醫學影像集中存儲系統的設計與實現

郭華源

解放軍總醫院 計算機應用與管理科，北京 100853

醫學影像集中存儲系統的設計與實現

郭華源

解放軍總醫院 計算機應用與管理科，北京 100853

目的 實現“以病人為中心”多種影像數據的集中存儲與管理。基于DICOM接口，面向醫院各科室提供病人的長期影像數據的檢索調閱。方法 針對醫學影像集中存儲系統的建設需求和影像接收、存儲和調閱等重點問題，設計了影像集中存儲系統的體系結構。依照DICOM通訊標準對影像數據接收、數據無損/有損壓縮存儲、組合條件檢索調閱與基于當前上、下文的影像調閱等主要集成問題進行了全面測試。結果 系統至今已平穩運行近3年時間，取得了良好的應用效果。結論 放射、超聲、病理、核醫學、消化內鏡等各種檢查影像集中、長期存儲，可為臨床醫生提供實時、全面、高效、便捷的影像調閱服務。

醫學影像；集中存儲；檢索調閱；PACS；DICOM

作為全國首批數字化示范醫院之一，我院已經完成放射[1]、超聲、病理、核醫學[2]、消化內鏡等各檢查科室信息系統與醫院信息系統（HIS）的集成，實現了病人基本信息、檢查信息和檢查報告的共享。同時，建立影像歸檔和通信系統（PACS）[3-4]，實現普放、CT、磁共振、數字胃腸、數字乳腺等放射檢查影像的集中存儲管理，并面向全院提供放射影像檢索與調閱服務。但是，超聲、病理、核醫學、消化內鏡等影像數據還是分散存儲在各個檢查科室系統的服務器內，既不便于對各種影像進行統一管理，如歸檔和備份，又不便于面向臨床、科研和教學提供便捷全面的影像檢索與調閱服務。因此，希望通過建立醫學影像集中存儲系統，實現放射、超聲、病理、核醫學、消化內鏡等各種影像數據的集中長期存儲和檢索，為臨床提供全面、高效、便捷的影像調閱服務。

1 系統需求

醫學影像集中存儲系統的主要功能是實現“以病人為中心”多種影像數據的集中存儲與管理，并基于DICOM接口面向醫院各科室提供病人長期影像資源的檢索調閱。因此，系統需求主要包括5個方面。

（1）以DICOM通信方式接收來自放射、超聲、病理、核醫學、消化內鏡等檢查科室服務器轉發的影像文件，按照日期以統一的文件格式分別存儲。這些影像數據源自不同Modality，不僅包括普放、CT、磁共振、數字胃腸、數字乳腺、核醫學等由檢查設備直接產生的DICOM影像文件[5-6]，而且還包括超聲、病理、消化內鏡等先經采集卡采集再進行DICOM格式轉換的“二次獲取”[7]影像文件。

（2）影像集中存儲系統的用戶主要分為兩類[8]。一類是關注病人近期所作的各種放射、超聲、內鏡等檢查影像，直接服務于臨床診斷、手術和治療，要求圖像質量好，分辨率高；另一類是關注病人一段時期內所作的多次影像檢查，目的是進行病情比對、病歷回顧和科研教學等，要求圖像比較清晰、數據長期在線。

（3）由于X線、CT、磁共振、數字乳腺、超聲、核醫學等影像的分辨率各不相同，所以為了提高磁盤利用效率和擴大影像文件存儲數量，在壓縮圖像質量滿足臨床和科研要求的前提下，針對不同類型圖像，設定最佳傳輸語法和壓縮比率。

（4）為門診/住院醫生工作站和影像工作站提供方便、快捷的影像調閱接口。其中，在門診/住院醫生站中，醫生在查閱檢查報告的同時可通過當前上、下文的StudyInstanceUID值直接獲取到相關的影像文件，并通過專用控件閱讀影像。而影像工作站則是檢查科室和臨床科室專用的影像檢索與調閱客戶端，支持病人ID號、姓名、檢查日期、Modality等條件組合查詢，還提供遮板、翻轉、縮放、旋轉、測量、對比等多種圖像處理功能。

（5）提供影像調閱客戶端的注冊與管理功能，包括記錄客戶端IP地址、端口號和AE Title等信息，以及選擇影像調閱數據類型，是無損壓縮數據還是有損壓縮數據。

2 系統組成

根據需求及各檢查系統現有結構分析，將整個系統分為3部分（圖1），最左側的檢查系統代表現有各個檢查科室系統，它們分別存儲放射、超聲等各種類型近期的影像，是影像集中存儲系統的數據提供者。最右側的門診/住院醫生工作站和影像工作站則是影像數據的使用者。中間部分是影像集中存儲系統，負責為各種類型影像數據提供集中長期的存儲和調閱服務，主要由DICOM Server和文檔存儲庫組成。其中，DICOM Server選用富士公司的Synapse DICOM軟件，具體分為4個功能模塊。

圖1 醫學影像集中存儲系統集成示意圖

2.1 影像接收模塊

負責接收放射、超聲、核醫學等檢查系統轉發來的DICOM影像文件，具體包括響應由各檢查系統服務器發來的DICOM連接請求，以及根據傳輸語法進行DICOM文件接收[9]。

2.2 影像存儲模塊

負責將接收到的每一個影像文件生成無損和有損兩份壓縮文件。根據實際需求，我們采用無損與有損相結合的文件壓縮策略。其中，無損壓縮圖像質量好、分辨率高、圖像信息完整，主要服務于臨床診斷、手術和治療。而有損壓縮圖像較清晰、留有主要圖像特征、占用磁盤空間小，用于存儲病人長期各種影像數據，主要為科研教學、病歷回顧與比對服務。這兩類文件按照“壓損類型+文件生成日期”的格式分別存放在不同文件夾中。如文件夾“Lossless20080928”和“Lossly20080928”分別存放2008年9月28日生成的所有無損和有損壓縮影像文件。同時，此模塊還負責根據檢索請求，從數據庫中查找對應的目標文件，并向調閱接口反饋查找結果。

2.3 影像調閱接口

負責為門診/住院醫生站和影像工作站等客戶端提供影像訪問接口，即先將客戶端發出的影像訪問請求轉發給影像存儲模塊，等到影像存儲模塊給出反饋結果，再決定是否從存儲庫中取出目標文件傳送給客戶端。

2.4 文檔存儲庫

文檔存儲庫負責存儲影像文件。由于系統存儲影像文件數目巨大，采用“數據庫索引 + 文件實體”的存儲策略[10]可以提高系統服務性能。即將DICOM影像文件所包含的病人、檢查、設備等相關信息抽取出來，作為索引信息存儲到數據庫中。而將影像數據以文件的形式存放在文檔庫中，并把每一個影像文件的存放路徑作為一個重要屬性也存入數據庫，據此在數據庫和文檔庫之間建立一一對應關系。如果用戶做查詢檢索，則只要依托數據庫就能完成。只有當需要調取影像文件時，才會根據文件路徑，從文檔庫取回對應的影像文件。

3 集成測試

系統集成測試的主要任務是測試各檢查科室系統服務器能否與影像集中存儲系統的DICOM Server進行正常的影像轉發，以及DICOM Server的文件壓縮存儲和檢索調閱功能。醫學影像集中存儲系統的軟、硬件組成，見表1。

表1 系統軟硬件組成

3.1 影像數據接收測試

放射、超聲、核醫學、消化內鏡、病理等科室信息系統需要將各自采集存儲的影像文件從科室服務器轉發到影像集中存儲系統的DICOM Server。這要求各檢查科室系統服務器支持基于DICOM方式的文件轉發功能，并且各種檢查系統的影像文件格式要嚴格遵循DICOM標準。否則，集中存儲系統不能正常接收影像文件。

3.2 數據壓縮存儲測試

針對不同類型和分辨率的影像文件，選擇相應的壓縮算法和壓縮比率是Synapse DICOM軟件的一個顯著優勢。Synapse系統提供的壓縮算法，見表2。為了獲得更好的壓縮效果，放射和核醫學類的彩色和灰度圖像分別采用不同的有損壓縮算法，表中以“*”所示。

3.3 影像檢索與調閱測試

組合條件檢索調閱與基于當前上下文的影像調閱測試，見圖2。組合條件檢索調閱是基于DICOM QUERY&RETRIEVE協議實現，在圖1中由“Q&R接口”模塊實現此功能。方法是采用現有影像工作站和第三方影像調閱工具，如efilm軟件，從DICOM Server上直接查詢和取回影像文件。而基于當前上下文的影像調閱是基于DICOM WADO協議，在圖1中由“WADO接口”模塊實現此功能。其調用接口為http://192.168.0.59/explore.asp?path=/所有檢查/instanceeuid = StudyInstanceUID。

如命令“http://192.168. 0.59/explore.asp?path=/所有檢查 /instanceeuid= 1.2.840.113820. 861002.40794.32174714 12953.2.1069163”能夠基于IE瀏覽器將StudyInstanceUID值 為“1.2.840.113820.861002.40794.3217471412953.2.10 69163”的全部影像文件從DICOM Server中取回，并通過Synapse Web顯示控件打開文件供醫生閱覽影像。

4 小結

當前，以數字化醫療設備、IT基礎設施和各類專業化臨床信息系統為支撐的數字化醫療正在改變著傳統的醫療工作模式，在提高醫療質量、減少醫療差錯、優化醫療工作流程等方面表現出巨大潛力。其中，數字醫學影像在數字化醫療中起到越來越重要的支撐作用。醫學影像刻畫了患者病情的進展狀況，不僅是醫生進行臨床診斷最主要的影像學根據而且也是醫生為患者制定手術方案、擬定治療計劃、撰寫病案等最重要的參考信息。

圖2 影像檢索與調閱

表2 Synapse系統的壓縮算法

為實現放射、超聲、病理、核醫學、消化內鏡等各檢查影像的集中長期存儲，面向臨床提供全面、高效、便捷的影像檢索與調閱服務，我院建立了醫學影像集中存儲系統，通過與各檢查系統服務器的連接，實現了各種檢查影像數據的轉發和集中存儲；同時又通過DICOM接口，實現了與門診/住院醫生站和影像工作站的影像集成，使醫生能夠更加方便地檢索調閱病人的各種檢查影像。如今，醫學影像集中存儲系統在我院投入使用已近3年，取得了良好實效。

[1] 李書章,褚健.數字化醫院建設理念與實踐[M].北京:人民軍醫出版社,2011.

[2] 方勇,劉向峰,羅玉文.基于DICOM3.0標準構建放射治療數字系統[J].中國醫療設備,2011,26(7):51-52.

[3] 陳衍斯,李彬,田聯房,等.PACS中DICOM圖像傳輸與存儲系統的設計[J].生物醫學工程研究,2008,27(2):103-106.

[4] 龔迅煒.醫學圖像存儲與傳輸系統部分關鍵技術的研究與實現[D].長春:吉林大學,2005.

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[10] 郭華源,薛萬國.PACS與醫學攝影圖像數字化管理[J].信息記錄材料,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

作者郵箱：guohy2005@163.com