中國科學技術大學碩士學位論文 摘要 摘要 醫學圖像存檔和通信系統( p a c s ) 是近二十年來隨著數字成像技術、計算機技 術、網絡技術發展而迅速成長起來的醫療應用信息系統，其主要功能是對數字化 成像設備生成的醫學圖像進行存儲、管理和傳輸。它的研究和應用能推進無膠片 化進程，疏通醫院影像工作流程，降低存檔和管理成本，加速影像傳輸和共享速 度，提高診療效率，為病患者帶來更加高效、快捷、人性化的服務。 當前西方發達國家中，p a c s 在醫療機構中已經得到廣泛應用，相關技術也成 為了研究熱點。我國p a c s 的研究開發還處于發展階段，隨著經濟水平的提升和醫 院信息化的進步，市場需求和應用前景十分樂觀。不過國內開發的p a c s 還存在一 些不足，真正擁有d i c o m 底層技術開發能力的廠商不多，基于網絡并能和r i s 、 h i s 連接的p a c s 產品較少，醫學圖像處理能力不強，三維重建、虛擬內窺鏡等高 級圖像處理功能也很少見。 本文研究目標是設計實現一個既適合中國國情又符合d i c o m 30 標準的 p a c s ，主要完成了以下工作： 1 ) 從p a c s 的需求和應用分析入手，闡述t p a c s 的設計方案，提出自己的p a c s 架構，并規劃了各功能模塊。 2 ) 研究了影像工作站的設計方法，提出了影像工作站圖像瀏覽功能的控制 系統模型，并在此模型基礎上設計了交互式圖像測覽功能模塊。 3 ) 自主設計和實現了圖像瀏覽功能模塊的d i c o m 文件解讀器和圖像文字信 息映射轉換器兩個功能組件。 關鍵詞：醫學圖像，p a c s ，d i c o m ，影像工作站，醫學圖像瀏覽器 p a c s 系統設計和幽像瀏覽功能實現 a b s tr 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 m ( p a c s ) h a sb e e nd e v e l o p i n g w i t ht h ep r o g r e s si nd i g i t a lp h o t o g r a p h y ，c o m p u t e ra n dn e t w o r kt e c h n o l o g y i nt h el a s tt w od e c a d e s i ti sam e d i c a li n f o r m a t i o ns y s t e mt h a ts o l v e t h ep r o b l e m so fm e d i c a li m a g e ss t o r a g e ，t r a n s m is s i o na n dm a n a g e m e n t p a c s d e v e l o p m e n tw i l la c c e l e r a t et h e p r o g r e s s o f h o s p i t a li n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g ，r e d u c et h ec o s t ，e n h a n c et h ee f f i c i e n c ya n dp r o v i d em u c h b e t t e rs e r v i c e st op a t i e n t s i nm o s td e v e l o p e dc o u n t r i e s ，p a c si su s e dw i d e l y i n c h i n a ，t h ed e m a n d o fp a c si si n c r e a s i n gr a p i d l y ，b u tt h er e s e a r c hi s i np r e l i m i n a r vs t a t e a n dt h e r ea r es t i l lm a n yp r o b l e m s o n l yaf e wr e s e a r c h e r sh a v ec a u g h tt h e m e a n i n go fd i c o m ，m a n yp a c sp r o d u c t sc o u l dn o tc o n n e c tw i t hh i so rr i s ， m o s to fp a c sp r o d u c t sh a dl i t t l ea d v a n c e di m a g ep r o c e s s i n gs e r v i c e s ，s u c h a s3 dr e c o n s t r u c t i o na n dv i r t u a le n d o s c o p e s ( v e ) b a s e do nm a n ya d v a n c e dt e c h n o l o g i e so nm e d i c a li m a g ep r o c e s s i n go f o u rl a b o r a t o r y ，w ed e c i d e dt od e v e l o pap a c bm e a s u r eu pt h es t a n d a r do f d i c o m 3 0a n dm a t c ht h en e e do fm o s th o s p i t a l si nc h i n a ，o u rw o r kc a nb e o u t l i n e da st h ef o l l o w i n g ： 1 ) r e s e a r c h i n gt h ec u r r e n ts i t u a t i o no fp a c si nc h i n a ，a n dt h e nd e s i g n t h ef r a m eo fp a c s ，d i v i d et h ew h o l es y s t e mi n t os e v e r a lm o d u l e s 2 ) w ee m p h a s i so nt h ed e s i g no fi m a g ew o r k s t a t i o n ，f i g u r eo u tt h e c o n t r o ls y s t e mm o d e l ，a n dt h e nt h em e t h o do f d e s i g n i n gi m a g e b r o w s e rb a s e do nc o n t r o l s y s t e mt h e o r yi sp r e s e n t e d 3 ) m e t h o d so ff i n i s h i n gd i c o ma n a l y z e ra n di n f o r m a t i o n m a p p i n g t r a n s f o r m e ra r ejn t r o d u c e d k e y w o r d s ：m e d i c a li m a g e ，p a c s ，d i c o m ，i m a g ew o r k s t a t i o n ，m e d i c a li m a g e b r o w s e r 中國科學技術大學碩士學位論文 第一章緒論 1 1p a c s 的產生與發展 第一章緒論 醫學圖像存檔與通信系統( 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 ) ，是近年來由醫學影像技術、數字化圖像技術、計算機技術和網絡通信技 術相結合所產生的醫療信息系統，目的是全面解決醫學圖像的獲取、顯示、存儲、 傳輸和管理問題“。它用數字影像資料庫取代了傳統的醫學圖像膠片庫，通過 計算機和網絡通信設備對醫學圖像信息進行存儲、管理及傳輸，幫助醫生更加快 捷方便的進行圖像相關的醫學檢查和診斷。 p a c s 的產生首先源于現代醫學技術在實際運用中的需求。隨著現代醫學技 術的發展和先進醫療設備的廣泛運用，x 射線、c t 、m r 、超聲等產生醫學圖像 的檢查手段在醫院的診療工作中起到越來越重要的作用 引。使用傳統檢查辦法得 到的醫學圖像都是膠片形式的，管理和傳輸也都是圍繞這些膠片。而在有一定規 模的現代醫院中，頻繁大量的醫學檢查使得膠片以每天成百上千張的飛快速度產 生著，伴隨時間推移，膠片的囤積量會極為巨大，這給保存、查閱、管理和傳輸 這些醫學圖像資料帶來了很多困難，費時費力而且效率低下，無法滿足現代醫院 對大量醫學圖像資料的存檔和傳輸要求。所以小空間大容量的存儲，快捷方便的 查閱，安全迅速的傳輸，已經成為現代醫院對醫學圖像資料管理的普遍需求。 p a c s 產生的另外一個重要原因是近幾十年來電子技術、計算機技術和通信 技術的飛速發展。數字化影像設備的出現，使得醫學影像能夠直接從檢查設備中 獲取，并且以數字信息的形式存在；大容量存儲介質和圖像壓縮技術的應用，使 數字圖像可以占用很小的空間進行海量存儲；成熟的數據庫技術使管理大量信息 資料變得十分容易，查詢起來也快速便捷；網絡通信技術的飛躍，使數字信息可 以在醫院內部甚至不同國家之間快速而準確的傳輸。因此采用p a c s 技術，采集 數字化的醫學圖像，應用計算機進行歸檔和存儲，通過網絡技術進行圖像共享和 傳輸，能極大的節約成本和人力，加快醫學影像查詢和傳輸速度，提高珍斷效率， 提供更優質的醫療服務 4 1 s l 。 p a c s 系統設計和圖像瀏覽功能實現 p a c s 的概念在二十世紀八十年代形成，從產生至今，在短短二十幾年間取 得了飛速發展 6 】 ”。上世紀七、八十年代“數字放射診斷學”( d i g i t a lr a d i o g r a p h y ) 和“數字影像傳輸與顯示”( d i g i t a li m a g e c o m m u n i c a t i o na n dd i 印l a y ) 這兩個概 念相繼被提出，同時c t 、超聲波、核磁共振( m r i ) 、c r 和數字減影( d s a ) 等醫學影像技術也不斷問世，這些為p a c s 的產生奠定了基礎。此時在西方發達 國家，隨著基于計算機的醫院管理信息系統的研究和實施，服務于醫療的信息系 統研究也逐漸興起，p a c s 由此開始了它的起步發展。在美國，1 9 8 2 年1 月，國 際光學工程學會( i n t e r n a t i o n a ls o c i e t yf o ro p t i c a le n g i n e e r i n g ) 舉行了第一次關于 p a c s 的國際會議；在日本，1 9 8 2 年7 月，j a m i t ( j a p a n a s s o c i a t i o no f m e d i c a l i m a g i n gt e c h n o l o g y ) 舉辦了第一次國際研討會；在歐洲，e u r op a c s ( p i c t u r e a 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 si ne u r o p e ) 自1 9 8 3 年開始每年都舉辦會議 討論p a c s 【8 1 。第一個p a c s 的研究計劃開始于1 9 8 3 年美國陸軍的一個遠程放射 診斷系統( t e l e r a d i o l o g y ) 項目，之后在1 9 8 5 年美國陸軍又開始了d i n p a c s ( i n s t a l l a t i o ns i t ef o r d i g i t a li m a g i n gn e t w o r ka n dp i c t u r ea r c h i v i n ga n d c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 計劃。1 9 9 5 年第一代商業p a c s 產品問世，p a c s 開始 了迅速壯大的過程。現在，國外和國內很多大型醫療設備公司都在開發p a c s ， p a c s 的應用也開始普及。 伴隨p a c s 技術的發展，p a c s 產品和行業標準也在不斷發展和完善。在二 十世紀八十年代，很多數字醫療影像設備公司就開始設計生產了自己的m i n i p a c s ，但是早期的醫學數字圖像格式都是由各個設備生產廠商自己確定的專有 格式，只能夠聯自己廠家的影像設備，別人無法使用。隨著計算機設備在醫學成 像領域的大規模應用，p a c s 產品的大量產生，迫切需要為不同廠家制造的設備 之間傳輸圖像和其它信息建立一個標準。1 9 8 3 年，美國放射學會( a m e r i c a n c o l l e g eo fr a d i o l o g y ，a c r ) 和美國電器制造商協會( 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 r sa s s o c i a t i o n ，n e m a ) 成立了一個聯合委員會開發相關標準。1 9 8 5 年，a c r n e m a 標準1 0 版發布，隨后又分別頒布了兩個修改版本，到1 9 8 8 年 發布了a c r - n e m a 標準2 0 版。至1 9 9 3 年，在a c r n e m a 2 0 標準的基礎上， 增加了通信方面的規范，同時重新修改了圖像格式中部分信息的定義，d i c o m 3 0 ( d i g i t a l i m a g i n g a n d c o m m u n i c a t i o n s i n m e d i c i n e ) 標準因而定形，并成為醫學 中國科學技術大學碩士學位論文第一章緒論 影像發各的標準通信協議。1 9 9 4 到1 9 9 5 年核醫學和超聲波部分重新定稿后該標 準漸趨完善，后來該標準又增加和完善了不少內容( 9 。至今d i c o m3 0 標準仍然 在發展完善中。 1 2p a c s 的國內外研究現狀 從二十世紀八十年代初開始，歐美國家及日本經過十幾年的研究建造了一些 實用的p a c s 。這些早期的p a c s 主要使用的是專用設備，整個系統的造價十分 昂貴，對于大多數醫院來說都難以承受。進入九十年代，計算機圖形工作站的產 生以及網絡技術的發展使p a c s 的整體造價有所下降。到九十年代末期，隨著計 算機性能的迅速提高和網絡通訊的飛速發展，p a c s 終于可以建立在被多數醫院 都能接受的水平之上。當前在發達國家p a c s 系統已經得到了廣泛的應用，并且 不斷與新技術結合，很多廠商都推出了比較完善的p a c s 系統軟件。p a c s 的應 用范圍也在不斷拓展，從早期的處理放射科影像開始，目前已擴展到所有的醫學 圖像領域，如心臟病學、病理學、眼科學、皮膚病學、核醫學、超聲學以及牙科 學等 ” 1 0 1 。p a c s 也逐漸開始引入多媒體、語音識別等新興的信息通訊技術。在 美國，隨著網絡信息技術的發展，擁有了許多把醫療成像系統與網絡結合起來的 p a c s ，遠程放射學( t e l e r a d i o l o g y ) 也已成為p a c s 的一個組成部分，實現了 真正意義上的遠程會診j ；在歐洲，p a c s 與醫院信息系統融合，形成日趨爆炸 的醫學信息網，并產生了越來越多的應用方向嘲；在亞洲一些發達國家，如日本、 韓國、新加坡，經過幾年的發展，特別是一些國家的政府大力扶持之下，p a c s 系統也已經實用化，并取得了相當的進展 1 3 1 1 4 】。 與發達國家相比，我國經濟水平尚有一定的差距，醫院的經濟承受能力較弱。 在當前的經濟條件下，大多數醫院還負擔不起p a c s 的昂貴價格，同時在我國醫 院中醫院信息系統( h o s p i t a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，h i s ) 、放射科信g n f 究( r a d i 0 1 0 9 v i n f o r m a t i o ns y s t e m ，r j s ) 等醫學信息系統起步也較晚，很難a , g p a c s 直接與醫院 里成熟的h i s * i r i s 相連，n 巋 p a c s 在我國仍然處于發展階段f ”i t 5 。由于國內不 同醫院經濟、技術等實際情況不盡相同，在當前階段構建p a c s 只能是各盡所能、 因地制宜。目前我國己有許多的公司在試制、試行或實施p a c s ，多種類型的單 機工作站也已被很多中小醫院接受，但是總體而言國內的p a c s 開始研究的晚， p a c s 系統設計和圖像瀏覽功能實現 而且存在幾個問題【7 u 6 】t i t 。一是真正擁有d i c o m 底層開發能力的廠商不多，有 些廠商系統底層的d i c o m 模塊并沒有自己的知識產權，對d i c o m 標準的理解程 度和掌握水平也有限，導致其產品穩定性差，兼容性差，一旦上新的設備就容易 出現不能和現有p a c s 正常連接的情況：二是基于網絡的p a c s 產品較少，大部分 產品其實就是各種工作站，難以談得上全院的信息共享和遠程傳輸；三是在醫學 圖像處理的穩定性和速度方面有欠缺，特別是圖像的高級后處理功能還有待開發 和完善。因此，如何開發出能夠符合國際標準又適合中國醫院情況的p a c s ，是 我國p a c s 開發的首要問題。 由于應用性和針對性很強，p a c s 也是個性化的系統產品。開發的時候必須 在采用標準d i o c m 協議的基礎上根據不同醫院的實際情況，對工作流程進行必 要的調整，以切實滿足各醫院各科室的需要。在我國由于地區發展的不平衡，各 地經濟水平和管理辦法上的差異，p a c s 的個性化就尤其需要考慮了。國外的 p a c s 產品大都很難滿足國內醫院的個性化需要，因為國外的工作流程、習慣等 與我國相差太遠，也很少提供中文操作界面，難以生成實用的診斷報告，而國內 醫院把打診斷報告作為p a c s 的相當重要的一個功能。所以國外的p a c s 產品不 完全適用我國的醫院使用，同時，國外產品價格也相對昂貴。總體來晚，國內廠 商的產品占據了國內p a c s 的大量市場u s 。 1 3 課題研究意義 就當前國內外應用情況而言，p a c s 一般可以分為m i n ip a c s 、p a c s 和 e n t e r p r i s ep a c s 三種口1 8 1o 其中m i n i p a c s 一般是單一科室專用的，比如超聲波 m i n ip a c s 、心臟m i n ip a c s 、核醫學p e t 等。傳統意義上的p a c s 一般指的是 放射科用的p a c s ，用于醫學圖像的顯示、測量、標注、歸檔和傳輸等，通常要 負責處理c t 、m r i 、c r 、d r 和超聲波圖像。e n t e r p r i s ep a c s 是全院、全企業 級的p a c s ，它可以普遍應用于醫院的多科室，與醫院的其它醫學信息系統連接， 廣泛支持醫學影像的多種模式，在國內和亞洲一些地區還可能支持各種內窺鏡、 顯微鏡和心電圖等。 目前需求最大也是國內應用最廣的還是放射科p a c s ，但是國外引進的p a c s 往往不適合中國國情，國內廠家設計的p a c s 很多又不符合國際標準。所以我們 中國科學技術大學碩士學位論文 第一章緒論 自主設計了一個用于放射科的功能比較完善的p a c s ，既適合中國國情，又符合 國際標準，并能充分適應國內醫院影像科室的需求。 p a c s 的研究和應用意義重大。它用數字化的方法管理醫學影像，解決了傳 統膠片管理辦法在醫學圖像的存儲、歸檔、傳輸方面的高成本、低效率的問題。 p a c s 疏通了醫院從病人登記到醫學影像檢查再到醫生診斷的工作流程，提高了 設備應用和醫生工作的效率，從而增加了效益。應用p a c s 可以快速、方便地在 醫院相關科室隨時調閱圖像進行診斷，避免了膠片傳遞過程中存在的丟失、傳錯 等隱患和時間的浪費，提高了檢查和診斷的工作效率，節省了患者看病的時間。 p a c s 還便于圖像數據共享，適合開展遠程醫療、多學科會診，克服時間和地域 上的限制，使醫護人員能為各類患者提供及時的診斷、治療和護理。p a c s 的發 展和應用極大地改變了傳統影像科與其他科室的關系，它的大范圍運用必將對放 射學實踐產生極其深刻的影響，促進更加專業化的發展，迫使行業內出現更為激 烈的競爭，使人類醫學進入無膠片時代 1 孫。 p a c s 在節約成本提高效率的同時，還能潛在的提高服務質量和醫院的競爭 力。在醫院方面，提供了更多醫生網絡化協同合作的能力，實現了醫學資料統計 和管理的自動化，更加有利于科研，規范了診斷報告，生成電子病歷，健全了病 人資料的自動化管理。對于醫生，提供更快更有效的從放射科獲取病人圖像信息 的途徑，可以迅速得到病人的以往檢查圖像，并對多種圖像直接參考對比，還能 通過與相關醫生的聯合提供更多的醫療服務。對于病人，意味著更快的診斷和治 療，減少了住院時間；方便地保存病歷和診斷結果；得到專家的服務，享受多科 室醫生合作帶來的更全面更細致的診療。 在當前醫療服務的社會需求不斷增長的背景下，應用p a c s 所帶來的現代化 的管理和服務將有利于提高醫療質量、縮短病患者在醫院的滯留時間，而且更加 有利于吸引和培養人才，提高病人在診療過程中的地位，從而為醫院帶來顯著的 經濟效益，并產生良好的社會效應。 1 4 論文內容安排 論文內容基于我們實驗室的實際研究工作，我參與了其中的p a c s 整體設計 p a c s 系統設計和圖像瀏覽功能實現 和影像工作站設計的工作，獨立完成了圖像瀏覽功能模塊的設計和實現。 本文提出了p a c s 系統的結構設計，研究了p a c s 影像工作站的設計方法， 重點闡述了影像工作站圖像瀏覽功能的設計實現。論文正文內容安排如下： 第一章緒論。調研了p a c s 的產生和發展歷程，探討了研究工作的背景知識。 第二章p a c s 系統結構設計。明確提出了p a c s 設計的目標和原則，考察、 分析了醫院影像工作的實際流程和數據流動的情況，研究了p a c s 所涉及的關鍵 技術，在這些基礎上提出了p a c s 的結構設計方案和實現方法。 ：第三章p a c s 圖像瀏覽功能的設計。根據p a c s 中醫學影像工作站的功能組 成設計了具體結構框架，提出了影像工作站圖像瀏覽模塊的模型，闡述了圖像瀏 覽模塊的軟件結構設計方法。 第四章d i c o m 醫學圖像文件解讀。研究了d i c o m 3 0 標準的主要內容和構 成，分析了d i c o m 醫學文件的結構和組成單元，提出了d i c o m 文件解讀器的 設計和實現方法。 第五章圖像文字信息映射。設計了醫學圖像的顯示內容的層次規劃，研究了 醫學圖像瀏覽時圖像和文字信息的映射關系和顯示方法，并最終實現了完整的醫 學圖像瀏覽功能，主要包括正確解讀出d i c o m 文件內容，準確顯示醫學圖像、 相關文字信息、用戶標注和測量，較好的支持移動、縮放、旋轉、翻轉、放大鏡、 裁剪等多種用戶操作。 第六章總結與展望。總結了全文內容，評價了工作成果，對進一步的工作進 行了展望。 中國科學技術大學碩士學位論文 第二章p a c s 系統結構設計 第二章p a c s 系統結構設計 2 1 設計目標和原則 21 1 系統設計目標 本文研究目標是自主設計和實現一個用于醫院影像科室的p a c s ，滿足國內 醫院放射科的實際影像工作需求，并且符合國際標準，各種醫療影像設備之間以 d i c o f 【3 o 標準聯成網絡。 放射科p a c s 就是傳統意義上講的p a c s ，它是國內醫院目前最常用的p a c s 。 放射科p a c s 規模中等，主要針對c t 、m r 、c r d r 等醫學圖像，通常的用途是： 在醫學圖像存檔方面用數字影像資料數據庫取代傳統的膠片庫，在圖像傳輸方面 用數字影像共享的辦法取代傳統的膠片郵寄和人工帶送，在診斷閱片的時候用醫 生診斷工作站取代傳統的膠片和膠片燈，可以通過i n t e r n e t 進行遠程診斷與專 家會診。 2 1 2 系統設計原則 1 ) 實用性：符合國內醫院影像檢查和診斷的業務流程，滿足放射科醫學影像工 作的實際需要，適于放射科醫師和臨床醫生使用。充分利用醫院現有的設備 和資源。數據管理和維護功能完善，能夠快速傳輸高質量的圖像信息。人機 界面友好，用戶輸入快捷方便。 2 ) 先進性：采用符合國際醫學圖像傳輸標準的d i c o m 3 o 系統結構。使用先進 的計算機技術和網絡技術。 3 ) 可靠性：硬件配置上要根據醫院實際承受能力充分考慮數據存儲設備的穩定 性，系統設計要具有容錯能力，并有良好的故障對策。數據存儲方式要高效 合理，安全可靠。具備用戶權限管理，數據備份和恢復機制。 p a c s 系統沒計和圖像瀏覽功能實現 4 ) 可擴展性：充分考慮p a c s 和r i s 、h i s 的連接，在進行結構設計時要考慮隨 著技術的進步和用戶需求的提升，系統硬件配置的升級和軟件功能的擴展。 系統軟件采用面向對象的設計方法，按功能分為幾大模塊來實現，各主要功 能模塊既能獨立完成任務，又能有機的整合起來構成應用軟件，以利于軟件 的維護和升級。 2 2p a c s 工作流程分析 2 2 1 影像工作傳統流程 放射科p a c s 是圍繞醫院放射科的醫學影像工作流程展開的，串起這個流程 的就是醫學圖像和相應病人信息的數據流【2 0 】。在設計p a c s 之前，必須理清楚傳 統放射科的工作流程和圖像文字信息的數據流向。 先來分析國內醫院影像工作傳統流程，進行影像檢查的病人一般可以分為門 診病人和住院病人兩類，從醫生開了檢查單開始，到影像檢查，到最后進行醫學 治療的整個過程如圖2 1 所示。 圖2 - 1 一般醫院傳統影像檢查流程 中國科學技術火學碩士學位論文 第二章p a c s 系統結構發計 在未應用p a c s 的時候，病人做放射科醫學影像檢查，要經過開單、計費、 預約、檢查、診斷這幾個步驟，整個診療活動要分別經過醫生、財會人員、放射 科醫師的多次處理，要在醫療室、財會室、放射科之間來回穿梭數次。在放射科 的工作流程里，病人要先來一次進行檢查預約，首先由檢查申請單和交費憑證確 認病人身份和檢查類別，然后依據遞交檢查申請單的先后次序來確定病人檢查順 序，最后醫師和病人協商安排好具體的檢查時間；在預約好的時間病人來進行相 應檢查，隨后等候檢查結果；檢查后，醫師按不同的檢查類別，如c t 、m r 等， 分成不同的報告書寫檢查的讀片報告，隨后門診病人的報告點名發出，而住院病 人則統一派人送達。 在這個工作流程中，病人的個人信息和病歷資料要由病人傳送給醫生，病人 的身份資料要從掛號處傳到醫生，再傳送到放射科的醫師，在檢查后病人的影像 資料和影像診斷結果由放射科傳送到具體的臨床醫生，如果需要會診，資料要匯 總后一起傳給會診的專家。這些資料傳送的過程都是手工傳送。 一般情況下，醫院每天的門診量和影像檢查量是相當可觀的。所以在上述的 工作模式下，以門診病人做一次檢查為例，他要先在門診醫生那里開單，然后去 財會等候交費，再去放射科等候身份確認，隨后進行檢查預約，可能再等幾天刊 能再去放射科檢查，檢查了還需要等待診斷報告，拿到報告了需要再跑到醫療室 交給醫生。這樣幾個回合“跑”和“等”的過程，給病人帶來了很多的不便，大 大延誤了時間，也嚴重影像了醫院的醫學檢查效率。 2 2 2 應用p a c s 后的工作流程 p a c s 的使用可以很好的疏通醫院的傳統影像工作流程，使它更加簡單快捷， 省時省力 2 i 】。在使用p a c s 的同時，結合r i s 和h i s ，將會使醫院的影像工作 成本得到大幅度降低，效率得到很大的提高，并為病患者節約大量時間，帶來更 優質高效的診療服務。應用p a c s 之后的影像工作流程優化為圖2 2 所示，圖中 實線是病人的流動情況，虛線是病人資料、醫學圖像資料的流動情況，箭頭指向 為人員、信息流動的方向。 p a c s 系統設計和圖像瀏覽功能實現 報 告 資 料 和 相 關 影 像 資 料 望暖 登塑豎母r i s 一- h 檢查申請單 影像資料 訇一+l8zz告l呋z。z簍-_一一，fp南acs 診斷報告 一一服務器l - r j l 1 竺! ! ：! 竺蘭 l i竺塑! 圈2 - 2p a c s 的影像檢查：r 作流程 病 人 基 杰 資 料 整個診斷治療過程是這樣的： 1 ) 病人先去掛號，掛號處用h i s 終端輸入或者調出病人的信息； 2 ) 隨后病人去相關科室看主治醫生，如果醫生決定需要做影像檢查，于是開檢 查申請單，由醫生或護士從h i s 調入病人資料，并在r i s 終端上輸入申請單； 3 ) 病人接著去放射科，放射科護士或者醫師從r i s 調出申請單和醫囑，應用p a c s 的工作列表( w o r k l i s t ) 導入檢查的信息，做相應的影像檢查；檢查過程中 護士可以在r i s 終端上進行計價工作； 4 ) 檢查后病人直接f m 至t 主治醫生處，放射科將得到的影像傳入p a c s 服務器， 放射科醫師在工作站上做出讀片報告，結果也傳到p a c s 服務器； 5 ) 病人在主治醫生那里，醫生直接用p a c s 工作站觀看影像資料和放射科報告， 隨后就可以進行相應治療。 在這個過程中，病人信息由h i s 輸入或者從電子病歷調出，傳送到r i s ，然 后到p a c s ；醫學影像資料從影像設備獲得，傳送到p a c s 服務器，保存到數據庫， 然后可以在影像工作站和主治醫生的珍斷終端調出，還可以通過網絡傳送到其它 中國科學技術大學碩士學位論文 第二章p a c s 系統結構設計 醫院的p a c s 或者醫生的個人電腦；診斷報告在影像工作站生成，傳送到p a c s ， 之后可以在其它終端調出，也可以隨同影像資料遠程傳輸；最后的醫療診斷結果 可以輸入到p a c s ，傳送到r i s ，h i s ，有條件的生成電子病歷保存。 使用p a c s 后，病人只要從登記處到門診，然后去放射科，之后回到門診， 省去了來回的奔波。病人資料、影像資料和檢查報告都在電腦上輸入和生成，通 過計算機網絡傳送，替代了病人或者護士手工傳送的過程，既保證了安全的傳輸， 也大大加速了傳輸速度，節省了時間，提高了珍療效率。由于p a c s 和r i s 、h i s 的互聯，門診病人和住院病人的影像檢查流程在影像科得到了統一。在放射科， 檢查申請單和病人信息由r i s 調出，p a c s 將負責為病人的檢查排序，根據相關 信息生成工作列表，醫師只要調取列表依次檢查。病人信息、檢查信息、影像資 料和診斷報告等重要信息都保存在p a c s 的數據庫中；在放射科和門診，如果需 要可以將相應的影像資料和診斷報告打印出來，交給病人保存；只要具備相應的 權限，醫生就可以用網絡連接到p a c s ，在不同科室，不同醫院，甚至不同地域 閱片和讀診斷報告，極大方便了醫院的科研和教學工作。 2 3 p a c s 實現的若干關鍵技術 1 ) p a c s 在連接醫學影像設備的時候，需要采取通用的標準，這就是d i c o m 3 0 標準，開發p a c s 必須擁有d i c o m 底層的開發能力，并且充分考慮非d i c o m 設備的互聯。 2 ) 存儲技術：p a c s 中要保存大量的數字化圖像和文字信息，它的存儲方案和存 儲介質，必須依據實際需要和醫院承受能力全面規劃，整體設計【2 2 1 。在線存 儲的情況，要考慮到數據庫的容量、保存時間、查閱頻率、備份設計、恢復 方案和其它的管理功能；離線存儲會涉及到光盤庫、光盤塔技術1 5 i 。 3 ) 與h i s r i s 的集成：r i s ( r a d i o l o g yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，放射科信息系 統) 主要用于放射科的工作流程管理，它包括了病人的文字資料信息、放射 科的日常工作管理等內容；h i s ( h o s p i t a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，醫院信息 系統) 是用于醫院的管理信息系統，它利用電子計算機和通信設備，提供對 病人診療信息和醫院行政管理信息的收集、存儲、處理、提取和數據交換的 p a c s 系統沒計和圖像瀏覽功能實現 能力。r i s 和h i s 更多的是文字信息和工作流程管理，而p a c s 以醫學圖像 為重，先進的p a c s 應該有完善的r i s 和h i s 作為基礎，三者結合能更好的 提高效率。但是國內在這兩個領域的研究和應用，以及它們和p a c s 的結合 上，起步較晚，相對還比較落后。 4 ) 圖像獲取和壓縮技術：醫學圖像的采集涉及到用醫學電子設備直接獲取醫學 數字圖像，或者用掃描儀和視頻采集技術獲取圖像等。圖像壓縮技術被廣泛 應用于數字圖像的存儲和傳輸中，p a c s 要利用有限的存儲空間存儲更多的圖 像，利用有限的比特率傳輸更多的圖像，需采用圖像壓縮的策略和辦法【”。 在p a c s 軟件中，應用圖像壓縮技術可以參照d i c o m 3 0 標準中相關定義，實 現的時候，要考慮編碼速度、壓縮效果、壓縮效率、圖像信噪比等眾多因素。 5 ) 計算機網絡技術：影像設備的互聯，p a c s 和r i s 、h i s 的連接，都要應用到 計算機網絡，設計p a c s 時，要充分考慮圖像在網絡傳送的速度要求，制定 合理的網絡物理結構，選用合適的網絡硬件設備。隨著p a c s 技術的發展和 網絡技術進步，一些基于w e b 的技術在p a c s 中也開始得到廣泛應用，例如 在臨床科室使用終端或者通過網絡遠程連接瀏覽p a c s 圖像和報告時，應用 w e b 瀏覽，或者通過網絡瀏覽器軟件插件來瀏覽。 6 ) 計算機圖像處理技術：利用先進的數字圖像處理技術，對p a c s 中的醫學圖 像進行處理，統計醫學圖像的各種像素信息，突出病灶或用戶感興趣區域， 可以輔助醫生診斷【2 2 】。另外虛擬內窺和三維重建技術也越來越多的融合到了 p a c s 之，中。 2 , 4p a c s 的設計方案 2 4 1 整體設計方案 我們設計的是面向醫院放射科應用的p a c s ，以d i c o m 3 0 標準作為通信標準， 系統軟件運行平臺是高檔p c 機，操作系統使用w i n d o w s 2 0 0 0 。軟件開發于p 4 處 理器的p c 機上，操作系統是w i n d o w s 2 0 0 0 ，軟件開發工具使用了b o r l a n dd e l p h i 7 o ，采用了s q ls e r v e r 作為服務器端的數據庫，m i c r o s o f ta c c e s s 作為客戶 端數據庫。 中國科學技術大學碩士學位論文 第二章p a c s 系統結構設計 2 4 2 硬件布局方案 p a c s 的硬件由以下幾個部分組成：負責系統管理和主控的服務器；多種醫 學成像設備和圖像采集工作站；對各類影像信息和診斷報告存儲、歸檔的設備； 實現醫學影像和其它資料傳輸的網絡；用于醫學影像瀏覽、診斷的讀片工作站、 診斷工作站；獲取病人信息，生成工作列表的預約登記工作站；醫學影像、診斷 報告的輸出設備，如打印機、錄音設備等；預留了h i s 、遠程會診工作站及其它 多種連接p a c s 的接口”“。圖2 3 是我們設計的p a c s 的拓撲結構。 剴2 - 3p a c s 組成結構圖 為了充分考慮系統的穩定性和數據的安全性，我們采用了雙服務器系統的 p a c s ，在這種結構下，醫院做影像檢查的工作流程將如下所述： 1 ) 病人到醫院后首先去掛號處掛號交費，然后去相關科室的醫生處就診。如果 醫師覺得需要進行影像檢查，就填寫申請單，然后病人拿申請單到門診處劃 價交費。如果醫院有h i s 和r i s ，那么這些工作將在h i s 的終端完成，病人 的相關信息( 姓名、性別、年齡等) 傳送到醫院h i s 中( 預留了與h i s 融合 的接口，實際應用中要考慮該醫院h i s 的具體情況) ，從而在各科室可以通 過終端查到待檢查病人的身份信息、交費情況甚至病歷信息等。 p a c s 系統設計和圖像瀏覽功能實現 2 ) 病人交費后拿著申請單和交費收據來到放射科，或者申請單、交費信息和醫 囑信息通過h i s 與r i s 傳送到放射科。在預約登記工作站，對于初次就診的 病人，需要輸入患者姓名、性別等基本信息，選擇好檢查部位和檢查項目等， 進行預約：對于復診病人，通過讀取病人信息數據庫，獲取登記列表，查找 到病人i d ，病人姓名等相關信息，然后加入此次檢查的部位，完成新的預約。 一般來說，一條檢查記錄由i d 號和病人姓名唯一確定，如果是首次拍片， 則需要錄入病人的相關信息。 3 ) 預約之后，病人到放射科拍片，通過輸入病人信息或者通過工作列表可以從 p a c s 服務器獲得病人的信息。 4 ) 拍片完畢生成醫學圖像后，d i c o m 標準的數字化醫學圖像傳送到p a c s 主服務 器。放射科的讀片醫生通過病人i d 、檢查日期等唯一標志檢查的信息從p a c s 服務器獲取醫學圖像，做出讀片報告，然后讀片報告上傳到p a c s 主服務器； 病人可以拿到診斷報告和打印出來的片子回到門診醫生處就診，也可以什么 都不拿，直接回到門診醫生處就診。 5 ) 門診醫生使用滲斷工作站，根據病人的i d 等能唯一標識病人的字段到p a c s 主服務器的數據庫中下載該病人拍攝的醫學圖像和相關的讀片報告。醫生瀏 覽醫學圖像，參考讀片報告做出診斷報告，并且上傳到服務器，隨后對病人 采取相應的醫療手段。 6 ) 最后病人可以拿著打印出來的報告( 包含文字和圖像信息) 和打印的膠片離 開醫院，完成就醫過程。 2 43 軟件構架方案 系統軟件功能分為幾大部分，主要包括預約登記模塊，數據庫管理模塊，圖 像采集模塊，用戶權限模塊，報告模塊，數據備份模塊，d i c o m 傳輸及d i c o m 查 詢、獲取模塊，三維重建模塊和虛擬內窺鏡模塊。 數據庫采用三層結構，服務器數據庫，客戶端數據庫和應用服務器。服務器 端數據庫采用m ss q ls e r v e r 2 0 0 0 ，客戶端數據庫采用a c c e s s 2 0 0 0 ，應用服務器 主要完成客戶端提交的查詢，根據需要向客戶端湍傳送圖像數據，保存客戶端提 中國科學技術大學碩士學位論文 第二章p a c s 系統結構設計 交的報告等。 預約登記模塊負責錄入病人的詳細信息，確定檢查部位、檢查設備、檢查方 法、檢查費用和臨床信息。如果有h i s 和r i s ，則可以列出待診病人及相關信息， 病人相關信息自動獲取、病人歷史影像自動再現。 圖像采集模塊包括標準d i c o m 設備的直接獲取，掃描圖像轉化為標準d i c o m 格式，視頻圖像采集并轉化為標準d i c o m 格式，其他非d i c o m 設備的采集和轉化 為標準d i c o m 格式，b m p 、7 p e g 格式圖像轉化為d i c o m 格式。 圖像瀏覽模塊，數據庫管理模塊，d i c o m 傳輸及d i c o m 查詢、獲取模塊，三 維重建模塊和虛擬內窺鏡模塊，報告模塊等將在后面的影像工作站設計中具體介 紹。此外系統預留了h i s r i s 接口，w e b 服務器。 2 4 4 數據存儲方案 圖像數據服務器和報告服務器在同一臺p c 機上。圖像數據的備份采用光盤 刻錄的方式。服務器數據庫的備份采用m ss q ls e r v e r 2 0 0 0 的備份數據庫功能。 2 4 5 實驗環境 1 ) p a c s 軟件運行環境 服務器硬件配置和軟件環境如表2 1 所示。 表2 一l 服務器硬件和軟件配置 系統服務器高性能w i n d o w s 2 0 0 0s e r v e r 服務器 硬盤4 0 0 g 內存 1 g b 顯示器1 7 寸全平 顯分辨率1 0 2 4 7 6 8 ，3 2 位真彩，3 2 m 以上顯存 離線存儲d v d 刻錄光驅 操作系統 w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 或w i n d o w ss e r v e r2 0 0 3 數據庫m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 打e p j t可選 網卡 i o m i o o m 自適應網卡 p a c s 系統設計和圖像瀏覽功能實現 客戶端硬件和軟件配置如表2 2 所示。 表2 - 2 客戶端硬件和軟件配置 c p ui n t e l p 4l8 g 內存5 1 2 m 硬盤 8 0 g 顯示器1 7 寸全平 顯卡分辨率1 0 2 4 7 6 8 ，3 2 位真彩，3 2 m 以上顯存 c d r w d v d 刻錄光驅 打印機可選 網昔 o m l _ 6 0 m 自適應網卡 操作系統 w i n d o w s2 0 0 0 2 ) 軟件分發 服務器端程序和客戶端程序分別做成了可執行的安裝程序，在實驗的服務器 和客戶端的w i n d o w s 2 0 0 0 操作系統上，運行安裝的e x e 執行文件即可自動進行 安裝，整個安裝過程不需要別的手動配置。 3 ) 數據庫 數據庫的表主要有s t u d y ，s e r i e s ，i n s t a n c e ，m e d i c a l i m a g e ，r e p o r t 等表，分 別記