基于挂片协议的医学影像显示系统架构

2012-06-01李永毅钟雪丽

电子科技 2012年1期

李永毅，钟雪丽

(1.长治学院师范分院计算机系，山西长治 046000;2.长治职业技术学院采矿测量工程系，山西长治 046000)

通过阅读传统胶片进行医学诊疗，是医生几十年来形成的习惯。传统的胶片打印时，其背光的明暗以及检查器官的窗位、窗宽均已被设定为最佳状态，医生无需进行额外的调整，便可进行读片。但现有的医学影像显示软件需要进行比较复杂的校对和调整才能开始读片，而且医学影像呈现的影像布局和胶片布局在操作难度上有较大差别，因此难以被大多数医生接受。针对这一问题，研究实现了一款基于挂片协议的医学影像显示系统，以适应大多数医生的习惯。挂片协议根据医生阅片习惯、医学影像类型、病人的病理，建立相应的数据库存储相应的挂片协议实例。医生经过一次设定后，以后工作站就可以根据数据库中保存的协议实例进行有针对性的影像布局及显示，方便医生诊疗，具体过程如图1所示。

图1 挂片协议应用流程

1 基于挂片协议的医学影像显示系统

1.1 挂片协议的医学影像显示系统设计

1.1.1 系统及各模块之间的关系

系统采用C/S(Client/Server)结构。主要包括图像导入及图像传输模块，挂片协议生成模块，挂片协议查询模块，图像数据库，图像解析及导入模块和图像显示模块，图2为系统架构。

图2 系统架构

图像导入模块:主要用于实现显示系统显示时需要的DICOM图像并进行了图像的解析与归档。

挂片协议生成模块:用于生成挂片协议实例并存入挂片协议数据库。

图像显示模块:首先通过查询图像数据库获取适合医生习惯及诊断需求的挂片协议记录。然后，根据病人ID号查询显示时需要的图像信息进行图像布局及显示。

1.1.2 基于挂片协议影像显示系统流程

(1)医生登录基于挂片协议影像系统，如果数据库存在医生记录，医生登录系统后，影像系统保存了医生的用户名。(2)系统启动后自动查询本地图像数据库，读取图像数据库自动组织成树形目录。(3)医生选择病人ID，系统自动将病人的各个序列放入队列。(4)医生查询挂片协议。(5)医生按照挂片协议的名字、挂片协议描述、挂片协议创建时间、挂片协议先验引.用数、创建者等查询挂片协议。(6)如果医生查询到需要的挂片协议，系统按照挂片协议进行图像布局。如果没有查询到需要的挂片协议，医生自己创建适合自己的挂片协议，并存入挂片协议数据库。(7)挂片协议根据各个影像幕箱的需求选择影像组，然后挂片协议再进行各个影像组的过滤、分类、重建。最后根据挂片协议对各个影像幕箱进行映射显示。(8)应用挂片协议显示后，本挂片协议实例的先验引用数加1。(9)如果显示后不符合医生的阅片需求，医生可根据自己需求创建适合的挂片协议，如图3所示。

图3 系统流程图

1.2 Hanging Protocol影像显示系统设计

1.2.1 挂片协议数据结构设计

挂片协议属于嵌套数据集，主要包括挂片协议定义模块、挂片协议显示模块和挂片环境模块。由于挂片协议结构庞大且复杂，图4仅显示了挂片协议的ImageSet及DisplaySetSequence元素的数据结构。

ImageSet元素主要用于从DICOM复合信息对象中选择影像集。DisplaySetSequence元素主要用于进行图像集处理及图像的布局及显示。元素的结构如图4所示。

图4 挂片协议的部分元素数据结构

1.2.2 挂片协议内部处理模型

挂片协议的内部模型由选择、加工、陈列3个主要步骤组成如图5所示。选择定义在挂片协议定义模块。处理和布局定义在挂片协议显示模块。以下是挂片协议内部模型的详细说明:

第一步，从DICOM复合对象中选择影像集。因为多个影像集可能从相同影像复合对象中选取，因此这是一个N∶M的映射。挂片协议定义模块的图像集序列定义了挂片协议的选择操作。

第二步，影像集的处理。处理流程的第二部分包含过滤、重建、分类及显示要求等操作，将影像组映射成最终的屏幕显示状态，即显示组(Display Sets)。这一过程由挂片协议显示模块定义，由于多个显示组都可以从同一影像组中选取影像，这是一种l∶M的关系。过滤操作由显示模块过滤操作序列(Filter Operations Sequence)定义，可以从影像组中择取部分影像;重建是指诸如多平面重建(MPR)之类从某一容积内重新采样影像的操作;显示模块分类操作序列(Sorting Operations Sequence)用于影像的排序分类;默认显示要求(Default Presentation Intent)由挂片协议显示模块的显示要求属性(Presentation Intent Attributes)来定义。显示组犹如承载所有操作完成后最终呈现影像序列的容器，可以将一组影像根据用户的定义呈现在显示器屏幕上。

第三步，对屏幕显示集的陈列。影像组在屏幕上的呈现模式是由显示组序列(Display Sets Sequence Item)中的影像幕箱序列(Image Boxes Sequence)所定义的布局信息决定。一个显示组对应单个影像幕箱序列，一般为单个显示屏，但也可以是一组顺序排列的影像幕箱。显示环境空间位置(Display Environment Spatial Position)用于指定来自显示组的影像摆放在屏幕上长方形区域中的哪个位置，而影像幕箱序列项参数(Image Boxes Sequence Itemattributes)则定义选用哪种交互方式。

图5 挂片协议内部流程

2 实现

2.1 GUI用户界面

挂片协议的创建通过向导对话框来创建。向导对话框中用可视化界面模拟了显示屏及影像幕箱，通过影像幕箱的行或列动态设置影像幕箱的排列。

2.2 医学图像数据库

根据DICOM标准复合信息对象的定义，DICOM图像由病人、检查、序列和图像组成，每一层中定义了映射这层特性的基本信息，且层与层直接的对应关系是一对多的关系。通过对系统的功能分析，使用病人表、研究表、系列表、图像表来存储图像显示时所需要的DICOM头文件信息及图像位置信息。DICOM文件的管理通过文件夹实现，每个病人对应一个病人文件夹，病人的每次检查对应一个检查文件夹，序列对应每个序列文件夹，图像存储在序列文件夹下，通过文件夹的嵌套实现病人、研究、序列、图像之间的树形结构。病人表记录、研究表记录、系列表记录和图像表记录与病人文件夹、研究文件夹、系列文件夹和图像文件夹一一对应。数据库中的病人表、研究表、序列表、图像表中的记录存储了相应的文件夹或文件的路径信息。其文件夹的建立及图像的管理是在图像信息导入及传输模块中自动根据DICOM文件的病人ID、检查UID、序列UID、图像号创建的。病人表的PatientID与研究表的PatientID关联，研究表的StudyInstanceUID与序列表的StudyInstanceUID关联，序列表的SeriesInstanceUID与图像表的SeriesInstanceUID相关联。病人表、检查表、序列表、图像表。

2.3 挂片协议数据库

挂片协议存储使用SQL Server 2005及XML两种方式。采用SQL Server存储挂片协议主要是为了操作及查询方便，使用XML存储挂片协议考虑到挂片协议的结构及挂片协议数据库的优化，并且XML也为数据交换及数据共享提供了方便。

挂片协议的结构是线性结构，但由于数据元素的嵌套，使挂片协议结构有了层次关系，其数据结构与树形结构极为相似。如果采用关系数据库对挂片协议进行存储难以表达数据之间复杂的嵌套关系。XML文档本身为树形结构，其XML文件的结构特点恰好适合于挂片协议文件的嵌套结构。因此采用XML数据库对DICOM挂片协议文件进行存储、查询和检索。利用XML树型数据结构的优点将DICOM挂片协议的信息以树形结构存入XML文件，使各个信息对象和数据元素之间的关系清晰，表达了它们之间的嵌套和依赖关系，并且大幅减少了空间冗余度，简化了挂片协议的文件结构描述，从而降低了开发难度，并有利于挂片协议文件在网络上传输。