郭華源

解放軍總醫(yī)院 計算機應(yīng)用與管理科，北京 100853

醫(yī)學(xué)影像集中存儲系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

郭華源

解放軍總醫(yī)院 計算機應(yīng)用與管理科，北京 100853

目的 實現(xiàn)“以病人為中心”多種影像數(shù)據(jù)的集中存儲與管理?；贒ICOM接口，面向醫(yī)院各科室提供病人的長期影像數(shù)據(jù)的檢索調(diào)閱。方法 針對醫(yī)學(xué)影像集中存儲系統(tǒng)的建設(shè)需求和影像接收、存儲和調(diào)閱等重點問題，設(shè)計了影像集中存儲系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。依照DICOM通訊標(biāo)準(zhǔn)對影像數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)無損/有損壓縮存儲、組合條件檢索調(diào)閱與基于當(dāng)前上、下文的影像調(diào)閱等主要集成問題進行了全面測試。結(jié)果 系統(tǒng)至今已平穩(wěn)運行近3年時間，取得了良好的應(yīng)用效果。結(jié)論 放射、超聲、病理、核醫(yī)學(xué)、消化內(nèi)鏡等各種檢查影像集中、長期存儲，可為臨床醫(yī)生提供實時、全面、高效、便捷的影像調(diào)閱服務(wù)。

醫(yī)學(xué)影像；集中存儲；檢索調(diào)閱；PACS；DICOM

作為全國首批數(shù)字化示范醫(yī)院之一，我院已經(jīng)完成放射[1]、超聲、病理、核醫(yī)學(xué)[2]、消化內(nèi)鏡等各檢查科室信息系統(tǒng)與醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）的集成，實現(xiàn)了病人基本信息、檢查信息和檢查報告的共享。同時，建立影像歸檔和通信系統(tǒng)（PACS）[3-4]，實現(xiàn)普放、CT、磁共振、數(shù)字胃腸、數(shù)字乳腺等放射檢查影像的集中存儲管理，并面向全院提供放射影像檢索與調(diào)閱服務(wù)。但是，超聲、病理、核醫(yī)學(xué)、消化內(nèi)鏡等影像數(shù)據(jù)還是分散存儲在各個檢查科室系統(tǒng)的服務(wù)器內(nèi)，既不便于對各種影像進行統(tǒng)一管理，如歸檔和備份，又不便于面向臨床、科研和教學(xué)提供便捷全面的影像檢索與調(diào)閱服務(wù)。因此，希望通過建立醫(yī)學(xué)影像集中存儲系統(tǒng)，實現(xiàn)放射、超聲、病理、核醫(yī)學(xué)、消化內(nèi)鏡等各種影像數(shù)據(jù)的集中長期存儲和檢索，為臨床提供全面、高效、便捷的影像調(diào)閱服務(wù)。

1 系統(tǒng)需求

醫(yī)學(xué)影像集中存儲系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)“以病人為中心”多種影像數(shù)據(jù)的集中存儲與管理，并基于DICOM接口面向醫(yī)院各科室提供病人長期影像資源的檢索調(diào)閱。因此，系統(tǒng)需求主要包括5個方面。

（1）以DICOM通信方式接收來自放射、超聲、病理、核醫(yī)學(xué)、消化內(nèi)鏡等檢查科室服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的影像文件，按照日期以統(tǒng)一的文件格式分別存儲。這些影像數(shù)據(jù)源自不同Modality，不僅包括普放、CT、磁共振、數(shù)字胃腸、數(shù)字乳腺、核醫(yī)學(xué)等由檢查設(shè)備直接產(chǎn)生的DICOM影像文件[5-6]，而且還包括超聲、病理、消化內(nèi)鏡等先經(jīng)采集卡采集再進行DICOM格式轉(zhuǎn)換的“二次獲取”[7]影像文件。

（2）影像集中存儲系統(tǒng)的用戶主要分為兩類[8]。一類是關(guān)注病人近期所作的各種放射、超聲、內(nèi)鏡等檢查影像，直接服務(wù)于臨床診斷、手術(shù)和治療，要求圖像質(zhì)量好，分辨率高；另一類是關(guān)注病人一段時期內(nèi)所作的多次影像檢查，目的是進行病情比對、病歷回顧和科研教學(xué)等，要求圖像比較清晰、數(shù)據(jù)長期在線。

（3）由于X線、CT、磁共振、數(shù)字乳腺、超聲、核醫(yī)學(xué)等影像的分辨率各不相同，所以為了提高磁盤利用效率和擴大影像文件存儲數(shù)量，在壓縮圖像質(zhì)量滿足臨床和科研要求的前提下，針對不同類型圖像，設(shè)定最佳傳輸語法和壓縮比率。

（4）為門診/住院醫(yī)生工作站和影像工作站提供方便、快捷的影像調(diào)閱接口。其中，在門診/住院醫(yī)生站中，醫(yī)生在查閱檢查報告的同時可通過當(dāng)前上、下文的StudyInstanceUID值直接獲取到相關(guān)的影像文件，并通過專用控件閱讀影像。而影像工作站則是檢查科室和臨床科室專用的影像檢索與調(diào)閱客戶端，支持病人ID號、姓名、檢查日期、Modality等條件組合查詢，還提供遮板、翻轉(zhuǎn)、縮放、旋轉(zhuǎn)、測量、對比等多種圖像處理功能。

（5）提供影像調(diào)閱客戶端的注冊與管理功能，包括記錄客戶端IP地址、端口號和AE Title等信息，以及選擇影像調(diào)閱數(shù)據(jù)類型，是無損壓縮數(shù)據(jù)還是有損壓縮數(shù)據(jù)。

2 系統(tǒng)組成

根據(jù)需求及各檢查系統(tǒng)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)分析，將整個系統(tǒng)分為3部分（圖1），最左側(cè)的檢查系統(tǒng)代表現(xiàn)有各個檢查科室系統(tǒng)，它們分別存儲放射、超聲等各種類型近期的影像，是影像集中存儲系統(tǒng)的數(shù)據(jù)提供者。最右側(cè)的門診/住院醫(yī)生工作站和影像工作站則是影像數(shù)據(jù)的使用者。中間部分是影像集中存儲系統(tǒng)，負責(zé)為各種類型影像數(shù)據(jù)提供集中長期的存儲和調(diào)閱服務(wù)，主要由DICOM Server和文檔存儲庫組成。其中，DICOM Server選用富士公司的Synapse DICOM軟件，具體分為4個功能模塊。

圖1 醫(yī)學(xué)影像集中存儲系統(tǒng)集成示意圖

2.1 影像接收模塊

負責(zé)接收放射、超聲、核醫(yī)學(xué)等檢查系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)來的DICOM影像文件，具體包括響應(yīng)由各檢查系統(tǒng)服務(wù)器發(fā)來的DICOM連接請求，以及根據(jù)傳輸語法進行DICOM文件接收[9]。

2.2 影像存儲模塊

負責(zé)將接收到的每一個影像文件生成無損和有損兩份壓縮文件。根據(jù)實際需求，我們采用無損與有損相結(jié)合的文件壓縮策略。其中，無損壓縮圖像質(zhì)量好、分辨率高、圖像信息完整，主要服務(wù)于臨床診斷、手術(shù)和治療。而有損壓縮圖像較清晰、留有主要圖像特征、占用磁盤空間小，用于存儲病人長期各種影像數(shù)據(jù)，主要為科研教學(xué)、病歷回顧與比對服務(wù)。這兩類文件按照“壓損類型+文件生成日期”的格式分別存放在不同文件夾中。如文件夾“Lossless20080928”和“Lossly20080928”分別存放2008年9月28日生成的所有無損和有損壓縮影像文件。同時，此模塊還負責(zé)根據(jù)檢索請求，從數(shù)據(jù)庫中查找對應(yīng)的目標(biāo)文件，并向調(diào)閱接口反饋查找結(jié)果。

2.3 影像調(diào)閱接口

負責(zé)為門診/住院醫(yī)生站和影像工作站等客戶端提供影像訪問接口，即先將客戶端發(fā)出的影像訪問請求轉(zhuǎn)發(fā)給影像存儲模塊，等到影像存儲模塊給出反饋結(jié)果，再決定是否從存儲庫中取出目標(biāo)文件傳送給客戶端。

2.4 文檔存儲庫

文檔存儲庫負責(zé)存儲影像文件。由于系統(tǒng)存儲影像文件數(shù)目巨大，采用“數(shù)據(jù)庫索引 + 文件實體”的存儲策略[10]可以提高系統(tǒng)服務(wù)性能。即將DICOM影像文件所包含的病人、檢查、設(shè)備等相關(guān)信息抽取出來，作為索引信息存儲到數(shù)據(jù)庫中。而將影像數(shù)據(jù)以文件的形式存放在文檔庫中，并把每一個影像文件的存放路徑作為一個重要屬性也存入數(shù)據(jù)庫，據(jù)此在數(shù)據(jù)庫和文檔庫之間建立一一對應(yīng)關(guān)系。如果用戶做查詢檢索，則只要依托數(shù)據(jù)庫就能完成。只有當(dāng)需要調(diào)取影像文件時，才會根據(jù)文件路徑，從文檔庫取回對應(yīng)的影像文件。

3 集成測試

系統(tǒng)集成測試的主要任務(wù)是測試各檢查科室系統(tǒng)服務(wù)器能否與影像集中存儲系統(tǒng)的DICOM Server進行正常的影像轉(zhuǎn)發(fā)，以及DICOM Server的文件壓縮存儲和檢索調(diào)閱功能。醫(yī)學(xué)影像集中存儲系統(tǒng)的軟、硬件組成，見表1。

表1 系統(tǒng)軟硬件組成

3.1 影像數(shù)據(jù)接收測試

放射、超聲、核醫(yī)學(xué)、消化內(nèi)鏡、病理等科室信息系統(tǒng)需要將各自采集存儲的影像文件從科室服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)到影像集中存儲系統(tǒng)的DICOM Server。這要求各檢查科室系統(tǒng)服務(wù)器支持基于DICOM方式的文件轉(zhuǎn)發(fā)功能，并且各種檢查系統(tǒng)的影像文件格式要嚴(yán)格遵循DICOM標(biāo)準(zhǔn)。否則，集中存儲系統(tǒng)不能正常接收影像文件。

3.2 數(shù)據(jù)壓縮存儲測試

針對不同類型和分辨率的影像文件，選擇相應(yīng)的壓縮算法和壓縮比率是Synapse DICOM軟件的一個顯著優(yōu)勢。Synapse系統(tǒng)提供的壓縮算法，見表2。為了獲得更好的壓縮效果，放射和核醫(yī)學(xué)類的彩色和灰度圖像分別采用不同的有損壓縮算法，表中以“*”所示。

3.3 影像檢索與調(diào)閱測試

組合條件檢索調(diào)閱與基于當(dāng)前上下文的影像調(diào)閱測試，見圖2。組合條件檢索調(diào)閱是基于DICOM QUERY&RETRIEVE協(xié)議實現(xiàn)，在圖1中由“Q&R接口”模塊實現(xiàn)此功能。方法是采用現(xiàn)有影像工作站和第三方影像調(diào)閱工具，如efilm軟件，從DICOM Server上直接查詢和取回影像文件。而基于當(dāng)前上下文的影像調(diào)閱是基于DICOM WADO協(xié)議，在圖1中由“WADO接口”模塊實現(xiàn)此功能。其調(diào)用接口為http://192.168.0.59/explore.asp?path=/所有檢查/instanceeuid = StudyInstanceUID。

如命令“http://192.168. 0.59/explore.asp?path=/所有檢查 /instanceeuid= 1.2.840.113820. 861002.40794.32174714 12953.2.1069163”能夠基于IE瀏覽器將StudyInstanceUID值 為“1.2.840.113820.861002.40794.3217471412953.2.10 69163”的全部影像文件從DICOM Server中取回，并通過Synapse Web顯示控件打開文件供醫(yī)生閱覽影像。

4 小結(jié)

當(dāng)前，以數(shù)字化醫(yī)療設(shè)備、IT基礎(chǔ)設(shè)施和各類專業(yè)化臨床信息系統(tǒng)為支撐的數(shù)字化醫(yī)療正在改變著傳統(tǒng)的醫(yī)療工作模式，在提高醫(yī)療質(zhì)量、減少醫(yī)療差錯、優(yōu)化醫(yī)療工作流程等方面表現(xiàn)出巨大潛力。其中，數(shù)字醫(yī)學(xué)影像在數(shù)字化醫(yī)療中起到越來越重要的支撐作用。醫(yī)學(xué)影像刻畫了患者病情的進展?fàn)顩r，不僅是醫(yī)生進行臨床診斷最主要的影像學(xué)根據(jù)而且也是醫(yī)生為患者制定手術(shù)方案、擬定治療計劃、撰寫病案等最重要的參考信息。

圖2 影像檢索與調(diào)閱

表2 Synapse系統(tǒng)的壓縮算法

為實現(xiàn)放射、超聲、病理、核醫(yī)學(xué)、消化內(nèi)鏡等各檢查影像的集中長期存儲，面向臨床提供全面、高效、便捷的影像檢索與調(diào)閱服務(wù)，我院建立了醫(yī)學(xué)影像集中存儲系統(tǒng)，通過與各檢查系統(tǒng)服務(wù)器的連接，實現(xiàn)了各種檢查影像數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和集中存儲；同時又通過DICOM接口，實現(xiàn)了與門診/住院醫(yī)生站和影像工作站的影像集成，使醫(yī)生能夠更加方便地檢索調(diào)閱病人的各種檢查影像。如今，醫(yī)學(xué)影像集中存儲系統(tǒng)在我院投入使用已近3年，取得了良好實效。

[1] 李書章,褚健.數(shù)字化醫(yī)院建設(shè)理念與實踐[M].北京:人民軍醫(yī)出版社,2011.

[2] 方勇,劉向峰,羅玉文.基于DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建放射治療數(shù)字系統(tǒng)[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2011,26(7):51-52.

[3] 陳衍斯,李彬,田聯(lián)房,等.PACS中DICOM圖像傳輸與存儲系統(tǒng)的設(shè)計[J].生物醫(yī)學(xué)工程研究,2008,27(2):103-106.

[4] 龔迅煒.醫(yī)學(xué)圖像存儲與傳輸系統(tǒng)部分關(guān)鍵技術(shù)的研究與實現(xiàn)[D].長春:吉林大學(xué),2005.

[5] 劉大剛.用DICOM協(xié)議實現(xiàn)醫(yī)療成像設(shè)備間的相互通訊[D].成都:電子科技大學(xué),2006.

[6] 趙越,韓瀅,王之瓊,等.低負載醫(yī)學(xué)圖像自動歸檔與通訊系統(tǒng)架構(gòu)[J].小型微型計算機系統(tǒng),2008,29(10):1959-1965.

[7] National Electrical Manufacturers Association. Digital Imaging and Communication In Medicine (DICOM)[ED10L]. (2011-03-13)[2007-03-08].http://www.nema.org/stds/ ps3-13.cfm.

[8] 郭華源,薛萬國,黃輝,等.放射影像調(diào)閱行為的統(tǒng)計與分析[J].中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志,2010,18(5):408-409.

[9] 王曉楠.DICOM通信的設(shè)計和實現(xiàn)[J].計算機工程與應(yīng)用,2004,(13):131-132.

[10] 郭華源,薛萬國.PACS與醫(yī)學(xué)攝影圖像數(shù)字化管理[J].信息記錄材料,2010,11(2):59-64.

Design and Implementation of Medical Image Centered Storage System

GUO Hua-yuan
The Computer Department, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China

Objective In order to realize the centered storage and management, and provide viewdata searching to medical staff based on DICOM interface. Methods Based on the requirements of medical images centered storage system, a novel system integrated infrastructure was designed. The system paid more attention to the images data’s receiving, storing, searching and fetching. And many integrated technologies were applied to the new system, such as the receive workf ow of DICOM f les, the compression process of lossless/lossy image data, the fetch frame -work of DICOM images and so on. Results The new system is successfully applied in our hospital for about three years and gets satisfactory results. Conclusion Application of the system realizes the centered storage and application of medical images, provides a much more full-scale, eff cient, and convenient images share service for the clinic doctors.

medical images; centered storage; query and retrieve; PACS; DICOM

TP393.03

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.04.010

1674-1633(2012)04-0037-03

2011-09-13

2011-11-21

作者郵箱：guohy2005@163.com