基于DICOM 3.0標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建放射治療數(shù)字系統(tǒng)

方勇，劉向峰， 羅玉文

1.湖北省孝感市中心醫(yī)院 a.放療科；b.設(shè)備科，湖北 孝感 432100；2.廣東省順德市同江醫(yī)院 腫瘤科，廣東順德 528300

基于DICOM 3.0標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建放射治療數(shù)字系統(tǒng)

方勇1a，劉向峰1b， 羅玉文2

1.湖北省孝感市中心醫(yī)院 a.放療科；b.設(shè)備科，湖北 孝感 432100；2.廣東省順德市同江醫(yī)院 腫瘤科，廣東順德 528300

目的 通過DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)接口，構(gòu)建放射治療數(shù)字系統(tǒng)。方法 以星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)聯(lián)接該系統(tǒng)的各模塊，在放療TPS工作站上實(shí)現(xiàn)放療數(shù)字系統(tǒng)服務(wù)器功能。遵守TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，采用B/S模式的Web瀏覽器方式，在Windows窗口下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。結(jié)果 構(gòu)建放射治療數(shù)字系統(tǒng)，使TPS各工作站實(shí)現(xiàn)了資源共享。結(jié)論 DICOM 3.0標(biāo)準(zhǔn)，適應(yīng)醫(yī)院信息系統(tǒng)發(fā)展的要求，有利于提高放射治療的效率，提升放射治療質(zhì)量控制和質(zhì)量保證。

放射治療數(shù)字系統(tǒng)；醫(yī)學(xué)影像存檔與傳輸系統(tǒng)；DICOM3.0；放射治療

0 前言

PACS（醫(yī)學(xué)影像存檔與傳輸系統(tǒng)）使醫(yī)學(xué)影像資料能夠便捷地采集、存儲、處理及傳輸，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療資源共享。筆者針對放射治療運(yùn)行模式的現(xiàn)狀，提出構(gòu)建基于DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)的放射治療數(shù)字系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)放射治療模式的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化。

1 DICOM標(biāo)準(zhǔn)文件解析

DICOM標(biāo)準(zhǔn)是由美國放射學(xué)會（ACR）和全美電子廠商聯(lián)合會（NEMA）聯(lián)合推出的醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像和通訊標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)已成為醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域的國際通用標(biāo)準(zhǔn)，涵蓋了醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像的采集、歸納、通訊、顯示及查詢等所有信息的交換協(xié)議，以開放互連的構(gòu)架和面向?qū)ο蟮姆椒ǘx了一套包含各種類型的醫(yī)學(xué)診斷圖像的相關(guān)的分析、報(bào)告等信息的對象集。這是將設(shè)備納入PACS系統(tǒng)必需的條件。

DICOM文件一般由DICOM文件頭及DICOM數(shù)據(jù)元素組成，頭文件含有128個(gè)字節(jié)的引言，然后是長度為4個(gè)字節(jié)的字符串“DICM”來標(biāo)識DICOM文件。DICOM文件格式如圖1所示。

圖1 DICOM文件格式

DICOM圖像C語言數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

DICOM依賴面向?qū)ο髾C(jī)制和網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議完成協(xié)議中定義的功能。服務(wù)類使用者（SCU）和服務(wù)類提供者（SCP）的所有信息封裝于被稱為信息實(shí)體（IE）模塊的“對象”中，在Windows窗口下，借助TCP/IP 協(xié)議傳輸這些信息。

2 放射治療數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 放射治療流程

放射治療是利用放射線治療腫瘤的一種手段。對于需要放療的腫瘤患者，首先醫(yī)生全面了解病情后，通過CT機(jī)或模擬定位機(jī)將患者的治療部位掃描下來，導(dǎo)入計(jì)劃系統(tǒng)勾畫出腫瘤的位置。然后物理師按照醫(yī)生的臨床要求，制定放射治療計(jì)劃，并在模擬機(jī)下驗(yàn)證計(jì)劃無誤后，才能交由技師對患者執(zhí)行治療計(jì)劃。放射治療流程如圖2所示。

圖2 放射治療流程

2.2 放射治療數(shù)字系統(tǒng)

圖3 放射治療數(shù)字系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

放射治療的數(shù)字系統(tǒng)是基于DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)，將放射治療每一步驟流程功能模塊化。在Windows窗口下，采用Web瀏覽器方式的B/S模式，遵守TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)各模塊間的資源共享。按照放射治療流程，本系統(tǒng)將放療分為：① 醫(yī)生工作站；② 定位工作站；③ 計(jì)劃工作站；④ 驗(yàn)證工作站；⑤ 治療工作站。放射治療數(shù)字系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2.1 醫(yī)生工作站

醫(yī)生工作站的主要功能是建立放療病人的電子病歷。該病歷不僅包括病人的個(gè)人基本信息外，而且還包括檢驗(yàn)、影像、醫(yī)療方面的信息。具備病人資料的管理，檢索功能。由于該電子病歷是在Windows窗口下采用Web瀏覽器方式實(shí)現(xiàn)的，而醫(yī)學(xué)影像是DICOM標(biāo)準(zhǔn)格式，因此需要在電子病歷界面加載圖像控件，將DICOM格式的圖像轉(zhuǎn)換成BMP格式，才能在Web瀏覽器方式下的電子病歷界面顯示出來。這是醫(yī)生工作站查閱病人醫(yī)學(xué)影像的關(guān)鍵。

2.2.2 定位工作站

在放射治療中，定位主要是確定患者的治療靶區(qū)。分為普通定位和精確定位。普通定位是在模擬定位機(jī)下，根據(jù)患者的骨性標(biāo)志確定患者的治療靶區(qū)；精確定位是首先通過CT機(jī)，或者PET/CT將患者的治療區(qū)域平掃下來，然后由醫(yī)生逐層勾畫出治療位置，經(jīng)圖像重建后生成DRR圖像。由于當(dāng)前的醫(yī)療影像設(shè)備基本都遵守DICOM標(biāo)準(zhǔn)，滿足PACS的要求，因此，在定位工作站中，生成的DICOM定位圖像可以直接傳輸給計(jì)劃工作站。

2.2.3 計(jì)劃工作站

計(jì)劃工作站主要功能是利用其專業(yè)的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)為腫瘤患者制定最優(yōu)化的治療計(jì)劃。它是整個(gè)放射治療流程體系的核心。因此，將計(jì)劃工作站設(shè)置為放射治療數(shù)字化體系的服務(wù)器。采用B/S模式，使每個(gè)工作站間實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)對多點(diǎn)的資源共享。專業(yè)化的放射治療計(jì)劃系統(tǒng)具備強(qiáng)大的功能，也具有很強(qiáng)的兼容性。能夠自動識別讀取DICOM標(biāo)準(zhǔn)的圖像。計(jì)劃系統(tǒng)生成的治療計(jì)劃文件，包括：射線能量、射野大小，擺位坐標(biāo)，處方劑量，光柵數(shù)據(jù)等參數(shù)，在專門的資源共享區(qū)間，被治療工作站與驗(yàn)證工作站調(diào)用。計(jì)劃工作站接受的患者圖像也存儲在指定的共享文件夾內(nèi)，每一例患者的DICOM圖像都存在其對應(yīng)的存儲文件夾區(qū)間，方便其它工作站實(shí)時(shí)查閱和調(diào)用。

2.2.4 驗(yàn)證工作站

驗(yàn)證工作包括治療靶區(qū)位置的驗(yàn)證和劑量的驗(yàn)證。位置的驗(yàn)證是將患者按照治療計(jì)劃的要求，在模擬定位機(jī)下透視治療部位于計(jì)劃靶區(qū)是否基本一致，并拍攝X光平片存檔；劑量驗(yàn)證是通過劑量驗(yàn)證設(shè)備電離室矩陣（MAPCHECK）測量或者利用高量程膠片刻度測量，然后與計(jì)劃的劑量分布進(jìn)行對比。驗(yàn)證工作站同樣是在安裝有專業(yè)放射治療驗(yàn)證軟件的計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，支持放射治療數(shù)據(jù)系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)功能參數(shù)。

2.2.5 治療工作站

治療工作站主要是讀取計(jì)劃系統(tǒng)生成的治療文件，包括：射線能量、射野大小、處方劑量、光柵數(shù)據(jù)等參數(shù)，并將這些參數(shù)加載在放射治療直線加速器上，技師控制機(jī)器執(zhí)行治療。

3 小結(jié)

本文主要在DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上闡述了放射治療數(shù)字系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)和各個(gè)模塊的功能。構(gòu)建該數(shù)字系統(tǒng)的關(guān)鍵是采用B/S模式的Web瀏覽器方式實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊之間的患者信息、影像數(shù)據(jù)和計(jì)劃數(shù)據(jù)的相互傳輸，共享識別。放射治療數(shù)字系統(tǒng)的建立，適應(yīng)醫(yī)院信息系統(tǒng)發(fā)展的要求，有利于提高放射治療的效率，提升放射治療質(zhì)量控制和質(zhì)量保證，從而保障放射治療的精確定位、精確計(jì)劃、精確治療的“三精”實(shí)施。

[1] David J, Kruglinski. Visual C++技術(shù)內(nèi)幕[M].潘愛民,王國印,譯.北京:清華大學(xué)出版社,1999.

[2] 侯慶鋒,李月卿,王昌元,等. WINDOWS環(huán)境下DICOM醫(yī)學(xué)圖像顯示方法的初步研究[J].醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志,2005,15(11):1013-1015.

[3] 邱明輝,邱本勝,劉海一,等.一種基于Windows NT平臺的DICOM服務(wù)器[J].中國醫(yī)學(xué)影像雜志, 1999,7(1):45.

[4] 徐潘輝,等.DICOM醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像格式與BMP通用圖像格式轉(zhuǎn)換軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].醫(yī)療設(shè)備信息,2006,(3):1-5．

[5] 孔俊,唐厚君.DICOM 醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)接口的Jaya實(shí)現(xiàn)[J].中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué),2004,23(1):10-14．

[6] 郝瑋琳,杜建軍,劉有軍.基于ITK、VTK的D ICOM圖像的顯示及信息提取[J].北京生物醫(yī)學(xué)工程, 2008,27(2):151-155.

[7] 白洋,彭承琳,郭興明.醫(yī)學(xué)體數(shù)據(jù)可視化的研究和實(shí)現(xiàn)[J].北京生物醫(yī)學(xué)工程,2005,24(3): 183-186.

[8] 謝長生,熊華明,陳頡.DICOM圖像顯示的研究與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué),2002,24(6):38.

[9] 林春漪,尹俊勛,馬麗紅,等.論解讀DICOM醫(yī)學(xué)圖像文件及其顯示的VC++實(shí)施辦法[J].現(xiàn)代醫(yī)學(xué)儀器與應(yīng)用,2005,17(1):1-4.

[10] 胡陽秋,高小榕,高上凱.醫(yī)學(xué)圖像DICOM格式轉(zhuǎn)換軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].北京生物醫(yī)學(xué)工程,2000,19(4):193-197.

Construction of Digital Radiotherapy System Based on DICOM 3.0 Standards

FANG Yong, LIU Xiang-feng,LUO Yu-wen
1.a. Radiotherapy Department; b.Equipment Deparment, The Central Hospital of Xiaogan, Xiaogan Hubei,432000, China; 2.Oncology Department,Tongjiang Hospital of Shunde, Shunde Guangdong, 528300, China

Objective Through DICOM 3.0 standard interface, building digital radiotherapy system.Methods To achieve server functions of the digital radiotherapy system at TPS workstation, we use star topology structure to connect system modules. With TCP/IP protocol and B/S mode, we implement data share in windows. Result Construct the digital radiotherapy system, and achieve the data share among TPS workstations. Conclusions The DICOM 3.0 standards meet the requirements of hospital information system,and help to improve the efficiency and quality of radiotherapy.

radiotherapy; PACS; DICOM standard

TN911.73

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.07.013

1674-1633(2011)07-0051-02

2010-11-20

作者郵箱：fangyongxg@163.com