（计算机软件与理论专业论文）面向医学图像转换的中间件设计.pdf

摘要 本课题围绕在医院信息化过程中占重要地位的p a c s ( p i c t u r ea r c h i v ea n d c o 姗u n i c a t i o ns y s t e m ，即图像存档及通信系统) 这一领域，为了实现p a c s 发展趋势 之一“d i c o m 图像转换成通用图像”的这一目的，开展了如下工作。 首先，本课题在系统整体结构上进行了设计。 1 研究了中间件技术、p a c s 及d i c o m 标准，深入探讨了p a c s 的层次结构，比较 了单层结构、两层结构以及三层结构的优缺点，确立了本课题应该采取三层结构。 2 深入研究了w i n d o w sd n a 策略及c o m + 技术，较好地解决了传统三层结构安全性 差、速度慢以及技术难度大等问题。 3 结合前面的工作，创造性地提出了“面向医学图像转换的中间件设计”的系统 框架，该框架为实现p a c s 的发展提供了关键的技术。 然后，本课题在系统整体结构的基础上进行了具体的编程实现。 1 根据前面研究的d i c o m 标准，提出了采用免费的全部公开源代码的专业开发包 d c m t k 进行二次开发来实现d i c o m 图像显示功能的方案，并阐述了详细的实现步骤， 以此实现了d i c o m 图像显示和转换的组件的开发。该方案避免了繁杂的d i c o m 底层格 式问题，具有易于开发以及兼容性好等优点。 2 对d i c o m 转换组件在“组件服务”工具中进行了c o m + 应用程序的创建和组件服 务的配置，解决了三层结构中的业务层所要求的事务处理、并行处理、消息队列以及 事件通知等许多问题。 系统实现后，其意义在于使p a c s 从封闭式和集中式走向开放式和分布式，用户( 诊 断医生或患者) 可以在任何一台计算机上，方便地观看病人的医学图像。 关键词：中间件；d i c o m ；c o m + a b s t r a c t 1 1 1 i st o p i ch a s 仳sr e a l mo ft h ep a c s ( p i c n 鹏加1 1 i v ea n dc o 舢m 而c a t i o ns y s t e m ) w m c hh a sa 1 1h p o r t a mp o s i t i o ni i lt h ea r o u l l da tt h eh o s p i t a l 删o n l l a t i o n - b 2 l s e dp r o c e s s ，a n d f o rm es a k eo fc a 玎眵i 1 1 9o u tm ep u 印o s eo f ec h a n g e 仔o md i c o mt ob m p ”、h i c hi so n e o ft r e n d so fp a c sd e v e l o p m e n t ， f i r s t ，t h e 、v h o l e 踟c 1 1 i t e c n l r eo fs y s t e mi sd e s i g n e d 1 m i d d l e w a r e ，p a c sa n dd i c o ms t a i l d 2 l r di ss 砌i e d ，a n dp a c s1 a y e ra r c m t e c t u r ei s s t u d i e dd e e p ，a n dt h em e r i t s 锄ds h o r t c o m i i l g so fs i l l 9 1 e l a y e ra r c l l i t e c t u r e ，似o - 1 a y e r a r c m t e c t u r e ，t 1 1 r e e - 1 a y e ra r c l l i t e c t u r e ，t l l i st o p i cd e c i d e st 0a d o p tt h r e e l a y e ra r c l l i t e c t u r e 2 t h es t r a t e g yo fw i n d o w sd n aa n dt h et e c h l l i q u eo fc o m + a r es t l l d i e dd e e p ，a n d 缸a d i t i o n a lt i l r e e l a y e ra r c l l i t e c n l r e sp r o b l e m so ft h eb a ds e c 面t ) r ，s l o ws p e e da n db i g t e c h n i q u ed i 伍c u l t ye t c a r er e s o l v e dg o o d l y 3 c o m b i l l i n gt l l e1 j r o n to fw o r k ，as y s t e m 丘a m ei sp u tf o r v 哪d ，w 1 1 i c hi s “7 n l ed e s i g n o fr n i d d l e w a r eo nc h a n g eo ft h em e d i c i n ei m a g e s ”t m s 丘锄ep r o v i d e sac o i n p l e t es y s t e m p r o j e c tt oc a r 巧o u t 也ep u i l p o s eo f t l l et o p i c t h e n ，c o n c r e t ep r o c e d u r e sa r ea c c o m p l i s h e db a s e d o nt h ea _ b o v es y s t e ma r c m t e c t u r e 1 t h ed i c o ms t a l l d a r di ss t u d i e di nd e t a i l 1 1 1 em e t h o dt h a tm et o o u d td c m t k w t l i c hi s 丘e e ，p r o f e s s i o n a la n do p e ni 1 1s o u r c ec o d e si su s e dt oc a r l r yo ns e c o n d - t i m e d e v e l o p m e n tt oc a r r ) ro u td i c o m v i e 、v e ri sp r o v i d e d ，a 1 1 ds t 印so nw 1 1 i c hm es o f h ei s c o n l p l e t e db a s e da r ee l a b o r a t e d b e i n ge a s i l yd e v e l o p e da 1 1 dc o m p a t i b l e ，t l l ep r o j e c ta v o i d s t l l ec o m p l i c a t e dd i c o mf o n n a tp r o b l e mo ff l r s tn o o r 2 1 1 l ec o m p o n e n td e a l i n g 州md i c o m p e r s i s t e n to b j e c ti sm g t a l l e da 1 1 dc o n 丘g u r e d w i t ht h et o o lo f “c o m p o n e n ts e r v i c e ”，a n dm e n ，m a n yp r o b l e i n ss u c h 舔衄峪a c t i o 玛 c o n c u 玎e n c ya 1 1 dm e s s a g eq u e u ea r er e s o l v e d ，w h j c ha r er e q u e s t e di i lt t l eb u s i i l e s sl a y e ro f 廿l r e e l a y e ra r c l l i t e c t u r e t l l i st o p i c sm e a i l i n gi st h a ti tm a k e sp a c sd e v e l o p 丘- o mc l o s e d d e s i g na n d c e n 仃a l i z e dd e s i 印t oo p e nd e s i 口a 1 1 dd i s t r i b u t e dd e s i 盟c u s t o m e r ss u c ha sd o c t o r s 锄d p a t i e n t sc a i lb r o w s e rd i c o m 硫a g e st l l 】r o u 曲a i l yac o m p u t e r k e y w o r d s ： m i d d l e w a r e ； d i c o m ；c o m + 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，也不包含为获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证 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。 学位论文作者签名：日期：鲎生：堑 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：东 北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论 文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学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、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 一签盖氆日期：丝：竺! 夕 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 指导教师签名： 日期： 电话： 邮编： 东北师范大学硕士学位论文 引言 为了解决分布异构问题，人们提出了中间件( m i d d l e 、v a r e ) 的概念。中间件是位 于平台( 硬件和操作系统) 和应用之间的通用服务。当前，c o i 也a 、d c o m 、i 心 等中间件技术已广泛应用于各个领域。本文主要研究中间件技术在医学图像上的应用。 图像存档与通讯系统( p i c t l 鹏舡c h i v i l l ga i l dc o m m l 】n i c a t i o ns y s t e m ，简称p a c s ) 在近年来随着数字成像技术、计算机技术和通信技术的进步得到了迅速发展。p a c s 实现了医学图像的获取、显示、存储、传送和管理等过程的数字化，其发展趋势是减 少直至完全取代胶片。它主要分为医学图像获取、大容量数据存储、图像显示和处理、 数据库管理及影像在局域或广域网络中传输等5 个单元。医学数字成像与通讯( d 硒t a l i i i l a g i i l ga 1 1 dc o i i 】鲫m i c a t i o ni 1 1m e d i c i i l e ，简称d i c o m ) 标准旨在促进医学影像设备之 间的互操作性，它提供了一种用于医学信息的开放性的数据交换标准，使得不同厂商 生产的设备所形成的图像统一存档与通讯成为可能。 p a c s 网络内部的图像采用统一标准d i c o m 格式进行操作，此图像格式是根据医 学图像性质而量身订做的，在p a c s 网络中有专用的浏览器对此类图像进行处理，浏 览器的专用性使d i c o m 图像的可移植性受到限制。 标准d i c o m 图像无法在普通的系统上进行浏览，为了跨越d i c o m 浏览器的素 服，使图像随意浏览、操作，在d i c o m 浏览器图像转存时加入中间件，完成图像的 转换及转换后图像的调整，这将成为我们研究的必要。 本文采用面向对象方法j 借助中间件的设计思想，通过对标准d i c o m 图像及通 用b m p 图像格式的研究，实现了一种在医学影像d i c o m 格式和通用图像媒体格式之 间进行相互转换的模块。 东北师范大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究的背景 我们知道，最早的软件开发方法就是编程、写代码的，应用软件直接使用操作系 统、网络协议和数据库等开发，这些都是计算机最底层的东西。越底层越复杂，开发 者不得不面临许多很棘手的问题【l 】，如操作系统的多样性，繁杂的网络程序设计、管 理，复杂多变的网络环境，数据分散处理带来的不一致性问题、性能和效率、安全等 等。这些问题与用户的业务没有直接关系，但又必须解决，耗费了大量有限的时间和 精力，也大大延长了产品丌发周期。其瓶颈在于代码无法复用，于是，有人提出将应 用软件所要面临的共性问题进行提炼、抽象，在操作系统之上再形成一个可复用的部 分，供其它应用软件重复使用。这一技术思想最终构成了中间件这类的软件，中间件 在各个领域中的发展起着巨大作用【2 j 。 随着现代医学的发展，医院的诊疗工作越来越多地依赖现代化的检查结果。像x 光检查、c r 、c t 、m r j 、超声、胃肠镜、血管造影等影像学检查的应用也越来越普遍。 在传统的医学影像系统中，影像的存储介质是胶片、磁带等，这在使用中存在诸多问 题。例如图像存储介质所占的空问不断增加，给存放和查找带来了严重的问题；各种 不同检查的图像分别存放，临床医生要同时参考同一病人不同检查所产生的影像时往 往借阅困难；传统图像存储和管理的独占性使得图像的丢失概率增加，利用率下降， 异地会诊困难等。因此，传统的医学影像管理方法已经无法适应现代医院中对如此大 量和大范围医学影像管理的要求。这就使得如何有效地管理、处理和利用大量繁杂的 医学影像资料的问题日益突出，急待解决。 医学数字成像与通讯( d i c o m ) 标准的应用促进了医学影像设备之间的互操作性， 提供了一种用于医学信息的开放性的数据交换标准，使得不同厂商生产的影像设备形 成的图像统一存档与通讯成为可能，加快了图像存档与通讯系统的发展p 】。国内外医 疗设备厂商虽然都已经遵循d i c o m 标准，但是由于d i c o m 图像文件的特殊性，各 厂商均采用各自的专业浏览器进行处理，生成的文件也是以d i c o m 文件为准，因为 d i c o m 文件的灰阶最高可达6 5 5 3 5 个等级，在医用高亮显示器中此灰阶对于医生诊 断有很大价值，但是此图像作为患者的基本信息由临床医生参考时，由于d i c o m 图 像的特殊性，不带有专业浏览器的系统将无法打开图像，浏览器的专用性使d i c o m 文件浏览成为困难，而对于普通用户所使用的而n d o w s 操作系统，其系统中带有的 b 图像处理软件画图，是每个用户所熟悉的，在图像不作为专业诊断时，将各 种影像设备所采集的d i c o m 图像转为b 御图像便十分有意义。 d i c o m 是医学专用图像格式，此文件除了文件中保存着患者及设备的各种信息， 还以灰阶值记录着图像数据，窗宽、窗位的调整是d i c o m 图像的基本操作，d i c o m 2 东北师范大学硕士学位论文 转换为b m p 图像时，随之窗宽、窗位的调整便成为转换中的关键技术。要保证转换 后的b m p 图像能够调整专业的窗宽、窗位，本文将针对此项对相关知识进行探讨， 并遵循中间件思想，设计转换模块。 1 1 1 国外背景 1 1 1 1 国外医学影像的发展现状 在国外，p a c s 自上世纪八十年代初提出已经经过二十几年的发展了，目前处于 较为成熟的阶段。 在美国，拥有许多医疗影像诊断与i m e n l e t 相结合的p a c s ，随着网络技术的发展， 实现了真正意义上的远程会诊，同时实现了无胶片化；在欧洲，p a c s 与医院信息系 统融合，形成日趋爆炸的医学信息网，并产生了越来越多的应用方向；在亚洲一些发 达国家，如日本、韩国及我国台湾地区，经过几年的发展，特别是在一些国家政府的 扶持之下，也相继形成网络影像中心，使p a c s 已经实用化【4 】。 1 1 1 2 国外医学影像的发展趋势 随着计算机技术和网络技术的不断发展，医院信息化程度在不断的提高，国外 p a c s 的建设也在不断的发展中，其发展趋势主要有如下几个方面。 ( 1 ) d i c o m 标准和h l 7 标准的统一 j d i c o m ( d i g i t a ji i i l a g i n gc o m m u l l i c a t i o l l smm e d i c i l l e ) 定义了p a c s 中的医学影像 的格式以及通讯协议，用于操作放射线图像数据；而h l 7 ( h e a l t hl e v e l7 ) 定义了用户 文本数据交换的标准化数据格式。d i c o m 和h l 7 如何融合在一起，形成一个完善和 高效的数据交换协议是一个重要的研究方向【5 】。 ( 2 ) 配置管理 引入l d a p ( l i 帆i g h td c t o r ya c c e s sp r o t o c 0 1 ) 协议以维护p a c s 设备的配置参 数，引入d n s ( d o m a i l ln a m es y s t e m ) 、n t p ( n e 帆o r k1 h l ep r o t o c 0 1 ) 以及d h c p ( d ) r i l a 血c h o s tc o 血删o n p r o t o c 0 1 ) 等工业标准以实现配置管理的灵活性和鲁棒性。 ( 3 ) 分布式存储技术的引入 现有的p a c s 采用“集中存储”的结构，这种结构可降低成本且易维护。而分布 式存储系统可以减小通讯带宽需求，减少磁盘出错率，是新兴的存储技术。 ( 4 ) 三维或多维成像 c t 已具有三维成像功能，但空间配准，三维超声还不成熟。 ( 5 ) 远程医疗 随着数字通讯技术的发展，远程医疗将成为现实，而p a c s 则是远程医疗的基础。 ( 6 ) d i c o m 图像的即时浏览 p a c s 的发展是从封闭式、集中式的系统转向开放式、分布式的系统。d i c o m 图 像作为p a c s 系统中的基本元素，d i c o m 图像的有效操作将是未来p a c s 发展的一个 方向。 东北师范大学硕士学位论文 1 1 2 国内背景 1 1 2 1 国内医学影像的发展现状 在我国，p a c s 是从上世纪九十年代开始发展的，目自 f 仍处于发展阶段。国内医院 的p a c s 以中小规模的探索性建设为主，其中又以放射科内部网络为主，全院综合型 p a c s 系统还是少数。 不过令人惊喜的是，最近卫生部出台规定，要求所有三甲医院都必须建立p a c s ， 使医学影像资源充分共享，这是我国医院迈向数字化信息时代的重要标识之一肺3 。 1 1 2 2 国内p a c s 建设存在的问题 当前国内p a c s 的研究或建设存在三大问题。 ( 1 ) 在国内，当前p a c s 研究虽然处于热潮，但基本上是图像获取、通信与归档简 单实现，且研究平台与标准未与国际相容。 ( 2 ) 临床医生为获取更多诊断信息或手术引导信息，迫切希望有强大的图像数据来 辅助，而这正是当前p a c s 实现的难点之一。 ( 3 ) 由于经济能力的制约、现有设备状况不同以及医疗方式的各不相同等原因，国 外p a c s 在很大程度上不能满足国内用户的需求，这也就是说中国p a c s 的发展只能走 适合中国国情自己的道路。 1 2 研究的目的和内容 本课题研究的对象是医学图像的转换，医学图像是指d i c o m 格式的文件，它是 以d c m 为后缀名，能封装几乎所有类型的医学图像。 本课题研究的目的是解决上面提到的p a c s 发展趋势之一“d i c o m 图像即时浏 览”。访问d i c o m 图像是p a c s 系统中的重要功能，它提供了在无胶片环境下观察医 学图像的方法。传统的访问方式是c s 两层结构方式，即通过专用的工作站来访问； 而本课题研究的目的就是要实现b s 三层结构的访问方式，使得用户( 如诊断医生和 患者等) 可以在广域范围内通过通用的浏览器能够随时操作，推动p a c s 各开放式和 分布式发展。 针对上面提到的研究目的，本课题做了如下工作： ( 1 ) 分析了单层结构、c s 两层结构、c s 三层结构以及b s 三层结构的各自特点， 确立了本课题应该采取b s 三层结构。 ( 2 ) 深入探讨中间件的设计思想，并详细研究w h l d o w sd n a 策略、c o m + 和a s p 技术，解决了传统三层结构安全性差、速度慢以及技术难度大等问题，并提出了系统 方案。 ( 3 ) 分析d i c o m 图像的格式和象素数据，实现了d i c o m 图像的显示及转换，并 完成了中问件的设计。 ( 4 ) 对d i c o m 图像转换组件进行了组件服务配置，解决了事务处理、并行处理、 消息队列以及事件通知等问题。 4 东北师范大学硕士学位论文 ( 5 ) 分析了动态w 曲技术，完成了a s p n e t 页面的开发，并通过m i c r o s o ri i s 进行 发布。 1 3 研究的意义 本课题顺应了p a c s 的发展趋势，并解决了国内p a c s 建设中存在的一些问题。 ( 1 ) 顺应了“d i c o m 即时访问 的发展趋势 “瘦”化了传统p a c s 的客户端，降低了对客户端的硬件设备的要求，使客户端 的访问更加方便。系统的安装、升级、维护全部集中在服务器端，减轻了对客户端的 升级成本和工作量。能有效地减少医院的投入成本，缓解了资金缺乏与p a c s 势在必 行之间的矛盾。 ( 2 ) 推动了远程医疗的发展 两层结构建立在局域网的基础上，采用配对的点对点的结构模式。而b s 三层结 构建立在w 曲技术基础之上，具有广域的使用范围。因此，本课题使p a c s 从院内范 围扩展到广域范围，推动了远程医疗的发展。 ( 3 ) 提出了一种完整的并容易实施的d i c o m 图像显示软件的开发方案 d i c o m 标准共有几千页的内容，其中的图像信息的编码又涉及到多种图像压缩 编码标准，因此，对d i c o m 图像显示的实现将是一个巨大的任务，自己编写d i c o m 图像显示程序会有一定困难，而且编出来的程序经常会有兼容性问题。因此，本课题 提出了采用对专业的开放性的开发包进行二次开发的方式来实现d i c o m 图像显示软 件的开发的方案，并阐述了详尽的实现步骤。 ( 4 ) 提出了一种完整的并容易实施的系统架构 传统的三层结构较两层结构具有安全性差、运行速度慢以及技术难度大等缺点， 本课题在充分分析w 砌o w sd n a 策略基础上，提出了c o m + 技术与a s p 技术相结合 的方案，较完美地解决了这些缺点。 5 东北师范大学硕士学位论文 第二章中间件简介 2 1 中间件的概念 中间件是介于应用系统和系统软件之间的一类软件，它使用系统软件所提供的基 础服务，衔接网络上应用系统的各个部分或不同的应用，能够达到资源共享、功能共 享的目的【刀。目前，它并没有很严格的定义，但是普遍接受i d c 的定义：中间件是一 种独立的系统软件或服务程序，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享 资源，中间件位于客户机服务器的操作系统之上，管理计算机资源和网络通信。从这 个意义上可以用一个等式来表示中间件：中间件= 平台+ 通信，这也就限定了只有用 于分布式系统中才能叫中间件，同时也把它支撑软件和实用软件区分开来。 2 2 中间件的特点 一般认为，中间件必须具有以下特点。： 易集成：中间件能够很好地无缝连入应用丌发环境中，应用程序可以很容易地定 位和共享中间件提供的应用逻辑和数据。 易移植：中间件使与平台有关的细节对应用程序透明，因此可以在不改变应用程 序代码的情况下改换计算机底层硬件、操作系统或通信协议。 易演进：中间件所实现的功能对应用程序来说是透明的，所以可以对局部进行改 进而又不会影响到系统的其他部分。 高可靠：中间件应该是高可靠的，需要提供接管和恢复功能，以保证事务及关键 性业务不被丢失。 易使用：中间件能和同构或异构环境下的多种数据源通信，同时它还能够管理数 据之间的公共逻辑约束，能够使用户从复杂的平台、网络、数据库选择中解放出来。 其中具有标准的接口和协议非常重要，因为它可以实现不同硬件和操作系统平台 上的数据共享和应用互操作。 从理论上讲，中间件有以下的工作机制：在客户端上的应用程序需要从网络中的 某个地方获取一定的数据或服务，这些数据或服务可能处于一个运行着不同操作系统 和特定查询语言数据库的服务器中。客户服务器应用程序中负责寻找数据的部分只需 访问一个中间件系统，由中间件完成到网络中找到数据源或服务，进而传输客户请求、 重组答复信息，最后将结果送回应用程序的任务。 在具体实现上，中间件是一个用a p i 定义的软件层，具有强大的通信能力和良好 的可扩展性的分布式软件管理框架。 6 东北师范大学硕士学位论文 2 3 中间件的作用 中间件的作用简单来说就是试图通过屏蔽各种复杂的技术细节使技术问题简单 化。具体地说，中间件屏蔽了底层操作系统的复杂性，使程序开发人员面对一个简单 而统一的开发环境，减少程序设计的复杂性，将注意力集中在自己的业务上，不必再 为程序在不同系统软件上的移植而重复工作，从而大大减少了技术上的负担网。所以 说中间件带给应用系统的，不仅仅是开发的简便、开发周期的缩短，同时也减少了系 统的维护、运行和管理的工作量，还减少了计算机总体费用的投入。其次，中间件作 为新层次的基础软件，其重要作用是将不同时期、在不同操作系统上开发的应用软件 集成起来，彼此像一个天衣无缝的整体协调工作，这是操作系统、数据库管理系统本 身做不到了。 2 4 中间件的分类 目前，针对不同的应用涌现出各具特色的中间件产品。从不同的角度和层次对中 间件有不同的分类1 0 】。根据中间件在系统中所起的作用和采用的技术不同，可以把中 间件大致分为以下几种： 。 2 4 1 数据库中间件 数据库中间件( d 稚山a s e 血d d l e 骶，m d ) 在所有的中间件中是应用最广泛、技 术最成熟的一种。它允许应用程序和本地或者异地的数据库进行通信，并提供了一系 列的应用程序接口a p i 。当然，在多数情况下这些a p i 都是隐藏在开发工具中，不被 程序员直接使用。最典型的例子是：o d b c 、巾b c ，它们都是基于数据库的中间件标 准。 2 4 2 远程过程调用中间件 远程过程调用中间件( r e m o t ep r o c e d u r ec 2 l l l ，r p c ) 沿用了大多数程序员都非常 熟悉的编程模式客户服务器模式。程序员就像调用本地的过程一样在程序中调用 远程过程。启动远程过程的运行，然后将运行结果返回给本地程序。不仅如此，远程 过程调用还可以将程序的控制传递到远端的服务器中。 2 4 3 面向消息中间件 消息中间件( m e s s a g eo r i e n t e dm i d d l e 哦，m o m ) 提供了一个完整的处理环境， 允许开发者及用户连接不同系统之间的数据和代码，或采用一致的界面进行应用处理 的互连。它提供了一个高层应用接口，为不同系统提供操作核心。消息中间件的工作 主要是通过将信息以消息的方式在程序间传递来完成。 7 东北师范大学硕士学位论文 2 4 4 基于对象请求代理的中间件 基于对象请求代理( o b i e c tr e q u e s tb r o k e r ，o r b ) 的中间件主要采用面向对象的 技术，它可以看作是与编程语言无关的面向对象的i 冲c 应用。o i 强被视为从面向对 象过渡到分布式计算的强大推动力量。从管理和封装的模式看，对象请求代理和远程 过程调用有些类似，但对象请求代理可以包含比远程过程调用和消息中间件更复杂的 信息，并且可以适用于非结构化的或者非关系型的数据。 2 4 5 事务处理中间件 事务处理中间件( t r a n s a c t i o np r o c e s s i n gm o m t i d r ，t p m ) 是一种复杂的中间件产 品，是针对复杂环境下分布式应用的速度和可靠性要求而实现的。它给程序员提供了 一个事务处理的a p i 。程序员可以使用这个程序接口编写高速而且可靠的分布式应用 程序，即基于事务处理的应用程序。 2 5 主要的中间件技术支持平台 当前主流的中间件技术支持平台有o m g 的c o r b a 、s u n 的j 2 e e 和m i c r o s o r d n a 2 0 0 0 【1 1 】。它们都是支持服务器端中间件技术开发的平台，但都有其各自的特点。 2 5 10 m g 的c o r b a c o i 也a 分布计算技术是o m g 组织在众多开放系统平台厂商提交的分布对象互 操作内容的基础上制定的公共对象请求代理体系规范。 c o i 出a 标准主要分为3 个层次：对象请求代理、公共对象服务和公共设施。最 底层是对象请求代理o i m ，它规定了分布对象的定义和语言映射，实现对象间的通信 和互操作，是分布对象系统中的“软总线”；在o r b 之上定义了很多公共服务，可以 提供诸如并发服务、名字服务、事务( 交易) 服务、安全服务等各种各样的服务；最 上层的公共设施则定义了组件框架，提供可直接为业务对象使用的服务，规定业务对 象有效协作所需的协议规则。 c o r b a 的技术具有模型完整性和先进性，它独立于系统平台和开发语言，被支 持程度广泛，已逐渐成为分布计算技术的标准。c o r b a 的缺点是庞大而复杂，并且 技术和标准的更新相对较慢，c o r b a 规范从1 o 升级到2 0 所花的时间非常短，而再 往上的版本发布就相对十分缓慢。 2 5 2s u n 的j 2 e e 为了推动基于j a v a 的服务器端应用开发，s u i l 在1 9 9 9 年底推出了j a v a 2 技术及相 关的j 2 e e 规范，它是完整的基于j a v a 语言开发面向企业分布应用的规范。j 2 e e 的目 标是：提供平台无关性和可移植性，支持安全的并发访问。j 2 e e 完全基于j a v a 的开 发服务器端中间件的标准。 e j b 是s u i l 推出的基于j a v a 的服务器端构件规范j 2 e e 的一部分。自从j 2 e e 推出 之后，e j b 得到了广泛的发展，已经成为应用服务器端的标准技术。e 嵋技术是在j a v a 东北师范大学硕士学位论文 b e a l l 本地构件基础上发展起来的面向服务器端分布应用构件技术。e j b 给出了系统的 服务器端分布构件规范，这包括了构件、构件容器的接口规范以及构件打包、构件配 置等标准规范内容。聃技术的推出，使得用j a v a 基于构件方法开发服务器端分布式 应用成为可能。从企业应用多层结构的角度，e j b 是业务逻辑层的中间件技术。与 j a v a b e a i l s 不同，它提供了事务处理的能力。自从三层结构提出以后，中间层也就 是业务逻辑层，己成为处理事务的核心，从数据存储层分离，取代了存储层的大部分 地位。从分布式计算的角度，e 旧像c o i m a 一样，提供了分布式技术的基础，提供 了对象之间的通信手段。 2 5 3m i c r o s o f td n a2 0 0 0 m i c r o s o rd n a2 0 0 0 ( d i 嘶b u t e d 血e m e ta p p l i c a t i o n s ) 是m i c r o s o r 在推出 w m d o w s 2 0 0 0 系列操作系统平台基础上，在扩展了分布计算模型以及改造b a c k o 伍c e 系列服务器端分布计算产品后发布的新的分布计算体系结构和规范。它融合了当今最 先进的分布计算理论和思想，如事务处理、可伸缩性、异步消息队列、集群等内容。 d n a 使得开发基于m i c s o r 平台的服务器构件应用成为可能，其中，如数据库事务 服务、异步通信服务和安全服务等都由底层的分布对象系统提供【l 2 。 c o m d c o m 技术是m i c r o s o r 独家的技术。从d d e ，0 l e 到a c t i v e x 等，提供 了中间件开发的基础。它在d n a 2 0 0 0 分布计算结构基础上，展现了一个全新的分布 构件应用模型。c o m 通过底层的远程支持使得构件技术延伸到了分布应用领域。 c o m 仍c o w c o m + 更将其扩充为面向服务器端分布应用的业务逻辑中间件。通过 c o m + 的相关服务设施，如负载均衡、内存数据库、对象池、构件管理与配置等等， c o m d c o m 将c o m 、d c o m 、m t s 的功能有机地统一在一起，形成了一个功能强 大的构件应用体系结构。而且，d n a 2 0 0 0 是单一厂家提供的分布对象构件模型，开发 者使用的是同一厂家提供的系列开发工具。这比组合多家开发工具更有吸引力。 9 东北师范大学硕士学位论文 第三章p a c s 与d ic o m 标准 医院信息化是指两方面的信息化【1 3 】，一是“文字信息，二是“医学图像信息”。 后者即指p a c s ，其信息化的标准即为d i c o m 。本章将简单地介绍一下p a c s 和 d i c o m 标准，以明白本课题研究的领域和对象。 3 1p a c s 概述 p a c s 这一术语是迈阿密大学医学院的a j d 妇1 c 奴于1 9 8 1 年提出来的，由于它 的代表性和国际通用性，一直沿用至今并越来越被人们所接受。 p a c s ( p i c t u i ea r c l l i v m ga 1 1 dc o m m u i l i c a t i o ns y s t e m s ) 即医学影像的存储和传输系 统，它是放射学、影像医学、数字化图像技术、计算机技术及通信技术的结合，它是 将医学图像资料转化为计算机数字形式，通过高速计算设备及通讯网络，完成对图像 信息的采集、存储、管理、处理及传输等功能，使得图像资料得以有效管理和充分利 用的综合系统1 1 4 j 。 3 2 dic o m 概述 d i c o m 是英文d 磷t a li m a g i n gc o m m l m i c a t i o i l si nm e d i c i n e 的缩写，即医学数字 成像和通信标准。 d i c o m 标准经历了a c r n e m a l o 和2 o 版本到d i c o m 3 0 版本再到 d i c o m ( 2 0 0 3 ) 版本的过程。2 0 0 3 年，将标准名称又作进一步简化，直接称作d i c o m ， 并做了一些改动。 在2 0 0 3 版的标准中，共有十四个部分【15 1 。其内容如下： 第一部分：引言与概述( i i l 仃o d u c t i o na n do u t l i n e ) ； 第二部分：兼容性声明( c o n f o 】胁a 1 1 c e ) ； 第三部分：信息对象定义( i i 面n n a t i o no b j e c td e f i 血t i o n s ) ； 第四部分：服务类说明( s e v r i c ec l 嬲ss p e c i f i c a t i o n s ) ； 第五部分：数据结构与编码( d a t as t m c t u r e sa 1 1 de n c o d 吨) ； 第六部分：数据字典( d a t ad i c t i o n a r y ) ； 第七部分：消息交换( m e s s a g ee x c h a l l g e ) ； 第八部分：支持网络通信的消息交换( n 郇阳r kc o n l l i l u l l i c a t i o ns u p p o r tf o rm e s s a g e e x c h a n g e ) ： 第九部分：用于介质交换的存贮介质和文件格式( m e d i as t o r a g ea n df i l ef o n l l a tf o r m e d i a i n t e r c k m g e ) ； 第十部分：介质存贮应用概述( m e d i as t o r a g ea p p l i c a t i o np r o f i l e s ) ； 1 0 东北师范大学硕士学位论文 第十一部分：用于介质交换的介质格式和物理介质( m e d i af o 肌a t sa 1 1 dp h y s i c a l m e d i af o rm e d i ai n t e r c h a l l g e ) ； 第十二部分：灰阶显示函数( g r a y s c a l ed i s p l a yf 眦c t i o n ) ； 第十三部分：安全概述( s e c 谢t yp r o f i l e s ) ； 第十四部分：内容映射资源( c o m e n tm a p p i i l gi 沁s o u r c e ) ； 以上十四个部分的内容是独立的，但是有一定的内在联系。各部分内容的发展水 平和接受程度是不一样的。 3 3 d i c o m 的主要作用 d i c o m 标准主要在下面三个方面产生作用。 ( 1 ) 从医院的管理角度来说，参照欧美各国经验，如能由上而下在整个医院建立 d i c o m 标准化的环境，再依据部门需要建立不同特色的子系统以适应科室需要，就 能在医院形成统一的影像规范，做到医院添加新设备时“即插即用”【l 。由于d i c o m 已经成为国际医疗影像设备图像通信或交流的唯一规范，采用d i c o m 标准是医院问 及国际间医学图像交流的基础，例如实现远程会诊中的无损图像传输交流。同时，由 于医院形成了统一的影像规范，可以对医学影像进行统一归档存储查询，实现无胶片 化医院，节约大量的人力和资金，有效提升医院形象和等级。 ( 2 ) 从病人角度来看，有d i c o m 构架的医院可以大幅度缩短候诊时间，以往可能 需要数次往返医院，现在只要一次就可完成就诊、照相、报告这几个过程。 ( 3 ) 从医生角度而言，可以方便地获取d i c o m 资料库上的各种影像资料进行研究 参考，同时可以快捷地获取急诊病人的影像，为抢救病人争得宝贵的时间。 3 4 dic o m 图像显示的研究 医学图像转换的目的是d i c o m 图像的显示，因此，对d i c o m 图像显示的研究1 7 1 是很重要的。 医学图像一般是指d i c o m 文件，它是以d c m 为后缀名，能封装几乎所有类型 的医学图像。本课题旨在研究从d i c o m 文件取出图像信息并对其解码。 3 4 1 d i c o m 文件格式 在d i c o m 的信息模型上主要有四个层次n8 j ，分别是患者、研究、系列和图像层次。 这四个层次分别对应了相关类型的信息的生成阶段和不同来源。 ( 1 ) 患者层次 患者层次包含属于某个研究的患者标识和人口统计信息。由于一个患者可能存在 多个研究，患者层次是最高层次( 当一个患者的所有信息被考虑时) 。然而在通常的实 东北师范大学硕士学位论文 践中是使用研究层次用于对单个的检查请求由不同系统处理的信息的收集。 ( 2 ) 研究层次 研究层次是在信息模型中最重要的层次。一个研究是某个特定类型检查请求的结 果。在一个放射科的所有活动都围绕着研究的正确处理。在研究层次上，保持着标识 信息，并可以包含有与同一个研究有关的医院管理信息系统中的信息引用。一般，一 个请求可能会涉及不同形态的检查过程。这导致一个或多个图像的序列，取决于检查 所定义的协议。研究作为“根”将所有图像数据收集到一起。一个患者可能由于其它 或以前的检查而有多个研究。 ( 3 ) 序列层次 在研究层次下收集了所有的图像序列。序列层次标识了生成图像的形态类型、序 列生成的日期、检查类型的细节和使用的设备。序列是来自单一形态有关图像的集合。 图像组合到序列中的方式取决于它们的临床用途。而图像在形态上是如何获取的对分 组并不重要。但是不同的属性将获取标识，并在显示图像时表现出来。在许多情况下， 图像关系是通过获取发生的方式定义的。当按顺序地获取具有空间或普通的关系时， 这种获取结果的图像可以组成到一个序列中。当存在于图像之间的关系不再有效时， 必须开始新序列。 ( 4 ) 图像层次 信息模型的最低层次是图像层次，每个图像包含获取和位置以及图像数据本身，取决 于方法的类型。图像层次包含有一幅( 单幅) 、两幅( 双屏) 和在相对短的时间内收集的多 幅图像( 多帧图像) 。多帧图像的使用节约了高层次上信息的重复，但这仅在帧之间关 系可以用简单方法描述时才有可能。例如时间或系统移动的增量在所有帧之间都是相 等的。生成多帧图像比单帧图像更复杂，会消耗更多的资源。帧之间的关系、方法的 能力、产生图像数据的数目，可用来确定是单帧系列还是多帧系列更适用。 3 4 2 d i c o m 图像显示所需的数据元素 我们根据d i c o m 标准对各种医学图像的图像信息实体的定义，可以找到图像显 示所需要的全部数据元素。 3 4 2 1 数据元素的编码方式 要解决医学图像的显示问题，除了知道与医学图像显示有关的数据元素外，还需 要知道这些数据元素在d i c o m 文件里的编码方式引。 数据元素是由元素标签( e l e m e n tt a g ) 所标识，也就是说，我们可以通过在d i c o m 文件范围内以元素标签为检索对象来找到数据元素