（检测技术与自动化装置专业论文）基于DICOM协议的远程医疗软件系统的设计与实现.pdf

北方工业大学硕士学位论文 摘要 近年来，随着我国医疗事业的发展，远程医疗特别是医疗影像的远程诊断需求越来越多。但是， 现在许多医院还没有建立起完整的d i c o m 网络传输医疗体系。构建一个满足中国市场特殊情况的远 程医疗传输平台，在当前有着十分迫切的需求。因此，开发具有跨平台性、跨网络、可重用性、小 巧灵活、隐私保密和良好成本优势的远程医疗传输系统具有很高的理论与实践意义。 本系统采用j a v a 语言、d e r l ) v 可移动数据库和x i l l l 技术进行开发。由丁j a 、，a 语言，具有跨平台 特性，系统可以运行于多操作系统环境下；将数据存储在可移动数据库d e r b v 中并采川x l l l l 动态配置 系统运行环境，使的整个软件系统可以随可移动存储设备一起移动到不同的网络环境下，实现了系 统的跨网络运行特性。 系统采用静态模型与动态模型相结合的方法，对远程医疗系统进行框架性的设计。在静态模刑设 计中，把软件系统分为驱动层、中间层与应州层，提高了系统的可重川性；在系统的动态模型设计 过程中，对系统模块间的交互关系与多任务系统时序关系进行了概要利详细设计，提高了系统在多 线稃上作环境下的稳定性。 本文对系统各个功能模块，从原理、接口剑jj ：作流科进行了详细设计，并完成了系统的实现与初 步测试工作。通过验证数据、模块测试、系统测试和g e 公司医疗设备实验室的实地测试，证明了本 文提出的设计和方法在远程医疗传输系统在跨平台性、跨网络、可重用性、小巧灵活、隐私保密以 及降低成本方面的特性，文中的设计方案和实现是有效可行的。 关键词：远程医疗系统，d i c o m ，跨平台，可移动存储，动态模型 3 北方工业大学硕士学位论文 a b s t i a c t i i lr e c e n ty e a r s ，a l o n gw i t hm e d i c a ls e i c ed e v e l o p m e 吐i i lo u rc o u n t i yt h er e m o t e m e d i c a ls e i c ed e m 锄de s p e c i a l l yw i t ht h em e d i c a lp h a i l t o mr e m o t ed i a g n o s i si i l c r e a s e r a p i d l y h o w e v e r ，m a l l yh o s p i t a l sh a v en o te s t a b l i s h e dt h ec o n l p l e t ed i c o mn e 咐o r kt r a j l s m i s s i o n m e d i c a ls e r v i c es y s t e m c b n s t n l c t i o nf o rap l a t f o 瑚o ft r 锄s m i t sw h i c hc a ns a t i s 母t h ea l i n e s e m a r k e tp e c i l l i a rc 栅m s t a l l c ei i ln e e d e du 唱e n t l y t h i st h e s i sp r e s e n t st h ed e v e l o p m e n to fs u c h s y s t e m ，w h i c hf e a t u r e s 咖t h ec r o s sp l a t f 0 肌，t h ec r o s sn e m o 止t h er e u s a b i l i t y ，e x q u i s i t e 1 1 i m b l e ，t h ep r i v a c ys e c u r i t ya n dt h eg o o dc o s ta d v a i l t a g er e m o t em e d i c a ls e i c e t h i ss y s t e mu s e st h ej a l v al a n g u a g e ，t h ed e r b yt r a i l s p o n a b l ed a t a b a s ea n dt h ex m l t e c h n o l o g yf o rt h ej a v al a n g u a g eh a v i n gt h ec r o s sp l a t f 0 咖c h a r a c t e r i s t i c ，t h es y s t e mm a y m o v eu n d e rt h em u l t i - 叩e r a t i n g s y s t e me n v 的r u l l e n tu s i n gt h ex m ld y n 锄i cd i s p o s i t i o ns y s t e m s o p e r a t i o ne n v i r 0 1 1 m e n t ，t h ed a t as t o r a g ei nt 肼l s p o n a b l ed a t a b a s ed e r b yc a u s i n gt h ee n t i r e s o m 7 阳r es y s t e mm a ym o v et o g e t h e ra l o n gw i t ht h e 仃a n s p o r t a b l es t o r a g ed e v i c et 0t h ed i f l e r e n t n e m 0 r ke n v i r o n m e n t ，s oc a l l e ds y s t e m s 啪s sn e t 、o r ko p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c t h ed e s i g ni n t e 伊a t e ss t a t i cm o d e la i i dt l l ed ) ，i l a l l l i cm o d e lm e t h o dt oc 邺7o nt 1 1 e 丘a m e d e s i g no ft h er e m o t em e d i c a ls y s t e m d u r i n gt h es t a t i cm o d e ld e s i g np r o c e 豁，s o f t w a r es y s t e mi s 击v j d e di n t ot 1 1 ea c t u a t i o nl c v e l ，t 1 1 ei 1 1 t 锄e d j a t e1 e v e l 卸dt h ea _ p p l i c a t j o nl a y e r ，e i l l 瑚c e d s y s t e m sr e u s a b i l i t y s y s t e m sd y n a i i l i c - m o d e ld e s i 印f o c u s e s0 nt l l es y s t e mm o d u l e si i l t e r a c t i v e 佗l a t i o i l sa sw e u 弱t h em u l t i - d u t ys y s t e ms u c c e s s i o nr e l a i i o i l s t h e0 u t i l e 锄dt h ed e t a i l e d d e s i 印锄b o d yt h e s ca s p e c c st 0e l l l l a l l c es y s t e m ss 切b i u 哆 t i l i st h e s i si n l p l e m e n t e dd e t a n e dd e s i g nf o rt l l es y s t e mi i l d u d i n gp 血d p l e ，f u n c c i o n a l m o d u l e s ，a n dw o f k f l o w sa l l di i l t e r f a c e s i tc o m p l e t e ss y s t 锄sr e a l 证a t i o nw i t l lt h ep r e n i n i i l a r y t c s t i n 昌a c c o r d i i l g 弱v 砌c a t i o no fd a t a m o d u l et c s t i i 够s y s t e m 慨t i n 舀g e sm e d i c a l e q u i p m e n ta n dla _ b o m t o 巧t e s t i i l go nt l l eg r o u n 也i ti sp r o v e dt l l a t t h ed e s i g ns y s t e mf i l l 丘u r e q u 如e m e n to ft l l ec r ：d 豁p l a i f 6 m ，l ec r o s sn e t 、7 l ，o 吒圮r e u 站i k t y ，c x q u i s i t el l i m b l e ，t l l e 硼v a c yk e 印s e c r e t 舔w e l l 舔r e d u c et l l ec o s t 磷) e c ct l l ec h 砌肼e r i s t i c t h ed e s 咖s 仃a t e g ) r 锄d i l l l p l 锄e n t a t i o na p p r o a c l lu s e di i lt l l et h e s i sa r ee f f e c c i v e k e yw o r d s ：r e m o t em e d i ls ) r s t e i n d i c o m ，c m 蹒p i a t f o m ，t 均璐p o r t a b l es t o m g e ， d y n a i n i cm o d d 4 北方工业大学硕士学位论文 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j 匕友王些盔堂或其他教育机构 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：谬妇字日期删月多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解j e 友王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权j 壁友王些太堂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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：捌迄 签字日期：。降月多日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期舯月日 电话： 邮编 2 北方工业大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 选题背景与意义 近年来，随着我国医疗事业的发展，远程医疗特别是医疗影像的远程诊断需求越来 越多。远程医疗的主要功能是为远程患者提供医疗服务，如将患者的病史档案、检查数 据、心电图及超声、x 线、c t 、磁共振等影像资料输入计算机，传送给另一方的会诊 医生，会诊医生在审视这些图文声像信息，将诊断结果返回给远地患者的过程。远程医 疗涉及到现代通信技术、电子技术和计算机技术，实现医学信息的远程采集、传输、处 理、存储和查询，从而完成对远程对象的检测、监护、诊断、教育、信息传递和管理 等。 1 1 1 课题来源 远程医疗所涉及到的传输环节多、情况复杂、维护和省级难度大。作为医疗影像设 备的主要提供商之一，作者所在的g e 医疗系统公司希望开发出一套简单小巧、灵活稳 定、适应性强的远程医疗软件系统。从而降低远程医疗的实施难度、维护成本，推动远 程医疗方式能够从大中型医院向小型医院深入，更好的服务患者。 1 1 2 国内外现状 在远程医疗的实现方面，国外医院往往建立了较完整的医学影像计算机存档与传输 系统( p i c i u r e 加c l 曲啦锄d ( h 砌u i l i c a t i o ns y s t e m ) 和医院信息系统( m s ，h o s p j t a l i i 面咖a t i 彻s y s t e m ) 。可以通过h i s p a c s 的无缝连接，将病人流变为信息流，轻松的实 现无纸化、无胶片化，降低医院的运营成本，提高医院整体效率，提高临床诊断质 量，实现远程医疗。如图1 1 ： 图1 1 国外远程医疗系统构架 1 - 囚蒹 c w 脂 北方1 ：业人学硕士学位论文 而我国医院的信息化则刚刚开始，许多医院往往由于缺少网络、网络布局不统一、 资金不足等原因不具备完整的医学信息采集、传输、处理、存储和查询系统，导致即使 购置了先进的c t 、m r 等医疗影像设备可以产生数字化影像数据，也无发实现远程医 疗，如图1 2 。 ： i n t e m e t 、法到达一 无完整网络、无 p a c s 及h i s 系统 w a n 网络 日。 j 形鼽丞 一) 图形分析设备k 0 1 无完整网络、无 p a c s 及h l s 系统 图1 2 国内小型医院现状 医生 本系统尝试存储在可移动存储器中，跨越无网络连接的不同设备，运行在不同的系 统环境上接收d i c o m 的医疗影像并自动对数据进行传输预处理，然后再移动到可与互 连网连接的系统上与公用邮件服务器通讯，发送数据并接收诊断报告。希望本系统能为 远程医疗提供新的解决方案，如图1 3 。 图1 3 本系统概图 2 二 四蒹 蔚黼 一 北方工业人学硕+ 学位论文 1 2 论文议题与论文结构 本文主要是围绕怎样建立满足跨平台、跨网络、可重用、小巧灵活、隐私保密以及 低成本的远程医疗软件系统展开的。论文包括引言、系统分析、概要设计、详细设计、 实现与验证五个部分 引言部分主要讨论了选题意义( 包括：课题来源、国内外研究现状) 、论文结构， 明确论文的方向。 第一章完成了系统分析，对远程医疗软件系统的原理、标准、需求与系统约束进行 了深入分析与论述，为系统设计阶段打下了良好的基础。 第二章采用静态模型分析与动态模型分析相结合的方法，对远程医疗软件系统进行 框架性的设计。 第三章对系统各个功能模块从原理、接口到工作流程进行了论述，完成了系统的详 细设计工作。 第四章是实现与验证部分，在实现系统开发的基础上，采用多套模拟方案，从软件 满足需求、稳定性与成本优化方面对软件系统的分析与设计进行验证，并得出验证结 论。 最后对全文总结。 3 - 北方工业大学硕士学位论文 2 系统分析 2 1 系统分析目标 确定系统开发的目标、原理、需求、约束是系统分析阶段的主要任务。 刀发且辄由于国内医院特别是尘型医院的信息化程廑和网络命局的差异性和对远 程医疗需求的不断增多，对远程医疗软件系统的跨平台、跨网络、灵活稳定和低成本提 出了更高的要求。所以，丌发出满足既能满足跨越网络障碍又能满足远程医疗信息的传 输、存储、查询的低成本软件系统是的丌发f 1 标。 由于传统的p a c s + h i s 平台是一套综合性医疗信息管理平台，需要完整的网络布 局、专用的服务器和存储设备、专门的维护人员和管理人员，所以带来了实施费用高、 架设难度大、适应性差的特点。传统的n 气c s + h i s 模式平台如下： 普通p c 图2 1p a c s + h i s 模式平台 4 务器 北方工业大学硕士学位论文 因此，在系统分析阶段，首先分析了系统的工作原理与相关标准。在此基础上以低 成本和高适应性的开发目标为导向，提取出满足远程医疗的最小功能需求，去除多余， 构造系统结构图，并确定硬件系统的平台、操作系统与开发语言的约束条件。以此，完 成系统的分析工作。 系统分为3 部分： 前端：收集患者影像文件，接收、显示报告。 _ 中心站：远程数据收发中继站。 _ 诊断端：发送患者影像，产生、返回报告。 系统去除了传统平台的m t e m e t 服务器、w e b 服务器、d i c o m 专用服务器、u d 存储服务器、h i s p a c s 服务器及相关软件，转而将其传输和存储功能提取并集成到本 系统以上三个部分中。以保证降低成本的同时保持远程医疗的功能及稳定。 系统采取网络和可移动存储器两种方式，收发影像数据、诊断报告。使得系统不但 适应网络布局完整的医院环境，而且适应于在无局域网或网络布完整的环境下完成任 务。 系统平台布局概图如下： 普通p c普通p c 图2 2 系统平台布局概图 5 2 2 工作麟 幺2 】系统结构 图2 3 系统绩构图 蒋鬻窝耘锄前端负责接收瑚霞慰隧数据，将翻翩数据进行近程麓送预齄藿熬管 理接收蓟的数据供用户查询堆和避行遗程诊龋。 箭帮撇收静：d 蜒囝赫图像是以蓐所有传鞠郦诊断的鞭据，不溶有丝毫羞室糍。同 时，还甍保证黼以接收凰像潼蓄的兼容牲。即可与新存符合瑚骰撇协议的医疗黪 像谖誊通讯受由于翻隧晒酗的德输和遥讯协议规定了缀多的待输控制和台定冀选顼，不 l 回厂家不同型号的阁像设备会在图像的传输控斛和缝理时存在些差异簟本暴统摒嘉对 不同厂家的i i 自定义顼的兼注，在前端载粹接收黉蠊时，只建立协议申规定的壤基本服务 功熊一在接收完整的数据文件烈本地蘑在进_ 步读取文件内容，为图像的信息处理和分 组服务氇 - 艿 北方丁业大学硕士学位论文 前端软件的另一重要任务是d i c o m 图像文件的预处理，对来自不同设备的文件进 行统一接收，分组，修改，加密。为远程传输时的数据识别、数据完整性及数据的隐私 提供保证。最后，前端部分将会存储d i c o m 数据组关联信息进入数据库。以保证病员 诊断结果与分组后的d i c o m 数据组的对应关系。 为适应网络布局的差异，前端软件需要拥有可移动性。为保证图像接收、发送时用 户监控的是实时性和对并行图像接收的要求，还要做到多线程工作。 手z 嶙争苦彩如暂存、转发来自前端和诊断端的数据和控制信息，并对其进行身份验 证。 目前常用的公共邮件服务器都具有用户和密码的验证机制，且存储空间( 作为 d i c o m 文件传输的中间缓存) 较大，免费且访问方便。邮件通讯本身就会带有多个可 用通讯信息项，系统的远程通讯的协议和控制信息可以添加到每封m a i i ，的通讯信息项 中。这样，既简化了远程通讯的逻辑结构又保证了远程通讯的可控制性。选其作为本设 计的中心站既满足功能要求又可降低成本。 彦鳓端锷彩如接收来自中心站的前端d i c o m 数据组，并将其进行处理，还原为原 始d i c o m 图像文件。诊断端本身不能够直接显示原始d i c o m 文件的图像，因此需要 将图像发送到可接收d i c o m 文件的专业图像设备上去。当诊断人员需要观察病人图像 时，诊断端将建立标准的d i c o m 发送服务端点，将图像发送至影响后处理设备或其他 符合d i c o m 标准的专业辅助设备上，完成这一任务。 由于涉及到图像的网络传输，同前端软件一样，诊断端软件也要同时具备可移动性 和多线程工作特性。 另外，诊断端可以产生文字和语音的诊断报告并通过中心站返回给前端。 2 2 2 数据信息传输与处理 c o m 数据信息的处理 d i c o m 数据的存储定义本身是一套庞大复杂的集合，涉及到控制、数据、图像等 信息的存储格式，网络传输的元素识别格式，图像成像、压缩的格式等等。一般的数据 定义如下图6 ： 7 北方工业大学硕士学位论文 t a g 垂湛r l b u l en a m ev r ( a _ a 0 8 。0 0 16 ) 8 e 炉e 隧誊s u 渺 = ：1 0 f 1 2 8 4 0 。1o 0 0 8 5 ，1 4 1 i ( 0 0 0 8 。0 0 18 ) 8 0 p i n s 协n c e u i du i11 2 3 。4 5 6 7 3 0 0 ( 0 0 0 8 0 0 2 0 )鼬c | l f d a l e d a119 9 9 1 0 2 9 ( o 0 0 8 。0 0 2 3 ) c o n l e “t d a l ed a119 9 9 1 0 2 9 ( 0 0 0 8 。0 0 3 0 )s t l i d 柙m e硎 115 4 5 0 龟0 0 0 ( 0 0 0 8 。0 0 3 3 ) c o n l e l l l l t i m e俐1 1 5 4 5 1 0 0 0 0 ( 0 0 0 8 。0 0 5 0 ) 茂c c e s s i o n n u m 良e r 8 h112 3 4 5 5 ( 0 0 0 8 0 0 6 0 ) m oc a 恬1 9 f 飞 c 818 r 0 0 0 8 。7 0 ) m a n u f a c t u r e rl 0l1w 0 6 ( 0 0 0 8 。0 0 9 0 )r e 艳r f n g p h y s j c i a n s n a m e p n1 l u k e v v l l i 7 吨) r ，a m 。d ( 0 0 0 8 。1 1 1 1 ) r e f 垂r e n c e d 8 t uc l 梦c o m p o n e n t s ec u e n c e8 q0 i 丁e m 嘻 ( 0 0 1o ，0 0 1o ) p a _ i i en l n a m ep n1h o m e i 啦j a n e 口0 10 。0 0 2 0 ) p a l i e n l i 0l o12 3 4 5 6 7 ( 0 0 10 。0 0 3 0 ) p a l i e f l l b i r t h d a l e0 a119 9 9 1 1 0 9 图2 4d l c o m 数据定义举例 l 伍罨：表示数据标签将存储在实际文纷中， 哦r 奴龇n 值m e ：对应搬售歇代表的意义o l ：表示数据类銎o 矗：代表数据的个数o 磊面为数据值。 由于对传输过程中的d i c o m 数据进行隐私保密，前端部分接收到d i c o m 数据后 就将复叠笠丝逝丝燃筮星从数据流中删除，以保证数据发送到中心站和诊断端的隐 私；同时，系统还需保证前端在接收到诊断端的诊断报告后可以和患者对应。所以，前 端在完成d i c o m 接收后，将分析d i c o m 文件中的隐私信息，将相关数据提取出 d i c o m 文件，选择一个唯一性d 号作为该患者的标示。前端将选择d i c o m 标准协议 中已定义的唯一性数据项“s o p ( = l a s s u d 作为唯一性i d 号。系统建立一个患者隐私 信息和该数据项的关联关系，并把该关联信息存入数据库，当接收到远程的诊断报告 时，便可顺利由d 对应到该患者。 数据库中的对应关系遵循如下两个表定义： 堡釜塞! 主键：任务 外键：图象文件的s o 】p c ! l s s 8 北方工业大学硕士学位论文 列项：s o 嗽e 列项：s t a t u s 任藐a 值= 任务接收时间值+ + 任务包含的第一个图像文件爵豁o p i 作s t 口n c e u l d 值； s o u r c e = 任务的发送方a e t i t l e 值； s l n l l l s ：代表当前任务状态，包捂以下几个值”d o w n l o a d e d “，t t s e m “，”r e p o r t e 图筮塞仕麦! 主键：s o p ( ：l 蟠s 外键：任务i d 列项：p j c k - u p _ i n f o s 幽像文彳， ：殉表中建立c l o b 塑步如t c k 卵j n f o s ，存储提取信息包击甄e m 名称和诖e r m 值 多b 呔卵j 巾s 的值格式为 # ! # + i t e m 名+ # 斡+ i t e m 值 举钠妊卜： 替 ! # p a t i e r i t n m e 替# t i m i n g ! p 口t i e m i d 4 4 3 5 饕! 特p n t i e 扎玖d d r e s s 斡b e n 由i n 酚 ! 祷p a t i e n t a g e 棒4 3 替j 祷 d l c o m 数据文件的分组 接收到的d i c o m 数据流并非按照患者相关的形式到来，而是以单个文件的形式到 来，因此，需要将接收文件进行分析并按相关患者进行归类存储，以便交由用户界面模 块管理。接收到d i c o m 数据文件后，系统通过分析d i c o m 文件患者信息项，建立一 个以“患者d + 患者名 为索引的地峪h 表，关联相关文件。在由患者信息存储和查询 模块按照h a s h 表进行存储和查询管理。 分组存储的目录结构遵循如下： 就总存储g 鹂 l | 118 9 5 5 4 16 0 9 接收d l c o m 数据启示醇闽) | 1 3 3 6 2 2 9 2 3 5l 来源l p ) | 9 北方工业大学硕士学位论文 | d l c o m 数据完成接收时间p ”+ s o p c l 。搐s l d ) 1 18 1 、9 5 5 4 8 5 9 3 1 。2 8 4 0 113 6 19 2 4 0 2 4 5 0 0 a 16 8 4 6 2 0 9 5 117 6 2 8 7 6 8 5 8 17 6 5 2 l | 0 l 患者d | c o m 影像文伪 | 6 ( 患者d l c o m 影像文伪 数据预处理、数据岳处理 在前端和诊断端与中心站通讯时，系统需要将以分组的d i c o m 文件转化为符合 e m a i l 通讯协议的数掘格式，以便传输和控制。系统将每一组d i c o m 文件压缩为单个 z i p 文件，并进行加密，然后分解为复合邮件服务器附件大小要求的多个小文件，加载 到邮件的附件中，通过e m a j l ，发送到邮件服务器。同时，在邮件协议的自定义数据项 中添加控制信息，以便查询和接收。 2 3 相关标准 2 3 1d i c o m 医疗数据传输标准 在医学影像信息学的发展和p a c s 的研究过程中，由于医疗设备生产厂商的不同， 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，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。为此，美国放射学会( a c r ) 和 全美电子厂商联合会( n e m a ) 认识到急需建立一种标准，以规范医学影像及其相关信 息的交换， d i c o m ( d i g i t a lh 1 1 a 百n g 锄dc 0 m m u i l i c a t i o n si 1 1m e d i c i i l e ) 标准就是在这样的背景 下产生的。d i c o m 是d i g i t a li i i l a g i n ga 1 1 dc o m m u i l i c a t i o n si l lm e d j c i i l e 的英文缩写，即医 学数字成像和通信标准。是a c r ( a m e r i c 卸c o l l e g eo fr a d i o l o g y ，美国放射学会) 和 n e m a ( n a t i o n a le l e c t r i c a lm 卸u f a c t u r e l s 舡s o c i a t i o n ，国家电子制造商协会) 为主制定 的用于数字化医学影像传送、显示与存储的标准。在d i c o m 标准中详细定义了影像及 其相关信息的组成格式和交换方法，利用这个标准，人们可以在影像设备上建立一个接 口来完成影像数据的输入输出工作。 1 0 北方工业大学硕士学位论文 d i c o m 标准以计算机网络的工业化标准为基础，它能帮助更有效地在医学影像设 备之间传输交换数字影像，这些设备不仅包括c t 、m r 、核医学和超声检查，而且还包 括c r 、胶片数字化系统、视频采集系统和h i s r i s 信息管理系统等。 2 3 2p o p 3 和s m t p 电子邮件数据传输标准 p o p 3 ( p o s to f ! f i c ep r o t o c o l3 ) 即邮局协议的第3 个版本，它规定怎样将个人计算机连 接到h l t e m e t 的邮件服务器和下载电子邮件的电子协议。它是因特网电子邮件的第一个 离线协议标准，p o p 3 允许用户从服务器上把邮件存储到本地主机( 即自己的计算机) 上，同时删除保存在邮件服务器上的邮件，而p o p 3 服务器则是遵循p o p 3 协议的接收 邮件服务器，用来接收电子邮件的。 s m t p ( s i m p l em a i lt r a i l s f e rp r o t o c 0 1 ) 即简单邮件传输协议，它是一组用于由源地址 到目的地址传送邮件的规则，或者说是由它来控制信件传输的一种中转方式。s m t l p 协 议属于t c p 皿协议族，它帮助每台计算机在发送或中转信件时找到下一个目的地。通 过s m t p 协议所指定的服务器，我们就可以把e m a i l 寄到收信人的服务器上了，整个过 程只要几分钟。s m t p 服务器则是遵循s m t p 协议的发送邮件服务器，用来发送或中转 电子邮件。 系统通过利用s m t p 协议建立与广域网邮件服务器的发送连接，利用p o p 3 协议完成 对邮件服务器上相关邮件的查询分析、下载、存储、删除等工作。 2 4 功能需求分析 系统需求分析是系统开发的前提，只有在设计之前明确系统需求，才能明确开发目 标，设计有的放矢。通过对实际客户、系统结构、数据结构等的沟通与分析最终确定了 系统的具体需求。 具体的功能需求如下： 系统图形化控制主界面( g u i ) ：显示数据通讯状态( d i c o m ，e m a j l ) 、存储的 患者影像数据组操作、诊断报告操作、收发通讯操作，使系统更加友好。 动态配置：从需求和跨平台两个方面看，软件在使用中有许多不确定请因素，如： 由于不同机器或单台机器多网卡导致口地址的不确定；d i c o m 文件的加密处理的不同 选择；用户图形界面中d i c o m 数据项的显示；软件还可能在使用中采用性能和可控性 1 1 北方t 业人学硕士学位论文 更好的专用服务器方式等。因此，有必要建立起实用性较强的配置文件引导程序工作， 使得不论需求如何变化，不需要重新修改代码，只需要修改配置文件即可完成要求。系 统设计实际采用了标准的x m l 文件格式作为配置文件的格式。利用x m l 各式的树形结 构，将软件设计的可配置部分一一列出，并逐个细化到叶子元素，使得原有的众多配置 数据多而不乱，且具有很强的可扩展性和可维护性。 数据通讯状态实时显示：系统在收发d i c o m 和e m a i l 数据时，弹出收发数掘的详 情，供用户查看。 患者影像数据组管理：显示每个患者的影像数据组及相关属性，包括传输状态、存 储状态、相关报告收发状态。提供数据组的加载、查询和删除操作。 诊断报告管理：建立、修改、存储、发送、删除等操作。 2 5 系统约束 根据丌发目标，软件丌发平台、操作系统与丌发语言是主要约束条件。 2 5 1 操作系统 这里考虑的操作系统的指标主要指可以运行j a v a 虚拟机这一要求。由于j a v a 程 序的广泛应用，现在的i a v a 虚拟机几乎可以运行在任何操作系统之上。从s u n 的官方 网站上可以轻松下载的支持w i n d o w s 、s a l a 肌l j i l u x 等的多个虚拟机版本。由于系统运 用纯j a v a 编写，所以，以上支持j a v a 虚拟机的操作系统将同时支持本系统的运行。 2 5 2 软件开发平台 e d i p s c 是替代m mv i s u a l 姆f o rj a v a ( 以下简称j ) 的下一代d e 开发环境， 但它未来的目标不仅仅是成为专门开发j a v a 程序的e 环境，根据b c l i p s e 的体系结 构，通过开发插件，它能扩展到任何语言的开发，甚至能成为图片绘制的工具。目前， e c l i p s e 已经开始提供c 语言开发的功能插件。更难能可贵的是，e c l i p s e 是一个开放源 代码的项目，任何人都可以下载e c p s e 的源代码，并且在此基础上开发自己的功能插 件。也就是说未来只要有人需要，就会有建立在刚p s c 之上的c o b o l ，p e d ，p ”h o n 等语言的开发插件出现。同时可以通过开发新的插件扩展现有插件的功能，比如在现有 的j a v a 开发环境中加入t o m c a t 服务器插件。可以无限扩展，而且有着统一的外观，操 作和系统资源管理，这也正是e c l i p s e 的潜力所在。 1 2 北方工业大学硕士学位论文 通过这款功能强大且免费开源的软件开发平台，可以满足开发系统时对g u i 、数据 库、和特殊插件的应用需要，使系统开发时间和效率大大提高。 2 5 3 开发语言选择 基于本系统开发目标制定的跨平台、灵活可移动、低成本要求，由于j a v a 语言特 点的突出优势最终选定其为开发语言。j a v a 语言有下面一些特点：简单、面向对象、鲁 棒、安全、体系结构中立、可移植、高性能、多线程以及动态性。 励华雒，j a v a 语言是一种面向对象的语言，它通过提供最基本的方法来完成指定 的任务，只需理解一些基本的概念，就可以用它编写出适合于各种情况的应用程序。 j a v a 略去了运算符重载、多重继承等模糊的概念，并且通过实现自动垃圾收集大大简 化了程序设计者的内存管理工作。另外，j a v a 也适合于在小型机上运行，它的基本解 释器及类的支持只有4 0 k b 左右，加上标准类库和线程的支持也只有2 1 5 k b 左右。 库和线程的支持也只有2 1 5 k b 左右。 历殇物已，j a v a 语言的设计集中于对象及其接口，它提供了简单的类机制以及动 态的接口模型。对象中封装了它的状态变量以及相应的方法，实现了模块化和信息隐 藏；而类则提供了一类对象的原型，并且通过继承机制，子类可以使用父类所提供的 方法，实现了代码的复用。 强宕拦，j a v a 在编译和运行程序时，都要对可能出现的问题进行检查，以消除 错误的产生。它提供自动垃圾收集来进行内存管理，防止程序员在管理内存时容易产 生的错误。通过集成的面向对象的例外处理机制，在编译时，j a v a 提示出可能出现但 未被处理的例外，帮助程序员正确地进行选择以防止系统的崩溃。另外，j a v a 在编译 时还可捕获类型声明中的许多常见错误，防止动态运行时不匹配问题的出现。 黄坌差六用于网络、分布环境下的j a v a 必须要防止病毒的入侵。j a v a 不支持指 针，一切对内存的访问都必须通过对象的实例变量来实现，这样就防止程序员使用”特 洛伊”木马等欺骗手段访问对象的私有成员，同时也避免了指针操作中容易产生的错 误。 鲈蒹缮纷乒玉j a v a 解释器生成与体系结构无关的字节码指令，只要安装了j a v a 运行时系统，j a v a 程序就可在任意的处理器上运行。这些字节码指令对应于j a v a 虚拟 机中的表示，j a v a 解释器得到字节码后，对它进行转换，使之能够在不同的平台运 行。 1 3 北方t 业人学硕士学位论文 刀移措拦，与平台无关的特性使j a v a 程序可以方便地被移植到网络上的不同机 器。同时，j a v a 的类库中也实现了与不同平台的接口，使这些类库可以移植。另外， j a v a 编译器是由j a v a 语言实现的，j a v a 运行时系统由标准c 实现，这使得j a v a 系 统本身也具有可移植性。 蔚z 等百龄和其它解释执行的语言如& 峪i c 、t c l 不同，j a v a 字节码的设计使之 能很容易地直接转换成对应于特定c p u 的机器码，从而得到较高的性能。 多貂多线程机制使应用程序能够并行执行，而且同步机制保证了对共享数据 的证确操作。通过使用多线程，程序设计者可以分别用不同的线程完成特定的行为， 而不需要采用全局的事件循环机制，这样就很容易地实现网络上的实时交互行为。 动檄j a v a 的设计使它适合于一个不断发展的环境。在类库中可以自由地加入新 的方法和实例变量而不会影响用户程序的执行。并且j a v a 通过接口来支持多重继承， 使之比严格的类继承具有更灵活的方式和扩展性。 2 5 4 数据库选择 由于开发目标限定了系统的跨平台、跨网络、灵活可移动性特性，因此在数据库选 用上一样需要遵循此要求。通常的数据库应用模式都是基于客户服务器模式，应用程 序通过与数据库服务器建立连接来存取数据库中的数据。如果采用此模式，必然需要运 行系统是部署数据库服务器，并且需要所运行的操作系统支持数据库服务器，给整个远 程医疗软件系统的跨平台和灵活性带来了不便。 所以，本系统采用了嵌入式数据库模式。所谓嵌入式数据库，是指运行在本机上、 不用启动服务端的轻型数据库，它与应用程序紧密集成，被应用程序所启动，并伴随应 用程序的退出而终止。此外，d e r b v 数据库作为嵌入式数据库还具备以下特点： 旦曼也y 是= 仝差丕型麴握廑：保证了该数据库的数据管理的逻辑严密性。 旦曼也y 是二仝旦纯j 丛垒塞现的数握庄：保证了它集成于整个软件系统后带有j a v a 的 跨平台特性。 旦曼也y 是二仝珏近的数握廑：保证了应用开发成本的低廉。 旦曼! 坠y 星二仝= ! 旦k 互凼置的数握庭! 保证了程序开发的高效率。 1 4 北方工业火学硕士学位论文 2 6 小结 系统分析首先明确了系统的开发满足远程医疗信息的传输、存储、查询要求并具有 跨平台、跨网络、灵活稳定和低成本特性的远程医疗软件系统。据此目标，在系统原理 部分进一步阐述了统结构图和需要传输和处理的数据信息；介绍了在整个系统运行中处 于重要位置的传输协议，并细化了系统功能需求。最后，强调了开发语言、开发平台、 数据库选择在满足开发目标中的作用。 通过系统分析，将现实中的需求转化为了具体功能和特点需求，给进一步的概要设 计提供了依据。 1 5 - 北方t 业大学硕+ 学位论文 3 概要设计 3 1 概要设计目标 在系统分析阶段明确了需求、原理、标准、约束的基础上，系统概要设计的主要任 务是建立满足需求、具有较好的可重用性、可扩展性和成本优势的远程医疗软件系统的 整体框架。在概要设计阶段，将完成系统的静态模型设计、动态模型设计的工作。 在静态模型设计中，首先将软件系统划分成为驱动层、中间层与应用层三个彼此依 赖又相互独立的软件层次，并把每个层次细化成为不同的功能模块，并确定了层次、模 块化的工程组织模型。 在动态模型设计中，主要完成了各个层次模块之间的数据与信息交互设计，明确了 各个模块间的调用关系，同时对多任务系统进行了任务划分与任务通信模式。 3 2 静态模型设计 3 2 1 逻辑层次抽象 软件系统结构设计上，历来存在“分工 的思想，那就是层次结构。著名的层次结 构如开放系统互连参考模型( 0 s i ) 。层次结构的特点是：上层使用下层提供的服务，且仅 通过调用层次间的特定接口获取下层服务，下层暴露特定接口为上层提供特定服务，且 不依赖于上层，也不知道上层的存在。下层次与相邻上层之间为一对多的关系，即同一 个下层可能为不同的上层提供服务。这里的层次指逻辑意义上的层。 在概要设计阶段，将系统逻辑上划分成为相互调用、相互依存，又彼此抽象、独立 的三个层次，是指导整个概要设计阶段的基础结构，是模块划分、工程文件组织、动态 模型建立、任务划分的指导前提。在原参考设计的软件结构中，系统并没有明显的层次 概念，层次与模块间耦合度较高，不利于软件的复用与扩展。 根据系统的结构和逻辑特点，以提高系统的可重用性和可扩展性为目标，将系统自 底向上依次为驱动层、中间层、应用层，加上系统层和硬件层构成如下图7 ： 1 6 北方工业人学硕士学位论文 整个系统 用户图形应用层 逻辑控制中间层 工具驱动层 操作系统和硬件层 图3 1 逻辑层次抽象 为了完整，添加操作系统层和硬件层，这两层主要指系统运行的硬件平台。由于系 统的跨平台性，这两层的属性不用进一步细化，交给i a v a 虚拟机即可。 工舆驱霉移蜃蚤为上层提供于硬件平台无关的抽象调用接口。通过工具驱动层次的封 装，本系统软件能够得到很好的重用性。若无驱动分层，一方面，这样的程序中，驱动 层软件更关注与设备的控制实现，为用户上层软件提供的接口硬件相关性比较大，在这 样的硬件层基础上实现的上层软件，可重用性较差。通过驱动抽象层的设计，可以大大 提高远程医疗软件系统的可重用性。 逻辑搓确学煽中间层是运行与资源调度的核心。中间层完成任务的调度、状态 管理、数据组织管理并图形界面系统开发接口等功能，起到承上启下的重要作用。中间 层次的划分，一方面，使得各种资源、状态、数据得到集中管理和调度，使得上层应用 逻辑变得简单，使的开发周期缩短，应用层软件更容易修改，提高程序的可扩展性：另 一方面，也使上层应用软件的开发与特定的驱动和操作系统无关，大大提高了应用软件 的可重用性；此外，在中间层的设计中，将中间层细化为数据通讯模块、数据存储模块 与患者和诊断信息管理模块，通过在操作系统抽象层基础上自主开发可移植性g u i 风 格的方式，为系统提供了丰富通用的图形化开发资源，大大缩短了开发周期，降低了开 发与维护成本，提高了系统的可扩展性。