（计算机应用技术专业论文）基于PACS的远程会诊系统的设计与实现.pdf

山东大学硕士学位论文 捅要 随着计算机网络技术、多媒体技术和通讯技术的快速发展，人们的生活 习惯和工作方式逐步改变，同时传统的医疗模式也受到了前所未有的挑战并 得到了巨大的发展、创新空间。远程医疗( t e l e m e d ic i f i e ) 作为一项具有极 大社会效益和经济效益的系统工程，正是现代高新技术在传统医疗领域的应 用和创新，目前已成为一项在国际上得到广泛关注、跨学科的高新科技。人 们通过远程医疗在医学专家和病人之间建立全新的联系，使病人在原地、原 医院即可接受远程专家的会诊及在其指导下的治疗与护理。 一个远程医疗系统作为一个开放的分布式应用系统，包括远程诊断、专 家会诊、信息检索和远程教学等几个主要部分。本文着重研究了基于p a c s 远程医疗会诊系统设计与实现。p a c s ( 医学影像存档与通讯系统) 通过数据 接口与i n t e r n e t 连接，就可以进行医学影像信息的远程传输，实现远程会 诊功能。p a c $ 为远程会诊提供基础数据，远程会诊为p a c s 系统打开了一扇 通向世界的窗。 论文主要工作包括： p a c s 将医院内现有的影像诊断设备( c t 、m r i 、d s a 、c r 、d r 、内窥镜等) 通过计算机网络连为一体，实现资源的共享。在显著提高科室工作效率的同 时，将医学影像带入全数字化、无胶片化管理的时代，为远程医学的发展奠 定坚实的基础。论文讨论了p a c s 的诊断价值，设计其网络构成，并对功能 加以说明。通过对远程医疗会诊系统的协同工作组织问题研究、分析，应用 了c s c w 技术，提供支持协作应用的框架，实现了支持远程医疗的协同会诊 工具。 随着多媒体应用领域的快速增长和网络的不断发展，传统的j p e 6 压缩 技术已无法满足人们对数字化多媒体图像资料的要求，j p e g 2 0 0 0 是一种功 能更强大、效率更卓越的图像压缩标准，降低压缩编码系统的失真率、提高 了主观图像质量性能，以其高性能应用在远程医疗会诊中。 医学影像处理是将图像处理技术应用于医学分析、诊断中，是图像处理的重 要应用领域。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，得到相关完整数据，为医学诊断提供更客观的信息。 基于以上关键技术的研究，我们构建了一个适合于我国网络资源现状的 远程医疗会诊系统原型，此系统针对现有基于视频会议系统远程诊断系统的 山东大学硕士学位论文 缺点，实现了独立的远程会诊协作环境和相关工具。通过将协作诊断工具和 影像信息的有机的集成，方便了会诊过程的进行。此系统已具备了远程医疗 会诊系统的基本功能，对我国远程医疗会诊系统构建具有一定的研究价值和 实用价值。 关键词；远程医疗、医学影像存档与通信系统、实时、协同会渗 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r k ，m u l t i m e d i aa n d c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，t h ec u s t o m sa n dt h ew o r ks t y l e so fp e o p l eh a v e b e e nc h a n g e dg r a d u a l i y ，a n dt r a d i t i o n a lm e d i c a lt r e a t m e n tp a t t e r na l s oh a s b e e ns u b j e c t e dt oc h a l l e n g e sa n dg i v e nt h ed e v e l o p m e n ta n di n n o v a t i o nr o o m a st h eo p e nd i s t r i b u t e da p p l i c a t i o ns y s t e m ，t e l e m e d i c i n ei n c l u d s t e le c o n s u l t a t i o n ，i n f o r m a t i o ns e e k i n g ，l o n g d i s t a n c ee d u c a t i o na n ds oo n t h i sp a p e re m p h a s i z e so nr e s e a r c h i n gt e l e c o n s u l t a t i o ns y s t e m sd e s i g na n d r e a l i z a t i o nb a s e do np a c s p a c s ( p i c t u r ea r c h i v i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) c o n n e c t sw i t h i n t e r n e tb yt h ed a t ai n t e r f a c e ，a n dc a r r i e so nt h em e d i c a l i m a g et ol o n g d i s t a n c et r a n s m i s s i o n p a c ss u p p l i e s t h eb a s i cd a t af o r t e l e c o n s u l a t i o n a n dt e l e c o n s u l a t i o nu n f o l d e daw i n d o w ，w h i c hg o e st ot h e w o r l df o rp a c s t h em a i nw o r ko ft h i sp a p e ri sa st h ef o l l o w i n g ： p a c sc o n n e c t st h eh o s p i t a li m a g ee q u i p m e n t s ( c t ，m r i ，u s ，d s a ，c r ， d r ，p a t h o l o g ya n de n d o s c o p e sa n ds oo n ) b y t h en e t w o r ka n de n j o y sa 1 1 o fr e s o u r c e s ，a n ds u p p l i e st h ew i d er o o mf o rd i f f e r e n tt y p eo fi m a g ec h e c k m e a s u r et ob r i n gi n t op l a ya c t i o ns y n t h e t i c a l l y w h i l ei m p r o v i n gw o r k e f f i c i e n c y ，p a c sb r i n g sm e d i c a li m a g e si n t ot h ea g eo fd i g i t i z a t i o na n d w i t h o u tf i l m ，a n di ts e t t l e st h es u b s t a n t i a lb a s ef o rt e l e c o n s u l a t i o n s y s t e m t h ed i s s e r t a t i o nd i s c u s s e st h ed i a g n o s i sv a l u eo fp a c s ，d e s i g n s n e t w o r k sc o n s t i r u t i o n ，a n di l l u s t r a t e sf u n c t i o n 、) | i i t hn e t w o r ki nm u l t i m e d i u ma p p l i c a t i o nt e r r i t o r yd e v e l o p i n gf a s t t r a d i t i o nj p e g sc o m p r e s s i o nt e c h n i q u ec a nn o tc o n t e n tp e o p l e sd e m a n do f d i g i t i z a t i o nm u l t i m e d i u mi m a g ed a t u m j p e g 2 0 0 0i so n ek i n d o fp o w e r f u l a n de f f e c t i v ei m a g ec o m p r e s s i o nc r i t e r i o n ，w h i c hr e d u c e sc o m p r e s s e d e n c o d i n gs y s t e m sd i s t o r t i o n ，r a t ea n d1 i f t st h es u b j e c t i v ep i c t u r e s q u a i t yp e r f o r m a n c e i th a sb e e nu s e di nt h et e l c o n s u l t a t i o nw i d e l yw i t h i t sh i g hp e r f o r m a n c e b yr e s e a r c h i n ga n da p p l y i n gt h ea b o v ek e yt e c h n i q u e sw ed e s i g n e da t e l e c o n s u l t a t i o ns y s t e mt h a ta d a p t st oo u rc o u n t r y s c o m p u t e rn e t w o r k a c t u a l i t y t h i ss y s t e md i f f e r sf r o mt e l e c o n s u l t a t i o ns y s t e m w h i c hb a s e d i n 山东大学硕士学位论文 o nn e t m e e t i n g p r o v i d i n gw i t hi n d e p e n d e n tc o o p e r a t i v ew o r ke n v i r o n m e n ta n d c o r r e l a t i v et o o l so nt e l e d i a g n o s e s a d d i t i o n a l l y ，t h ed i a g n o s e sp r o c e s s w i l lb em o r ec o n v e n i e n tt h r o u g hi m a g em e s s a g ew i t hc o o p e r a t i v ed i a g n o s i s s y s t e m o u rs y s t e mh a st h ee s s e n t i a lf u n c t i o n so ft e l e c o n s u l t a t i o ns y s t e m a n dw i l la f f o r ds o m e r e s e a r c h i n gv a l u e sa n dp r a c t i c a l i t yt ot h e c o n s t r u c t i o no fo u rc o u n t y st e l e c o n s o l u t i o ns y s t e m k e y w o r d s ：t e l e c o n s u l t a t i o n ，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 ， s y n c h r o n i z a t i o n ，r e a lt i m e ，c o o p e r a t i v ec o n s u l t a t i o n 山东大学硕士学位论文 原刨性声明和关于论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立 进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责 论文作者签名： 琏日期：j 型 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可 以将本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、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：三耋一导师签名： 山东大学硕士学位论文 1 1 背景介绍 i 引言 现代通讯、计算机和多媒体等高新技术的不断发展，正在逐步改变着人们的 生活习惯和工作方式，同时也使传统的医疗模式受到了前所未有的挑战。远程医 疗( t e l e m e d i c i n e ) 作为一项具有极大经济效益和社会效益的系统工程。正是现 代高新技术在传统医疗领域的应用和创新，目前己成为项在国际上得到广泛关 注、跨学科的高新科技。人们通过远程医疗在医学专家和病人之间建立全新的联 系，使病人在原地、原医院即可接受远程专家的会诊及在其指导下的治疗与护理。 一个远程医疗系统作为一个开放的分布式应用系统，包括远程诊断、专家会 诊、信息检索和远程教学等几个主要部分。从狭义上讲，远程医疗是指研究怎样 利用多媒体计算机技术、通讯技术进行医疗活动的一门学科。它以多种数字传输 方式，通过计算机网络，多媒体技术和远程医疗软件系统，建立不同区域的医疗 单位之间、医师和患者之间的联系，完成远程咨询、诊治、教学、学术研究和信 息交流任务，形成医学专家之间、专家与患者之间的一种全新的诊疗模式。 1 1 1 国外远程医疗的发展及现状 2 0 世纪5 0 年代末，美国学者w i t t s o n 首先将双向电视系统应用于医疗；同年， j u t r a 等人仓4 立了远程放射医学。此后，美国不断有人利用通信和电子技术进行医 学活动，并出现了t e l e m e d i c i n e 一词，现在国内专家统一将其译为“远程医疗( 或 远程医学) ”。 1 第一代远程医疗 6 0 年代初到8 0 年代中期的远程医疗活动被视为第一代远程医疗。这一阶段的 远程医疗发展较慢。从客观上分析，当时的信息技术还不够发达，信息高速公路 正处于新生阶段，信息传送量极为有限，远程医疗受到通信条件的制约。 2 第二代远程医疗 自8 0 年代后期，随着现代通信技术水平的不断提高，一大批有价值的项目相 继启动，其声势和影响远远超过了第一代技术，可以被视为第二代远程医疗。从 文献数量看，1 9 8 8 年1 9 9 7 年的1 0 年间，远程医疗方面的文献数量呈几何级数 增长。在远程医疗系统的实施过程中，美国和西欧国家发展速度最快，联系方式 多是通过卫星和综合业务数据网( i s d n ) ，在远程咨询、远程会诊、医学图像的 远距离传输、远程会议和军事医学方面取得了较大进展“1 。 第1 页 山东大学硕士学位论文 1 9 8 8 年美国提出远程医疗系统应作为一个开放的分布式系统的概念，即从广 义上讲，远程医疗应包括现代信息技术，特别是双向视听通信技术、计算机及遥 感技术，向远方病人传送医学服务或医生之间的信息交流。同时美国学者还对远 程医疗系统的概念做了如下定义：远程医疗系统是指一个整体，它通过通信和计 算机技术给特定人群提供医疗服务。1 。这一系统包括远程诊断、信息服务、远程教 育等多种功能，它是以计算机和网络通信为基础，针对医学资料的多媒体技术， 进行远距离视频、音频信息传输、存储、查询及显示。乔治亚州教育医学系统 ( c s a m s ) 是目前世界上规模最大、覆盖面最广的远程教育和远程医疗网络，可进 行有线、无线和卫星通信活动，远程医疗网是其中的一部分。 欧洲与欧盟组织了3 个生物医学工程实验室、1 0 个大公司、2 0 个病理学实验 室和1 2 0 个终端用户参加的大规模远程医疗系统推广实验，推动了远程医疗的普 及。澳大利亚、南非、日本、香港等国家和地区也相继开展了各种形式的远程医 疗活动。1 9 8 8 年1 2 月，前苏联亚美尼亚共和国发生强烈地震，在美苏太空生理联 合工作组的支持下，美国国家宇航局首次进行了国际间远程医疗，使亚美尼亚的 一家医院与美国四家医院联通会诊，这表明远程医疗能够跨越国际间政治、文化、 社会以及经济的界限。 美国的远程医疗虽然起步早，但其司法制度曾一度阻碍了远程医疗的全面开 展。所谓远程仅限于某一州内，因为美国要求行医需取得所在州的行医执照，跨 州行医涉及到法律问题。据统计，1 9 9 3 年，美国和加拿大约有2 2 5 0 例病人通过远 程医疗系统就诊，其中1 0 0 0 人是由得克萨斯州的定点医生进行的仅3 5 分钟的 肾透析会诊；其余病种的平均会诊时间约3 5 分钟。“” 1 1 2 我国远程医疗的发展及现状 我国是一个幅员广阔的国家，医疗水平有明显的区域性差别，特别是广大农 村和边远地区，因此远程医疗在我国更有发展的必要。 我国从上世纪8 0 年代才开始远程医疗的探索。1 9 8 8 年解放军总医院通过卫星 与德国家医院进行了神经外科远程病例讨论。1 9 9 5 年上海教育科研网、上海医 科大远程会诊项目启动，并成立了远程医疗会诊研究室。该系统在网络上运行， 具有逼真的交互动态图像。目前经过验收合格并正式投入运营的包括中国医学科 学院北京协和医院、中国医学科学院阜外心血管病医院等全国二十多个省市的数 十家医院网站，已经为数百例各地疑难急重症患者进行了远程、异地、实时、动 态电视直播会诊，成功地进行了大型国际会议全程转播，并组织国内外专题讲座、 学术交流和手术观摩数十次，极大地促进了我国远程医疗事业的发展。 第2 页 山东大学硕士学位论文 根据国家卫生信息化的总体规划，解放军总后勤部卫生部提出了军队卫生系 统信息化建设“三大工程”，并分别被列为国家“金卫工程”军字l 、2 、3 号工 程其中军字2 号工程即为建设全军医药卫生信息网络和远程医疗会诊系统。 尽管我国的远程医疗已取得了初步的成果，但是距发达国家水平还有很大差 距，在技术、政策、法规、实际应用方面还需不断完善：同时，广大人民群众对 远程匡疗的认识还有待进一步提高。与国外对远程医疗的研究相比，我国的研究 工作还只是小范围的、研究人员屈指可数，研究面也较狭窄，而且大多都集中在 以下几个方面：基于视频会议系统的远程会诊系统：远程家庭监护；基于w e b 网 站的医疗信息咨询；某些疾病数据库系统。 1 2 本文的工作 论文着重讨论远程会诊的实现技术。协同会诊系统是远程系统中的重要组成 部分通过协同诊断子系统，会诊专家可以对病人的病情进行全面的讨论、渗断。 7 p e g2 0 0 0 标准采用小波变换和最新的压缩算法，不仅能够获得较好的压缩比，而 且对压缩码流可进行灵活的处理。采用m a x s h i f t 算法支持对感兴趣区域的编码， 感兴趣区域可以获得比背景图像离得多的图像压缩质量。图像处理技术应用于医 学分析、诊断中，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。利用中值滤波方法在过滤噪声的同时保护边 缘轮廓信息。窗宽窗位调整、直方图均衡化，使图像光滑，颜色分布更均衡，图 像更加清晰逼真、层次分明。 1 3 本文的组织 在本文中，将介绍p a c s 的诊断价值，设计其网络构成，并对功能加以说 明，对远程医疗会诊系统的协同工作组织问题研究与分析，文中还讨论了数 字化高分辨率医学影像的压缩方案及图像处理技术。在本文的晟后对整个工作 进行总结，展望下一步的研究方向和工作的重点。 进行总结，展望下一步的研究方向和工作的重点。 第3 页 山东大学硕士学位论文 2 p a c s 技术 2 1p a c s 的发展历史及现状 p a c s 与远程医疗有着密切的联系，通过数据接口与i n t e r n e t 连接，就可以 进行医学影像信息的远程传输，实现远程会诊等功能。p a c s 为远程医疗提供基础 数据，远程医疗为p a c s 系统打开了一扇通向世界的窗。 p a c s 的概念提出于8 0 年代初，建立p a c s 的想法主要是由两个主要因素引起 的：一是数字化影像设备，如c t 设备等的产生使得医学影像能够直接从检查设备 中获取：另一个是计算机技术的发展，使得大容量数字信息的存储、通讯和显示 都能够实现。在8 0 年代初期，欧洲、美国等发达国家基于大型计算机的医院管理 信息系统已经基本完成了研究阶段而转向实施，研究工作在8 0 年代中就逐步转向 为医疗服务的系统，如临床信息系统，p a c s 等方面”1 。在欧洲、日本和美国等相 继建立起研究p a c s 的实验室和实验系统。随着技术的发展，到9 0 年代初期已经 陆续建立起一些实用的p a c s 。 在8 0 年代中后期所研究的医学影像系统主要采用的是专用设备，整个系统的 价格非常昂贵。到9 0 年代中期，计算机图形工作站的产生和网络通讯技术的发展， 使得p a c s 的整体价格有所下降。进入9 0 年代后期，微机性能的迅速提高，网络 的高速发展，使得p a c s 可以建立在一个能被较多医院接受的水平上。 早期的数字化医学影像设备所产生的数字图像格式都是由各个设备生产厂商 自己确定的专有格式，别人无法利用。这个问题极大地影响了p a c s 的发展，这引 起广大致力于医学影像研究的学者、厂商和学术及行业团体的重视。1 9 8 2 年美国 放射学会( a c r ) 和电器制造协会( n e 姒) 联合组织了一个研究组，1 9 8 5 年制定出 了一套数字化医学影像的格式标准，即a c r n e m a1 0 标准，随后在1 9 8 8 年完成 了a c r n e m a2 0 。随着网络技术的发展，人们认识到仅有图像格式标准还不够， 通讯标准在p a c s 中也起着非常重要的作用。随即在1 9 9 3 年由a c r 和n e m a 在 a c r n e m a2 0 标准的基础上，增加了通讯方面的规范，同时按照影像学检查信息 流特点的e r 模型重新修改了图像格式中部分信息的定义，制定了d i c o m3 0 标 准。这个标准已经被世界上主要的医学影像设备生产厂商接受，成为事实上的工 业标准。目前，一些主要的医疗仪器公司，如p h i l i p 、西门子、柯达等，所生产 的大型影像检查设备都配有支持d i c o m 标准的通讯模块或工作站，也有许多专门 制造影像系统的公司生产支持d i c o m 标准的影像处理、显示、存储系统。近年来， 在每年的北美放射学大会上还专门提供d i c o m 环境，组织各个厂商进行影像设备 的互联。 随着应用的不断发展，d i c o m 标准也在不断的更新，它所支持的医学影像种类 第4 页 山东大学硕士学位论文 也不断地增加，已经从原来a c r n e m a 标准只支持放射影像扩展到支持内窥镜、病 理等其他影像。人们已经认识到医学影像系统应该是医院信息系统中的一个重要 组成部分，p a c s 应该与其他系统相互沟通信息，形成一个医院信息的整体。 2 1 1p a c s 的定义 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 n ss y s t e m ) ，即医学影像存档 与通信系统，是近年来随着计算机技术、网络技术、半导体技术和多媒体技术的 进步而迅速发展的，旨在全面解决医学图像的获取、显示、传送和管理的综合系 统”3 。p a c s 主要是将医院内现有的影像诊断设备( c t 、m r i 、u s 、x 线、d s a 、c r 、 d r 、内窥镜等) 通过计算机网络连为一体，实现资源的共享，在显著提高科室工 作效率的同时，将医学影像带入全数字化、无胶片化管理的时代，为远程医学的 发展奠定坚实的基础，在节省存储空间、胶片、显影剂的同时，实现高效化的管 理。 2 1 。2p a c s 的发展趋势 1 应用范围不断扩大 p a c s 最初是从放射科的数字图像发展起来的。然而随着p a c s 标准化的进程， 尤其是a c r - n e m a ( a m e r i c a nc o l l e g eo fr a d i o l o g y 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 s a s s o c i a t i o n ，美国放射学会和美国电器制造商学 会) 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 n si nm e d i c i n e ，医学数字成像和 通信标准) 3 0 标准的普遍接受，目前的p a c s 已扩展到所有的医学图像领域，如心 脏病学、病理学、眼科学、皮肤病学、核医学、超声学以及牙科学等。 2 多媒体技术逐步引入： 多媒体技术是本世纪9 0 年代计算机发展的时代特征。也是计算机技术的又一 次革命。所谓多媒体技术，指的是计算机交互式综合处理文本、图形、图像和声 音等多种媒体信息的技术。近年来，多媒体技术在教育中的长足发展已经非常引 人注目，但它在医疗卫生中的应用却刚刚起步。 3 话音识别技术 随着话音识别技术的发展，近来已有人推出了可直接将声音转化为文字的系 统，并成功地用于放射科报告的书写。这一系统的使用说明，医生通过p a c s 进行 口述报告的时代已经为期不远了。 4 用最先进的存贮技术 在计算机中一页文字资料仅占几千字节( k b ) ，而一张数字化的x 光片将产生 上百万字节( m b ) 的信息量，这就是所谓“兆字节问题”，也是p a c s 系统面临的诸 多挑战之一。可以说，从p a c s 诞生的那天起，人们就致力于探索最经济、最可靠 的图像存贮方式而且始终得益于计算机存贮技术的发展。目前最常用的是 第5 页 山东大学硕士学位论文 w o r m ( w r i t e o n c e r e a d m u l t i p l y ，一次写入多次可读) 光盘的出现，给医学图像 的长期保存带来了曙光，w o r m 盘的缺点是读盘速度较慢或者说检索时间较长，d v d 技术的发展和普及将逐渐取代c d 光盘的利用。 5 远程放射学中的p a c s 近年来，远程放射学一词越来越多地出现在放射学的文献中，因而引起了放 射学专家和临床医生的广泛关注。远程放射学的出现使传统的会诊观念发生了根 本的变化，即放射科专家可以在千里之外的放射医学影像中心、办公室甚至家中 观看通过通讯网络传来的影像资料，从而为一些小医院、边远地区的诊所提供会 诊服务，这就是所谓的远程会诊。可见远程放射学的概念与图像的传送、异地诊 断均有关系。 6 综合业务数字网i s d n ( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k ) 综合业务数字网i s d n 是一种先进的数字通讯系统，它将取代现有的大部分电 话系统，使音频和非音频的业务一体化。这一技术的引入，将使异地的医学图像 设备以极高的数据流( 欧洲为1 4 4m b p s ，美国为1 5 5m b p s 或者6 2 2m b p s ) 相连接 成为可能。到那时，人们不仅可咀快速地获得存贮在各医院、各诊所中的病人图 像，而且可以随时请远在外地的专家进行会诊( 图像将同时在各自的显示器上出 现) ，这就是真正的远程放射学。从这种意义上讲，远程放射学将完全同p a c s 合 并，而远程诊断将成为p a c s 的重要功能之一。 2 2 医学影像存档与通讯系统的诊断价值 1 p a c s 诊断的准确性 准确性是所有诊断手段与工具立身之本。显然，建立在以感光银盐颗粒为基 础之上的胶片，其像素尺寸要比阴极射线管( c r t ) 的电子束扫描光点细很多。事实 上。普通1 4i 1 1 1 7i n ( 1i n = 2 5 4c l n ) x 线胸片胶片的分辨率大约为6 0l p 咖。 c r ( 计算机放射摄影) 系统1 4i n 1 7i n 成像为像素矩阵数为2 0k 2 5k ，即约 3 0l p 咖。而目前用以显示并读取该c r 图像的c r t 高分辨率高性能图像工作站 其可寻址的像素矩阵虽然为2 0k 2 5k ，但限于c r t 电子束光点尺寸，显示信 号的带宽以及栅扫线数等诸多因素的影响，真正可分辨的像素矩阵数却要比2 0 k x 2 ，5k 小许多，其分辨率大约仅达2 5l p 哪。因此，从7 0 年代末开始，欧美 许多国家的放射医生便着手用高分辨率图像工作站对c r t 软拷贝读片与普通x 线 胶片读片进行对比研究，涉及到胸部、腹部、骨骼、四肢及乳房等多个部位的放 射图像。尽管迄今尚未达到完全一致，但在主要方面却取得了基本共识。表2 一l 就是目前得到广泛认可的对各种影像检查空间分辨率及荻阶深度的基本要求，各 国医院多以这个要求来装备p a c s 系统。例如，韩国汉城三星医疗中心是一家拥有 第6 页 山东大学硕士学位论文 li 0 0 张床位的大型医院，己基本实现无胶片化。全院p a c s 网上有1 4 0 台工作站分 布于各科室，对以基本诊断为宗旨的放射科配备四屏幕高分辨率肖像型工作站， 每屏分辨率为2 0k 2 ，0k ；各科住院病房则配备双屏幕肖像型工作站，每屏分 辨率为1 0k 1 0k ：各门诊科室则配备普通风景型单屏幕工作站，分辨率为1 0 k 1 0k 。美国p a c s 的先驱者，著名的巴尔的摩v a 医疗中心则在各主要临床科 室均配备双屏幕高分辨率肖像型工作站( 分辨率为2 0k 2 ok ) 。 我国由于p a c s 起步晚，诊断准确性问题一直未受到放射学界的足够重视。出 于经济上的考虑，不少医院采用1 2 8 0 1 0 2 4 或1 0 2 4 7 6 8 矩阵普通监视器，然而 这样做的风险是降低诊断精度。 表2 - 1对数字化影像检查空间分辨率与灰阶深度的基本要求 影像类型空间分辨率( 像素数)灰阶深度( b i t s ) x 线胸片或c r至少2 0 4 8 2 0 4 8 1 2 乳房照相至少4 0 9 6 x4 0 9 6 1 2 c t5 1 2 5 1 21 2 m r i 5 1 2 5 1 21 2 b 超( 冻结像) 5 1 2 5 1 2 8 血管造影( 静态像) 1 0 2 4 1 0 2 48 核医学2 5 6 2 5 6 8 在1 9 9 8 年的北美放射学会( r s n a ) 年会上，美国b e t hi s r e a l 医疗中心介绍了 他们用2 0 4 8 2 5 6 0 1 2b i t 肖像型高分辨率监视器与普通1 0 2 4 x7 6 8 8b i t 但 可放大一倍的风景型监视器对8 0 例怀疑有肺病的患者进行对比研究。这些患者均 是在3 个月内相继来院就诊的，先在c r 上拍摄了胸片，同时也在螺旋c t 上进行 了检壹。两种监视器都可调节窗宽窗位。共有3 名放射医生分别轮流在2 台监视 器上读像诊断，记下肺部有无疾病。报告正确与否最终以c t 报告为标准。结果每 名放射医生在1k 监视器上都至少漏诊1 次( 尽管使用了放大功能) 。而在2k 监 视器上3 名放射医生无一漏诊，且最终都为c t 扫描所证实。因此，他们认为，虽 然理论上1k 监视器放大1 倍其分辨率与2k 相当，但实际上，由于放大结果只 是显示了图像的一部分，信噪比降低，很难避免漏诊。 美国“计算机在放射学中的应用学会”( t h es o c i e t yf o rc o m p u t e r a p p l i c a t i o ni nr a d i o l o g y ) 建议凡以基本诊断为目的的放射科诊断工作站，其监 视器应为肖像型，分辨率至少为2k 2k ，亮度达到5 0 朗伯，数目以2 4 台 为宣。 第7 页 山东大学硕士学位论文 2 p a c s 诊断的快捷性 数字化医学影像信息的存取与通讯应比胶片方式快捷许多，这也是医生们愿 意弃硬( 拷贝) 从软( 拷贝) 的主要原因之一”。美国加州大学洛杉矾分校( u c l a ) 医学 院放射学系将病人利用电子化放射图像存档系统进行放射检查的流程步骤及相应 每步占用时闯列成表格( 见表2 2 ) 。如想获得最大的病人周转量就必须将有可能造 成瓶颈的所有t 1 t 9 ( t 表示时间) 减至最小。从表中可以看出在这7 个步骤中联 机存档、网络通信、显示工作站3 个环节占用次数最多，影响最大。国外p a c s 系 统的运行经验也证明了这点。 表2 - 2p a c s 环境下影像检查流程时间分配 步骤 t lt 2t 3t 4t 5t 6 t 7 t 8 t 9时间 1 患者进行影像检查 lloo0oo0ot l + t 2 2 将结果送至联机存档和显示 011l1oo00t 2 + t 3 + t 4 + t 5 l 工作站显示内存 3 r i s h i s 发文件资料至显示 0 o 1 l 1 0 100t 3 + t 4 + t 5 + t 7 【工作站及联机存档 4 放射医生读软拷贝像，提出 0oo 0 1 l 0 o ot 5 + t 6 l 初步诊断意见 5 放射医生检索以前影像 0o11l1o0ot 3 + t 4 + t 5 + t 6 档案 6 放射医生开出硬拷贝诊 o0ll11ool t 3 + t 4 + t 5 + t 6 + t 9 断报告 7 联机档案存满后，图像自动 0 o 1 1 o o 0 1 ot 3 + t 4 + t 8 扶联机存档转发至长期存档 注：( 1 ) p a c s ：影像存档与传输系统；( 2 ) r i s ；放射信息系统；( 3 ) h i s ：医院 信息系统；( 4 ) t 1 t 9 ：分别表示影像检查设备、图像采集、通讯网络、联机存档、 显示工作站、放射医师、r i s 和h i s 系统、长期存档、硬拷贝记录所需时间，p a c s 的联机存档大多采用分级数据管理体制，即分成短期或中期数据存档与长期( 4 年 以上) 影像资料存档，以利于科学调度与加快存取速度。德国慕尼黑的一个放射诊 断研究所在规划无胶片医院的联机存档方案时，分析论证了4 种查阅速度( 即从提 出申请调阅到监视器上呈现图像所需时间) ( 表2 3 ) ，这个估计并没有考虑到网络 流量限制。 第8 页 山东大学硕士学位论文 表2 3 大型p a c s 系统工作站查阅影像档案速度 查阅内容 响应时间 患者最新检查放射图像及其存数秒 放于放射科和病房的历史图像 住院病人的任何图像2 3 分钟 门诊病人4 年以内的历史图像1 0 2 0 分钟 门诊病人4 年以上的历史图像1 2 小时 医学影像数据量大是突出特点。比如，传输一张2 0 4 8 2 0 4 8 1 2b i t 的c r 图像，如果最大可接受延迟为每张像l o 秒，那么就要求至少7 m b i t s 的网络带宽， 这还不包括网络固有的开销。韩国三星医疗中心的p a c s 网为l o o m b i t s 高速以太 网。在门诊高峰时，许多查阅请求一齐涌上网络，致使网络严重拥塞，最后只好 让矫形外科、神经外科的门诊护士将查阅请求安排在下午4 ：0 0 以后，问题才得 以解决。所以，为了克服以太网这种分享介质技术随着网络节点数目增加网络性 能下降的固有缺点，人们开始尝试在大型p a c s 的网络中引入异步传输模式( a t m ) 交换技术。 显示工作站在一定程度上可以称为p a c s 与医生的交互界面。对于读片这环 节。当需反复比较新老图像时，观片灯上读胶片会比在监视器上读软拷贝快。因 为，观片灯操作简单。v a 医疗中心曾做过统计，对于比较复杂的病例，软拷贝读 片平均比硬拷贝读片长3 5 分钟，每读一张片要点击鼠标l o 多下。因此，如何 简化人机交互，仍是今后努力方向。 3 p a c s 诊断的安全性 p a c s 的引入改变了临床医生与放射医生各自为政、自我封闭的工作方式，也 改变了面对面会诊的方式。但这种电子交换的最大隐患便是其安全性。尽管p a c s 属于医院内部甚至科室内部的封闭网，但依然有着病人医疗档案被窃取或窜改的 危险。目前常用的授权资格认证及口令密码作为一般防范来讲是安全的。美国v a 医疗中心放射学主管、p a c s 的先驱者之一e l i o ts i e g e l 博士在美国的医疗影像与 信息化会议上专门做了一篇题为让你的p a c s 更安全的报告，从法律上、规章 制度上、技术上以及实践保障上多方面论述了p a c s 的安全性问题。美国联邦政府 已要求在未来5 年内在全国卫生保健机构内必须采用p k i ( 公共密钥基础结构) 技 术，以确保电子交换的安全。这是套用于数字认证的协议，用电子识别的方式 验明1 个人或l 家公司的身份。 4 p a c s 诊断的经济性 p a c s 作为医学影像信息化的基础设施，无疑是一项重大的投资项目，其经济 第9 页 山东大学硕士学位论文 效益评价始终是医院主管最关心的问题。 由于占放射检查量7 5 左右的普通x 线照相一时不能完全被c r 取代( 特别是乳 房片) ，多数医院的p a c s 建设都采用逐步过渡策略，把分散在各影像设备上的资 料逐步集中到中央服务器上。在过渡过程中要采用开放标准( 如d i c o m3 0 ) 和通用 平台。这不仅有利于今后的升级和增容，也降低了硬件的投资及维护费用。 p a c s 在运行中能否呈现出相对传统x 线片诊断的多快好省的优势，在相当大 程度上取决于医生们特别是放射专家的接受意愿。这个过程越短，p a c s 的经济效 益越明显。美国加州大学! e l 金山分校( u c s f ) 医学院放射学系在其神经放射的工作 站上进行了一项实验。这是2 台2k 2 5k x l 2b i t 的肖像型监视器，通过全院 p a c s 的中央服务器接收来自2 个医疗中心共1 0 台c t 及m r 的图像。实验目的是检 验工作站作业是否实现了诊断功能，其成本是否比x 光片诊断低? 取两个参数， 一个是出片时间，一个是工作站的利用指数。通过1 9 个月临床数据的整理分析， 利用指数从1 9 9 4 年9 月刚装备时的4 0 提高到了1 9 9 6 年3 月的8 0 ，折算出软拷 贝诊断远较硬拷贝诊断便宜得多。 另外，使放射医生的工作环境更适合p a c s ；重新组织放射科诊断作业：优化 配置工作站等这些软工作对提高p a c s 的经济效益也是不可忽视的。 5 p a c s 诊断的可靠性 可靠性对p a c s 很重要，无法想象一旦p a c s 网络瘫痪对整个医院所带来的严 重后果。正是因为意识到这一巨大风险，美国国防部人力支援中心在对投标 d i n p a c s 项目的各厂家考核中明确提出了8 条指标，其中就有一条故障恢复功能 ( 其他7 条为：d i c o m 兼容性；系统存储与影像存档性能：网络性能：工作站功能； r i s ( 放射信息系统) 功能；远程放射诊断功能；测试系统的质量控制与系统内部质 量控制部件性能) 。目前，随着越来越多的数字化医院的出现，在要害部位实行备 份，在敏感部位引入检错或自动纠错机制，建立镜像文档成为提高可靠性的普遍 措施。 总而言之，上述准确性，快捷性，安全性，经济性，可靠性这五个要素的加 权和就是p a c s 系统的临床诊断价值。虽然由于医院情况各异，规模不一，目前尚 无一个具体的量化考核指标，但是，人们正在朝这个目标努力。 2 3p a c s 系统构成 本系统采用集中式管理，分散存储的系统结构模型。采用标准c s ( 客户机 服务器模式) ，从结构上来说有两部分组成：工作站端模块；服务器端模块。整个 系统有五大模块组成：数据管理、图像处理、通信、报告打印、权限管理。 山东大学硕士学位论文 图2 - i 模块组成 数据管理部分主要完成解析d i c o m 和数据库相关的操作，包括：d i c o m 文件的 存取、数据库的查询、添加、删除记录、数据备份和恢复等：图像处理模块主要 功能是完成图像的处理和显示；通信模块主要功能是遵从d i c o m 标准进行安全快 速的数据传输：报告打印模块主要是实现图文报告和胶印打印的功能：权限管理 模块的主要功能是对系统的整个权限进行管理。以上各个模块在系统运行中统一 协调工作。 1 数据管理子模块 功能包括： 连接数据库，提供对数据库表的操作。 从d i c o m 数据库集中提取信息，可以保存到数据库中。 向图像处理模块提供d i c o m 数据集。 调用通讯模块发送数据集。 接受从通讯模块传来的数据集，并将其存入本地数据库。 数据的查询，能够构造条件表达式，根据条件表达式对本地数据和归档服务器 数据构造s q l 语句，合理的显示数据。 图2 - 2 数据管理模块的流程 第“页 譬 一吾 罾 山东大学硕士学位论文 本模块在接受到通讯模