（计算机应用技术专业论文）教学型PACS系统的设计与研究.pdf

东华大学硕士研究生学位论文 教学型p a c s 系统的设计与研究 摘要 医学影像存档和传输系统( 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 ) 是目前数字化医院建设的重要内容之一。 当前p a c s 系统主要是基于c s 模式进行构建，客户端和服务器端都需要安 装相应的程序，兼容性和扩展性较差，难以满足快速部署和安装配置的需求，另 外，系统本身也需要具有一定专业水准的技术人员进行部署和维护，这极大限制 了系统的应用范围。本文设计采用浏览器作为教学型p a c s 系统的客户端，降低 了硬件系统的要求和维护成本，方便安装和升级。同时实现了医学图像数据更大 范围的共享、传输及存储。本系统在安徽省某高校医学影像学教学过程中，取得 了良好的效果，使得传统p a c s 系统应用方向得以延伸。 本系统设计和实现的重点首先在于对d i c o m 图像文件中的信息及其组织结 构的理解、解析和存储上。对d i c o m 文件的解析算法做了深入探究，对文件数据 的读入方式上采取了优化，降低了内存占用空间。使文件的解析效率明显提升。 同时实现了d i c o m 文件在数据库上的存储管理，改变了传统的文件管理模式，大 大提高了d i c o m 文件存储的安全性。系统在实现上综合了j 2 e e 技术、x m l 、图像 处理和数据库管理技术，同时严格遵循i v c ( m o d e l ，v i e wa n dc o n t r o l l e r ) 的设 计模式，并在系统中应用了j a v e t a g 、j a v a b e a n 等构件技术，使系统具有良好的 可维护性和扩展性。论文在设计研究p a c s 系统的同时还对基于x 她的电子病历 进行了探讨。 运行结果表明，论文为实现一个高效、实用的教学型的p a c s 系统作了有益 的尝试，这些对于计算机技术在医疗信息化以及医学教学领域中的应用均有重要 的意义。 关键词：p a c s ，d i c o m ，x m l ，m v c ，e m r 东华大学硕士研究生学位论文 t h ed e s i g na n dr e s e a r c ho fp a c s f o rt e a ch i n g a b s t r a c t 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 i n ( p a c s ) i so n eo ft h ef o c u si n m 西t a lh o s p i t a lc o n s t r u c t i o n p r e s e n t l yp a c sm a i n l yb a s e so nc l i e n t s e r v e rm o d e l i tr e q u i r e sp r o f e s s i o n a l t e c h n i c i a nt os e tu pc o m p l e xc l i e n tp r o g r a m s oi ti sn o tc o n v e n i e n tf o re x t e n s i o na n d m a i n t e n a n c e a p p l i e st ob r o w s e r s e r v e rb a s e dp a c sc a nm a n a g em e d i c a li m a g e i n f o r m a t i o ni nl a r g e rs c a l e i tc a nr e d u c er e q u i r e m e n tf o rc l i e n ts t a t i o nh a r d w a r e ，i s e a s i e r f o ri n s t a l l a t i o n , u p g r a d ea n dm a i n t e n a n c e w e l le f f e c t i o nw a sa c q u i r e db y a p p l i c a t i o ni ns o m em e d i c a lc o l l e g ea n h u ip r o v i n c e i ti si m p r o t a n tf o rf u t u r ep a c s t h i st h e s i se m p h s i si so nt h ec o m p r e h e n s i o n , t h ea n a l y s i sa n dt h es t o r a g eo f i n f o r m a t i o na n do r g a n i z a t i n gs t r u c t u r eo fd i c o mi m a g ef i l e s a n ds t u d yp a r s e a l g o r i t h m i cc a r e f u l l y f i l er e a d i n g m e t h o di s o p t i m i z e d m e m i s d r o p e d ，p a r s e e f f i c i e n c yi si m p r o v e d 。d i c o mf i l ei ss a v e di nd a t a b a s e s e c u r i t yi si m p r o v e d c o n t r a s t w i t hf i l em a n a g e m e n t t h i ss y s t e mi n t e g r a t e st h ej 2 e e ，e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e t e c h n o l o g y , d i g i t a li m a g ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g y a n dd a t a b a s e m a n a g e m e n t t e c h n o l o g y , a n dm e a n w h i l ei tc o m p l i e s 丽mt h em v cd e s i g np a t t e r n i ta l s oa p p l y c o m p o n e n tt e c h n o l o g i e sl i k ej a v e t a g , j a v a b e a n , e t c i nt h es y s t e mt oe n s r r et h eg o o d m a i n t a i n a b i l i t ya n ds c a l a b i l i t yo f t h es y s t e m t h i st h e s i sa l s or e s e a r c ho nd a t as c h e m a o fe l e c t r o n i cm e d i c a lr e c o r db a s e do nx m l t h er e s u l t so fn m u i n gs h o w st h a tt h i st h e s i sm a k e si n - d e p t hd i s c u s s i o na n dt r i a l o nt h ei m p l e m e n t a t i o no fah i g he f f i c i e n ta n dp r a c t i c a b l es t o r a g ea n dm a n a g e m e n t s y s t e mo fw e bp a c s t h i st h e s i se x e r t sar e a l i s t i ca n di n s t r u c t i v ee f f e c t o nt h e a p p l i c a t i o no fc o m p u t e rt e c h n o l o g yi nt h ef i e l do f t h em e d i c a li n f o r m a t i o n i z a t i o na n d m e d i c a le d u c t i o n k e yw o r d s ：p a c s ，d i c o m ，x m l ，m v c ，e m r i i i 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 ，纵 k 日 、厂 浓 名 年 签 。 誊髻 作 卢 文夕 沦 ： 刨 期 学 日 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华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、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于， l 不保密瓯 指导教师签名：飞面 日期：p 年岁月如 後日 签 ， 利杉僻拜划龆 敝少 东华大学硕士研究生学位论文 第一章前言 1 前言 1 1 课题的研究背景 随着计算机科学与医疗设备的迅猛发展，数字化图像技术与现代通讯及计算 机技术相结合，形成了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 s ) 影像 存档及传输系统【。它将医学图像资料转化为数字信息，通过高速计算机设备及 通讯网络，完成对图像信息的采集、存储、管理、处理及传输功能，使医学影像 资料得以有效管理和充分利用。在更好地为临床医疗服务的同时，也为医学影像 教学提供了更先进的手段，使医学影像教学在原有的基础上又提高了一个层次。 教学型p a c s 系统与幻灯片、投影、胶片等传统教学媒体相结合，使教师讲课更 加生动、形象、方便，在有限的教学时间内比传统教学手段提供更多的知识信息， 提高了教学质量和教学效率，使之成为现代医学影像教学的重要手段之一。 p a c s 系统图像存贮方便快捷，处理细致，输出清晰。通过p a c s 系统多种 先进的图像处理手段，计算机按要求把图像处理到最佳效果并分类保存。当我们 需要教学病例时，将图像直接从数据库中调出使用，既方便快捷，影像效果又好。 由于医学影像教学主要是依靠大量的病例胶片，对病例进行分析、讲解，使学生 能直观地了解各种疾病的影像特点和表现，以及如何进行鉴别。由于p a c s 是对 图像进行数字化处理，它采用了先进的影像采集系统，通过可直接输出数字化信 息的影像设备，如c t 、m r i 等，都有数字接口，按照d i c o m 标准进行数字图 像采集，在使用这些设备进行医疗检查的同时，将采集到的图像通过计算机压缩、 调整、标注等手段处理后，存储到数据库中。在不失真的前提下把数字图像进行 压缩，提高网络传输的速度。影像处理是对图像的位置、窗宽、窗位、灰度、伪 彩色、正相反相及比例的调整，使图像获得最佳的效果。如模糊不清的原始图像 不利于对微小病灶的显示，直接影响诊断的准确率，而通过调整，则可以避免这 一消极影响，提高准确性，避免误诊和漏诊。利用p a c s 的标注功能，可以对图 像的重要部分加上文字或图形标注，以便于教学演示和资料交换等。 在p a c s 系统中，各种教学病例资源可以共享，大家都知道，各地区有各地 区的多发病、常见病和罕见病。这样就需要大量各种病例影像资料。单靠一所医 东华大学硕士研究生学位论文第一章前言 学院校很难在病例上取得完善，因此讲鉴别诊断时，教师只能在课堂上讲一些理 论性的东西，虽然有时可能有几个有限的病例，但缺乏对比或者病例缺乏特异性， 使没有临床经验的学生很难建立一个完整的概念，这样大大减低了教学的效果。 教学型p a c s 为我们解决了这一难题。我们可以方便地从其他地区和院校的影像 数据库中找到我们需要数字化教学病例资料，共享导入设计的p a c s 系统，丰富 了教学内容，提高了课堂教学质量。 教学型p a c s 使无胶片影像教学成为现实，胶片是传统医学影像教学中不 可缺少的教具。在p a c s 系统出现前，放射诊断教学课件的制作，是一个复杂漫 长的资料积累、收集、整理得过程。因为教学资料片的存储介质都是普通的x 光片，所以必须通过扫描仪一张张扫描、收集和整理后才能作为多媒体素材。而 现在，利用p a c s 系统强大的查询功能，采用简单便捷的系统分类和病历关键词 查询方式，可方便地调用所需图像，极大地缩短了多媒体课件的制作周期。提高 了阅片实习课的效率，在传统的放射诊断学教学中，阅片实习课占较大比例，是 学生巩固、复习所学理论及提高实际阅片能力的重要一环。但老师每次上实习课 时必须提一大堆的教学片，既不方便，又容易混淆和丢失，而且教学片不易保存， 温度的高低，湿度的大小都有可能引起胶片的发霉、粘连等损坏。同时在新的形 势下，伴随大学扩招，各专业各年级的学生人数大幅度增加，教师负担明显过重， 客观上不可能再沿续“小班讲课和实习”的方式【5 1 。通过设计教学型p a c s 系统， 实习时，学生可直接在客户端通过浏览器与p a c s 服务器相连接，通过查询功能 直接获取所需的图像，操作方便、简捷快速，节约大量人力物力。同时教师则可 从大量繁杂的重复性工作中“解放 出来，全力注重于教学内容、技巧和教学质 量的探讨与改革。教学型p a c s 系统有利于学生课外自习和复习，通过计算机网 络，学生可以在电子阅览室和多媒体教室等地自主学习，可以在任何时间对没有 掌握的内容反复学练。 通过p a c s 系统是在日常诊疗工作中进行的应用，计算机根据教学需要将病 例自动归档，教师在上课时可随时调用病例资料，操作自如，无需携带教学片， 使无胶片影像教学成为现实。 1 。2 国内外发展现状及前景 从二十世纪八十年代初开始，欧美国家及日本经过十几年的研究建造了一些 东华大学硕士研究生学位论文第一章前言 实用的p a c s 系统。这些早期的p a c s 主要使用的是专用设备，整个系统的造价十 分昂贵，对于大多数医院来说都难以承受。进入九十年代，计算机图形工作站的 产生以及网络技术的发展使p a c s 系统的整体造价有所下降。到九十年代末期， 随着计算机性能的迅速提高和网络通讯的飞速发展，p a c s 终于可以建立在被多 数医院都能接受的水平之上。当前在发达国家p a c s 系统已经得到了广泛的应用， 并且不断与新技术结合，很多厂商都推出了比较完善的p a c s 系统软件。p a c s 的 应用范围也在不断拓展，从早期的处理放射科影像开始，目前己扩展到所有的医 学图像领域，如心脏病学、病理学、眼科学0 皮肤病学、核医学、超声学以及牙 科学等。p a c s 也逐渐开始引入多媒体、语音识别等新兴的信息通讯技术。在美 国，随着网络信息技术的发展，拥有了许多把医疗成像系统与网络结合起来的 p a c s ，远程放射学( t e l e r a d i o l o g y ) 教学也已成为p a c s 的一个组成部分，实现 了真正意义上的远程会诊；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、新加坡，经过几年的发展，特别是一些国家的政府大力扶持之下，p a c s 系统也已经实用化，并取得了相当的进展【2 9 】。 在国内，但是要设计符合本国国情的p a c s 系统还有许多的工作要做，尤其 在一些特殊的应用方面，例如：研究p a c s 系统在教学方面的应用，就是一个重 要方向。 d i c o m 作为信息集成的规范在信息一体化过程中扮演了极其重要的角色。 而p a c s 系统担负着医院教学信息系统中大部分的存储传输任务，因此对于医 院信息化过程起到其举足轻重的地位。 d i c o m 标准作为医疗设备之间的接口。因为d i c o m 的良好互操作性，不 同厂商生产的d i c o m 兼容设备可以方便的进行互连，所以很多情况下，d i c o m 被用于两台医疗设备之间的图像通信，如d i c o m 作为图像获取设备( 如c t ， m r i 等) 和图像处理工作站之间的通信接口【7 1 。 国内外目前电子病历( e l e c t r o n i cm e d i c a lr e c o r d ，e m r ) 研究存在的难点就 是缺乏统一标准，虽然国外已作了大量工作，但由于医学行业本身对一些问题存 在着不同的见解，医学统一标准化问题在短期内难以得到根本上的解决。目前国 内研究也主要集中在理论研究为主。 东华大学硕士研究生学位论文 第一章前言 1 3 课题的研究内容与意义 p a c s 系统的应用极大地促进了影像学科教学工作的变革，有效提高了教学 质量，主要表现为以下方面： 教学方式的改变，传统的影像学科教学主要包括理论课与读片实习两部分。 由于理论课内容枯燥，学生很难对各种疾病的征象有明确的感性认识；读片实习 作为理论课的辅助课程，学时数相对较少，又与理论课分开讲授，使学生很难掌 握相应的内容。利用教学型p a c s 系统可以将理论教学与实习教学合二为一，不 仅能优化影像学科的教学内容，合理安排课程，又能够提高学生对于各种影像学 征象的理解，提高他们的学习积极性和效率。传统影像学科采用胶片进行影像教 学，由于资料数量的限制，为避免示教图像的毁损或丢失，绝大多数院校一般都 采用课堂讲授的方法，学生很难在课外时间得到学习机会。使用p a c s 后，由于 教学影像是以数字资料的形式保存在p a c s 系统数据库服务器中，可以同时多 点、多人访问服务器，反复调阅图像，这样有利于学生在课余时间自学，举一反 三，做到充分理解各种疾病的影像学征象，提高教学质量，p a c s 作为当代最新 医学影像技术的产物，为整个医学影像学科带来巨人变革。它在临床与教学下作 中的应用还不仅限于以上几方面，随着图像处理技术的发展及计算机硬件水平的 提高，各种诊断和浏览工作站的功能还会不断提升，使应用范围不断扩大，成为 集临床、教学、科研于一体，也必将产生巨大的社会与经济效益。 电子病历是病人传统纸质病历的电子化。它是医疗卫生信息化的重要内容之 一【2 3 1 ，只有实现了针对病人的临床信息的数字化，才能真正实现医学的数字化。 实现电子病历系统无论是对病人的医疗、保健还是对医院、卫生、保险或者医学 研究都有十分重要价值。 本课题研究主要提出了教学型p a c s 系统的结构设计，研究了d i c o m 3 0 标准 的主要内容和构成，分析了d i c o m 医学文件的结构和组成单元，提出了d i c o m 文件解析和实现方法。设计了医学图像的显示内容的层次规划，研究了医学图像 浏览时图像和文字信息的映射关系和显示方法，并最终实现了完整的医学图像浏 览功能，主要包括正确解读出d i c o m 文件内容，准确显示医学图像、相关文字 信息、较好的支持移动、缩放、旋转、翻转、放大镜、等多种用户操作。系统设 计遵循j 2 e e 的m v c 设计模式、实现了基于浏览器架构的教学型p a c s 系统。另外 东华大学硕士研究生学位论文第一章前言 还对基于x m l 的电子病历的s c h e a m 模式进行了探讨。这些对于计算机技术在医 疗信息化以及医学教学领域中的应用均有重要的意义。 1 4 课题的创新之处 ( 1 ) 实现对d i c o m 医学图像及其相关信息的数据库存储，即用数据库系统 管理来取代传统的文件系统管理，提高了文件的安全性。 ( 2 ) 在研究教学型p a c s 系统之外，还对基于x m l 语言电子病历进行了分析， 并对电子病历s c h e m a 标准进行了探究。 ( 3 ) 实现各种医学图像在浏览器中进行远程查询、显示和管理。并把它应用 到医学影像学的教学领域中，使得传统p a c s 系统的应用领域得以扩展。 ( 4 ) 实现了教学型p a c s 系统的图像处理功能，包括对医学数字图像中的最 重要的窗口技术、自由缩放、旋转、平移、负片等功能。同时研究了对传统d i c o m 文件解析算法的优化。 1 5 本章小结 本章从课题的研究背景、发展现状入手，分析了设计本系统的重要性，提出 课题研究主要内容的和创新之处，对论文中所使用的关键技术给予了简介。 东华大学硕士研究生学位论文 第二章系统相关技术标准研究 2 系统相关技术标准研究 2 1 医学数字图像和通信标准 2 1 1dic o m 标准概述 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 a c s ) 和远程医疗系统的发展应运而生的。当c t 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。医疗信息 系统随之带来许多新的问题：如何存储数据量极大的图像并能有效地管理? 不 同生产商的设备能否直接连接? 如何能够在不同的生产商设备之间能够共享信 息资源? 等等。很明显这些问题的解决方法就是采用统一的标准。为此，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，以促进p a c s 的发展，并提供广泛的分布式的诊断和查询功能。 a c r - n e m a l 0 版本于1 9 8 5 年推出，随后增加了新的数据元素并对部分内容进 行修改，形成2 0 版本。由于认识到标准对网络支持的不足和标准本身存在的结 构性问题，a c r - n e m a 结合当时的技术条件和方法对标准作了彻底的重新制定， 在1 9 9 3 年正式公布了新的版本，命名为d i c o m 3 0 。与原版本相比，3 0 版本采 用了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 ( i n t c r - n a t i o n a l s t a n d a r d o r g a n i z a t i o n o p e ns y s t e m i n t e r c o n n e c t i o n ) 和t c p i p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 的支 持，使得在医学图像应用层上可以与其它通信协议栈直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【2 】。 2 1 2d i c o m 标准各部分组成及内容 2 0 0 3 版的d i c o m 标准包括以下1 6 个部分： 东华大学硕士研究生学位论文第二章系统相关技术标准研究 d i c o mp a r t1 ：i n t r o d u c t i o na n do v e r v i e w ( 引言和概述) 。在标准的第一 部分，我们可以了解到d i c o m 协议的发展历史设计目的、这个标准组织结构 和以后各部分内容的一个简略描述。但要注意的是，标准并没有规定所有的医学 图像相关设备必须完全实现和强制接受协议中所制定的特征和函数。并且标准没 有具体描述怎么确定系统的设计符合遵从性方面的要求。标准这个部分还介绍医 疗信息学的其他领域和协议部分重叠内容，在设计开发p a c s 系统时需要注意 协调这些内容所涉及的部分。 d i c o mp a r t2 -c o n f o r m a n c e ( 一致性申明遵从性兼容性) 。尽管现在世 界上的医疗设备制造商基本上多宣称遵从d i c o m 标准，但是由于标准除了定 义一些必须遵从的标准外，还定义有一些可选的项目，允许用户自定义数据，这 在方便应用的同时，也带来了相互操作上的问题【1 0 1 。为此，标准的第二部分规 定了符合d i c o m 标准的最低层次的一致性申明。 本部分标准内容定义了声明的结构和必须表现的信息，包含三个主要部分： ： ( 1 ) 、实现中可以识别的信息对象集合； ( 2 ) 、实现支持的服务类集合； ( 3 ) 、实现支持的通信协议集合。 d i c o mp a r t3 -i n f o r m a t i o no b j e c td e f i n i t i o n s ( 信息对象定义) 。在第三部 分，标准对来自于对现实世界的对象进行了抽象并定义了一系列的信息对象以便 于数字医疗信息的通讯。在定义个信息对象的同时，标准也描述了各信息对象的 语义；定义的信息对象与之关联的现实世界对象间的关系模型；信息对象所包含 的属性定义。每个信息对象定义是由其用途和属性组成的。为方便标准的扩充和 保持与老版本的兼容，在d i c o m 中定义了复合型和普通型两大类的信息对象类。 普通型信息对象类仅包含现实世界实体中固有的那些属性。复合型信息对象类可 以附加上并不是现实世界实体中固有的属性。如c t 图像信息对象类既包含了图 像固有的图像日期、图像数据等图像实体的属性，又包含了如病人信息等并不属 于图像本身的属性。复合对象类提供了表达图像通信所需求的结构性框架，使网 络环境下的应用更加方便。 d i c o mp a r t4 - s e r v i c ec l a s ss p e c i f i c a t i o n s ( 服务类规范) 。该标准定义了 现实世界的活动类，它们是操作医疗图像及其相关的事物具体行为活动的抽象， 东华大学硕十研究生学位论文第二章系统相关技术标准研究 概括了操作信息对象的命令及其产生信息结果。d i m s e 服务类包括了操作服务 和通知服务；服务类定义一个或多个功能相关的服务对象对( s o p ) 类，用于在 对等的应用实体上的d i c o m 服务的实现：每个服务对象对类的相互关系也做 出了规范。 d i c o mp a r t5 ：d a t as t r u c t u r ea n ds e m a n t i c s ( 数据结构和语义) 。数据结 构和编码不仅是用于数字图像计算机系统的信息交换的，同时也适用于数字图像 计算机系统与其他临床信息系统的信息交换。这部分的信息量比较大，它涉及了 数据存储、数据交换部分的协议和数据编码、值编码、数据集的编码和结构、数 据元素的使用及与其他元素的关系、嵌入式数据集的构造和使用、数据集所含的 像素数据的构造和使用、鉴定唯一性的信息和标准d i c o m 传输语法的规范都详 细给出。其中，数据集的规定是这部分的重点内容之一。它是d i c o m 医学图 像文件和网络传输的最主要的内容之一。 d i c o mp a r t6 ：d a t ad i c t i o n a r y ( 数据字典) 。数据字典是为医疗环境中的 数字图像计算机系统简单的信息交换提供便利信息对照表。它是d i c 0 1 d 中所有表 示信息的数据元素定义的集合。在d i c o m 标准中为每一个数据元素指定了唯一 的标记、名字、数字特征和语义。这种定义将增强诊断成像和其它潜在的临床应 用信息交互的准确性和规范性。数据字典涉及了d i c o m 标准中几乎所有的信 息对象及其下的属性组合、传输语法、通信服务类统一标识符等与数据字典数据 间的对应关系。d i c o m 以数据元素表征信息对象的属性。数据字典给出了各数 据元素标识符与现实体语义间的对应关系。这样有利于系统信息的交换和信息定 义的规范化。所有d i c o m 数据字典中规定的信息对应关系都必须经过规范制 定机构的审定才能被正式使用，否则，这些信息将导致与其他系统的不兼容。 d i c o mp a r t7 ：m e s s a g ee x c h a n g e ( 消息交换) 。这部分定义了d i c o m 消 息服务元素( 包括服务和协议) ，这些用于在对等的信息应用实体上医学图像信 息和其它与之相关信息的交互。d i m s e 标准严格规定了所有d i m s e 服务内 容。用于构造服务消息的编码规则也在这个标准中有详细的描述。从这部分我们 可以知道，每个服务消息一定有命令集和满足特定条件数据集两个部分构成。 d i c o m 消息服务元素所依据d i m s e 标准定义，针对性给出的各种服务原语。 在这部分规范中具体定义有：一套为d i m s e 应用服务的服务原语及其参数规 东华大学硕士研究生学位论文第二章系统相关技术标准研究 范，同时对每一个服务原语的语义描述、服务原语的行为过程都具体的定义； d i c o m 复合命令、规格化命令协议和协商编码规则的抽象传输语法、协议控制 信息解码过程、遵从性要求、应用实体规定的应用内容、应用实体协商的必要条 件和应用协商信息。 d i c o mp a r t8 ：n e t w o r kc o m m u n i c a t i o ns u p p o r tf o rm e s s a g ee x c h a n g e ( 支 持消息交换的网络通讯) 。说明了d i c o m 实体之间在网络环境中通信服务和必 要的上层协议的支持。这些服务和协议保证了应用实体之间有效地和正确地通过 网络进行通信。d i c o m 中的网络环境包括o s i 和t c p i p 两种参考模型，d i c o m 只是使用而不是实现这两类协议，因而具有通用性。 d i c o mp a r t9 ：p o i n tt op o i n tc o m m u n 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 ( 支持消息交换的点对点通讯，注：使用的比较少) 。这部分为即将淘汰的标准， 在d i c o m 2 0 0 3 版中保留它只是为了兼容以前老旧的设备。在这里就不再介绍。 d i c o mp a r t1 0 ：m e d i as t o r a g ea n df i l ef o r m a tf o rm e d i ai n t e r c h a n g e ( 文体 存储和支持媒体交换的文件格式) 。规定了医学图像存储信息存储的通用模型。 旨在提供多种物理媒介图像和相关信息的交换。医学图像和相关信息的分层存储 模型，这种模型提出了媒体存储应用框架的概念。这种结构的文件格式满足 d i c o m 标准的遵从性申明，这些遵从性申明仅仅用在文件的写、读和更新操作 上。d i c o m 文件格式支持任何封装的信息对象定义。安全的文件服务提供密码 封装的d i c o m 文件格式。d i c o m 文件服务不依赖下层媒体格式和物理媒介， 这一特性归功于d i c o m d i r 文件，它用于标记存储媒体存储目录服务对象对 类。d i c o m 医学图像文件中包括d i c o m d i r 是由于医学检查时一个患者常常 不止拍摄一幅图像或者出于某种原因需要把多幅图片存储到一个文件中，于是文 件中就需要有一个d i c o m d 取来管理这些文件。 d i c o mp a r t11 ：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 ( 媒体存储应用框架) 。 移动存储媒体等的存储框架。 d i c o mp a r t12 ：m e d i af o r m a t sa n dp h y s i c a lm e d i af o rm e d i ai n t e r c h a n g e ( 媒 体格式和支持媒体交换的物理媒体) 。用于介质交换的物理介质和介质格式。它 提供了在医学环境中数字图像计算机系统之间信息交换的功能。这种交换功能将 增强诊断图像和其它潜在的临床应用。这部分说明了在描述介质存储模型之间关 东华大学硕士研究生学位论文第二章系统相关技术标准研究 系的结构以及特定的物理介质特性及其相应的介质格式。具体描述了各种规格的 磁、光盘、p c 机上使用的文件系统和1 4 4 m 软盘、以及c d r 可刻写光盘。 d i c o mp a r t1 3 ：p r i r t tm a n a g e m e n tp o i n tt op o i n t ( 打印管理对点对点通信 的支持) ，它描述了d i c o m 打印用户和打印提供者点对点连接的建立所需的服 务和协议。 d i c o mp a r t1 4 ：g r a y s c a l es t a n d a r dd i s p l a yf u n c t i o n ( 标准显示函数) 。详 细说明了灰度图像的标准显示功能，它提供了部分样例方法，说明如何调整灰度 图像与显示系统。【1 1 1 即图像与实际显示流明程度一致。 d i c o mp a r t1 5 ： s e c u r i t yp r o f i l e s ( 安全机制) 。信息系统的安全问题越来 越得到人们的重视，为了满足患者对个人信息隐私和有关法律规定医疗信息的完 整性等方面的要求，d i c o m 的制定机构加入了很多安全机制。这些安全机制和 具体应用所应遵循安全策略的兼容方法在这部分进行了详细阐述。 d i c o mp a r t1 6 -c o n t e n tm a p p i n gr e s o u r c e ( 内容资源映射) 。定义了 d i c o m 标准中的模板和上下文组。 d i c o m 标准的1 6 个部分相互独立又互相关联。特别是图像格式和通讯服务 这两部分都涉及了多个部分。其中，图像格式主要涉及3 、5 、1 0 、1 l 部分。而 通讯服务主要涉及到7 、8 、9 部分。 如图2 1 ，描述了d i c o m 标准各部分组成的构建步骤，从中可以更清楚的 看到d i c o m 主要部分的相互依赖关系 2 1 。 图2 - 1d i c 0 1 1 1 标准各部分组成的构建步骤 东华大学硕士研究生学位论文第二章系统相关技术标准研究 2 1 3dlc o m 标准中的重要概念 ( 1 ) d i c o m 中的实体关系“e r ”模型 d i c o m 信息模型( i n f o r m a t i o nm o d e l ) 描述了实体之间的关系，便于两个 应用实体之间进行数据交流。d i c o m 用“实体一关系”( e n t i t y - r e l a t i o n s h i p ，e r ) ， 简称“e r ”模型，描述它的数据结构。实体( e n t i t y ) 表示一个或一类具有相同 特性的应用对象，如患者i o d ，s o p 类等，用方框表示；关系( r e l a t i o n s h i p ) 则表示实体间的相互联系。 在如图2 2 的模型中，d i c o m 以“患者”划分它庞大的医学信息对象体系。 患者 1 人 7 包含 分析 i 人 7 包含 r 。 系列 l 冬 工 图像 图2 - 2d i c o m 信息模型图2 - 3d i c o m 服务类 各种病历分析、病历报告以及图像资料按照其所属“患者”的不同而分门别 类。同时，d i c o m 还以“患者一 分析一 系列一) 图像 这样的分层数据结 构来映射现实中具体的医学信息对象。“患者 处于最上一层次，以下依次为“分 析、“系列”和“图像 。作为最上层的源实体，一名“患者包含有一个或多 东华大学硕士研究生学位论文第二章系统相关技术标准研究 个目标实体“分析”；一个“分析”作为新层次的源实体，又包含一个或多个新 的目标实体“系列”；一个“系列 又包含一帧或多帧“图像”。d i c o m 以这种 方式，把现实具体中的医学对象清晰地映射到自己的数据结构上来，并以此结构 建立自己的应用模型。 ( 2 ) 信息对象定义( i o d ) i o d 是指描述实际对象的抽象数据模型。一个i o d 并不代表一个实际对象 的实例，而是类拥有共同特性的实际对象。i o d 的属性( a t t r i b u t e s ) 表示了实际 对象的特性，相关的属性被汇合成模块( m o d u l e s ) 。 i o d 可分为复合型i o d 和单纯型i o d 。复合型i o d 描述了知识世界的 d i c o m 模型中若干个相关实体的信息。它不仅包括了该i o d 所代表的实际对象 的所有特性，还包括了与该对象相关的其他对象的特性。复合型i o d 中由若干 个信息实体( i n f o r m a t i o ne n t i t y , i e ) 组成，每个i e 描述了一类实际对象【l l 】。例如一 幅图像i o d 由病人m 、分析、序列m 、设备m 及图像i e 组成，而每个m 又由若干个模块组成，例如c t 图像i o d 的图像m 由普通图像模块、图像像素 模块和c t 图像模块等组成。 单纯型i o d 描述了真实世界的d i c o m 模型中的单个实体的信息，例如病 人i o d ，分析i o d 。单纯型i o d 由若干个模块组成。 对i o d 实例的一条属性进行编码就形成了一个数据元素，一个i o d 实例的 所有属性按一定规则排列起来就形成了一个数据集合。 ( 3 ) 服务对象对类( s e r v i c eo b j e c tp a i rc l a s s ，s o pc l a s s ) s o p 类是对现实生活中的医学信息间的传递和通信的抽象概括，是d i c o m 信息传递活动的基本功能单位。它包含作用于信息对象的命令及结果。 如图2 3 所示的服务类“e r 模型所示，服务类定义可以划分为多个s o p 类，而每个s o p 类可分为一个服务组( s e r v i c eg r o u p ) 和一个信息对象定义 ( i o d ) ，一个服务组是一组d i m s e 命令和通知；_ 个信息对象包含有多个属性 ( a t t r i b u t e s ) 。服务组的作用对象是i o d 。 d i c o m 面向对象的设计方法，不仅定义了信息对象，而且定义了对这些信 息对象的操作句法。它们和信息对象紧密地结合在一起，构成操作与对象的一一 对应关系，清楚地表达了d i c o m 各服务对象功能的实现方法。这些操作是 东华大学硕士研究生学位论文第二章系统相关技术标准研究 d i c o m 定义的一系列命令和通知，叫做d i c o m 消息服务元素( d i c o mm e s s a g e s e r v i c ee l e m e n t s ，d i m s e ) 针对复合型( c o m p o s i t e ) 和普通型( n o r m a l i z e d ) 两 类信息对象，d i c o m 分别定义了d i m s e c 和d i m s e - n 两类操作。具体有 c f i n d ， c s t o r e ， c g e t ，c m o v e ，c - e c h o ：n g e t ， n - s e t ， n e v e n t - r e p o p t 等一系列命令和通知。 一个服务组作用于一个i o d ( 有许多属性组成) ，完成d i c o m 的一项基本 操作。它们结合在一起，就构成服务对象对( s e r v i c eo b j e c tp a i rc l a s s ，s o pc l a s s ) 。 这是d i c o m 的一个功能子集。d i c o m 用消息( m e s s a g e ) 来封装s o p 类。消 息是d i c o m 通信的基本单元，包括一个命令集合( c o m m a n ds a ) 和一个数据 集合( d a t as a ) 。这两部分正好用来封装s o p 类的两部分。 2 2 医学图像处理与压缩技术 医学图像处理是图像处理学科的一个重要分支，它主要包括参数测量、特征 提取、图像识别、二维和三维重建、图像增强、灰度变换等处理技术，是计算机 技术在医学信息化领域的重要体现。图像处理的主要目的是为了方便用户浏览、 查阅病人的医疗图像，省略了传统的胶片冲洗，加速了图像信息的交流与共享。 然而对医学图像的处理有不同于一般计算机图像处理的特殊性，医学图像不需要 华丽的效果，处理的前提是不能改变图像的真实度，处理的目的在于更加有利于 医生对病人的图像进行准确的诊断。因此在设计以及实现医学图像处理的功能时 都必须充分考虑到这一特殊性。经过多年的发展，现在医学图像处理功能已经形 成了较为完整成熟的体系。 目前，对医学图像的处理一般包括对医学图像的几何变换、医学影像增强以 及医学影像特征参数的提取等几个功能模块。 医学图像的几何变换：为了方便医生对医学图像进行各个方向的观察，提供 了医学图像的旋转、平移、镜像、转置以及缩放等几何变换。图像的几何变换是 指图像中点与点之间的空间映射关系，它所改变的是图像中像素的位置或排列， 并不改变图像像素值的大小。本系统提供的医学图像几何变换功能包括对图像的 位置进