西安医学院第二附属医院MiniPACS曲原飞.docx
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西安医学院第二附属医院MiniPACS曲原飞
西安医学院第二附属医院
MiniPACS
曲原飞
第一章引言
●本课题的研究意义
自伦琴1895年发现X射线以来，在医学领域可以用图像．的形式揭示更多有用的医学信息，医学的诊断方式也发生了巨大的变化。
随着科学技术的不断发展，现代医学已越来越离不开医学图像的信息处理，医学图像在临床诊断、教学科研等方面有重要的作用。
目前的医学图像主要包括CT（计算机断层扫描）图像、MRI（核磁共振）图像、DSA（数字减影）、DR,CR数字X光机图像、X射线透视图像、各种电子内窥镜图像、显微镜下病理切片图像等。
但是由于医学成像设备的成像机理、获取条件和显示设备等因素的限制，使人眼对某些图像很难直接做出准确的判断。
计算机技术的应用可以改变这种状况。
通过图像变换和增强技术来改善图像的清晰度，突出重要信息，抑制非重要内容，以适应人眼的观察，通过MiniPACS网络诊断医师可以直接了解病人的物理检查及实验室检查。
这无疑大大提高了医师诊断的准确性和正确性。
可以在工作中更好地利用具有医学图像处理功能的医疗设备。
为以后的科研工作打下良好的基础。
●本论文的目的、内容及作者的主要贡献
建立MiniPACS是将图像信息以数字的形式来表现，在计算机的控制下，完成采集、存储、处理、归档、检索等功能，同时利用局域网或Internet实现图像传输。
主要功能 ,工作站根据其用途分为诊断报告、登录、报告打印与分发、管理等多种功能类别。
系统采用全中文工作方式，操作简便实用，MiniPACS影像处理系统辅助完成影像科的日常管理工作和综合信息及文秘资料的自主管理等工作，和图像的存储规范的诊断报告使临床医师阅读方便，减少了手工重复性劳动，大大提高了医技人员的素质和工作效率，实现了影像科室无胶片化、无纸化办公，并提高了医院及科室的综合管理水平。
新的工作方式：
数字阅片，电子病历。
数字存储。
共享输出设备，节省输出设备投入，实现输出设备的备份.建立MiniPACS使医院，医学影像科在投入少的情况下进入初级数字化。
研究现状及设计目标
数字医学图像处理的研究现状及发展趋势
随着计算机技术的发展，医学图像处理已成为医学领域国内外研究与应用的热点。
1国外的研究现状：
国外起步较早，研究较深入，已有许多成熟的医学图像处理产品，整个医院，城市，国家通过网络达到资源共享实现远程会诊。
2国内的研究现状：
国内起步较晚，但发展较快，也有许多成熟的医学图像处理产品，如符合DICOM标准的医疗设备接口。
部分医院实现了院内PACS。
随着计算机技术、网络技术及其它相关技术的发展，数字医学图像处理的应用将越来越广泛，PACS、远程医疗、病变自动识别、计算机辅助诊断、计算机辅助成像设计、虚拟手术和虚拟内窥镜将成为数字医学图像处理研究和应用的热点领域。
●相近研究课题的特点及优缺点分析
院级PACS组成：
由HIS全称HospitalInformationSystem（医院信息系统）、RIS全称RadiologyInformationSystem（放射信息系统）。
LIS--（检验信息系统）组成。
HIS里面存的主要是病人和医院各项管理的文字资料。
RIS主要负责病人预约、放射设备管理、放射有关医师医嘱、放射报告等管理。
因为HIS、RIS和PACS之间有重复的和相关的资料，良好的整合可以减少错误、重复劳动和提高工作效率。
简单地说，HIS里面的病人基本资料要自动传给RIS，RIS里面的病人和检验资料要传给PACS，RIS/PACS里的影像报告结果要传回给HIS。
PACS的一般组成部分包括：
1.DICOM图像服务器（ImageServer）--用来接收、提供和管理医疗影像
2.医生诊断工作站（ReviewStation）--医师用来阅片和打报告
3.DICOM网关（ImageGateway）-将非DICOM图像通过数字或视频方式转换成DICOM
4.远程诊断服务器（Teleradiologyserver）--让医师远程用Web浏览器或其他软件看图诊断
5.高级专用影像处理工作站--如三维图像工作站，核医学/PET工作站（可能包括CT/MR-PET/SPECT图像融合功能）
6.RIS和报告终端
7.技师QA/QC工作站（Tech-station）
PACS、RIS在医学图像信息管理及医学影像报告管理中起着重要作用，借助计算机技术，构成图像获取、数据库管理、影像存储、图像显示及处理、外部信息系统的接口及报告信息管理链。
计算机技术及网络技术在医学影像领域的应用，使数字化影像概念正在逐步形成，成为当今医学影像发展的方向，也是PACS（PictureArchivingandCommunicationSystems图像存档与传输系统）及RIS（RadiologyInformationofSystem）的基础。
完整医学影像信息网络的应该包括PACS和RIS与HIS融合，构成完整的信息链，而且其临床使用应该尽可能人性化。
MiniPACS组成：
1.DICOM图像服务器（ImageServer）--用来接收、提供和管理医疗影像
2.医生诊断工作站（ReviewStation）--医师用来阅片和打报告
3.登记工作站
4.采集工作站
5.胶片输出
院级PACS网络投入大，运行成本高，性能稳定，比较适应较大的医院。
、而MiniPACS网络投入小，运行成本低，比较适应中型的医院。
●现行研究存在的问题及解决办法
1.DICOM图像采集：
2.PACS影像存储与管理:
3、图像的调用与后处理功能：
●本课题要达到的设计目标
MiniPACS网络完成医学影像课的数字化，实施图像存档与传输 根据工作站其用途分为诊断报告、登录、报告打印与分发、管理等多种功能类别。
MiniPACS系统采用全WINDOS操作系统简便实用，结合.影像处理系统辅助完成影像科的日常管理工作和综合信息及文秘资料的自主管理等工作，规范的诊断报告使临床医师阅读方便，减少了手工重复性劳动，大大提高了医技人员的素质和工作效率，实现了影像科室无胶片化、无纸化办公，并提高了医院及科室的综合管理水平。
留有接口便于和院级的，HIS.（.医院信息系统），LIS--（检验信息系统）连接，实现升级为以后的院级PACS系统做准备。
第二章要解决的几个关键问题
●研究设计中要解决的问题
1.DICOM图像采集：
2.PACS影像存储与管理:
3、图像的调用与后处理功能：
4.网络的组建
DICOM的总体结构和主要内容
完整的DICOM2008标准由18部分构成，各部分是相互关联的独立文件，虽然某些部分的内容在不断补充和完善之中，但总体框架已经最终确定：
（1）介绍与概况（IntroductionandOverview）。
（2）一致性（Conformance）。
（3）信息对象定义（InformationObjectDefinitions,IOD）。
（4）服务类规范（ServiceClassSpecifications）。
（5）数据结构和编码（DataStructureandEncoding）。
（6）数据字典（DataDictionary）。
（7）信息交换（MessageExchange）。
（8）网络通信支持的信息交换（Networkcommunicationsupportformessageexchange）。
（9）淘汰（Retired）。
（10）用于数据交换的媒体存储和文件格式（MediaStorageandFileFormatforDataInterchange）。
（11）媒体存储的应用描述（MediaStorageApplicationProfiles）。
（12）用于交换的媒体格式和物理媒体（MediaFormatsandPhysicalMediaforMediaInterchange）。
（13）淘汰（Retired）。
（14）灰阶值的标准显示函数（GrayscaleStandardDisplayFunction）。
（15）安全和系统管理描述（SecurityandSystemManagementProfiles）。
（16）内容映射资源（ContentMappingResource）。
（17）说明性信息（ExplanatoryInformation）。
（18）DICOM对象的网络访问（WebAccesstoDICOMPersistentObjects）。
DICOM数据集
DICOM数据集由一系列的数据元素（dataelement）组成。
每个数据元素由唯一数据元素标识符tag来表示，在数据集中数据元素按照标识增加的顺序进行排列。
DICOM的文件结构
●具体实现中采用的关键技术及复杂性分析
图像采集：
图像的采集方式基本上有四种：
a.DICOM采集：
数字图像直接通过网络实现图像采集，传递和接受影像的双方都采用DICOM标准。
这种方式不论是采集影像的质量和管理的方便性上都很好。
b.非标准DICOM数字采集：
对于某些没有DICOM接口的影像设备，如果其所使用的主机系统是标准的和开放的，那么可以在操作系统一建立软件联系，通过破解图像格式和建立标准的FTP通讯获得影像。
c.视频采集：
技术成熟，价格低廉，适用于所有影像设备。
但影像质量差，操作复杂。
但对于很老的设备只能采集这种方法。
d.胶片扫描：
专门用于将现有的胶片转化成数字化的影像。
由于其设备昂贵，增加了管理难度，产生的影像过大而质量并没有提高，这种技术已很少使用，仅仅可以考虑用于采集有用的外来会诊图像的采集。
我们在实现图像采集采用方法a和c。
对于新设备有DICOM接口采用方法a；有DICOM接口，但因购买当时没有考虑的，与厂商协商开放接口。
如AGFA3300激光相机系统，尽管购买于2003年，但因支持DICOM接口，所以通过与AGFA协商解决接口问题，一方面方便，另一方面图像质量有保证。
对于无DICOM接口设备，采用视频采集技术。
如岛津数字胃肠机UX+PRO。
另外，需要指出的是，在设备购买过程中有关DICOM接口问题必须明确，①支持DICOM打印、传输及工作列表功能。
有的设备为什么连接有问题，原因在设备供应商只提供了支持DICOM打印。
②必须指出其DICOM接口必须与医院PACS能够连接，否则，可能没有底层协议无法连接。
2．图像采集、储存、
图像的采集
我院螺旋CT、DR、MR、CR机以及激光打印机以标准的DICOM3.0接口直接与设备连接。
数字胃肠通过用MEDEX采集工作站将模拟端口变为标准DICOM3.0格式。
DSA通过DICOM格式离线接入工作站系统。
网络内使用TCP／IP通信协议。
图像的储存与传输
为了实现存储功能,可分三种方式进行管理：
①在线（On-line）存储：
用于存储随时使用的图像，通常存储能力为几百GB.级别。
要求能容纳医院在60-90天左右产生的图像。
②近线（Near-line）存储：
容量常为TB级以上。
用于存储不常用的图像，但可以方便取得。
通常使用磁盘阵列之类海量储存设备，其速度相对在线慢。
要求能容纳医院在3年左右产生的图像。
③离线（Off-line）存储：
用于存储要永久保存的资料，如存放于光盘，磁带等。
这一类型的存储资料通常要通过人工操作才能进入PACS系统。
其存储容量理论上讲是无限止的。
3.图像的浏览、处理与共享
快速及时对病人的图像资料进行浏览、并作出判断是普通胶片与PACS系统无法比拟的。
PACS系统无须等待胶片的冲洗，无须担心原来的胶片丢失损坏等现象发生。
均可及时报告病人结果，加快了就医的流程。
它可以作长度、角度、CT值测量，字符标识。
窗口窗位调节，放大缩小、移动、多格式的显示、分屏显示、图像反转、上下转、左右转、图像复原，DSA图像动态播放。
显示灰阶曲线选择，边缘增强，三维重建图像等后处理的功能。
这些都可以弥补传统影像诊断的不足，增加病人的安全性。
4.局域网的组建
局域网采用星形总线拓扑结构，放射科、介入科、CT室、MR室、的接入设备、激光相机和工作站等设备各自通过双绞线连接到一台千兆16口交换机，保证了网络的快速传输速度。
网络传输协议采用标准传输协议／网际协议（TCP／IP）。
各个工作站配备100／1000兆以太网接口。
第三章系统结构与模型
1.1 硬件部分
1.1.1 具有DICOM标准接口的影像设备，如CT、MR、DSA,CR。
1.1.2 不具有DICOM标准接口的影像设备，岛津数字胃肠机系统。
影像设备通过MEDEX工作站系统得到DICOM图像传入PACS系统。
1.1.3 服务器各配一RAID0（磁盘阵列）。
1.1.4 交换式100M快速以太技术交换机（中心交换机一台,若干二级交换机）。
1.1.5 传输介质：
5类无屏蔽双绞线（UTP）。
1.1.6 集线器（10/100M HUB）：
AH408X、100Mbps。
1.1.7 激光打印机、激光照相机、刻录机。
1.1.8 网络结构：
星形总线拓扑结构（star bus topdogy）。
1.2 软件部分
1.2.1 操作系统后台服务器：
Windows2003 Server、双机热备程序、防火墙等。
用户工作站计算机：
WindowsXP。
1.2.2 数据库系统应用Oracle系统,在后台服务器上安装服务器版本,在用户计算机上安装客户端版本。
1.2.3 相关应用软件的安装。
1.2.4 网络传输协议：
标准TCP/IP（传输控制协议/网际协议）。
1.3 系统结构
1.3.1 配有RAID的双机服务器安装双机热备软件。
1.3.2 中心交换机与若干二级交换机间用双绞线连接,较远距离用光纤连接（另配多模光纤接口）。
1.3.3 交换机端口是采用级连HUB（集线器10/100M）进行端口扩展。
1.3.4 用户端计算机通过网卡、双绞线与二级交换机相连。
●设计实现的策略和算法描述
1.服务器：
硬件：
采用DIY塔式服务器
机箱：
采用酷冷至尊，开拓者
主板：
采用英特尔S500VSA服务器主板
CPU:
采用两枚INTELXEONE5405
内存：
采用两条金士顿2GBDDR2667
硬盘：
采用两块希捷SATA2TB硬盘组成RAID0
软件：
系统采用Windows2003 Server
DICOM系统软件采用盈谷科技开发的精影DICOM图像服务器软件
2.医生诊断工作站：
硬件：
采用戴尔OptiPlex380MT
软件：
系统采用WindowsXP。
CR,DR,MR,DSA采用盈谷科技开发的精影DICOM工作站系统软件
CT,数字胃肠采用MEDEX，DICOM工作站系统及视频采集系统。
3.网络的组建：
用TP-LINK将每台医用采集设备及输出设备和工作站组成一个小的局域网
1）完成在线（On-line）存储：
用于存储随时使用的近期60-90天左右产生图像.容量为250G级,其速度快，便于查询。
2）图像显示方式及处理：
可单/多显示,放大/缩小/漫游,反向对比显示,CT、MRI及X线图像各种值测量,窗宽、窗位（W/L）值的设定和变更。
3）诊断报告书写：
文图一体化打印输出,建立病种病名数据库,可以在实际工作中不断积累报告模板,不断提高书写报告的速度。
4）胶片的输出：
用一台千兆16口交换机将服务器和登记工作站及通过TP-LINK将每台医用采集设备及输出设备和医生诊断工作站组成一个大的局域网.
1）完成近线（Near-line）存储：
容量为2TB级。
用于存储不常用的图像，但可以方便取得。
使用RAID0磁盘阵列海量储存设备，其速度相对在线慢。
要求能容纳医院在3年左右产生的图像。
2）各医生诊断工作站可用浏览器访问服务器，查询调用存储资料.
3）查询调用以往的诊断报告便于本次诊断。
4）胶片的输出：
通过网络实现输出设备的共享。
服务器配有DVD刻录机
离线（Off-line）存储：
用于存储要永久保存的资料，这一类型的存储资料通常要通过人工操作才能进入PACS系统。
其存储容量理论上讲是无限止的。
WORKLSTD登记工作站适用于它的采集工作站：
DR,DSA,MRI
交换机留有接口便于和HIS（医院信息系统）、LIS--（检验信息系统）连接组成院级PACS。
临床科室可以通过普通PC机以Web方式访问服务器，查询调阅病人和医学影像资料及报告.
第四章系统实现技术
●分模块详述系统各部分的实现方法
服务器：
HOST:
PORTNO:
104
AE-TITLE:
ACCURAD
IP地址：
123.123.123.28
子网掩码：
255.255.255.0
CR:
服务器
HOST:
PORTNO:
104
CR服务器AE-TITLE:
ADCQS
IP地址：
123.123.123.24
子网掩码：
255.255.255.0
CR读取器：
HOST:
PORTNO:
104
CR读取器AE-TITLE:
SOLO
IP地址：
123.123.123.25
子网掩码：
255.255.255.0
CR登记：
HOST:
PORTNO:
104
CR登记AE-TITLE:
QSCLIENT
IP地址：
123.123.123.26
子网掩码：
255.255.255.0
CR工作站：
HOST:
PORTNO:
104
AE-TITLE:
ACCURAD
（1）
IP地址：
123.123.123.29
子网掩码：
255.255.255.0
5500相机;AGFA
HOST:
PORTNO:
104
AE-TITLE:
DS5500
IP地址：
123.123.123.27
子网掩码：
255.255.255.0
DR采集工作站：
HOST:
PORTNO:
4000
AE-TITLE:
PACS
IP地址：
123.123.123.35
子网掩码：
255.255.255.0
DR诊断服务器：
HOST:
PORTNO:
4000
AE-TITLE:
SERVER
IP地址：
123.123.123.36
子网掩码：
255.255.255.0
DR工作站：
HOST:
PORTNO:
4000
AE-TITLE:
ACCURAD
（2）
IP地址：
123.123.123.39
子网掩码：
255.255.255.0
DR相机;CODNICS
HOST:
PORTNO:
4000
AE-TITLE:
CODNICS
IP地址：
123.123.123.37
子网掩码：
255.255.255.0
岛津数字胃肠机：
因是非标准的DICOM必须通过工作站视频采集转换为标准的DICOM方可传输存储.
数字胃肠机工作站：
MEDEX
HOST:
PORTNO:
104
AE-TITLE:
IMPAX
IP地址：
123.123.123.30
子网掩码：
255.255.255.0
3300相机;AGFA
HOST:
PORTNO:
104
AE-TITLE:
LR3300
（1）
IP地址：
123.123.123.33
子网掩码：
255.255.255.0
岛津CT机：
因是非标准的DICOM必须通过工作站视频采集转换为标准的DICOM方可传输存储.
数字胃肠机工作站：
MEDEX
HOST:
PORTNO:
104
AE-TITLE:
MEDEX
IP地址：
123.123.123.38
子网掩码：
255.255.255.0
3300相机;AGFA
HOST:
PORTNO:
104
AE-TITLE:
LR3300
（2）
IP地址：
123.123.123.39
子网掩码：
255.255.255.0
●程序流程
病人登记对IP板打号对病人进行拍片
对IP板进行扫描产生荧光图像通过光电倍增管产生电信号
电信号变为数字信号通过HUB传到服务器服务器调整完传工作站
医师通过工作站观看图像，写出报告，通过HUB到相机打印胶片。
工作站以Web方式访问服务器，查询调阅以前病人的医学影像资料及报告进行对比准确诊断。
可以通过网络选择不同的相机输出，实现输出设备的共享。
工作站
WORKLISTD登记病人信息传入DR采集拍片传入DR服务器调整图像-分别传入工作站及存储服务器-医师通过工作站观看图像，写出报告通过HUB相机打印胶片。
工作站以Web方式访问服务器，查询调阅以前病人的医学影像资料及报告进行对比准确诊断。
可以通过网络选择不同的相机输出，实现输出设备的共享。
WORKLISTD登记工作站登记病人信息传入MR采集服务器采集图像分别传入工作站及存储服务器医师通过工作站观看图像，写出报告通过HUB相机打印胶片。
工作站可以Web方式访问服务器，查询调阅以前病人的医学影像资料及报告进行对比准确诊断。
可以通过网络选择不同的相机输出，实现输出设备的共享。
WORKLISTD登记工作站登记病人信息传入DSA
（1）或DSA
（2）主机采集图像分别传入工作站及存储服务器医师通过主机或工作站观看图像，通过工作站写出报告，刻录光盘通过HUB到相机打印胶片。
工作站可以Web方式访问服务器，查询调阅以前病人的医学影像资料及报告进行对比准确诊断。
可以通过网络选择不同的相机输出，实现输出设备的共享。
主机登记病人信息
数字胃肠主机采集图像信息
通过视频工作站采集图像
将视频图像转换为标准DICOM
在工作站存储图像
在工作站编辑调整图像传入存储服务器
打印胶片
工作站可以Web方式访问服务器，查询调阅以前病人的医学影像资料及报告进行对比准确诊断。
可以通过网络选择不同的相机输出，实现输出设备的共享。
CT主机登记病人信息选择部位进行扫描显示采集图像并调整
通过数字接口打印胶片
通过视频工作站采集图像将视频图像转换为标准的DICOM格式
在工作站存储图像在工作站编辑调整图像传入存储服务器
通过HUB打印胶片
工作站可以Web方式访问服务器，查询调阅以前病人的医学影像资料及报告进行对比准确诊断。
可以通过网络选择不同的相机输出，实现输出设备的共享。
第五章
网线性能测试与分析
首先将网线两端的水晶头分别插进主测试仪和远程测试模块的标有RJ45标识的端口，将开关状态调整到ON，此时主测试仪与远程测试模块的连接状态指示灯开始闪亮。
若此时我们测试的是直连线，且线路正常，那么主测试仪的连接状态指示灯会从数字标号1到8逐一闪亮，远程测试模块的指示灯也会从数字标号1到8逐一顺序闪亮。
若主测试仪的状态指示灯从1逐个亮到8，而远程测试模块的指示灯不是按照以上两种点亮规律闪亮，则说明网线存在问题。
例如：
1、主测试仪与远程测试模块对应的线号指示灯不会亮，其他的灯会逐个正常点亮，这种情况说明导线中可能存在6根以下的断路情况。
若不论主测试仪还是远程测试模块的所有指示灯都不会亮，则说明很可能有至少7根以上导线出现断路情
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