鹿煜煒（安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程與信息部，安徽合肥230601）

基于DICOM的遠(yuǎn)程醫(yī)療通訊技術(shù)研究

鹿煜煒
（安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程與信息部，安徽合肥230601）

遠(yuǎn)程醫(yī)療是基于計(jì)算機(jī)科學(xué)、通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和生物醫(yī)療等學(xué)科的高新技術(shù).針對(duì)遠(yuǎn)程醫(yī)療會(huì)診系統(tǒng)的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)對(duì)多媒體會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)和醫(yī)學(xué)數(shù)字成像與通信標(biāo)準(zhǔn)的研究，分別對(duì)H.323終端、多點(diǎn)控制單元和網(wǎng)守設(shè)計(jì)了軟硬件實(shí)現(xiàn)方案.與現(xiàn)行的遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)相比，基于DICOM和H.323的遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)適合IP傳輸和DICOM標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用，具有更好的擴(kuò)展性和易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn).

遠(yuǎn)程醫(yī)療；遠(yuǎn)程會(huì)診；DICOM

遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用通訊技術(shù)交互式傳遞信息，開(kāi)展遠(yuǎn)距離的醫(yī)療服務(wù)，是一種現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)緊密結(jié)合的新型醫(yī)療服務(wù)模式.遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)最早用于戰(zhàn)場(chǎng)傷病員急救和對(duì)宇航員進(jìn)行無(wú)創(chuàng)傷性監(jiān)測(cè)，此后逐步開(kāi)展了遠(yuǎn)程會(huì)診、遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)、醫(yī)學(xué)影像傳輸?shù)软?xiàng)目.我國(guó)地域遼闊，人口眾多，醫(yī)療衛(wèi)生資源分布極不平衡，統(tǒng)計(jì)表明：中心城市和較發(fā)達(dá)地區(qū)的人口占20%，供其利用的醫(yī)療資源達(dá)80%；而廣大農(nóng)村和經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)的人口占80%，供其利用的醫(yī)療資源僅為20%.既使在大城市，患者也希望能到三甲醫(yī)院接受高水平的治療，造成中心醫(yī)院床位緊張，加重了醫(yī)院的負(fù)擔(dān)；基層床位閑置，導(dǎo)致醫(yī)療資源使用不均和浪費(fèi).遠(yuǎn)程診斷與會(huì)診系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱為遠(yuǎn)程會(huì)診）利用多種通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使患者在當(dāng)?shù)鼐湍軌蚣皶r(shí)得到遠(yuǎn)地高級(jí)專家的及時(shí)可靠的醫(yī)療診斷和會(huì)診服務(wù)，既節(jié)省了醫(yī)生和患者的時(shí)間，減少病情的延誤，又避免了患者的長(zhǎng)途勞頓之苦，減少異地求醫(yī)帶來(lái)的額外開(kāi)支.對(duì)基層醫(yī)院而言，通過(guò)開(kāi)展遠(yuǎn)程診斷與會(huì)診，可以提高醫(yī)療質(zhì)量，擴(kuò)大醫(yī)療業(yè)務(wù)，增加醫(yī)院的名氣和收益.同時(shí)，為臨床醫(yī)務(wù)人員提供了學(xué)習(xí)機(jī)遇，在“遠(yuǎn)程醫(yī)療”的過(guò)程中可以得到一流專家的指導(dǎo)，提高醫(yī)生自身水平.為解決醫(yī)療資源分配不均及廣大農(nóng)村和經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)看病難、看病貴、看不好病的問(wèn)題，提供了一個(gè)可行的系統(tǒng)方案和平臺(tái)，有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［1-2］.

我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始遠(yuǎn)程醫(yī)療的探索，近年來(lái)發(fā)展迅速.作為一所新成立的三級(jí)甲等醫(yī)院，安醫(yī)大二附院目前醫(yī)院已投入使用的信息化系統(tǒng)包括了電子病歷（Electronic Patient Record，EPR）、放射科信息系統(tǒng)（Radiology Information System，RIS）和檢驗(yàn)信息系統(tǒng)（Laboratory Information Management System，LIS）等，圖片存檔及通信系統(tǒng)（Picture Access and Communication System，PACS）計(jì)劃也在逐步實(shí)施.醫(yī)療數(shù)據(jù)資料已基本實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化傳輸和存檔，加之醫(yī)院現(xiàn)有的高速的網(wǎng)絡(luò)綜合布線和高性能的服務(wù)器系統(tǒng)，為遠(yuǎn)程會(huì)診的開(kāi)展提供了便利的先決條件.

1　遠(yuǎn)程會(huì)診通信技術(shù)

1.1多媒體遠(yuǎn)程會(huì)議技術(shù)

實(shí)現(xiàn)多媒體視頻會(huì)議這一業(yè)務(wù)的核心就是視頻會(huì)議體系標(biāo)準(zhǔn).在ITU-T制定的一系列多媒體通信協(xié)議中，應(yīng)用最廣的為H.32X系列框架協(xié)議，其中適合多點(diǎn)會(huì)議系統(tǒng)的有H.320和H.323標(biāo)準(zhǔn)［3-5］.H.320是基于ISDN的視頻會(huì)議系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，是目前會(huì)議電視和可視電話主要采用的協(xié)議，在企業(yè)專業(yè)會(huì)議電視系統(tǒng)領(lǐng)域中應(yīng)用比較廣泛；H.323是基于分組網(wǎng)的視頻會(huì)議系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，允許多種方式的加入，包括LAN、PSTN和ISDN等.

通過(guò)對(duì)比兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)：H.323標(biāo)準(zhǔn)終端（Terminal）、網(wǎng)關(guān)（GW，Gateway）、多點(diǎn)控制單元（MCU，Multipoint Control Unit）和網(wǎng)守（GKZ，Gatekeeper）4個(gè)組件構(gòu)成了一個(gè)典型的H.323系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）.其中終端、網(wǎng)關(guān)和多點(diǎn)控制單元發(fā)起或接受呼叫，網(wǎng)守用于控制呼叫；基于IP的H.323標(biāo)準(zhǔn)中將各部件連入Internet就可以方便的組建整個(gè)H.323系統(tǒng)，對(duì)于終端用戶來(lái)說(shuō)通過(guò)以太網(wǎng)接口就可加入，無(wú)需另外專門(mén)布線，使網(wǎng)絡(luò)的利用率及系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)展更加靈活方便；H.323支持更多的音視頻和通訊標(biāo)準(zhǔn)，并且通過(guò)網(wǎng)關(guān)可以接受多種標(biāo)準(zhǔn)的終端設(shè)備加入，系統(tǒng)的適應(yīng)性更強(qiáng)；H.320標(biāo)準(zhǔn)需要在專網(wǎng)中進(jìn)行音視頻和數(shù)據(jù)傳輸，而H.323標(biāo)準(zhǔn)在LAN和WAN上都能應(yīng)用，并且基于IP的系統(tǒng)組網(wǎng)設(shè)備費(fèi)用相對(duì)較低，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本上具有優(yōu)勢(shì).綜合以上可以看出，適合IP網(wǎng)絡(luò)的H.323標(biāo)準(zhǔn)更加適合本系統(tǒng)要求.

圖1　H.320與H.323拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較

1.2數(shù)字醫(yī)學(xué)成像標(biāo)準(zhǔn)

美國(guó)放射學(xué)會(huì)（ACR）和美國(guó)國(guó)家電器制造商協(xié)會(huì)（NEMA）聯(lián)合制定了醫(yī)學(xué)影像信息學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)ACR/NEMA DICOM（Digital Imaging and Communication Medicine，醫(yī)學(xué)數(shù)字成像與通信）3.0，以便在各種醫(yī)療影像產(chǎn)品之間提供一致性接口，使設(shè)備之間能實(shí)現(xiàn)互操作［6-8］.該標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像的采集、歸檔、通信、顯示及查詢等幾乎所有信息交換的協(xié)議，規(guī)定了接口的硬件和軟件規(guī)范，整合不同廠商的醫(yī)療影像儀器、服務(wù)器、工作站、打印機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，使它們都能整合在PACS系統(tǒng)中.許多不同廠商的儀器、服務(wù)器、工作站都以DICOM為標(biāo)準(zhǔn)，使各種醫(yī)學(xué)影像產(chǎn)品可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，并相互交換數(shù)據(jù)和共享硬件資源，從而使PACS、HIS、RIS等醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)的集成成為可能.

遠(yuǎn)程醫(yī)療需要密切地同各醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，所以在整合遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)軟件和PACS、HIS等的過(guò)程中需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的中間件，以徹底實(shí)現(xiàn)醫(yī)療信息化.筆者所在院校HIS、RIS、LIS等已投入運(yùn)行，PACS也在逐步實(shí)施，所以由支持DICOM標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備直接獲得數(shù)字化影像資料，將成為本設(shè)計(jì)中的主要采集方法.系統(tǒng)中需要設(shè)計(jì)一個(gè)DICOM網(wǎng)關(guān)，同醫(yī)院HIS、RIS、PACS及LIS相連.圖像采集工作站接收成像設(shè)備發(fā)送的圖像，將科室采集的BMP、JPG格式圖像等非DICOM標(biāo)準(zhǔn)影像通過(guò)DICOM網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)化為DICOM格式，然后通過(guò)HIS/RIS/LIS網(wǎng)關(guān)取得該圖像對(duì)應(yīng)的患者基本信息，然后把影像和患者信息一起合成一個(gè)DICOM文件，與放射科采集的圖像一起在PACS系統(tǒng)中進(jìn)行統(tǒng)一的處理、傳輸和保存，以便被本地的圖像診斷工作站和遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)快速安全地提取使用，進(jìn)行圖像顯示和感興趣區(qū)域的測(cè)量等操作.遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)通過(guò)PACS服務(wù)器，可以完成對(duì)相關(guān)影像數(shù)據(jù)的查詢，提取等操作.DICOM網(wǎng)關(guān)在系統(tǒng)中位置和數(shù)據(jù)連接見(jiàn)圖2.

圖2　醫(yī)學(xué)圖像標(biāo)準(zhǔn)化示意圖

2　H.323　組件方案設(shè)計(jì)

2.1終端解決方案

會(huì)診音視頻傳輸是整個(gè)通訊系統(tǒng)的核心，通過(guò)會(huì)診前預(yù)傳資料和實(shí)時(shí)會(huì)診時(shí)音視頻同步，實(shí)現(xiàn)參加會(huì)診的異地專家協(xié)同診斷.通過(guò)登錄會(huì)診信息系統(tǒng)，會(huì)診專家可以隨時(shí)調(diào)用預(yù)傳的患者資料，通過(guò)電子白板和其它共享應(yīng)用程序，可以對(duì)各種圖像影像資料直接進(jìn)行修改和評(píng)注，從而構(gòu)造出一個(gè)多人共享的工作空間.

H.323終端可以與H.323系統(tǒng)的各組件進(jìn)行實(shí)時(shí)雙向的通信，將音頻、視頻、數(shù)據(jù)、信令等各種數(shù)字信號(hào)分別進(jìn)行處理后組合成一路復(fù)合的數(shù)字碼流，再將其轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩艟W(wǎng)絡(luò)接口兼容的、符合傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的信道幀格式的信號(hào)送入信道進(jìn)行傳輸.H.323終端設(shè)備的邏輯結(jié)構(gòu)中，音視頻編解碼、系統(tǒng)控制、打包分組與同步傳輸機(jī)制等是H.323協(xié)議描述內(nèi)容；音視頻輸入輸出設(shè)備、數(shù)據(jù)應(yīng)用設(shè)備、操作界面和網(wǎng)絡(luò)接口等模塊也是一個(gè)H.323終端的組成要素，但并不在H.323協(xié)議的描述范圍之內(nèi).

圖3　基于軟件平臺(tái)的音視頻會(huì)議系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

音視頻會(huì)議系統(tǒng)從實(shí)現(xiàn)方式上大體可分為軟件實(shí)現(xiàn)方案和硬件實(shí)現(xiàn)方案［9］.在遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)發(fā)展的早期，大多數(shù)采用硬件實(shí)現(xiàn)方案，即專業(yè)視頻會(huì)議系統(tǒng)生產(chǎn)廠家的視頻會(huì)議設(shè)備構(gòu)建方案.基于軟件平臺(tái)的音視頻會(huì)議系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖3，其基本思路是在互聯(lián)網(wǎng)上構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)絡(luò)音視頻會(huì)議服務(wù)器.這個(gè)服務(wù)器主要起兩個(gè)作用：一是作為基于軟件的MCU，另一個(gè)是作為流媒體轉(zhuǎn)播代理服務(wù)器.網(wǎng)絡(luò)音視頻會(huì)議服務(wù)器完成會(huì)議組織和控制功能，實(shí)現(xiàn)“客戶端——服務(wù)器端——客戶端”的中間連接，并且實(shí)現(xiàn)音視頻流媒體信息的分發(fā)與交互傳輸，從而提供一個(gè)集各種多媒體信息為一體的通訊方案.基于軟件的音視頻會(huì)議系統(tǒng)采用純軟件的方式，整個(gè)系統(tǒng)不需要價(jià)格昂貴的專業(yè)音視頻會(huì)議設(shè)備，在終端最少只需要一臺(tái)接入Internet的裝有客戶端軟件的多媒體計(jì)算機(jī)，通過(guò)攝像頭和麥克風(fēng)采集遠(yuǎn)程診斷中實(shí)時(shí)的音視頻信號(hào)，并完成對(duì)音視頻信號(hào)的壓縮、解壓、存儲(chǔ)、傳輸和播放；遠(yuǎn)程會(huì)議管理系統(tǒng)和音視頻會(huì)議系統(tǒng)可以架設(shè)在一個(gè)高性能服務(wù)器上，節(jié)省系統(tǒng)建設(shè)的一次性投入；而且系統(tǒng)升級(jí)非常方便，隨著壓縮標(biāo)準(zhǔn)的更新和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，系統(tǒng)能夠隨之更新升級(jí).在本遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用的是基于Internet的軟件音視頻會(huì)議系統(tǒng).

2.2多點(diǎn)控制單元選擇方案

多點(diǎn)控制單元MCU提供了在3個(gè)和更多個(gè)終端間召開(kāi)多點(diǎn)會(huì)議的控制功能，是視頻會(huì)議的控制核心.MCU事實(shí)上是一個(gè)多媒體信息交換機(jī)，在多點(diǎn)會(huì)議中，MCU接受網(wǎng)守控制，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口負(fù)責(zé)與每個(gè)端點(diǎn)的數(shù)據(jù)流交換，對(duì)音視頻執(zhí)行混合、合成、同步等處理，召集結(jié)束會(huì)議，呼叫參會(huì)終端，管理多組會(huì)議，處理呼叫服務(wù)，向網(wǎng)守報(bào)告會(huì)議狀態(tài).結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4，包括：線路單元、音頻處理單元、視頻處理單元、控制處理單元、數(shù)據(jù)處理單元等部分［10］.

圖4　MCU組成框圖

MCU通常設(shè)置在會(huì)議網(wǎng)絡(luò)中的主要節(jié)點(diǎn)處，本設(shè)計(jì)中設(shè)置在我院網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房.而會(huì)議中對(duì)MCU的控制通常由會(huì)議成員進(jìn)行操作，一般通過(guò)遠(yuǎn)程控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，管理軟件可安裝在終端上，對(duì)系統(tǒng)中的MCU進(jìn)行設(shè)備管理、會(huì)議設(shè)置、會(huì)議控制等管理.

目前基于H.323的MCU實(shí)現(xiàn)方案主要有兩種：軟件MCU和嵌入式硬件MCU.基于軟件方式的MCU采用安裝了MCU軟件的工控機(jī)、服務(wù)器及普通PC，這種方案適合低端視頻會(huì)議應(yīng)用場(chǎng)合，性能不能充分滿足遠(yuǎn)程會(huì)診的需要；基于硬件方式的MCU系統(tǒng)是專用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，不會(huì)受到病毒的侵入，可長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行，采用模塊化設(shè)計(jì)，接口類型豐富，采用了專用處理芯片和分布式處理，系統(tǒng)具有強(qiáng)大的處理能力，可通過(guò)嵌入軟件的升級(jí)提供新的功能，支持新的編解碼方式，更適合本設(shè)計(jì)中遠(yuǎn)程會(huì)診的需要.

2.3網(wǎng)守實(shí)現(xiàn)方案

在H.323標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議系統(tǒng)中，網(wǎng)守（GK，Gatekeeper）主要提供對(duì)H.323端點(diǎn)的呼叫控制服務(wù).雖然為H. 323的任選部件，但是對(duì)于本設(shè)計(jì)中運(yùn)行在公網(wǎng)上的遠(yuǎn)程診斷與會(huì)診系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，網(wǎng)守是其中一個(gè)必不可少的關(guān)鍵組件.

網(wǎng)守的設(shè)計(jì)應(yīng)使用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，是系統(tǒng)具有清晰的邏輯層次結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的兼容性，易于維護(hù)和二次開(kāi)發(fā).可選擇用VC++作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，采用Pwlib和OpenH323兩個(gè)SDK動(dòng)態(tài)鏈接類庫(kù)，這兩個(gè)庫(kù)中封裝了大量的通信類庫(kù)以處理報(bào)文收發(fā)和信令交互，能夠很好的支持H.323協(xié)議，并且兩個(gè)庫(kù)都遵循了開(kāi)放性原則，可免費(fèi)使用.在遠(yuǎn)程診斷與會(huì)診系統(tǒng)中網(wǎng)守的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖5.

圖5　網(wǎng)守的結(jié)構(gòu)

3　結(jié)論

通過(guò)對(duì)目前遠(yuǎn)程醫(yī)療發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析和研究，設(shè)計(jì)了基于H.323視頻會(huì)議系統(tǒng)的遠(yuǎn)程診斷與會(huì)診方案.通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)程會(huì)診實(shí)現(xiàn)方式的比較，經(jīng)過(guò)對(duì)H系列多媒體會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)和DICOM數(shù)字醫(yī)學(xué)影像標(biāo)準(zhǔn)的研究，針對(duì)遠(yuǎn)程會(huì)診的要求，選擇了H.323協(xié)議作為會(huì)診視頻會(huì)議設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)H.323系統(tǒng)中的各個(gè)重要組件：終端、多點(diǎn)控制單元、網(wǎng)守分別設(shè)計(jì)了合適的軟硬件實(shí)現(xiàn)方案，以解決醫(yī)學(xué)影像與會(huì)議系統(tǒng)之間的傳輸問(wèn)題.

與現(xiàn)行的遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)相比，設(shè)計(jì)著眼于醫(yī)療影像信息數(shù)字化和DICOM標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢(shì)，采用適合IP傳輸?shù)腍.323標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)較完整的遠(yuǎn)程診斷與會(huì)診系統(tǒng).在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，還可以考慮增加醫(yī)學(xué)資料在線查詢功能，以便本地的資料也可被異地?fù)碛惺跈?quán)的用戶調(diào)用.

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Research of Communication Technology in Teleconsultation Based on DICOM

LU Yu-wei
（Medical Engineering Department，The Second Hospital of Anhui Medical University，Hefei 230601，Anhui，China）

Telemedicine is a new high technology which is based on multiple disciplines including，computer science，communication technology and the biomedicine.After studying DICOM and H series multimedia meeting standards，according to the features of teleconsultation system，the whole project of hardware and software is designed for H.323 terminal，multipoint control unit and gatekeeper.Compared with the existing teleconsultation system，the design based on DICOM and H.323 is more suitable for IP transmission and DICOM standardized application，together with the excellent expansibility and the feature easy to implement.

telemedicine；teleconsultation system；DICOM；H.323

TP399

A

1007-5348（2016）06-0014-05

（責(zé)任編輯：歐愷）

2016-03-20

安徽高校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（KJ2016A562）；安徽省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（1608085QH194）；安徽省高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目（2015sjjd008）.

鹿煜煒（1984-），男，安徽阜陽(yáng)人，安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)工程與信息部工程師，博士研究生；研究方向：智能信息處理.