医学影像集中存储系统的设计与实现

郭华源

解放军总医院 计算机应用与管理科，北京 100853

医学影像集中存储系统的设计与实现

郭华源

解放军总医院 计算机应用与管理科，北京 100853

目的 实现“以病人为中心”多种影像数据的集中存储与管理。基于DICOM接口，面向医院各科室提供病人的长期影像数据的检索调阅。方法 针对医学影像集中存储系统的建设需求和影像接收、存储和调阅等重点问题，设计了影像集中存储系统的体系结构。依照DICOM通讯标准对影像数据接收、数据无损/有损压缩存储、组合条件检索调阅与基于当前上、下文的影像调阅等主要集成问题进行了全面测试。结果 系统至今已平稳运行近3年时间，取得了良好的应用效果。结论 放射、超声、病理、核医学、消化内镜等各种检查影像集中、长期存储，可为临床医生提供实时、全面、高效、便捷的影像调阅服务。

医学影像；集中存储；检索调阅；PACS；DICOM

作为全国首批数字化示范医院之一，我院已经完成放射[1]、超声、病理、核医学[2]、消化内镜等各检查科室信息系统与医院信息系统（HIS）的集成，实现了病人基本信息、检查信息和检查报告的共享。同时，建立影像归档和通信系统（PACS）[3-4]，实现普放、CT、磁共振、数字胃肠、数字乳腺等放射检查影像的集中存储管理，并面向全院提供放射影像检索与调阅服务。但是，超声、病理、核医学、消化内镜等影像数据还是分散存储在各个检查科室系统的服务器内，既不便于对各种影像进行统一管理，如归档和备份，又不便于面向临床、科研和教学提供便捷全面的影像检索与调阅服务。因此，希望通过建立医学影像集中存储系统，实现放射、超声、病理、核医学、消化内镜等各种影像数据的集中长期存储和检索，为临床提供全面、高效、便捷的影像调阅服务。

1 系统需求

医学影像集中存储系统的主要功能是实现“以病人为中心”多种影像数据的集中存储与管理，并基于DICOM接口面向医院各科室提供病人长期影像资源的检索调阅。因此，系统需求主要包括5个方面。

（1）以DICOM通信方式接收来自放射、超声、病理、核医学、消化内镜等检查科室服务器转发的影像文件，按照日期以统一的文件格式分别存储。这些影像数据源自不同Modality，不仅包括普放、CT、磁共振、数字胃肠、数字乳腺、核医学等由检查设备直接产生的DICOM影像文件[5-6]，而且还包括超声、病理、消化内镜等先经采集卡采集再进行DICOM格式转换的“二次获取”[7]影像文件。

（2）影像集中存储系统的用户主要分为两类[8]。一类是关注病人近期所作的各种放射、超声、内镜等检查影像，直接服务于临床诊断、手术和治疗，要求图像质量好，分辨率高；另一类是关注病人一段时期内所作的多次影像检查，目的是进行病情比对、病历回顾和科研教学等，要求图像比较清晰、数据长期在线。

（3）由于X线、CT、磁共振、数字乳腺、超声、核医学等影像的分辨率各不相同，所以为了提高磁盘利用效率和扩大影像文件存储数量，在压缩图像质量满足临床和科研要求的前提下，针对不同类型图像，设定最佳传输语法和压缩比率。

（4）为门诊/住院医生工作站和影像工作站提供方便、快捷的影像调阅接口。其中，在门诊/住院医生站中，医生在查阅检查报告的同时可通过当前上、下文的StudyInstanceUID值直接获取到相关的影像文件，并通过专用控件阅读影像。而影像工作站则是检查科室和临床科室专用的影像检索与调阅客户端，支持病人ID号、姓名、检查日期、Modality等条件组合查询，还提供遮板、翻转、缩放、旋转、测量、对比等多种图像处理功能。

（5）提供影像调阅客户端的注册与管理功能，包括记录客户端IP地址、端口号和AE Title等信息，以及选择影像调阅数据类型，是无损压缩数据还是有损压缩数据。

2 系统组成

根据需求及各检查系统现有结构分析，将整个系统分为3部分（图1），最左侧的检查系统代表现有各个检查科室系统，它们分别存储放射、超声等各种类型近期的影像，是影像集中存储系统的数据提供者。最右侧的门诊/住院医生工作站和影像工作站则是影像数据的使用者。中间部分是影像集中存储系统，负责为各种类型影像数据提供集中长期的存储和调阅服务，主要由DICOM Server和文档存储库组成。其中，DICOM Server选用富士公司的Synapse DICOM软件，具体分为4个功能模块。

图1 医学影像集中存储系统集成示意图

2.1 影像接收模块

负责接收放射、超声、核医学等检查系统转发来的DICOM影像文件，具体包括响应由各检查系统服务器发来的DICOM连接请求，以及根据传输语法进行DICOM文件接收[9]。

2.2 影像存储模块

负责将接收到的每一个影像文件生成无损和有损两份压缩文件。根据实际需求，我们采用无损与有损相结合的文件压缩策略。其中，无损压缩图像质量好、分辨率高、图像信息完整，主要服务于临床诊断、手术和治疗。而有损压缩图像较清晰、留有主要图像特征、占用磁盘空间小，用于存储病人长期各种影像数据，主要为科研教学、病历回顾与比对服务。这两类文件按照“压损类型+文件生成日期”的格式分别存放在不同文件夹中。如文件夹“Lossless20080928”和“Lossly20080928”分别存放2008年9月28日生成的所有无损和有损压缩影像文件。同时，此模块还负责根据检索请求，从数据库中查找对应的目标文件，并向调阅接口反馈查找结果。

2.3 影像调阅接口

负责为门诊/住院医生站和影像工作站等客户端提供影像访问接口，即先将客户端发出的影像访问请求转发给影像存储模块，等到影像存储模块给出反馈结果，再决定是否从存储库中取出目标文件传送给客户端。

2.4 文档存储库

文档存储库负责存储影像文件。由于系统存储影像文件数目巨大，采用“数据库索引 + 文件实体”的存储策略[10]可以提高系统服务性能。即将DICOM影像文件所包含的病人、检查、设备等相关信息抽取出来，作为索引信息存储到数据库中。而将影像数据以文件的形式存放在文档库中，并把每一个影像文件的存放路径作为一个重要属性也存入数据库，据此在数据库和文档库之间建立一一对应关系。如果用户做查询检索，则只要依托数据库就能完成。只有当需要调取影像文件时，才会根据文件路径，从文档库取回对应的影像文件。

3 集成测试

系统集成测试的主要任务是测试各检查科室系统服务器能否与影像集中存储系统的DICOM Server进行正常的影像转发，以及DICOM Server的文件压缩存储和检索调阅功能。医学影像集中存储系统的软、硬件组成，见表1。

表1 系统软硬件组成

3.1 影像数据接收测试

放射、超声、核医学、消化内镜、病理等科室信息系统需要将各自采集存储的影像文件从科室服务器转发到影像集中存储系统的DICOM Server。这要求各检查科室系统服务器支持基于DICOM方式的文件转发功能，并且各种检查系统的影像文件格式要严格遵循DICOM标准。否则，集中存储系统不能正常接收影像文件。

3.2 数据压缩存储测试

针对不同类型和分辨率的影像文件，选择相应的压缩算法和压缩比率是Synapse DICOM软件的一个显著优势。Synapse系统提供的压缩算法，见表2。为了获得更好的压缩效果，放射和核医学类的彩色和灰度图像分别采用不同的有损压缩算法，表中以“*”所示。

3.3 影像检索与调阅测试

组合条件检索调阅与基于当前上下文的影像调阅测试，见图2。组合条件检索调阅是基于DICOM QUERY&RETRIEVE协议实现，在图1中由“Q&R接口”模块实现此功能。方法是采用现有影像工作站和第三方影像调阅工具，如efilm软件，从DICOM Server上直接查询和取回影像文件。而基于当前上下文的影像调阅是基于DICOM WADO协议，在图1中由“WADO接口”模块实现此功能。其调用接口为http://192.168.0.59/explore.asp?path=/所有检查/instanceeuid = StudyInstanceUID。

如命令“http://192.168. 0.59/explore.asp?path=/所有检查 /instanceeuid= 1.2.840.113820. 861002.40794.32174714 12953.2.1069163”能够基于IE浏览器将StudyInstanceUID值 为“1.2.840.113820.861002.40794.3217471412953.2.10 69163”的全部影像文件从DICOM Server中取回，并通过Synapse Web显示控件打开文件供医生阅览影像。

4 小结

当前，以数字化医疗设备、IT基础设施和各类专业化临床信息系统为支撑的数字化医疗正在改变着传统的医疗工作模式，在提高医疗质量、减少医疗差错、优化医疗工作流程等方面表现出巨大潜力。其中，数字医学影像在数字化医疗中起到越来越重要的支撑作用。医学影像刻画了患者病情的进展状况，不仅是医生进行临床诊断最主要的影像学根据而且也是医生为患者制定手术方案、拟定治疗计划、撰写病案等最重要的参考信息。

图2 影像检索与调阅

表2 Synapse系统的压缩算法

为实现放射、超声、病理、核医学、消化内镜等各检查影像的集中长期存储，面向临床提供全面、高效、便捷的影像检索与调阅服务，我院建立了医学影像集中存储系统，通过与各检查系统服务器的连接，实现了各种检查影像数据的转发和集中存储；同时又通过DICOM接口，实现了与门诊/住院医生站和影像工作站的影像集成，使医生能够更加方便地检索调阅病人的各种检查影像。如今，医学影像集中存储系统在我院投入使用已近3年，取得了良好实效。

[1] 李书章,褚健.数字化医院建设理念与实践[M].北京:人民军医出版社,2011.

[2] 方勇,刘向峰,罗玉文.基于DICOM3.0标准构建放射治疗数字系统[J].中国医疗设备,2011,26(7):51-52.

[3] 陈衍斯,李彬,田联房,等.PACS中DICOM图像传输与存储系统的设计[J].生物医学工程研究,2008,27(2):103-106.

[4] 龚迅炜.医学图像存储与传输系统部分关键技术的研究与实现[D].长春:吉林大学,2005.

[5] 刘大刚.用DICOM协议实现医疗成像设备间的相互通讯[D].成都:电子科技大学,2006.

[6] 赵越,韩滢,王之琼,等.低负载医学图像自动归档与通讯系统架构[J].小型微型计算机系统,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] 郭华源,薛万国,黄辉,等.放射影像调阅行为的统计与分析[J].中国医学影像学杂志,2010,18(5):408-409.

[9] 王晓楠.DICOM通信的设计和实现[J].计算机工程与应用,2004,(13):131-132.

[10] 郭华源,薛万国.PACS与医学摄影图像数字化管理[J].信息记录材料,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

作者邮箱：guohy2005@163.com