淺析區域醫學影像語義檢索系統的設計

方勝吉 劉超 張騰

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722004

摘要：在臨床應用過程當中，醫學圖像資料是輔助醫生診斷的一個重要的手段，然而，傳統的PACS系統，僅能夠使醫生針對個例進行診斷，不具有特例性，當遇到疑難雜癥時，系統并不能夠給醫生提供有價值的醫學圖像參考資料；本文討論的系統就是針對這種情況進行設計，通過將語義技術與醫學圖像檢索技術相結合，實現對醫學圖像的語義檢索，從而給醫生提供與就診患者相關的可查的醫學影像資料，提高醫生的診斷效率和正確率，對臨床應用具有極強的實用價值。

關鍵詞：醫學圖像；語義檢索；跨區域

在臨床的過程當中，醫學圖像常常作為醫生對病情判斷的一個主要的依據，特別是在醫生對病情判斷不是十分明晰的時候，醫生往往需要通過同其他的醫學圖像進行對比，得出寶貴的參考意見，因此，能夠有效、及時的得到與病人相關的或類似的、已經得出診斷結論的特例醫學圖像顯得尤為重要。然而，目前，國內大多數的醫院使用的都是PACS系統，它只能通過病人本人的信息檢索出來相關的醫學圖像，這些圖像并不具有特例性，也就是說它僅對患者本人，而不能為其他病例提供參考；再者，目前國內的各所醫院的醫學圖像資源，極少共享，也就是說大部分的醫療機構都只是在管理和使用自己院內的醫學圖像資源，這種區域局限性嚴重限制了醫療合作的發展。

所以，面對上述問題，我們提出了將醫學圖像的檢索過程與語義技術相結合，通過智能化的語義檢索體系提高醫學圖像的檢索效率，可以根據各地不同的醫療條件，構建出不同水平的語義檢索系統；再結合RESTFULL，以URI的形式呈現給用戶；同時，還可以實現在任何網絡環境下，都可以通過訪問接口獲取醫學圖像資源的信息，真正的實現跨區域、跨醫院間的醫學影像信息互聯，充分提高醫學圖像的利用率。

一、醫學圖像語義檢索系統分析

（一）需求分析

需求分析，是通過與用戶之間的詳細交流得出的，主要是要對用戶進行深入的調查研究，明確用戶需要什么樣的功能？系統需要怎么做？具體要怎樣實現等。這是需求分析最根本的任務。而整個系統設計的關鍵是要通過與用戶的全面交流，真正的掌握用戶的想法與用戶對系統的最終的期望，這是整個系統的目標；而最終系統所呈現出來的形態和性質則是由需求分析所得出的結論決定的，這是系統設計的基石。

相對于醫學圖像的語義檢索，它主要面對的用戶就是醫生，在傳統的PACS中，醫生要想檢索出病人的醫學影像信息，一般情況下，都是先從病人的ID開始，然后依次進行檢查、序列等，直到找到病人的圖像資料，在這個檢索過程中，是一個一對多的關系，整個的檢索路徑呈現的是一種倒置的樹形結構；也就是說，從一個病人出發，進行檢索，他可能會有好多的檢查，而在每個檢查當中，又會包含多個序列，一個序列里面又會有多張醫學影像圖片，所以說整個的檢索路線就是一個樹形結構；樹形結構的特點是層次清晰，相鄰的節點間影像較小；但缺點也較為突出，比如說不能進行跳躍式檢索，這就使得醫生在對圖像進行檢索時，操作過程變得復雜且呆板，即使是檢索同一副圖像，操作過程也要重復兩遍，所以從醫者的角度來講，一種高效、智能的圖片檢索方式被迫切需要，特別是當面對疑難雜癥時，高效的獲取有參考價值的圖像，從而大幅度提高醫生診斷的效率和準確率，顯得尤為珍貴。

而就目前來講，這種智能的語義檢索方式并沒有被重視起來，在當前，絕大多數的醫院還是停留在小范圍內，使用PACS，PACS高成本、范圍狹窄的缺點暴露的十分明顯，我們需要對目前的狀況進行改進，需要使用新的技術來提高醫療的執行效率、擴大其影響的范圍、降低其使用的成本，從而大幅度提高患者的就醫質量。

（二）可行性分析

可行行分析，是在前面我們討論的需求分析的基礎之上，對整個系統提出的一個整體的設想；根據現有的實際條件，經過客觀細致的分析和冷靜的判斷，對系統實現過程的具體實施步驟、各個環節所需要的軟硬件條件的一個實際的考察。主要衡量在現有的硬件設施、實現技術等條件下，能否按用戶的需求，實現系統的最終的目的，進行深入的討論、研究和論證；最后要得出是否可行的結論。

相對于系統的研發可行性而言，首先，系統開發有極其廣闊的市場需求，這點前面已經闡述，可以應用到臨床實踐當中，并取得良好的經濟效益和社會意義；其次，系統的研發，應以某大型醫院為基礎進行研發，軟硬件環境應與臨床實踐相近；最后，項目研發人員要具有極強的專業能力，能夠實現用戶的需求。

二、系統的整體設計及運行流程

（一）系統設計的目標

整個語義檢索系統設計的目的是提高醫院的醫療診斷質量，推進醫療技術的發展；結合患者的實際情況，快速高效的為醫生提供有參考價值的醫學圖像資料；系統應該根據醫院現有基礎設施，提供直觀、人性化的醫學圖像服務，以人性化的方式，將基于DICOM文件格式的病人信息、檢查信息、序列信息和圖片信息呈現給需求的醫生，提高其檢查的速度和準確率。

（二）系統設計的原則

在對醫學圖像語義檢索系統進行設計時，主要設計原則如下：

1.實用性

本系統的使用者，主要是醫生，作為醫療工作者對于計算機的使用方法可能了解的并不是很多，這就要求系統界面設計要人性化，操作盡量簡單易懂，同時還要配有詳細的功能說明，為醫療工作者提供有效的功能解釋；同時，系統反應要迅速，能夠滿足臨床的實時性要求。

2.安全可靠性

對于應用在臨床醫療上的系統來講，系統的安全可靠性至關重要，其中最為重要的就是數據源，為了不使整個系統癱瘓，數據源的安全性必須得到保障；同時，系統要可靠的運行，還要有極高的容錯性，不會因為一點小失誤導致整個系統的崩潰。

3.科學性和規范性

為保障系統結構的科學合理，系統的建立過程應以軟件工程學為基礎，同時，系統的各項功能也應該以臨床的實際需求為準，也就是說要以標準的、規范化的信息格式來處理信息，目前醫療行業，通用的重要的信息規范化標準有兩個，分別是DICOM和HL7。系統在設計時應遵循這兩個標準。

4.可擴展性和經濟性

從可持續發展的觀點出發，系統應該預留一定的IO接口，便于以后的功能擴展，以及對數據的更新；為延長其使用的周期，在硬件方面應具備一定的提前量，可以從計算機性能、設備的擴容、軟件更新等方面考慮；同時在保障功能的基礎上，還要兼顧價格，把握好系統的性能價格比，應以最好的性能價格比配置系統的軟硬件。

（三）運行流程

根據前面的分析，結合本系統的最終目的，設計出一個基于語義和RestFul架構的醫學圖像區域語義檢索系統，主要實現對醫學DICOM圖像的區域語義檢索。具體運行流程如下：

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項目基金：吉林省教育廳“十三五”規劃科技項目，項目名稱：區域內海量醫學影像數據分布式存儲架構的研究與實現，項目編號：吉教科合字（2016）第233號

作者簡介：方勝吉（1982），男，碩士，講師。