浅析区域医学影像语义检索系统的设计

方胜吉 刘超 张腾

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722004

摘要：在临床应用过程当中，医学图像资料是辅助医生诊断的一个重要的手段，然而，传统的PACS系统，仅能够使医生针对个例进行诊断，不具有特例性，当遇到疑难杂症时，系统并不能够给医生提供有价值的医学图像参考资料；本文讨论的系统就是针对这种情况进行设计，通过将语义技术与医学图像检索技术相结合，实现对医学图像的语义检索，从而给医生提供与就诊患者相关的可查的医学影像资料，提高医生的诊断效率和正确率，对临床应用具有极强的实用价值。

关键词：医学图像；语义检索；跨区域

在临床的过程当中，医学图像常常作为医生对病情判断的一个主要的依据，特别是在医生对病情判断不是十分明晰的时候，医生往往需要通过同其他的医学图像进行对比，得出宝贵的参考意见，因此，能够有效、及时的得到与病人相关的或类似的、已经得出诊断结论的特例医学图像显得尤为重要。然而，目前，国内大多数的医院使用的都是PACS系统，它只能通过病人本人的信息检索出来相关的医学图像，这些图像并不具有特例性，也就是说它仅对患者本人，而不能为其他病例提供参考；再者，目前国内的各所医院的医学图像资源，极少共享，也就是说大部分的医疗机构都只是在管理和使用自己院内的医学图像资源，这种区域局限性严重限制了医疗合作的发展。

所以，面对上述问题，我们提出了将医学图像的检索过程与语义技术相结合，通过智能化的语义检索体系提高医学图像的检索效率，可以根据各地不同的医疗条件，构建出不同水平的语义检索系统；再结合RESTFULL，以URI的形式呈现给用户；同时，还可以实现在任何网络环境下，都可以通过访问接口获取医学图像资源的信息，真正的实现跨区域、跨医院间的医学影像信息互联，充分提高医学图像的利用率。

一、医学图像语义检索系统分析

（一）需求分析

需求分析，是通过与用户之间的详细交流得出的，主要是要对用户进行深入的调查研究，明确用户需要什么样的功能？系统需要怎么做？具体要怎样实现等。这是需求分析最根本的任务。而整个系统设计的关键是要通过与用户的全面交流，真正的掌握用户的想法与用户对系统的最终的期望，这是整个系统的目标；而最终系统所呈现出来的形态和性质则是由需求分析所得出的结论决定的，这是系统设计的基石。

相对于医学图像的语义检索，它主要面对的用户就是医生，在传统的PACS中，医生要想检索出病人的医学影像信息，一般情况下，都是先从病人的ID开始，然后依次进行检查、序列等，直到找到病人的图像资料，在这个检索过程中，是一个一对多的关系，整个的检索路径呈现的是一种倒置的树形结构；也就是说，从一个病人出发，进行检索，他可能会有好多的检查，而在每个检查当中，又会包含多个序列，一个序列里面又会有多张医学影像图片，所以说整个的检索路线就是一个树形结构；树形结构的特点是层次清晰，相邻的节点间影像较小；但缺点也较为突出，比如说不能进行跳跃式检索，这就使得医生在对图像进行检索时，操作过程变得复杂且呆板，即使是检索同一副图像，操作过程也要重复两遍，所以从医者的角度来讲，一种高效、智能的图片检索方式被迫切需要，特别是当面对疑难杂症时，高效的获取有参考价值的图像，从而大幅度提高医生诊断的效率和准确率，显得尤为珍贵。

而就目前来讲，这种智能的语义检索方式并没有被重视起来，在当前，绝大多数的医院还是停留在小范围内，使用PACS，PACS高成本、范围狭窄的缺点暴露的十分明显，我们需要对目前的状况进行改进，需要使用新的技术来提高医疗的执行效率、扩大其影响的范围、降低其使用的成本，从而大幅度提高患者的就医质量。

（二）可行性分析

可行行分析，是在前面我们讨论的需求分析的基础之上，对整个系统提出的一个整体的设想；根据现有的实际条件，经过客观细致的分析和冷静的判断，对系统实现过程的具体实施步骤、各个环节所需要的软硬件条件的一个实际的考察。主要衡量在现有的硬件设施、实现技术等条件下，能否按用户的需求，实现系统的最终的目的，进行深入的讨论、研究和论证；最后要得出是否可行的结论。

相对于系统的研发可行性而言，首先，系统开发有极其广阔的市场需求，这点前面已经阐述，可以应用到临床实践当中，并取得良好的经济效益和社会意义；其次，系统的研发，应以某大型医院为基础进行研发，软硬件环境应与临床实践相近；最后，项目研发人员要具有极强的专业能力，能够实现用户的需求。

二、系统的整体设计及运行流程

（一）系统设计的目标

整个语义检索系统设计的目的是提高医院的医疗诊断质量，推进医疗技术的发展；结合患者的实际情况，快速高效的为医生提供有参考价值的医学图像资料；系统应该根据医院现有基础设施，提供直观、人性化的医学图像服务，以人性化的方式，將基于DICOM文件格式的病人信息、检查信息、序列信息和图片信息呈现给需求的医生，提高其检查的速度和准确率。

（二）系统设计的原则

在对医学图像语义检索系统进行设计时，主要设计原则如下：

1.实用性

本系统的使用者，主要是医生，作为医疗工作者对于计算机的使用方法可能了解的并不是很多，这就要求系统界面设计要人性化，操作尽量简单易懂，同时还要配有详细的功能说明，为医疗工作者提供有效的功能解释；同时，系统反应要迅速，能够满足临床的实时性要求。

2.安全可靠性

对于应用在临床医疗上的系统来讲，系统的安全可靠性至关重要，其中最为重要的就是数据源，为了不使整个系统瘫痪，数据源的安全性必须得到保障；同时，系统要可靠的运行，还要有极高的容错性，不会因为一点小失误导致整个系统的崩溃。

3.科学性和规范性

为保障系统结构的科学合理，系统的建立过程应以软件工程学为基础，同时，系统的各项功能也应该以临床的实际需求为准，也就是说要以标准的、规范化的信息格式来处理信息，目前医疗行业，通用的重要的信息规范化标准有两个，分别是DICOM和HL7。系统在设计时应遵循这两个标准。

4.可扩展性和经济性

从可持续发展的观点出发，系统应该预留一定的IO接口，便于以后的功能扩展，以及对数据的更新；为延长其使用的周期，在硬件方面应具备一定的提前量，可以从计算机性能、设备的扩容、软件更新等方面考虑；同时在保障功能的基础上，还要兼顾价格，把握好系统的性能价格比，应以最好的性能价格比配置系统的软硬件。

（三）运行流程

根据前面的分析，结合本系统的最终目的，设计出一个基于语义和RestFul架构的医学图像区域语义检索系统，主要实现对医学DICOM图像的区域语义检索。具体运行流程如下：

参考文献：

[1]储晓韵.骨髓细胞学图像分析报告系统的建立及其应用.浙江大学，2004.

[2]向涛.基于改进AES加密算法的DICOM医学图像安全性研究.电子学报，2012（2）.406411.

[3]陈超.基于VTK的医学图像体绘制技术研究.西安电子科技大学，2010.

[4]王存玮. REST架构应用软件测试系统的研究与实现.北京邮电大学，2008.

[5]徐静.基于REST模式的天然气售气系统的设计与实现.西安工业大学，2009.

项目基金：吉林省教育厅“十三五”规划科技项目，项目名称：区域内海量医学影像数据分布式存储架构的研究与实现，项目编号：吉教科合字（2016）第233号

作者简介：方胜吉（1982），男，硕士，讲师。