基于Web的野战医疗所影像传输管理系统的设计

帅海涛，刘志国，陈　平，张文昌

基于Web的野战医疗所影像传输管理系统的设计

帅海涛，刘志国，陈平，张文昌

目的：设计建立基于Web的野战医疗所影像传输管理系统。方法：结合DICOM（digital imaging and communications in medicine）标准中的WADO（Web access to dicom persistent object），改进传统C/S结构的医学影像存档与通信系统（picture archiving and communication system，PACS）为B/S结构，运用相关软件搭建Web服务器和PACS服务器的Web接口，并编写客户端的Applet，以实现在浏览器中对DICOM医学影像的处理调阅。结果：改变了传统PACS结构，实现了基于Web的影像传输管理。结论：B/S结构的影像传输管理系统完善了C/S结构PACS的不足之处，可有效解决众多PACS的数据融合问题，并对军队医院实现远程会诊的实效性具有重要意义。

Web；PACS；WADO；野战医疗；管理

0　引言

随着互联网、信息技术和医疗管理的不断完善，以及区域医疗、远程会诊和基层医疗机构信息化建设的高速发展，医学影像存档与通信系统（picture archiving and communication system，PACS）得到了迅速发展。近年来，全国各个医院均广泛应用了不同厂商的PACS，PACS在医疗领域应用不断拓展，并逐步进入了野战医疗单元中。使用人员发现，C/S即Client/Server（客户端/服务器端）结构的PACS存在诸多弊端：（1）C/S结构决定了客户机必须安装由开发商授权使用的图形浏览软件，并且按每个节点收费，费用昂贵[1-2]。（2）C/S结构导致数据共享不畅，严重制约远程会诊效率。在汶川地震救援期间，各单位在应用PACS时发现，由于所使用PACS的厂商不同，远程终端未能匹配安装相应的PACS客户端，导致无法进行有效的医学图像数据远程传输及会诊[3-4]。（3）客户端软件大，导致客户端负载过重，严重影响工作效率。当系统内连接的客户端数目激增时，会导致服务器的性能负载失衡，效率大大降低[5]。（4）对于传统C/S结构的PACS，每次都需要对客户端和服务器两端的应用程序进行修改才能满足越来越高的应用需求，给PACS的维护和升级造成很大的不便。于是对通过Web实现医学影像的采集、存储、共享、诊断、远程会诊等功能的B/S结构的医学影像传输和管理系统的需求越来越强烈[6]。

随着现代网络技术的不断发展进步，出现了一种新的B/S结构，即Browser/Server（浏览器/服务器）结构，它是传统C/S结构的一种变化或者说改进的结构。为了使医学影像在Web上实现快速、方便、灵活的数据访问并应用于野战医疗单元中，结合DICOM（digital imaging and communications in medicine）标准中的WADO（Web access to dicom persistent object）设计，可以实现基于Web的野战医疗所影像传输管理系统[7-8]。

1　系统设计目标和原则

目前，各医院所应用的PACS虽然包含了医学影像传输的网络技术，但大多局限于局域网内，且不具备远程医疗和会诊功能，这些PACS都是C/S结构的，存在诸多弊端[9]。本系统设计的目标是保留原有合理的影像传输管理方式，通过将C/S结构的系统改进为B/S结构，完善其系统功能和结构[10-11]。该系统的设计遵循以下原则：

（1）实用性原则。对于该系统的设计应借鉴医院目前对影像传输管理的模式，突出管理流程和实用性，开发界面简洁、实用的影像传输管理系统并使之符合目前应用的常规操作流程。

（2）可靠性原则。硬件方面应充分利用医院现有的网络设施以及硬件设施，充分确保本系统硬件配置的安全可靠。从软件方面讲，本系统的设计应运用面向对象的思想方法，设计和实现B/S构架的影像数据库传输管理系统，遵循多用户、多层权限以及网络化管理模式，确保数据的完整可靠[12]。

（3）安全性原则。本系统应使用确保数据安全的技术，严格制定对数据的访问权限。前台服务器内的影像记录应及时上传至数据服务器中，防止因误操作或人为操作导致的数据丢失，确保影像数据的安全可靠。

2　系统运行环境

2.1硬件环境

系统运行需要后台数据库服务器、Web服务器和前台工作站以及相互连接的基础网络设施。

（1）PACS核心数据服务器，型号为HP ProLiant DL380G6，CPU QuadCoreIntelXeonE5520，1600MHz（12×133），内存6 GB。操作系统是Windows Server 2008。在线存储器为EMC的VNX5100，其存储空间为21.5 TB。

（2）Web数据服务器，型号为IBM BladeCenter HS22，CPU Intel（R）Xeon（R）CPUE5649@2.53GHz，内存为8 GB。

（3）前台工作站，所有连入网络的计算机均可作为工作站。

2.2软件环境

前台工作站对操作系统没有任何要求，只要支持Web浏览器即可。采用目前的主流MicrosoftWindows XP、Windows Severe等操作系统均可以支持。服务器端则相对复杂一些，需要构建DICOM归档管理服务器，实现DICOM医学图像及其相关数据库存储。在不改变原有PACS的DICOM数据库服务器的基础上，加入通过Web对DICOM图像数据库的访问支持，将WADO请求整合到客户页面中并发送至归档服务器，以实现远程查询、调阅、处理各类医学影像信息。

3　系统结构和功能

3.1系统结构

基于Web的野战医疗所影像传输管理系统的数据交换网络与系统架构部署如图1所示。该系统主要分为客户层（client tier）、应用层（服务层）（server tier）和数据层（data tier）3个层次。

图1　基于Web的野战医疗所影像传输管理系统的架构部署

传统上，完整的大型PACS至少包括医学影像采集模块、大容量的数据存储模块、影像显示和处理模块、数据库管理模块和支持影像传输的物理网络连接等模块[11]。基于Web的野战医疗所影像传输管理系统的网络架构如图2所示。

图2　基于Web的野战医疗所影像传输管理系统的网络结构

这种架构拥有灵活的客户端，既可以是具有复杂功能的工作站，也可以是简单的浏览器。原有PACS网内的用户可以通过工作站进行图像信息获取，并通过客户端软件实现各种高级操作，如图像处理、特征分析等；而网外用户通过支持WADO服务的Web DICOM服务器，又可以使用Web浏览器访问原始DICOM数据以及其他信息，如JPEG图像、TXT报告文档等。2种类型的用户相互间不会影响，同时又保证了不同用户能够实现同样的操作[6]。

3.2系统功能

系统功能主要包括以下模块：

（1）用户验证模块。用户进入系统前需进行用户验证，输入系统内建的账号和密码，验证通过之后才能进入系统界面。

（2）信息列表浏览模块。提供列表显示，并且能够按照DICOM的信息模型，按照患者、检查、扫描序列、图像的层次进行显示，同时可以分别对DICOM归档服务器上患者、检查、扫描序列以及图像等4个列表的信息进行浏览和操作。

（3）患者信息模块。用户可以通过接口调用医院HIS的患者信息数据库，查看患者的基本资料和其他信息。

（4）检查报告模块。获取图像信息和存储患者检查报告。

（5）图像处理模块。工作人员能够对影像进行处理，包括对DICOM医学影像窗宽、窗位的调节，影像的放大缩小、黑白反转、水平镜像、垂直镜像、任意角度旋转、测量、标记等功能。

3.3系统特点

（1）模块式功能设计。按照使用单位需求、人员角色需求和功能划分模块。

（2）易于操作。本系统界面形象直观、简单易学，系统功能一目了然，操作方便。

（3）多权限管理。本系统可根据不同的使用人员设置不同的管理权限，不同的管理权限对应不同的可操作的功能模块。因为医生、技师所使用的功能模块不同，所以医生、技师所对应的权限也不同，方便系统使用单位对医学影像资料综合管理[8]。

4　系统实现与应用

4.1DICOM服务器Web接口的建立

本系统是在原有PACS框架外架设网络网关，实现客户端与数据库的连接。因此，采用DICOM服务器软件对医院环境中的DICOM数据库进行模拟，使用dcm4chee作为网络接口。dcm4chee是开源的图像管理与归档服务器（遵循IHE），包含了DICOM、HL7等服务和接口，能够在医疗环境中提供存储、寻回和工作流控制等功能。dcm4chee需要通过JBoss应用服务器来实现。

dcm4chee通过多个模块实现服务，架设的步骤如下：

（1）在系统中解压dcm4chee的压缩包，选择相应的数据库版本，本系统选用的是支持SQL Server的dcm4chee-mssql。

（2）在dcm4chee里面的bin文件夹下，运行install_jboss.bat，并以JBoss服务器的文件夹位置作为参数。

（3）配置dcm4chee的SQL数据库，并调用SQL语句创建数据库表。

（4）设置Java运行环境变量。

（5）测试安装。安装成功后，在dcm4chee里面的bin文件夹下运行run.bat。

4.2数据库设计与实现

4.2.1数据表结构

在架设dcm4chee服务器时，在SQL Server里建立一个pacsdb的数据库，用于记录服务器存储的DICOM文件信息以及其他关联信息。本系统可以利用这个数据库，从库中获取关于DICOM关键信息表。

4.2.2针对WADO的数据视图

在WADO规定中，每次请求只能发送一个具体实例的请求，也就是说要求同时发送该实例的Study UID、SeriesUID、ObjectUID。但在按照DICOM信息模型的数据库存储时，这3个字段不同时存在一个数据表中，而在数据操作中，同时访问多个数据表将会减慢访问速度。为了提高效率，需要生成指向多个DICOM信息对象的索引[13]。

在现有的案例中，有2种方案实现。第1种方案是通过维护所有指向单个DICOM对象的索引，也就是在数据库中，从患者、检查、序列和影像这些不同的数据表中，抽取各自的UID字段构成一个用于检索单个DICOM对象的视图。第2种方案是为应用程序所访问的DICOM对象创建键对象选择（KOS），并由程序保存与该键对象选择的链接。服务器通过WADO对其进行检索，进而访问所有索引的DICOM对象。本系统采用第1种方案进行实现，从原有的数据表patient、study、series、instance中关联主键并抽取用于WADO检索的各个UID字段，在SQL server中建立study、series、image 3个对象的视图，分别为study_view、series_view、image_view。

4.2.3应用层的设计与实现

应用层是基于Web的野战医疗所影像传输管理系统的核心所在，主要由JSP（Java server pages）页面和JavaBean组成，并通过Web服务器Tomcat6.0使得用户能够对系统进行访问。同时，又能连接数据库，以完成数据访问。

JSP是一种类似于ASP的网页技术，用于动态的Web应用开发。将Java代码段和JSP标记加入传统网页的HTML文件中，从而构成了JSP页面。JSP是一种完全与平台无关的技术。我们主要通过JDBC（Java database connectivity）来实现JSP数据库的访问。JDBC是由Java语言所编写的，可以提供多种关系数据库的统一访问。JSP和数据库之间的接口类库（Java SQL包）就是由它定义并组成的。通过JDBC可以在JSP和数据库之间建立连接，执行SQL语句，并处理SQL语句返回的结果[13]。

4.2.4 基于WADO的DICOM访问实现

WADO的请求将通过HTTP的GET方法实现。当用户进入患者列表的JSP视图后，可以向DICOM归档服务器发送请求表单。Method的可选值包括POST和GET，而Method的默认值为GET。GET指的是一种方法，说明如何将HTTP请求的参数从浏览器端传送至服务器端。这种方法是将通常以特殊字符如符号“&”分隔的参数置于浏览器使用者可看见的网址内。另一种方法POST，是用于在网站不需要将参数传递给网址时。DICOM3.0标准的第18部分规定，WADO请求方式为GET。

4.3基于Web的野战医疗所影像传输管理系统的Applet的设计与实现

4.3.1基于浏览器的图像浏览

实现基于Web的PACS图像浏览器，最重要的就是实现客户端的浏览软件的设计。它不需要客户安装任何浏览软件，只要客户端有操作系统内嵌的Internet Explorer或者其他Web浏览器，就能自动地从Web服务器上下载Applet到本地运行，实现对患者图像的浏览等功能。实现基于Web的PACS图像浏览器，不仅能实现基于Web的医学影像浏览，而且为远程医疗、远程教学、远程诊断提供基础[1]。

4.3.2ImageJ的使用与自定义控件

ImageJ是一个公共的图像处理与分析工具，它是基于Java的程序。它可运用于多种平台，如Microsoft Windows、Linux、Mac OS等，而且它具有强大的可扩展性。我们用ImageJ开发Applets、Servlets或其他应用程序。在当前的纯Java图像处理程序中，ImageJ是处理速度最快的。它能够完成显示、处理、分析、保存和打印图像等功能，并且能够读取多种图像格式。图像类型包括DICOM、GIF、JPEG、BMP、TIFF、FITS等。它支持堆栈，可以在一系列图像的访问中共享一个窗口。只要有足够的内存，ImageJ可以打开多幅图像进行同时处理。

ImageJ能够进行区域计算和像素统计，而且范围可以由用户做自定义选择，并且可以实现距离和角度的测量。ImageJ可以创建图形进行分析，如柱状图和线型分析图等。它支持标对比度、锐华、滤镜、钝化等图像标注的处理方法。ImageJ是通过Java插件所设计的开放体系结构，可以获取能够使用ImageJ内置的编辑器和编译器的定制分析、处理插件[13]。通过使用用户自定义插件，几乎所有图像处理和分析方面的问题都可以得到妥善解决。ImageJ自定义控件的方式可以通过定义宏（Macro），同时也加入了对Javascript的支持。本系统主要读取DICOM格式，利用ImageJ自定义宏实现DICOM文件指定Tag的读取。

实现基于Web的PACS图像浏览器，最重要的就是实现客户端的浏览软件的设计，应具备医学数字图像处理软件中的窗口技术、自由缩放、旋转、平移、负片等功能。它不需要客户安装任何浏览软件，只要客户端有操作系统内嵌的Internet Explorer或者其他浏览器，就能自动从Web服务器上下载Applet到本地运行，实现对患者图像的浏览等功能。PACS Web浏览器的实现，不能实现基于Web的医学影像浏览，还能为远程医疗、远程教学、远程诊断提供基础。

5　结语

基于Web的野战医疗所影像传输管理系统，在野战医院内，可接收各种具备标准DICOM接口的成像设备（CR、DR、CT、MR、核医学、超声检查、胶片扫描仪等）数据信息，同时兼容PACS的数据信息，提供数据存储、共享、辅助医生诊断；在野战医院外，可通过集成的Web模块，实现影像数据的远程实时浏览。平时可用于远程的现场教学功能、同步示范；战时可实现实效的远程会诊模式、报告等[14]。本系统可有效解决C/S结构系统的弊端，如：对客户端的操作系统无任何要求，无需在客户端安装软件，只要该客户端可运行浏览器即可；任何计算机终端经过认证后都可以通过网络访问所需的医学影像数据，大大提升了远程会诊的效率；由于客户端无软件要求，任何接入网络的计算机均可作为客户端使用；在B/S结构下，每一次应用需求的变化，只需要对服务器端的应用程序进行修改即可，维护和升级应用简单快捷。该系统可有效解决众多PACS的数据融合问题，对实现我军远程会诊的实效性具有重要意义，并可有效提升我军信息化建设的管理水平。

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（收稿：2013-12-28修回：2014-03-09）

Design of Web-based image transmission and management system in field medical station

SHUAI Hai-tao1,2,LIU Zhi-guo1,CHEN Ping1,ZHANG Wen-chang1
(1.Institute of Medical Equipment,Academy of Military Medical Sciences,Tianjin 300161,China; 2.Department of Radiology,the 476th Hospital of the PLA,Fuzhou 350002,China)

ObjectiveTo design a Web-based image transmission and management system for field medical station. MethodsPACS was improved from traditional C/S structure to B/S structure according to Web access to dicom persistent object(WADO)of DICOM.Some application software was used to develop the client Applet and Web interface between the Web server and PACS server,so as to realize the processing and accessing of DICOM medical images through the browser.ResultsThe traditional PACS structure was transformed,and Web-based image transmission and management were implemented.ConclusionB/S structure eliminates the deficiencies due to C/S structure of PACS,and realizes data fusion of multi PACSs,and thus is of great significance for telemedicine of the PLA.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（11）：36-39，70]

Web;PACS;WADO;field medical care;management

R318；TP393.4

A

1003-8868（2014）11-0036-05

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.11.036

帅海涛（1979—），男，工程师，主要从事大型医疗设备的维修和医院信息化工作，E-mail：flying_ sht@163.com。

300161天津，军事医学科学院卫生装备研究所（帅海涛，刘志国，陈平，张文昌）；350002福州，南京军区福州总医院476临床部放射科（帅海涛）

刘志国，E-mail：liuzhiguo_s@263.net