基于DICOM的远程医疗通讯技术研究

鹿煜炜（安徽医科大学第二附属医院医学工程与信息部，安徽合肥230601）

基于DICOM的远程医疗通讯技术研究

鹿煜炜
（安徽医科大学第二附属医院医学工程与信息部，安徽合肥230601）

远程医疗是基于计算机科学、通讯网络技术和生物医疗等学科的高新技术.针对远程医疗会诊系统的特点，经过对多媒体会议标准和医学数字成像与通信标准的研究，分别对H.323终端、多点控制单元和网守设计了软硬件实现方案.与现行的远程会诊系统相比，基于DICOM和H.323的远程会诊系统适合IP传输和DICOM标准化应用，具有更好的扩展性和易于实现的特点.

远程医疗；远程会诊；DICOM

远程医疗应用通讯技术交互式传递信息，开展远距离的医疗服务，是一种现代医学、计算机技术和通讯技术紧密结合的新型医疗服务模式.远程医疗系统最早用于战场伤病员急救和对宇航员进行无创伤性监测，此后逐步开展了远程会诊、远程监护、医学影像传输等项目.我国地域辽阔，人口众多，医疗卫生资源分布极不平衡，统计表明：中心城市和较发达地区的人口占20%，供其利用的医疗资源达80%；而广大农村和经济落后地区的人口占80%，供其利用的医疗资源仅为20%.既使在大城市，患者也希望能到三甲医院接受高水平的治疗，造成中心医院床位紧张，加重了医院的负担；基层床位闲置，导致医疗资源使用不均和浪费.远程诊断与会诊系统（简称为远程会诊）利用多种通信网络技术，使患者在当地就能够及时得到远地高级专家的及时可靠的医疗诊断和会诊服务，既节省了医生和患者的时间，减少病情的延误，又避免了患者的长途劳顿之苦，减少异地求医带来的额外开支.对基层医院而言，通过开展远程诊断与会诊，可以提高医疗质量，扩大医疗业务，增加医院的名气和收益.同时，为临床医务人员提供了学习机遇，在“远程医疗”的过程中可以得到一流专家的指导，提高医生自身水平.为解决医疗资源分配不均及广大农村和经济落后地区看病难、看病贵、看不好病的问题，提供了一个可行的系统方案和平台，有良好的经济效益和社会效益［1-2］.

我国从20世纪80年代开始远程医疗的探索，近年来发展迅速.作为一所新成立的三级甲等医院，安医大二附院目前医院已投入使用的信息化系统包括了电子病历（Electronic Patient Record，EPR）、放射科信息系统（Radiology Information System，RIS）和检验信息系统（Laboratory Information Management System，LIS）等，图片存档及通信系统（Picture Access and Communication System，PACS）计划也在逐步实施.医疗数据资料已基本实现无纸化传输和存档，加之医院现有的高速的网络综合布线和高性能的服务器系统，为远程会诊的开展提供了便利的先决条件.

1　远程会诊通信技术

1.1多媒体远程会议技术

实现多媒体视频会议这一业务的核心就是视频会议体系标准.在ITU-T制定的一系列多媒体通信协议中，应用最广的为H.32X系列框架协议，其中适合多点会议系统的有H.320和H.323标准［3-5］.H.320是基于ISDN的视频会议系统标准，是目前会议电视和可视电话主要采用的协议，在企业专业会议电视系统领域中应用比较广泛；H.323是基于分组网的视频会议系统标准，允许多种方式的加入，包括LAN、PSTN和ISDN等.

通过对比两个标准的拓扑结构可以发现：H.323标准终端（Terminal）、网关（GW，Gateway）、多点控制单元（MCU，Multipoint Control Unit）和网守（GKZ，Gatekeeper）4个组件构成了一个典型的H.323系统（见图1）.其中终端、网关和多点控制单元发起或接受呼叫，网守用于控制呼叫；基于IP的H.323标准中将各部件连入Internet就可以方便的组建整个H.323系统，对于终端用户来说通过以太网接口就可加入，无需另外专门布线，使网络的利用率及系统升级扩展更加灵活方便；H.323支持更多的音视频和通讯标准，并且通过网关可以接受多种标准的终端设备加入，系统的适应性更强；H.320标准需要在专网中进行音视频和数据传输，而H.323标准在LAN和WAN上都能应用，并且基于IP的系统组网设备费用相对较低，在网络运营成本上具有优势.综合以上可以看出，适合IP网络的H.323标准更加适合本系统要求.

图1　H.320与H.323拓扑结构比较

1.2数字医学成像标准

美国放射学会（ACR）和美国国家电器制造商协会（NEMA）联合制定了医学影像信息学领域的国际通用标准ACR/NEMA DICOM（Digital Imaging and Communication Medicine，医学数字成像与通信）3.0，以便在各种医疗影像产品之间提供一致性接口，使设备之间能实现互操作［6-8］.该标准涵盖了医学数字图像的采集、归档、通信、显示及查询等几乎所有信息交换的协议，规定了接口的硬件和软件规范，整合不同厂商的医疗影像仪器、服务器、工作站、打印机和网络设备，使它们都能整合在PACS系统中.许多不同厂商的仪器、服务器、工作站都以DICOM为标准，使各种医学影像产品可以通过网络互联，并相互交换数据和共享硬件资源，从而使PACS、HIS、RIS等医学信息系统的集成成为可能.

远程医疗需要密切地同各医学信息系统结合起来，所以在整合远程会诊系统软件和PACS、HIS等的过程中需要开发相应的中间件，以彻底实现医疗信息化.笔者所在院校HIS、RIS、LIS等已投入运行，PACS也在逐步实施，所以由支持DICOM标准的设备直接获得数字化影像资料，将成为本设计中的主要采集方法.系统中需要设计一个DICOM网关，同医院HIS、RIS、PACS及LIS相连.图像采集工作站接收成像设备发送的图像，将科室采集的BMP、JPG格式图像等非DICOM标准影像通过DICOM网关转化为DICOM格式，然后通过HIS/RIS/LIS网关取得该图像对应的患者基本信息，然后把影像和患者信息一起合成一个DICOM文件，与放射科采集的图像一起在PACS系统中进行统一的处理、传输和保存，以便被本地的图像诊断工作站和远程医疗系统快速安全地提取使用，进行图像显示和感兴趣区域的测量等操作.远程会议系统通过PACS服务器，可以完成对相关影像数据的查询，提取等操作.DICOM网关在系统中位置和数据连接见图2.

图2　医学图像标准化示意图

2　H.323　组件方案设计

2.1终端解决方案

会诊音视频传输是整个通讯系统的核心，通过会诊前预传资料和实时会诊时音视频同步，实现参加会诊的异地专家协同诊断.通过登录会诊信息系统，会诊专家可以随时调用预传的患者资料，通过电子白板和其它共享应用程序，可以对各种图像影像资料直接进行修改和评注，从而构造出一个多人共享的工作空间.

H.323终端可以与H.323系统的各组件进行实时双向的通信，将音频、视频、数据、信令等各种数字信号分别进行处理后组合成一路复合的数字码流，再将其转变为用户网络接口兼容的、符合传输网络规定的信道帧格式的信号送入信道进行传输.H.323终端设备的逻辑结构中，音视频编解码、系统控制、打包分组与同步传输机制等是H.323协议描述内容；音视频输入输出设备、数据应用设备、操作界面和网络接口等模块也是一个H.323终端的组成要素，但并不在H.323协议的描述范围之内.

图3　基于软件平台的音视频会议系统结构

音视频会议系统从实现方式上大体可分为软件实现方案和硬件实现方案［9］.在远程会诊系统发展的早期，大多数采用硬件实现方案，即专业视频会议系统生产厂家的视频会议设备构建方案.基于软件平台的音视频会议系统结构图见图3，其基本思路是在互联网上构建一个网络音视频会议服务器.这个服务器主要起两个作用：一是作为基于软件的MCU，另一个是作为流媒体转播代理服务器.网络音视频会议服务器完成会议组织和控制功能，实现“客户端——服务器端——客户端”的中间连接，并且实现音视频流媒体信息的分发与交互传输，从而提供一个集各种多媒体信息为一体的通讯方案.基于软件的音视频会议系统采用纯软件的方式，整个系统不需要价格昂贵的专业音视频会议设备，在终端最少只需要一台接入Internet的装有客户端软件的多媒体计算机，通过摄像头和麦克风采集远程诊断中实时的音视频信号，并完成对音视频信号的压缩、解压、存储、传输和播放；远程会议管理系统和音视频会议系统可以架设在一个高性能服务器上，节省系统建设的一次性投入；而且系统升级非常方便，随着压缩标准的更新和网络通讯技术的发展，系统能够随之更新升级.在本远程会诊系统设计时，采用的是基于Internet的软件音视频会议系统.

2.2多点控制单元选择方案

多点控制单元MCU提供了在3个和更多个终端间召开多点会议的控制功能，是视频会议的控制核心.MCU事实上是一个多媒体信息交换机，在多点会议中，MCU接受网守控制，通过标准接口负责与每个端点的数据流交换，对音视频执行混合、合成、同步等处理，召集结束会议，呼叫参会终端，管理多组会议，处理呼叫服务，向网守报告会议状态.结构见图4，包括：线路单元、音频处理单元、视频处理单元、控制处理单元、数据处理单元等部分［10］.

图4　MCU组成框图

MCU通常设置在会议网络中的主要节点处，本设计中设置在我院网络中心机房.而会议中对MCU的控制通常由会议成员进行操作，一般通过远程控制平台实现，管理软件可安装在终端上，对系统中的MCU进行设备管理、会议设置、会议控制等管理.

目前基于H.323的MCU实现方案主要有两种：软件MCU和嵌入式硬件MCU.基于软件方式的MCU采用安装了MCU软件的工控机、服务器及普通PC，这种方案适合低端视频会议应用场合，性能不能充分满足远程会诊的需要；基于硬件方式的MCU系统是专用实时操作系统，不会受到病毒的侵入，可长时间不间断运行，采用模块化设计，接口类型丰富，采用了专用处理芯片和分布式处理，系统具有强大的处理能力，可通过嵌入软件的升级提供新的功能，支持新的编解码方式，更适合本设计中远程会诊的需要.

2.3网守实现方案

在H.323标准会议系统中，网守（GK，Gatekeeper）主要提供对H.323端点的呼叫控制服务.虽然为H. 323的任选部件，但是对于本设计中运行在公网上的远程诊断与会诊系统来说，网守是其中一个必不可少的关键组件.

网守的设计应使用面向对象的编程技术，是系统具有清晰的逻辑层次结构，系统应具有较强的兼容性，易于维护和二次开发.可选择用VC++作为开发语言，采用Pwlib和OpenH323两个SDK动态链接类库，这两个库中封装了大量的通信类库以处理报文收发和信令交互，能够很好的支持H.323协议，并且两个库都遵循了开放性原则，可免费使用.在远程诊断与会诊系统中网守的结构设计见图5.

图5　网守的结构

3　结论

通过对目前远程医疗发展现状进行分析和研究，设计了基于H.323视频会议系统的远程诊断与会诊方案.通过对远程会诊实现方式的比较，经过对H系列多媒体会议标准和DICOM数字医学影像标准的研究，针对远程会诊的要求，选择了H.323协议作为会诊视频会议设计的标准；对H.323系统中的各个重要组件：终端、多点控制单元、网守分别设计了合适的软硬件实现方案，以解决医学影像与会议系统之间的传输问题.

与现行的远程会诊系统相比，设计着眼于医疗影像信息数字化和DICOM标准化的趋势，采用适合IP传输的H.323标准，设计了一个较完整的远程诊断与会诊系统.在本设计的基础上，还可以考虑增加医学资料在线查询功能，以便本地的资料也可被异地拥有授权的用户调用.

［1］牟岚，金新政.远程医疗发展现状综述［J］.卫生软科学，2012，26（6）:506-509.

［2］张洁，李晓红，朱启星，等.远程会诊平台建设与质量控制［J］.中国数字医学，2012，7（8）:63-64.

［3］徐杰.基于H.320协议的电力视频会议系统的优化及应用［J］.通讯世界，2015（11）:151-154.

［4］何荣誉.基于H.323框架协议的IP视频会议系统研究［J］.制造业自动化，2012，34（2）:7-9.

［5］许胜，徐捷.基于H.323的MCU多点会议系统［J］.计算机系统应用，2010，19（6）:1-4.

［6］贾中正，顾红梅，吴献华.图像存档与传输系统在医学影像学教学中的应用价值［J］.交通医学，2012，26（4）:390-391.

［7］Beaver S M，Sippel-Schmidt T M.Approach to implementing a DICOM network:incorporate both economics and workflow adaptation［C］.Medical Imaging 1995.International Society for Optics and Photonics，1995:124-131.

［8］王伟蔚，张国鹏，邱顶，等.基于DICOM文本与内容的医学图像检索系统研究［J］.计算机工程与设计，2011，32（3）:1014-1018.

［9］仲元昌，林永，蔡增增，等.视频会议系统关键技术及应用研究［J］.电视技术，2010，34（6）:93-96.

［10］王腾，谢峥，赵月明，等.面向医疗电子应用的16位RISC MCU设计与实现［J］.北京大学学报（自然科学版），2013，49（4）:552-562.

Research of Communication Technology in Teleconsultation Based on DICOM

LU Yu-wei
（Medical Engineering Department，The Second Hospital of Anhui Medical University，Hefei 230601，Anhui，China）

Telemedicine is a new high technology which is based on multiple disciplines including，computer science，communication technology and the biomedicine.After studying DICOM and H series multimedia meeting standards，according to the features of teleconsultation system，the whole project of hardware and software is designed for H.323 terminal，multipoint control unit and gatekeeper.Compared with the existing teleconsultation system，the design based on DICOM and H.323 is more suitable for IP transmission and DICOM standardized application，together with the excellent expansibility and the feature easy to implement.

telemedicine；teleconsultation system；DICOM；H.323

TP399

A

1007-5348（2016）06-0014-05

（责任编辑：欧恺）

2016-03-20

安徽高校自然科学研究重点项目（KJ2016A562）；安徽省自然科学基金项目（1608085QH194）；安徽省高等学校省级质量工程项目（2015sjjd008）.

鹿煜炜（1984-），男，安徽阜阳人，安徽医科大学第二附属医院医学工程与信息部工程师，博士研究生；研究方向：智能信息处理.