l i g e md i a g n o s i sa n dm a n a g e m e mb yc o m b i n i n g 幽ed a t a b a s et e c h n o l o g yw i t hm u l t i m e d i at e c h n o i o g ya n dm e d i c a ld i a g n o s i st e c h n o l o g y t h ep h o t op o s i t i o nf l a gm a k e st i l ep h o t oi n f o m l a t i o nm o r ec l e a ra n da c c u r a t e ；m e r e f o r e ，i ti se a s yf o rp a t i e m st 0c o u l l tc h e c k t h ei n t e l l i g e n tg e n e r a t i o no fn l ec a s eh i s t o 哆r e p o r th a ss i g n i f i c a n t l yd i m i n i s h e dm em a n u a li n p u tw o r ki n c u m 甜b yd o c t o r s ，s u b s e q u e m l ye n h a i l c et l l ew o r k i n ge m c i e n c y i n t e l l i g e n td i a g n o s e ss y s t e mp m v i d e sa d v i c ef o rd o c t o r s 私a na s s i s t a 芏l td i a g n o s e si n s t m m e n t ，w h i c hw i nr e i i e v ed o c t o r s p r e s sa n di m p r o v ed i a g n o s e se f 五c i e n c y p r a c t i c eh a sp r o v e dt l a tt l e 印p l i c a t i o no fe n d o s c o p ei n f b n n a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mh a si m p m v e dm el e v e lo fh o s p i t a l s m a n a g e m e n ta n dd i 她皿o s i s k e yw o r d s ：e n d o s c o p e ，i i l f o 姗a t i o nm a n a g e m e ms y s t e m ，d a t a b a s ea e s i g n ，c a s eh i s t o 巧r e p o r t ，i n t e l l i g e n td i a g n o s e sv原创性声明本人声明，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。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其它单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：壮日期：丝年卫月互日关于学位论文使用授权说明本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。作者签名：粗导师签名邀日期：丝年鱼月车日1硕p 学位论文第一章前言第一章前言1 1 课题背景内窥镜技术，亦称内镜技术，在l 临床上几乎达到“无孔不入，无腔不进”的境界，因而广泛使用于消化系统、呼吸系统疾病的诊治及耳募喉科、泌尿科、妇产科及骨科等领域。内窥镜检查时，治疗和诊断信息的采集、存储是一个重要环节，正确无误的病症信息采集是后续分析诊断工作的基础，而相关信息的的方便和长期有效的保存是方便病人复查或转院治疗的前提保障。但在以往内窥镜检查中，治疗和诊断信息的采集、存储都存在一定的弊端，如：医生口述病变，其主观性强。容易出现漏诊、误诊；内窥镜显示仪的录像机虽然可以把检查过程记录下来，但是它不能固定画面，以便检查重点病变部位，不能单幅存储画面，只能看整个过程；录像带与病人病历分开，不便管理；录像带存放时间过长图像模期，失去了诊断价值等。随着计算机性能的大幅提高，多媒体数据库的广泛应用以及电子摄相技术的进步，将电子内窥镜与电脑连接，构成了电脑内窥镜系统，为内窥镜系统的信息处理和管理的改进创造了有利条件：电脑内窥镜采集的图像以数字形式存储，长时8 j 存放不会失真，病人基本信息、主要症状、诊断结果等l 临床资料也都能以电子文档形式保存在计算机内，因而病人病历信息与病人图像也能进行统一存储；将图文资料存储在计算机中，能够方便地进行查询，为随访病人和研究提供方便；如能设法自动生成图文并茂的检查报告，改变多年来依靠手工书写病历的惯例，还能提高医院的诊疗、管理水平基于以上原因以及目前医院管理信息化的要求，很多医疗设备研究单位及高等院校都在研究设计内窥镜信息管理系统。本文的研究课题正是在前述背景下提出的，它对目前医院的诊疗和管理水平的提高都具有一定的积极意义。硕 学位论文第一章前言1 2 内窥镜的发展历史内镜的概念最早由德国人b o z z i n e 于1 7 9 5 年提出。当时的内镜称为硬式内镜，其原理基本上都是以金属管为外壳，利用透镜、棱镜、反光镜为光学元件，使用外部光源。这种内镜盲区多且病人痛苦，因而使用受到限制【。1 9 3 2 年，光学师w b l f 和内镜学者s c h i n d l e r 共同研制出半屈式胃镜( a e m i f e x i b l el e n sg 勰t r o s c o p e ) ，它是由近端的硬性部和远端的软管部组成。软管部内由许多2 3 c m 长的金属管连接而成，内有2 6 块短棱镜，这样在弯曲3 0 0 的情况下仍可将图像传送到目镜，扩大了观察而减少了盲区，使胃镜达到了较为实用的阶段，在内镜的发展史上有重大意义。随着玻璃纤维技术的发展，1 9 5 7 年，美国人h i r s c h o 、i t z 制成了第一台纤维内镜，从而使内镜开始进入纤维光学内镜发展阶段。随后，在六十年代，纤维内镜先后采取了多种改良措施，如增加活检导管，增加内部弯曲结构，采用导光束外接强冷光源技术，使纤维内镜进入了较完善的阶段。与内窥镜技术进步形成鲜明对比的是，内窥镜的诊疗信息采集与管理一直都停留在口述笔录，病历与图像资料分离保存，人工管理的阶段，这种情况直到电子内镜发明后，才有了改进发展的机会。电子内镜是荚国w e l c h a l l y n 公司于1 9 8 3年首先创造发明并应用于临床的，电子内镜的特点是它既非通过棱镜也非通过光导纤维传导图像【2 1 ，而是通过安装在内镜顶端被称为“微型摄像机”的c c d 将光能转变为电能，再经过视频处理器处理后将图像显示在电视监视器上。电子内镜传导图像的机制与传统的内镜完全不同，因此电子内镜的视频图像可进行加工处理，方便贮存和再生，和电脑连接后即成为电脑内窥镜系统【3 】。由于电脑内窥镜的所有图文资料都能存储在计算机中，其信息管理也随着计算机技术的发展而取得长足进步，为医疗治理和统计研究都提供了方便。1 3 国内外研究现状目前，国内已有数家医疗设备厂家进行了电脑内窥镜研究设计，一些高等院校也根据社会需求进行了相关研究设计。系统一般都采用最新计算机多媒体技术及商分辨率，高灵敏度电子摄像技术，在计算机控制下，提供高清晰度活动图像硕p 学位论文第一章前言监视，具有快速图像捕捉，真彩色图像存储和再现等功能，具有电脑数码录像及回放功能，强大的图像后处理功能【4 】。其信息管理功能通常以数据库为系统处理平台，提供友好的人机界面，实现病人图文资料存储、修改、查询、统计分析等功能，在结合了现代网络技术后，可以方便的实现网络数据库的共享，使其应用更加广泛，功能更加强大。目前，随着三维医学成像技术、虚拟现实技术等现代信息技术的发展，国际上出现了一种新兴的三维可视化工具虚拟内窥镜【5 l 。虚拟内窥镜是一种新的非侵入性诊断方法【6 l ，由于它使用计算机处理c t 和m r j 等三维医学图像，生成人体内部特定解剖结构的三维动态视图，以模拟标准内窥镜的检查过程和视觉效果i 。”，因而虚拟内窥镜的信息管理系统不仅具有普通的数据库功能，它还具有强大的数据处理分析功能，这是医疗信息管理系统未来的发展趋势。1 4 课题研究的意义内窥镜技术是临床治疗中的一个重要手段，它被广泛地应用于医疗的许多方面，其中电脑内窥镜能与医院内镜科室所有影像设备( 电子内镜、纤维内镜、内镜显示仪、超声内镜) 及超声设备，x 光机，显微镜等相连接，提供高清晰度活动图像监视，及快速静态图像捕捉【引。鉴于电脑内窥镜的广泛用途，只存合适的内窥镜信息管理系统才能充分地体现其全面的应用功能。本课题设计的内窥镜信息管理系统能够实现真彩色图像存储和再现，能够提供含有病人、病历、图像等共存的图文数据库，能够通过多种途径检索任何病人的病历和图像，能灵活方便地进行分类及统计，使电脑内窥镜的强大功能不受限制的发挥。电脑内窥镜及其信息管理系统实现了内窥镜技术由单一直观诊断到集观察、录像，计算机管理于一体的飞跃，是一种新型高科技医疗仪器，为内镜检查、诊断，内镜治疗，镜下手术、会诊、医疗复查、医疗培训、学术研究以及病历档案管理提供了现代化的技术手段，显著地提高了内窥镜诊断的工作效率和准确率。颂 学位论文第一章前言1 5 论文主要工作与安排1 ) 论文主要工作：( 1 ) 探讨了目前医学多媒体数据库的技术特色和结构特点，并进一步分析研究了医学多媒体数据库在存储层设计技术和信息检索技术，为设计打下良好基础。( 2 ) 分析了内窥镜信息管理系统的功能需求，利用关系数据库理论，建立了数据库关系模型。( 3 ) 结合数据库关系模型，提出了内窥镜信息管理系统的程序设计解决方案。( 4 ) 运用p o w e r b u i l d e r 编程技术，设计实现了用镜检位置标志说明镜下图像是何器官的什么部位，并提供拍照时的相关说明信息，为病人复诊提供了便利：镜检位置标志和相关说明信息也能打印在检查报告上，为病人转院或异地治疗提供了方便。设计实现了通过智能化的医学词组、范句和范文生成检查报告，使医生们可以最少的手工输入完成检查报告的编写，人机界面更加友好，效率更高。设计实现了根据诊断描述自动产生诊断结论，为医生提供辅助参考，提高诊断效率。2 ) 论文的结构与组织本文在分析内窥镜信息管理系统的结构与性能特点的基础上，进行了详细的数据库设计和程序设计。论文由以下几个部分组成：第一部分对课题背景、内窥镜信息管理系统的历史发展、国内外研究现状、研究的意义和论文的主要工作与安排进行说明。第二部分描述了当前医学多媒体数据库的应用情况和技术特点，在分析其系统结构的基础上，探讨了多媒体医学数据库在设计上的难点与要点。第三部分根据内窥镜检查的业务流程分析了内窥镜信息管理系统的功能需求，给出了本文的系统结构与总体功能。第四部分利用数据库理论，结合内窥镜信息管理系统的功能需求，给出了本文的数据库设计第五部分介绍了内窥镜信息管理系统的具体解决方案以及部分重要模块或功能的程序设计。第六部分谈的是结论，对本文进行了总结，并展望了内窥镜信息管理系统的未来发展和应用前景。4硕t - 学位论文第一二章医学多媒体致摧卑第二章医学多媒体数据库随着信息技术的迅猛发展，如何利用先进的通信技术和计算机技术，为人们提供全方位的医疗保健服务，已经成为信息领域和医疗领域所共同关注的热点。这个交叉领域所涉及的内容相当广泛，包括内窥镜诊断、远程会诊、远程放射成像、远程手术、多媒体医疗教育等，而所有这些应用都必须以医学资料的电子化存储、管理及网络共享作为前提1 9 】。医学资料的数据类型多种多样，大致有下列几种l i o j ：文本，包括病员的个人资料，如姓名、性别、住址等：长文本，包括病史详述、医生的诊断报告等：静态图像，包括各类医学图片，如c t 、x 光片、m w 等；运动图像，包括b 超或血管造影等得到的视频图像：声音，包括电子听诊器侦听到的声音和医生的口头诊断结果等音频数据。可以看出，医学资料具有典型的多媒体特性，故必须使用多媒体数据库系统( m d b s ) 来支持其应用【l l l 。而实际上，m d b s 根据所需要存储和管理的多媒体数据类型以及应用背景不同，其功能要求和达到的标准往往会有很大的区别。本文正是针对医学数据的特征及其应用需求，研究医学多媒体数据库系统的设计及其关键技术。2 1医学多媒体数据库系统结构医学多媒体数据库的特色大致有以下几点f 1 2 】：( 1 ) 医学多媒体数据库的外设主要是不同厂商生产的各类医疗设备，为解决多种医疗设备所产生的交换和通信问题，必须在系统中采用统一的医疗数据通信与交换标准。( 2 ) 医学多媒体数据库中很大部分是高分辨率的医学图片，它们对于存储容量的要求很高，但本身的结构却不是很复杂。( 3 ) 医学多媒体数据库应能提供灵活快速的信息检索功能( 如基于病员或基于病例) 以及智能化程度较高的查询能力( 如模糊查询和按例查询) ，以满足不同用户的需求。硕p 学位论文第一二章仄学多投体教姑库针对上述特点，医学多媒体数据库在设计上可采用分层结构体系1 1 3 1 。各层功能总结如下：( 1 ) 系统硬件层该层足支持整个医学多媒体数据库系统环境所需的各种硬件设备的集合，包括主计算机和外部设备。其中外设分为四类：输入设备，主要是各种医疗设备，以及话筒、摄像机、扫描仪等；输出设备。主要包括高分辨率工作站( 由医学图像的自身特点所决定) 、扬声器等；存储设备，包括大容量磁盘阵列、光盘库等；通讯设备，如调制解调器等。( 2 ) 多媒体操作系统层该层主要屏蔽掉硬件设备操作的具体细节，使不同厂家所提供的硬件设备的操作接口趋于统一，同时，它还负责对文件的管理以及任务的调度。结合面向对象的设计思想，我们将外部设备都抽象为类，并将对相应设备的操作都封装在类中，对用户屏蔽了底部实现的细节。同时，在本层中可采用d i c 0 m 标准，以解决医用图像的通信标准问题。( 3 ) 多媒体数据存取层该层主要解决多媒体医学数据在数据库系统中的存储策略和存取控制问题。主要功能应包括：实现多媒体数据在外存上的存储分配以及内外设的交换；屏蔽物理存储设备调用的细节：完成在层级存储结构中的数据迁移决策和执行等任务；实现对多媒体医学数据的各种操作( 如添加、编辑、修改等) ； 提供高效、方便的信息检索功能( 针对医学数据的特点，在这里应该提供灵活快速的检索方法和高度智能化的查询功能) 。( 4 ) 多媒体数据组合层该层的任务是将几种媒体数据进行组合，以形成一种新的更为复杂的多媒体数据类型。这样的操作需要在多媒体数据之间定义时间或空间方向的相互关系，它们在基本的多媒体数据上定义新的层次，产生内容更加丰富的信息，并提供组织信息的强大功能，从而实现对于复杂多媒体数据关系的支持。( 5 ) 多媒体数据展示层该层实际上是医学多媒体数掘库的应用接口( 用户界面) 。由于医学数据资料中大部分是高分辨率的医学图像，所以在显示图像的同时还应提供图像处理工6硕 学位论文第一二章医学多媒体致据库具，以实现包括放大缩小、亮度和对比度调节、角度旋转、水平垂直伸缩等处理功能。对于运动图像和声音数据，则应该提供播放、快进、暂停、回倒等基本功能。系统还应允许用户根据资源限制、个人喜好以及传送开销等多种因素控制服务质量参数，如降低图像分辨率或信息传输速率等。2 2 多媒体数据存储层的设计在上述医学多媒体数据库系统结构中，最重要的是多媒体数据存取层的设计”l ，它实现对多媒体医学数据的存储和管理。比较简单的存储方案是仅在o d b s中存放用于存储多媒体数据的文件名，而具体的存取和处理均交由操作系统和其它外部程序来完成。其优点是容易实现，但由于0 d b s 的s t o r a g em a 眦g e r 并不参与数据的存储，故无法确保数据的完整和有效性。另一种普通采用的方案是将多媒体数据以b l o b s 的形式存储在数据库中，这样做可以保证数据的完整和有效性，但由于0 d b s 并不理解所存储的数据结构，而仅将其作为一系列的o 、l代码进行处理，故无法进行涉及时空合成一类的复杂操作。一般说来，在医学多媒体数据库管理系统中都采取层级的存储管理结构，最底层采用超大容量的自动选取光盘库( o p t i c a ld i s kj l l l 【e b o x ) 作为永久性存储媒质，利用l r u ( l e a s tf e c e m l yu s c d ) 算法来控制内外存交换。但由于内存中不可能缓存过多的数据页，为避免抖动，对于数据量大又有实时要求的医学视频应考虑采用预装入( p r e l o a d i n g ) 和替换( r c p l a c e m e m ) 策略。可以根据内存大小、数据读取时间、数据展示时间以及交互命令的模式和频度决定数据在各层的存储期限以及在相邻层之间迁移所需满足的条件在多媒体数据存取层要实现对医学数据库中所存储资料的操作，其难点在于对医学多媒体数据的编辑和修改通常是利用对象的操作封装特性，借助于外部的应用来实现相应功能，这种方法比较简单，但系统集成性不好，无法在系统中形成一个综合的编辑环境。另一种方法则是提供一种多媒体数据操作语占( 如d m l ) ，它可以实现对静态多媒体数据的操作，但无法处理带有时问特征的多媒体数据，如必须加以扩展后才能在系统中应用。7顾 学位论文第一学瓯学多媒体数据库2 3 医学图像压缩的实现医学多媒体数据对于存储能力的要求也相当高，在医学资料中，对于存储空日j 最为敏感的就是其中大量的医学图像( 包括动态和静态图像) 。医学图像相对于一般的图像而占有其特殊之处，医学图像对于分辨率的要求很高，且要具有清晰的层次感，这就要求每个象素的量化位数要足够高，表2 1 给出了几种常见医学图像的数据量统计1 1 4 1 。表2 一l 常见医学图像数据量统计图片类型图像尺寸p l x e l s分辨率b i t s平均数据量m b y t e sx 光片2 0 4 8x 2 0 4 81 28c t5 1 2x5 1 21 22 0 4 0m i u 2 5 6 x2 5 61 28 2 0b 超5 1 2x5 1 285 l o血管造影5 1 2 x5 1 28l o o 5 0 0c r2 0 4 8x 2 0 4 81 28乳腺x 光片4 0 9 6x 4 0 9 61 21 2 8 ( 4 幅)表中，大尺寸n 光片的分辨率高达2 0 4 8 2 0 4 8 ，若每个象素量化为1 2 比特的数据，则每张光片约需6 m b y t e s 的存储空间。m r 、c t 、n m 等类型的图像是顺序采集的，它们是时间可变的序列图像，而且是三维描述，其所需的存储空间更为可观。通常可采用压缩编码技术来节省存储空间，但是为确保能清晰反映医学图像中的病理信息，在临床应用中医学图像一般采用对医学图像的视觉效果几乎没有影响的j p e p ( j o i n tp i c n 鹏e x p e r tg r o u p ) 标准实施压缩。在医学图像处理中，要进行存储与传输的图像一般为静止图像，而且要么是灰度图像、要么是真彩色图像。而j p e g 标准是面向连续色调、多级灰度、彩色或单色静止图像的压缩标准，j p e g 处理的颜色只有真彩色和灰度图。所以对医学图像根据j p e g 标准实施压缩是合适的。j p e g 对医学图像进行压缩分硬件方法和软件方法。硬件方法就是按照j p e g 的压缩与解压缩标准所专门设计生产的硬插件，安装到相关的计算机中后即可对要处理的图像进行压缩与解压缩处理，可以极大地降低计算量，减少计算机处理图像的时间。软件方法是利用按照j p e g 压缩与解压缩标准所开发的软件产品来进行压缩与解压缩的方法硬件方法执行速度快，效率商，但由于所有相关计算机均需安装，故总成本较高；软件方法虽然执行速度相对较慢，由于现今8硕 学位论文第二章医学多媒体数据库计算机的处理速度和网络的传输速度部很快，一般不会影响医学图像的传输与使用，加上一次购买软件后，可在整个系统内多次使用，对于大型医学图像处理系统更为划算但不论使用什么方法，所依据的原理是一样的。j p e g 对不同医学图像的压缩处理是有所区别的。对真彩色图像的压缩与灰度图像的压缩主要在各分量的取样比例上不同。j p e g 使用的颜色是y u v格式。在y u v 颜色空间中，y 分量代表了亮度信息，u v 分量代表了色差信息。由于入眼具有对亮度信号敏感，对色差信号不敏感的视觉特性，在视频信号系统中，我们可以对y 采用细量化，对u v 采用粗量化，来进一步提高压缩比。对灰度图像，影响人的视觉的主要是亮度信号( y ) 分量，这样，可以不取u v 分量，来进一步提高压缩比( 仅就将图像数据压缩为原来的l 3 ) 。对真彩色图像，也可以只取u v 分量的一部分，来增加压缩比。目前支持j p e g 格式的软件通常提供两种取样方式y 1 4 l l 和y u v 4 2 2 ，其含义是y u v 三个分量的数据取样比例，它们分别将图像数据压缩为原来的l 2 和2 3 。在图像数据压缩的其它方面，真彩色图像与灰度图像的处理过程是一样的，如图2 1 所示。图2 1医学图像压缩流程在医学图像信息处理系统中，对医学图像的压缩是实现图像有效存储和快速传输的基础。采用j p e g 压缩标准对医学图像进行压缩处理，能得到较大的压缩比。我们发现，j p e g 虽然是有损压缩方式，但当工作中选取压缩比在( 1 2 1 6 ) ：l之间，压缩后的一个像素点可用1 5 - 2 比特存储，得到的压缩图像质量与原始图几乎一样。2 4 基于对象的信息检索技术在大型的医学多媒体数据库系统中对多媒体数据的操作要求必须快速高效，9硕i + 学位论史第一二章医学多媒体数据库而且要灵活可靠。为此，本文提出以下两种信息检索方法【1 5 1 ：2 4 1基于对象关系的检索在基于对象关系的检索中，要求医学数据库系统提供灵活的检索方案，以方便用户根据自身的需要来进行信息检索，例如基于病员或病例可进行不同的检索。2 4 2 基于对象特征的检索在基于对象特征的检索中，最直接的方法是从多媒体医学数据中提取关键词或元数据( m e t a d a ，可称为离线检索。它的优点在于可以实现相当快的检索速度，而且可以使用标准的检索方法以优化检索性能。缺点在于人工提取关键词，划分标准的主观成分很大，且容易出错。同时，关键词的提取与所采用的抽取方法紧密相关，如果抽取方法变动或者在其中加入了新的属性，则所有的关键词必须重新提取或修正。另外，该方法对于检索表达式的语法要求也很严格，要求必须与所采用的抽取方案和关键词字典严格匹配，才能得到满意的检索效果。l o碗 学位论文第三章内窥镜佑包管理系境的功能焉求分析第三章内窥镜信息管理系统的功畿需求分析设计电脑内窥镜信息管理系统，首先从分析内窥镜检查的业务流程入手，了解内窥镜信息管理系统有哪些功能需求，再根据功能需求分析内窥镜信息管理系统应由哪些功能模块组成，每个功能模块包含几个子功能模块，应实现什么功能。3 1 业务流程电脑内窥镜的检查流程从预约登记开始，先由管理员对病人的情况进行登记，如病人的姓名、年龄、性别、镜检号、症状等，登记的情况保存在一个临时数据库中然后实时观察病体并进行拍照，该操作完成镜检图片的采集，并将采集到的图片与病人情况合并后存入系统图文数据库中。医生可以选择特定的病人，根据病人拍照检查结果，写出病人的检查报告。业务流程图如图3 1 所示。图3 一l 业务流程图顿 学位论文第= 三章内窥镜仁宦管理系统的功能需求分析3 2 系统的功能需求分析根据内窥镜检查业务流程的描述，对内窥镜信息管理系统的功能模块组成进行如下分析设计：病人进行检查前，首先要判断病人是否复查，如果是复查，则可查看原来的病历记录，或进行拍照检查；而如果病人是初次预约，则应对病人的基本信息情况进行登记，如病人的姓名、年龄、性别、症状等，为了不将病人的镜检照片混淆，还需给每个病人分配一个唯一标识的号码，可以称之为镜检号，从而对预约病人进行预约登记。对复查病人也可进行信息的修改。所以，应当设计一个预约登记模块，它的功能是对病人的基本信息情况事先进行登记或修改，并将数据保存在一个临时数据库中。病人进行预约登记后，应当进行镜检拍照环节。拍照后的照片有可能不合要求而丢弃，如果符合要求，则需要将拍照图片与病人基本信息合并存入系统图文数据库中。因此，预约登记模块还应当具有图片采集功能，以及将采集到的图片存入系统图文数据库中的图片入库功能。病人镜捡拍照后，医生就应当编写病人的检查报告，为此就应当设计一个写报告模块。该模块要能检索病人病历，可以选择特定病人的病历进行浏览，并可对病历内容进行修改。如果病人病历尚未编写或需要大量修改时，为减轻医生书写病历的压力，让医生集中精力于病人的治疗过程，写报告功能可以设计成智能输入形式，向医生提供多种可选的范文、范句和词组。预约登记功能模块和写报告功能模块包含了内窥镜信息管理系统日常最常用的基本操作：预约登记、镜检拍照和写报告。因此，对系统进行功能划分时，将这两个功能模块作为基本操作模块下的两个子功能模块。病人的检查报告编写完毕后，病人可能要求将检查报告打印出来，且检查报告要能够做到图文并茂，因此必须要有一个打印模块实现相关的打印功能。打印模块应能根据需求，将文字记录与镜检照片组合在一起，成为图文报告；或打印只有文字没有图片的简易报告；或打印仅有图片的图片报告。为了实现对病历的科学管理和统计研究，内窥镜信息管理系统应当具有检索统计功能，为此需要设计一个检索统计模块。病人的病历信息和镜检照片可以向用户提供不同的病人信息，不同的统计研究结果，因此检索统计模块应具有病历1 2颈i 。学位论文第三牵内窥镜信息管理系统的功能需求分析检索统计和图片检索统计两个子功能模块。病历检索统计子模块的功能应当可以实现按病人的年龄、性别、症状、临床诊断、诊断结论、送检部门等属性进行检索和统计及这些条件的综合进行的检索和统计：图片检索统计子功能模块则应当能够按图片的部位、印象、镜深、诊断结论等属性进行检索和统计及这些条件的综合进行的检索和统计；两个子功能模块都应提供打印检索和统计结果功能。内窥镜信息管理系统的核心是数据库，因此需要设计对数据库进行维护的模块。维护模块首先应具备通常维护数据库的基本功能，如数据备份、恢复数据、更改数据库。维护模块还应拥有系统库维护功能，既能够在密码控制下，可执行对病人信息数据和医生信息数据进行修改、删除。考虑到在写报告模块中，需要提供大量的范文、范句和词组，因此在维护模块中需要提供一个子功能模块对系统中各种工作数据字典的维护操作，可以为系统的工作提供极大的方便，3 3 系统总体功能图根据系统功能分析的结果，本系统从功能上可做如图3 2 的系统功能划分：图4 2系统总体功能图硕p 学位论文第蔓章堕宴毽t 包管理系钪的功能需求分析3 4 系统数据流图内窥镜信息管理系统的数据流程是从预约登记开始的，用户通过信息录入操作将病人的基本信息录入到临时数据库一病人基本信息数据库，并通过图片采集操作采集病人镜检拍照的图片信息，然后将病人基本信息与采集的图片信息一起录入到病人图文数据库。从病人的图文信息中可选定特定病人，开始写报告工作，根据提供的范文模版写出病人的检查报告。系统数据流图如图3 3 所示。1 4匝瑶冀球蒜蜓c-n田世晦赫垃砸、r骠世馨妊面蟾母蝴察露案筠榷拦雷g掣蜡鄯瓤面嚣弼忸睡躲蚁嵇牵扑- | 晕颂p 学位论史第= 章内窥镜信启管理系统的功能需求分析3 5 网络拓扑结构图鉴于局域网在医院中的应用，用户可能选择使用网络数据库。因此，内窥镜信息管理系统也应当支持网络数据库，局域网中各个不同工作站可以通过o d b c接口连接上网络数据斟1 6 j ，访问远端的服务器上病人的资料，并进行修改和诊断。网络拓扑结构图如图3 4 所示图3 4 网络拓扑结构图硕 学位论史第佣章内窥镜信息管理系统的敬据库设计第四章内窥镜信息管理系统的数据库设计内窥镜信息管理系统的核心是通过数据库管理各种数据，因此设计系统时的最重要工作是数据库的分析与设计4 1 关系数据库4 1 1 关系数据结构关系模型1 1 的数据结构十分单一。在关系模型中，现实世界的实体以及实体间的各种联系均用关系来表示。在用户看来，关系模型中数据的逻辑结构是一张二维表。4 1 2 关系操作关系模型给出了关系操作的能力，但不对r d b m s 语言给出具体的语法要求。关系模型中常用的关系操作包括：选择、投影，连接、除、并、交、差等查询操作和增加、删除、修改操作两大部分。查询的表达能力是其中最主要的部分。关系操作的特点是集合操作方式，即操作的对象和结果都是集合。这种操作方式也称为一次一集合的方式。相应地，非关系数据模型的数据操作方式则为一次一纪录的方式。早期的关系操作能力通常用代数方式或逻辑方式来表示，分别称为关系代数和关系演算。关系代数是用对关系的运算来表达查询要求的方式。关系演算是用谓词来表达查询要求的方式。关系演算又可按谓词变元的基本对象是元组变量还是域变量分为元组关系演算和域关系演算。关系代数、元组关系演算和域关系演算三种语言在表达能力上是完全等价的。关系代数、元组关系演算和域关系演算均是抽象的查询语言，这些抽象的语言与具体的d b m s 中实现的实际语言并不完全一样。但它们能用作评估实际系统中查询语言能力的标准或基础。实际的查询语言除了提供关系代数或关系演算的1 7硕 学位论文第四蕈内窥镜信息管理系镜的数据库设计功能外，还提供了许多附加功能，例如集函数、关系赋值、算术运算等。关系语言是一种高度非过程化的语言，用户不必请求d b a 为其建立特殊的存取路径，存取路径的选择由d b m s 的优化机制来完成，此外，用户不必求助于循环结构就可以完成操作数据。另外还有一种介于关系代数和关系演算之l 日j 的语言s q l 。s q l 不仅具有丰富的查询功能，而且具有数据定义和数据控制功能，是集查询、d d l 、d m l 和d c l于一体的关系数据语占。它充分体现了关系数据语言的特点和优点，是关系数据库的标准语言。因此，关系数据语言可以分为三类 l ，如图4 一l 所示。f 关系代数语占例如：i s b l11f 元组关系演算语占例如：a p l h a ，q u e l关系数据语言 关系演算语言llii 域关系演算语占例如：q b ej、i 具有关系代数和关系演算双重特点的语言例如：s q l图4 1关系数据语言分类这些关系数据语言的共同特点是，语言具有完备的表达能力，是非过程化的集合操作语言，功能强，能够嵌入高级语占中使用。4 1 3 关系的三类完整约束关系模型允许定义三类完整约束1 8 】：实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。其中实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件，应该有关系系统自动支持。用户定义的完整性是应用领域需要遵循的约束条件，体现了具体领域中的语义约束。4 1 4 关系规范化在关系数据库中，对关系模式的基本要求是满足第一范式19 1 。这样的关系模式就是合法、允许的。但是，人们发现有些关系模式存在插入、删除异常、修改复杂，数据冗余等毛病。人们寻求解决这些问题的方法，这就是规范化的目的。规范化的基本思想是逐步消除数据依赖中不合适的部分，使模式中的各关系颂卜学位论文第四蕈内窥镜赏包管理系统的数据难设计模式达到某种程度的“分离”，即“一事一地”的模式设计原则。让一个关系描述一个概念、一个实体或者实体间的一种联系。若多于一个概念就把它“分离”出去。因此所谓规范化实质上就是概念的“单一化”。人们认识这个原则是经历了一个过程的。从认识非主属性的部分函数依赖的危害开始，2 n f ，3 n f ，b c n f ，4 n f 的提出是这个认识过程逐步深化的标志。如下图4 2 所示【2 0 1 消除决定因素非码的非平凡函数依赖l n f上2 n f03 n f上消除1 主属性对码的部分函数依赖消除1 e 主属性对码的传递函数依赖消除主属性对码的部分和传递函数依赖消除非平凡且非函数依赖的多值依赖4 n f图4 2 各种范式及规范化过程4 2 数据库设计基本步骤按照规范设计的方法，考虑数据库及其应用系统开发全过程，将数据库设计分为以下六个阶段f 1 8 2 1 】