（计算机应用技术专业论文）基于IHE架构的PACS系统的设计和实现.pdf

浙 t 人学硕十学位论文基于i h e 架构的p a c s 系统的设计和实现 摘要 随着国内医疗体制的逐步完善和医疗市场的进一步开放，数字化医院越来越成 为社会关注的热点，成为影响医疗水平，服务质量和医院竞争力的重要因素。目前， 医院的h i s ( 医院信息系统) 、l i s ( 检验科信息系统) 己相当成熟，支撑着医院正 常运作；然而，由于像r i s ( 放射科信息系统) 、p a c s ( 图像归档与通信系统) 等 信息系统涉及到各种医疗信息的集成问题，直以来都没有得到很好的应用。 为了实现医疗数据的交换与共享，国外的一些权威机构已经制定了一些行业标 准，如h l 7 利d 1 c o m 。随着越来越多的设备供应商和软件开发商对标准的遵循， 使得原先各自独立的医疗信息的共享成为可能。 对于异构医疗信息系统之间的集成来说。这些医疗数据交换标准是必须的，但 尚0 i 足够。在医疗环境中很多医疗信息系统虽然应用了h l 7 、d i c o m 等标准，但 是它们的实现方式各不相同，导致它们实际上并不能互相通讯，很多时候仍旧不得 不依赖手工方式。为此r s n a 和h i m s s 于1 9 9 8 年联合发起了i h e ( i n t e g r a t i n g t h e h e a t t h c a r ee n t e r p r i s e ) 项目。它是一项推进整合现代医疗保健机构信息系统的倡议， 其基本目标是确保提供给医疗保健专业人员对病人诊断必需的所有信息是正确的、 可用的。i h e 倡议既是鼓励整合的一个过程，也为其提供了一个论坛。为了获得特 定的临床应用目标，它在现有消息通讯标准( 如d i c o m 和h l 7 ) 的基础t 定义了 一个技术框架。其中包含了为实现这个框架的一个严格的验证过程。 本文通过对d i c o m 标准和i h e 技术框架的剖析，结合国内医院的实际需求， 提出了一个数字化医院的解决方案。该方案在严格遵循d i c o m 标准的前提下，充 分吸收了i h e 技术框架的设计思想，实现了以病人为中心的信息化管理理念。 关键字：图像存档通信系统，医用信息系统集成，医学数字成像与通信标准，图像 表示一致性，灰度软拷贝显示状态 浙江人学硕十学位论文基于i h e 架构的p a c s 系统的设计和实现 a b s t r a c t w i t ht h ei m p r o v e m e n to fd o m e s t i cm e d i c a ls y s t e ma n df u r t h e ro p e n i n go fm e d i c a l m a r k e t ，d i g i t a l i z e dh o s p i t a l h a sb e c o m et h ec y n o s u r eo ft h es o c i e t ya n da n i m p o r t a n t f a c t o rw h i c ha f f e c t st h el e v e lo fm e d i c a lt r e a t m e n t ，s e r v i c e q u a l i t y a n dc o m p e t i t i o n a b i l i t ) 7o f h o s p i t a l r e c e n l l y ，h i sa n dl i s h a v e m a t u r e d ，s u p p o r t i n gt h ed a i l yo p e r a t i o no f h o s p i t a l h o w e v e r ，t h ea p p l i c a t i o n so fi n f o r m a t i o ns y s t e m ss u c ha sr i s ，p a c ss t i l l c a n n o tb ew e l la c h i e v e d ，b e c a u s et h e yi n v o l v ep r o b l e m sr e l a t i n gt ot h e i n t e g r a t i o no f d i v e r s em e d i c a l i n f o r m a t i o n t oa c h i e v et h ee x c h a n g ea n ds h a r eo fm e d i c a ld a t a ，s o m ea u t h o r i t a l i v eo r g a n i z a t i o n s h a v ee s t a b l i s h e das e r i e so fs t a n d a r d s ，s u c ha sh l 7a n dd i c o m w i t hm o r ea n dm o r e e q u i p m e n t v e n d e r sa n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n tc o r p o r a t i o n sf o l l o w i n gt h e s es t a n d a r d s ，t h e s h a r eo fi n d e p e n d e n tm e d i c a li n f o r m a t i o nb e c o m e s p o s s i b l e f o rt h e i n t e g r a t i o n o fh e t e r o g e n e o u sm e d i c a li n f o r m a t i o n s y s t e m s ，t h e s e d a t a e x c h a n g es t a n d a r d sa r ei n d i s p e n s a b l ea n df a rf r o me n o u g h s t a n d a r d ss u c ha sd i c o m ， h l 7e t c h a v eb e e na p p l i e di nm a n ym e d i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m s ，b u ti nf a c tt h e yc a n n o t c o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e rf o rt h e i rd i f f e r e n tw a y so f i m p l e m e n t a t i o n t h e r e f o r et h e e x c h a n g eo f i n f o r m a t i o ns t i l lr e l i e so nm a n u a lo p e r a t i o ni nm a n yc a s e s f o rt h i sr e a s o n r s n aa n dh i m s s j o i n t l yl a u n c h e di h e ( i n t e g r a t i n gt h eh e a l t h c a r ee n t e r p r i s e ) p r o j e c t i ni9 9 8 i ti sa ni n i t i a t i v e d e s i g n e dt o s t i m u l a t et h e i n t e g r a t i o no ft h e i n f o r m a t i o n s y s t e m s t h a ts u p p o r tm o d e mh e a l t h c a r ei n s t i t u t i o n s i t sf u n d a m e n t a lo b j e c t i v ei st oe n s u r e t h a ti nt h ec a r eo f p a t i e n t sa l lr e q u i r e di n f o r m a t i o nf o rm e d i c a ld e c i s i o n si sb o t hc o r r e c t a n da v a i l a b l et oh e a l t h c a r ep r o f e s s i o n a l s t h i st h e s i s a n a l y z e st h ed 1 c o ma n di h es t a n d a r d s ，a n dp r o p o s e sas c h e m af o r d i g i t a l i z e dh o s p i t a lt a k i n g f a c t u a ld e m a n d so fd o m e s t i c h o s p i t a l i n t oa c c o u n t t h i s s c h e m as t r i c t l yf o l l o w sd i c o ms t a n d a r d ，a b s o r b st h ed e s i g ni d e ao fi h ea n dc a r r i e so u t t h ep a t i e n t s c e n t e r e dm a n a g e m e n ti d e a k e y w o r d s ：p i c t u r ea r c h i v i n g a n dc o m m u n i c a t i o n s y s t e m ( p a c s ) ，i n t e g r a t i n g t h e h e a l t h c a r ee n t e r p r i s e ( i h e ) ，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 ni nm e d i c i n e ( d i c o m ) ， c o n s i s t e n tp r e s e n t a t i o no f i m a g e s ( c p i ) ，g r a y s c a l es o f t c o p yp r e s e n t a t i o ns t a t e ( g s p s ) 1 1 浙江人学硕士学位论文垦丁i h e 架构的p a c s 系统的设计和宴现 第一章绪论 随着科学技术的飞速发展，医学图像诊断在现代医疗活动中占有的比重越来越 大。借助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。这些图像在 临床诊断、手术、科研等各方面正发挥着极其重要的作用。医学图像信息多种多样， 常见的有超声扫描图像、彩色多普勒图像、核磁共振( m r i ) 图像、x 线透视图像、 各种电子内窥图像、显微镜下的病理切片图像等等。随着医学诊断可视化技术的深 入发展，人们正在不断努力，寻求更清晰、更有诊断价值的高质量医学图像。可以 预见，医学图像的种类将会越来越多。而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 s y s t e m ) 即医学影像存储与传输系统，正是用于对各种数字医疗设备所产生的医学 影像信息进行采集、存储、管理、诊断、后处理的综合应用系统。 1 1 队c s 系统的发展历程 p a c s 系统的发展已有近3 0 年的历史。从1 9 7 2 年c t 影像设备刚开始应用于临 床以来，就有学者提出了“数字化放射学”的概念【2 】d 在上世纪7 0 年代中后期已有 了p a c s 的初步研究，但直到8 0 年代才陆续有p a c s 的工作系统投入临床应用。 从此，揭开了p a c s 发展的序幕。 p a c s 的发展已大致经历了二个阶段： 第阶段约在上世纪8 0 年代初至9 0 年代巾期，为p a c s 发展的初级阶段吼 当时大多数系统是小型p a c s ，主要是将放射科的一些影像设备进行连接，以胶片 的数字化为菖要目标，实现医学影像的传输、管理和显示。 这时期p a c s 的典型特点是“用户寻找数据( u s e r s f i n d t h ed a t a ) ”。即当数 据进入p a c s 后，用户必须亲自给出查询条件并在p a c s 中查询相应的图像及其相 关数据。这种模式需要大量的人工参与和对p a c s 工作流的于动干预，才能充分发 挥p a c s 的效能。 第二阶段在9 0 午代中后期至2 0 0 0 年，随着d i c o m3 0 标准的逐渐形成，自1 9 9 5 年以来，商用的p a c s 系统相继问世，突出表现在以实现憨个医院所有影像网络为 l 基于i h e 架构的p a c s 系统的设汁和实现 目标的f u l lp a c s 系统上。逐步将各类非放射科影像，女超卢、病瑚等纳入p a c s 范罔之内。开始同h i s 、r 1 s 等其他医疗系统相互共享信息；进一步提高了读片诊 断的效率，并方便了临床其它科室的应用。 这一阶段p a c s 的典型特点是“数据寻找设备( d a t af i n dt h ed e v i c e s ) ”。由于 在这类p a c s 中引入了“自动路由( a u t o - r o u t i n g ) ”、“预提取( p r e f e t c h i n g ) ” 等概念，进入p a c s 中的数据可根据用户预先设定的规则及来自外部系统( 如 h i s r i s ) 的信息，将图像自动送到指定的设备【4 】o 这种模式需要较少的人_ t 参与 p a c sj 二作流。 2 0 0 0 年至今，p a c s 已发展到第三阶段。p a c s 系统和r i s 、h i s 等其他系统的 融合趋势越来越明显，相瓦间的界线变的模糊。这些系统除了相瓦共事信息之外， 开始在工作流程上进一步整合。这种整体化的医疗保健解决方案强调的是资源的充 分共享和流程运作的一体化。另外，不同地域的p a c s 也开始尝试连接成数字化医 疗集圳，在更大的区域范围内共享医疗信息实现真正意义上的远程会诊。 现在的p a c s 产品开始具备“信息和影像寻找用户( i n f o r m a t i o na n di m a g e sf i n d t h eu s e r ) ”的典型特点。在这类p a c s 中，数据可依据用户预先设定的规则和来 自外部系统的信息，将图像及其相关数据自动送到指定的设备并分配给具体的用户。 这代p a c s 需要与外部系统( 如h i s 瓜i s ) 进行紧密的集成才能够实现。这种模 式能够实现p a c s 工作流的自动化。 1 2p a c s 系统的现状 最近几年，p a c s 系统伴随着电了、信息技术的“泛应用呈现出加速发展的趋 势。p a c s 在图像获取系统、图像存储系统、图像锓示系统和图像通讯系统等各单 项技术上均有所发展【5 j 。 国外的p a c s 建设起步较早，技术比较成熟。由于开发厂商比较蓖视行业标准， 如h l 7 、d i c o m 等，所以产品的稳定性、交瓦性、可靠性、准确性和安令，件明锓 高丁国内，不同系统之间数据共享、交互性较好；与国内医院相比，国外医院的管 理水、 较高，医院的业务流程清晰，应用p a c s 的积极性较高。 近年来，p a c s 在国外呈高速发展趋势，2 0 0 1 年欧美市场增长率都达2 0 以上。 浙江人学硕士学位论文基于i h e 架构的p a c s 系统的设计和实现 在美同，拥有许多医疗影像诊断与i n t e r n e t 相结合的p a c s 系统，随着网络i t 技术 的发展，实现了真正意义的远程会诊，并将实现无胶片化；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、韩同、我国台湾地区，经过几年的发展，特别是一些国 家的政府人力扶持之下，p a c s 系统已经实用化。 面对中国巨大的市场潜力，大多国外大型公司如s i e m e n s e 、g e 等均已开发了 基丁二中文平台的p a c s 。但多数按照西方医院管理模式和工作流程开发，不完全符 合中国医院的国情，且价格昂贵，维护服务的费用也明显高于国内的系统，还有待 进一步的本地化。 国内的p a c s 系统起步较晚，在系统的稳定性、完整性方面以及在医院实施 p a c s 项目的经验方面与国外厂商都有较大的差距。近年来，我国已有众多的公司 在试制、试行或实施p a c s 系统。各类单机工作站已被大多数中小医院接受，实现 了设备的数字化功能升级，显示出了一定的经济效益。然而，由于周内的医疗信息 系统开发商大都不太重视行业标准，国内生产的h i s r i s 系统非标准接口问题非常 严重，不同开发商开发的系统数据共享网难，交可：性差，大量的开发商在做低水平 的重复劳动。因此，到目前为止，国内具备国际水平的p a c s 系统，并进入大巾医 院实际运行的却寥寥无几。 国内医院大多为国有医院，管理水平、资金实力与国外医院有较大差距；由丁- 体制原因，国内医院在优化医院业务流程、降低损耗、提高效率等方面明显动力不 足，障碍重重。随着加入w t o 后，外商进入医疗市场的冲击，国内民营医院的崛 起，国家对现有医疗制度改革力度的加大，医患纠纷中举证倒置制度的实施，越来 越多的医院认识到只有加强管理，提高竞争力才能牛存下去。作为改变医院落后的 传统、j k 务管理流程的信息系统：如h i s 、p a c s 、r i s 等将成为医院的投资热点。日 前，医院计算机应用水平还较低，基本上还处在建立医院信息管理系统阶段，真正 拥有大型p a c s 的医院还很少，迫切需要符合h l 7 标准、d i c o m 标准的p a c s 系 统，迫切需要符合国内医院管理模式和工作流程的p a c s 系统，迫切需要与h i s 、 r i s 集成的，遵循i h e 技术框架规范的p a c s 系统。 浙汀大学硕士学位论文量丁 h e 架构的p a c s 系统的设计和实现 1 3 主要研究内容 本文所作的工作基于i h e 架构的p a c s 系统的设计和实现，正是在这样一 个背景下提出的。希望通过对未来构筑数字化医院的标准底层通讯框架h e 的研究 和运用，实验室研制的f u l lp a c s 系统x s o l u t i o n 能够具备更好的可扩展性、兼容性 和稳定性，能更为流畅和连贯的与其他医疗信息系统交互，最终能够初步实现医疗 信息系统范围内的“即插即用”。在国内i h e 的研究利应用还是相对少见的背景下， 我们的工作为建立适应国内医疗体系结构和工作流程的i h e 集成框架起了一定的演 示作用。 1 4 全文内容简介 论文的主体将分成以下六章进行： 绪论 简要分析了p a c s 系统的发展历程，比较了p a c s 系统在国内外的发展现状。 着眼于医疗信息系统间整合所暴露出的问题，介绍了我们的研究内容基于i h e 架构的p a c s 系统设计和实现。最后介绍了论文各章节的组织和内容。 d i c o m 标准 综述了d i c o m 的发展历程和主要内容。从d i c o m 的通信模型入于，重点对 d i c o m 办议体系和运行机制加以介绍和分析。 i h e 医用信息系统集成 对目前最受医疗信息界关注的i h e 集成框架和年度计划进行了概述，廓清了i h e 的几个关键概念，详细介绍了最为重要和成熟的放射科技术框架，并对i h e 解决方 案的优势予以分析。 x s o t u t i o n 系统设计 在分析p a c s 系统的总体构成、整体技术和关键技术的基础j 二提出了x s o l u t i o n 的系统设计，并从可伸缩性、容错性和兼容性几个方面进行了改进。 c p i 集成概况的实现 简述了放射科技术框架中的c p i 集成概况。介绍了网络传输和图像打印两大模 浙江入学硕十学位论文基于i l l e 架构的p a c s 系统的设计和安现 块的具体实现技术，并对灰度软拷贝显示状态的调窗算法予以小小的改进。最后本 章还探讨了显示状态模块的设计思路。 总结和展望 总结了本人研究乍阶段的科研工作情况及成果，并在分析i h e 发展趋势的基础 上，探讨了x s o l u t i o n 解决方案的改进之处。 浙 t 大学碗士学位论文基于i h e 架构的p a c s 系统的设汁和实现 第二章d i c o m 标准 谈到p a c s 就不得不提及医学数字成像与通信标准( d i g i t a li m a g i n g a n d c o m m u n i c a t i o n si nm e d i c i n e ，d i c o m ) 怕j 。因为，d i c o m 是p a c s 系统的事实标准， 是p a c s 系统的基础部分。d i c o m 标准的制定和发展与p a c s 的发展有着密切的 关系。 d i c o m 标准中涵盖了医学数字图像的采集、归档、通信、显示和查询等几乎所 有信息交换的协议；已开放互联的架构和面向对象的方法定义了一套包含各种类型 的医学诊断图像及其相关的分析、报告等信息的列象集；定义了用于信息传递、交 换的服务类与命令集，以及消息的标准响应；详细描述了唯一标识各类信息对象的 技术；提供了应用于t c p i p 网络环境的服务支持；结构化地定义了制造厂商地兼 容性声明( c o n f o r m a n c es t a t e m e n t ) 。 d i c o m 标准的推出与实现，大大简化了医学影像信息交换的实现，推动了远程 放射学系统、图像管理与通信系统( p a c s ) 的研究与发展，并且由于d i c o m 的开 放性和互联性，使得与其他医学应用系统( h i s 、r i s 等) 的集成成为可能。 2 1d i c o i v l 的发展历程 p a c s 在上个世纪8 0 年代初有较大发展，但由于各成像设备厂家所用数据格式 不统一，造成与各种设备有关的医学图像存储格式、传输方式千差万别，进而影响 了它们之间的信息交换、瓦连与通信，使得医学影像及其相关信息在不同系统、不 同应用之间的交换受到严重阻碍，影响了p a c s 本身的发展。这些问题使得美国放 射协会( 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 ) 和美国国家电气制造商协会( 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 s a s s o c i a t i o n ，n e m a ) 认识到急需建立种标准，以规范医学 影像及其相关信息的交换。并最终在1 9 8 3 年促使两者共同成立了一个联合委员会， 制定“数字成像与通信”标准i ”。 联合委员会于1 9 8 5 和1 9 8 8 年先后发布了a c r n e m a3 0 0 8 5 和a c r n e m a 3 0 0 8 8 两种版本( 俗称a c r n e m a1 0 和a c r n e m a2 0 ，统称a c r n e m a ) 。 6 浙 上大学硕士学位论文丛t - i h e 架构的p a c s 系统的设计和爻现 1 9 9 3 年推出n e m ap s3d i c o m ，简称d i c o m3 0 。d i c o m3 0 是a c r n e m a 的 扩展，之所以不叫a c r n e m a3 0 而改称d i c o m3 0 是因为： 首先，该标准并不仅仅是由a c r n e m a 联合委员会制定的，专门从事医学信 息学( m e d i c a li n f o r m a t i c s ) 方面研究的欧洲标准化委员会2 5 l 技术组( 即c e n t c 2 5 1 ) ， 还有r 本的医学信息系统开发中心( m e d i c a li n f o r m a t i o n s y s t e md e v e l o p m e n t c e n t e r ，m e d i s d c ) 、e t 本工业放射设备会( j a p a n e s ei n d u s t r yr a d i o l o g ya p p a r a t u s ， j i r a ) 都对d i c o m 标准的制定做出了重要的贡献。 其次，标准不仅仅支持医学放射图像，它是可扩展的。既支持放射学图像，也 支持非放射学图像，如超声波图像( u l t r a s o u n d ) ，口腔图像( d e n t i s t r y ) 等：既支持图像 数据，也支持非图像数据，如心电 羽( c a r d i o l o g y ) 波形数据，结构化报告等。要做的 只需简单地增加相应的服务对象类( s e r v i c eo b j e c t sp a i rc l a s s ，s o p ) 。标准既面向放 射科，也面向医院其它科室，如心脏科、检验科等其它科室。 但是2 0 0 3 年版的标准又将名称作了进步简化，直接称作d i c o m 。 从下面的时间袁我们可以比较清楚的了解到d i c o m 标准的历史，从最初的原 型到目前最新版本的变化： 1 9 8 2 年，a c r 和n e m a 联合成立了一个委员会，制定d i c o m 标准原型。 1 9 8 5 年，公布1 0 版本( a c r - n e m a v i o ) 。 1 9 8 8 年，公布2 0 版本( a c r n e m av 2 o ) 。 1 9 8 9 年，开始同h i s r i s 系统连接的网络丁作；名字改称d 1 c o m ，以示与原先 的标准有本质区别。 1 9 9 1 年，公布d 1 c o m 的1 至8 部分。 1 9 9 2 年，在r s n a 展会上展示第8 部分。 1 9 9 3 年，批准d i c o m 的l 一9 部分成为正式标准；在r s n a 展会上展永了伞部 的9 个部分。 19 9 4 年，增加第lo 部分一m e d i as t o r a g ea n df i l ef o r m a t 。 1 9 9 5 年，增加第11 部分，1 2 部分、1 3 部分及其它部分补充内容。 1 9 9 6 午，进行了第三次修订，更名为d i c o m3 o ：并发布9 6 版，采用服务器 客户端的网络架构，使用面向对象方式进行分析和设计。 1 9 9 8 年，d i c o m3 09 8 版，进行了若干明确的规定，修正一些错误，增补了网 7 浙江人学硕十学位论文摹于i h e 架构的p a c s 系统的设计用l 实现 络打印，控制事件和二次采集图像( s e c o n d a r y c a p t u r e ) 等内容。 1 9 9 9 i ，d 1 c o m3 09 9 版，增加了化验室设备的定义，考虑转向二层结构，为 同h i s 系统进行更多的信息共享做准备。 2 0 0 1 年，d i c o m3 02 0 0 1 版奉，增加了结构化报告、波形数据、网络安全概述 以及软拷贝显示状态。 2 0 0 3 年，重新更名为d 1 c o m ，并发布2 0 0 3 版本。彻底淘汰了p o i n t - t o p o i n t 协 议，不再支持o s l 协议栈；增加了临床试验( c l i n i c a lt r i a l s ) ，证据文档f e v i d e n c e d o c u m e n t s ) 等内容；添加了新的存储介质( 如d v d 等) ，新的信息对象定义( 如 多帧m r 、多帧c t ) 。其中，最重要的改变是支持j p e g 2 0 0 0 压缩格式的医学图像。 2 0 0 4 年，添加了新的对象定义( 如增强型c t 、眼科摄像等) ，出于对内窥镜 影像的支持，还引入了m p e g 一2 ：增加了多种结构化报告( 如胸部成像、i f i l 管内超 声和定量动脉x 摄像术等) ；支持新的存储介质( 如u s b 移动存储设备和闪存等) ； 还提供了存储介质创建、相关病人信息查询等新服务。最火的变动来自于对配置管 理和w e b 访问d i c o m 持久型对象概念的支持。 2 2d i c o m 标准内容概述 为了便丁标准的补充、更新和修改，d i c o m 标准将内容分成多个部分，具有良 好的i 叮扩充性，可单独对某部分进行扩充；在各部分中，义将易于增h i j , n 修改的内 容放到附录中，方便更新。目前，d i c o m 标准的最新版本是2 0 0 4 版，由1 8 个部 分组成( 其实只有1 6 个，其中第9 章和第1 3 章已经废弃) 。 1 引言与概述( i n t r o d u c t i o na n d o v e r v i e w ) ：简要地概述d 1 c o m 标准涉及到的范围 和框架，指出标准起草的背景和标准的e 1 的和意义，并对其他部分的内容做了 简介。 2 遵从性声明( c o n f o r m a n c e ) ：详细说明d i c o m 的兼容性目的和架构，说明了标 准是一个可以参考遵循的多层次的专业标准，同时阐述了参考遵从标准的产品 应该发布的遵从性卢明。 3 信息对象定义( 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 ) ：详细的给出了标准从医疗现实 中抽象出来的信息对象的组成、概念和内涵。同时定义了可以使用d i c o m 进行 浙江大学硕士学位论文 基于i h e 架构的p a c s 系统的设计和实现 通信的类别，它是标准研究的重要内容，也是临床上重要内容。 4 服务类细则( s e r v i c ec l a s ss p e c i f i c a t i o n s ) ：标准将图像通讯中可能涉及到的通 讯类型分成若干详尽的对等的类别，将其定义为d i c o m 进行通信的服务类，并 对这些类分别做了规范和界定，给出用于数字化交流的操作行为的抽象定义。 5 数据结构与编码( d a t as t r u c t u r e sa n de n c o d i n g ) ：这一章对标准用到的数据结构 进行了说明。对标准规定的专用的学图像文件格式做了具体的规定。并且对可 能关联到的数据、字符进行了编码。 6 数据字典( d a t ad i c t i o n a r y ) ：包括了标准中所有的数据元的编码代号和编码说 明。标准采用了在所有的国际标准中都是唯一的标识符u i d ( u n i q u ei d ) ，从而 减少了实现的冲突。 7 消息交换( m e s s a g ee x c h a n g e ) ：定t f 【_ i d l c o m 进行信息交换通讯的医学图像 应用软件所用到的服务和协议。描述了建立和终止通讯连接的规则：管理“请 求及响应”命令的交换规则；构造命令流和消息所必须的编码规则；同时也定 义了d i c o m 应用实体间的协议握于方式。 8 支持网络通信的消息交换( 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 e e x c h a n g e ) ：这一部分规范了通讯协议和交换信息格式，描述了如何在t c p i p 网 络中使用网络通讯进行信息交换。并且定义了在网络环境下的通讯服务和 d i c o m 应用进行信息交换的必要的卜层协议。 9 点对点通信支持的信息交换一已经废弃。 10 介质交换的介质存储要求及文件格式规范( m e d i a s t o r a g ea n df i l ef o r m a tf o r m e d i a i n t e r c h a n g e ) ：它提供了个用于不同类型医学影像间数据交换及不同物 理介质相关信息交换的框架。其中较为关键的是d i c o m d i r 这个文件，它对图 像的目录管理起着重要作用。 1 1 介质存储应用概述( m e d i a s t o r a g e a p p l i c a t i o n p r o f i l e s ) ：说明将医学影像信息存 储于可移动介质的模式。 12 ，用于介质交换的介质格式和物理介质( m e d i af o r m a l sa n dp h y s i c a lm e d i af o r m e d i a i n t e r c h a n g e ) ：描述了如何便利医疗环境中数字影像计算机间的内部信息 交换。这样的交换可应用于医学图像诊断或其他潜在的临床领域。 1 3 支持点对点通信的打印管理一已经废弃。 9 浙 1 人学硕士学位论文基于i h e 架构的p a c s 系统的设计年实现 1 4 灰度图像标准显示函数( 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 ) ：详细规范了显示 灰度函数，它提供了一些示例方法，说明如何调整灰度图像与显示系统。这对 显示参数包括胶片打印及其各种图像显示设备的规范，有着非常重要的依据， 并且直接影响到临床诊断的准确性。 1 5 安全和系统管理概述( s e c u r ea n ds y s t e mm a n a g e m e n tp r o f i l e s ) ：说明了具体应 _ j 所应遵循的安全策略。d i c o m 标准医学图像中包含了病人非常详细的个人资 料。标准引用了应用广泛的信息加密标准，使医学信息的传输和存储更加可靠 安令。 1 6 内容映射资源( c o n t e n t m a p p i n gr e s o u r c e ) ：定制了一些结构化报告模板的信息 对象，设置了在信息对象中用到的编码化词汇，维护了标准中使用到的短语。 1 7 解释性信息( e x p l a n a t o r yi n f o r m a t i o n ) ：制定了一组信息化和标准化的包含解释 性信息的附件。 1 8 通过互联网访问d i c o m 持久型射象( w e b a c c e s st od i c o mp e r s i s t e n to b j e c t s ) ： 描述了对d i c o m 持久型对象的请求如何被转化为包含这个对象实侈o u i d 的 h t t pu r l u r i 请求。 以上十八个部分的内容相互独立，但是又有一定的内在联系。各部分内容的发 展水平 第一部分：引言与概述 第二部分：遵从性声明 第三部分：信息 第十一部分：介质存储 第四部分：服务类细则 对象定义 麻用概述 第五部分：数据结构与编码 第六部分：数据字典 第十部分：介质交换的介质存储要求 第七部分；消息交换 及其文件格式规范 第八部分：网络支持第十二部分：介质格式第十网部分：灰度图像 t c p和物理介质标准显示函数 图2 1d i c o m 标准重要章节结构关系图 浙 【人学硕十学位论文基丁i l q e 架构的p a c s 系统的设计和实现 2 3d i c o m 信息模型 d i c o m 标准定义了医学图像及其相关信息的通信、存储。d i c o m 是摹于明确 而详细的信息模型，这些模型叫做实体一关系( e n t i t y r e l a t i o n s h i p ，e r ) 模型，它们 描述了“事物”( 如患者、图像、诊断报告等) 怎样参与放射诊断及它f f j 是怎样相互 关联的。e r 模型使医疗设备制造厂家和用户能更加清晰地理解d i c o m 中的数据 结构。d 1 c o m 标准中的数据结构是基于e r 模型并应用了面向对象的设计力法， 对现实世界实体进行抽象分析开发出来的。 对象是模型定义的实体，实体由对象的属性来描述。在d i c o m 中把基于模型 的对象叫做“信息对象”( i n f o r m a t i o no b j e c t s ) ，把对象的属性表叫做“信息对象定义” ( 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 ，l o d ) 。d i c o m 中定义了复合型和普通型两大类的 i o d 。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 类可附加上并不是现实世界实体中固有的属性。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。 面向对象的设计方法不仅提供了描述信息的方法，而且提供描述信息的操作方 法。在面向对象的设计中，对对象的操作与对象紧密相关。d 1 c o m 应用了这些概 念定义了许多如“存储图像”、“获得患者信息”等服务。这些服务是将信息对象 与作用在该对象上的操作联系在一起。典型的d i c o m 服务类有查询检索服务类、 存储服务类、打印管理服务类等。这些服务应用了操作或通知的结构。 d 1 c o m 定义了一_ 系列操作和通知，叫d i c o m 消息服务元素。i o d 和d i m s e s e r v i c eg r o u p 的结合称为服务对象对( s e r v i c e o b j e c t p a i r ，s o p ) ，它精确定义了个 d i c o m 功能子集，这个子集包括被交换消息的类型、消息中传输的数据和解释数 据的语法。对一个特定的s o p 类，d i c o m 兼容的设备可作为两种角色；服务类提 供者( s e r v i c ec l a s sp r o v i d e r ，s c p ) ，它提供s o p 类的服务，类似于客户服务计算模 式中的服务端；服务类用户( s e r v i c ec l a s su s e r ，s c u ) ，它使用s o p 类的服务，类似 于客户服务计算模式中的客户端。 根据s o p 类和角色，d i c o m 定义了通信的一些摹本原则，如哪种设各应该请 求建立连接，哪种设备应该接受连接。在设备双方建市连接时，d i c o m 定义了应 用实体名( a et i t l e ) 来识别应用双方的身份。应用实体名全称是a p p l i c a t i o ne n t i t y 】l 浙江人学硕士学位论文基于i h e 架构的p a c s 系统的设计和实现 t i t l e ，又有被叫a et i t l e ( c a l l e da p p l i c a t i o ne n t i t yt i t l e ) 和主叫a et i t l e ( c a l l i n g a p p l i c a t i o ne n t i t yt i t l e ) 之分。 图2 2d i c o m 信息模型框架结构 2 4d i c o m 通信模型 在建立p a c s 系统时，一个重要环节就是考虑如何利用d i c o m 米实现各种医 疗设备和p a c s 服务器的通信问题。在解决这个通信问题之前，首先需要对d i c o m 协议体系和运行机制加以介绍和分析。 为了实现不同医疗设备之间的互联，d i c o m 标准定义了规范的通信模型。通信 模型包括基于t c p i p 网络模型的网络通信协议和消息交换机制( 在线部分) 和通 过介质文件实现通信的文件存储机制。具体如下图2 3 所示。 浙江人学硕 学位论文 蕈于i h e 架构的p a c s 系统的设计和实现 d i c o m j 耋本文件服务边界 嘲帑置信升展开话接口 在线通讯离线通讯 图2 3d i c o m 通信模型结构图 d i c o m 应用实体属于网络协议分层模型的应用层。为了实现d i c o m 应用实体 问的通信，针对t c p i p 网络模型，d i c o m 标准定义了d i c o m 上层协议( d u l p ) ， 提供类似o s i 的上层服务。 d i c o m 应用实体的实现和交互是基于客户服务器模型之上的。所以，存d i c o m 中，对应客户月臣务器模型，提出了服务类使用者( s c u ) 和服务类提供者( s c p ) 的概念。s c u 和s c p 利用d i c o m 定义的消息机制完成相关数据和命令信息的交换。 通过分析d i c o m 协议体系结构和运行机制，针对t c p i p 网络模型，可以抽象 出f 面的d i c o m 网络传输示意图【9 】如图2 4 所示。 善一 基于i h e 架构的p a c s 系统的设计年实现 图像应用 等丽 d| 。一消息交换层黼一响1 t 黼请槲触 m s e 消息交换层 1 i ri c s t o r ec - n n dc - g e tc - m o y ec - e c h on 删n s e tn a c n o h - e rn c r e u t e ；n - d e l e t e 眦。心燃一蝴4 i 喇息 a _ a s s o c i a t e - a ca - a s s o c i a t e - r j a - a s s o c i a t e - r qlp - d a t a - t f 【a - a b o r tia - r e l e a s e - r qa - r e l 队s e - r p