PACS系統(tǒng)中醫(yī)學(xué)圖像的交互式異地存儲(chǔ)系統(tǒng)

1、PACS系統(tǒng)中醫(yī)學(xué)圖像的交互式異地存儲(chǔ)系統(tǒng)【摘要】主要討論自然災(zāi)害或效勞器出現(xiàn)了不可意料的平安問(wèn)題情況下如何保存PAS系統(tǒng)中的醫(yī)學(xué)圖像，提出了一種新的存儲(chǔ)方法，基于這種方法建立了交互式異地存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)解決無(wú)限存儲(chǔ)和平安存儲(chǔ)問(wèn)題。另外還介紹了圖像的無(wú)損壓縮，提出了三個(gè)無(wú)損壓縮的開(kāi)展方向?！娟P(guān)鍵詞】醫(yī)學(xué)圖像；交互式異地存儲(chǔ)系統(tǒng)；無(wú)損壓縮1引言醫(yī)生在對(duì)病人進(jìn)展診斷和治療的過(guò)程中，第一步要做的是獲得足夠的有關(guān)病人狀態(tài)的信息。圖像所含有的信息要比文字描繪更豐富直觀。隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，各種醫(yī)學(xué)圖像得到迅速的開(kāi)展。1895年11月8日德國(guó)物理學(xué)家倫琴(ilhelGnadRentgen)發(fā)現(xiàn)“X射線，100年

2、來(lái)，X光照相技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)上得到廣泛的應(yīng)用，成像技術(shù)也得到了不斷的開(kāi)展，但是X光圖片不能反映組織或病灶的三維空間位置。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速開(kāi)展,它和反投影圖像重建技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)(putedTgraphy，簡(jiǎn)稱T)，醫(yī)學(xué)圖像就三維立體化了,使人們可以看到人體的內(nèi)部。正電子發(fā)射斷層掃描成像技術(shù)(PsitrnEissinTgraphy，簡(jiǎn)稱PET)是醫(yī)學(xué)圖像開(kāi)展史中又一重大事件,一般醫(yī)學(xué)圖像反映的是人體的靜止?fàn)顟B(tài)，PET圖像那么能反映其生命過(guò)程,它在研究人體生理、病理，腫瘤成因，代謝機(jī)制，藥物動(dòng)力學(xué)及腦科學(xué)方面都有非常重要的價(jià)值。由于成像的原理不同,存在有多種成像形式(Iaging

3、dalities)，主要分為描繪生理形態(tài)的解剖成像形式(AnatialIagingdality)和描繪人體功能或代謝的功能成像形式(FuntinalIagingdality)。表1給出幾種主要的成像形式。如今人體三維圖像已經(jīng)開(kāi)展到很高的程度。著名的可視人工程(VisibleHuanPrjet)就是一個(gè)例子,其圖像是以分層形式組織的,可視人數(shù)據(jù)集已經(jīng)成為人們研究醫(yī)學(xué)圖像和解剖教學(xué)的重要工具,一個(gè)洞悉人體奧秘的時(shí)代為期不遠(yuǎn)了。醫(yī)學(xué)圖像所包含的生理信息和病理信息非常豐富，使醫(yī)生對(duì)疾病的診斷變得更加的準(zhǔn)確，它對(duì)于患者、醫(yī)生和醫(yī)院都具有舉足輕重的作用，因此它的存儲(chǔ)、平安問(wèn)題就變得非常重要。也就是說(shuō)，醫(yī)學(xué)

4、圖像不但具有普通圖像的特點(diǎn)：更詳細(xì)、生動(dòng)地表現(xiàn)一個(gè)事物的相關(guān)信息，還得加兩個(gè)非常重要的附加條件：一是必須非常真實(shí)的展現(xiàn)事物的本身；二是醫(yī)學(xué)圖像自身的平安。本研究主要討論了在出現(xiàn)了自然災(zāi)害或效勞器出現(xiàn)了不可意料的平安問(wèn)題情況下如何保存PAS系統(tǒng)中的醫(yī)學(xué)圖像，提出了一種新的存儲(chǔ)方法，基于這種方法建立了交互式異地存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)解決無(wú)限存儲(chǔ)和平安存儲(chǔ)問(wèn)題；本研究還介紹了圖像的無(wú)損壓縮，提出了三個(gè)無(wú)損壓縮的開(kāi)展方向。表1多種成象形式略2醫(yī)學(xué)圖像的存儲(chǔ)和壓縮從構(gòu)造上講，圖形文件分為兩種，即位圖和矢量圖。位圖中，圖像由許多的屏幕小點(diǎn)像素組成，像素的分散性使動(dòng)態(tài)圖像的表達(dá)顯得困難，會(huì)有像素喪失造成的圖像失真。矢量

5、圖彌補(bǔ)了這種缺乏,能無(wú)限放大、縮小而不失真,不需要將圖像每一點(diǎn)的狀態(tài)記錄下來(lái)，因此比一樣質(zhì)量和大小的位圖占用的空間少得多，它還可以方便地制作動(dòng)畫(huà)。如今所用的各種圖像存儲(chǔ)方式，如BPBitapJPEGJinedPhtgraphiExpertsGrup、GIF、PNG(GIF補(bǔ)丁版)、PD等都是基于這兩種根本圖像原理。隨著計(jì)算機(jī)斷層掃描(T)、核磁共振(R)、心血管造影和超聲成像設(shè)備的大量出現(xiàn)，它們之間的通信，信息交換問(wèn)題也越來(lái)越顯得嚴(yán)重了。為使不同的醫(yī)療設(shè)備能有效地進(jìn)展信息交流，美國(guó)放射學(xué)會(huì)(AerianllegefRadilgy,R)和美國(guó)電器制造商協(xié)會(huì)(NatinalEletrialanuf

6、aturersAssiatin，NEA)組織制定的專(zhuān)門(mén)用于醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)和傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，即DI標(biāo)準(zhǔn)(DigitalIaginganduniatinfediine),它是隨著圖像化、計(jì)算機(jī)化的醫(yī)療設(shè)備的普及和醫(yī)院管理信息系統(tǒng)，特別是圖像存檔和通信系統(tǒng)(PitureArhivinganduniatinSyste,PAS)和遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的開(kāi)展應(yīng)運(yùn)而生的,DI標(biāo)準(zhǔn)解決了在不同的地點(diǎn)、不同設(shè)備制造商、不同國(guó)家等復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)和傳輸?shù)膯?wèn)題。醫(yī)學(xué)圖像的存儲(chǔ)占據(jù)大的驚人的存儲(chǔ)空間,其中含有很多的無(wú)用信息，浪費(fèi)珍貴的數(shù)字資源，必須進(jìn)展有效的圖像壓縮再進(jìn)展存儲(chǔ)，由于醫(yī)學(xué)圖像的特殊性，在進(jìn)展圖像壓縮時(shí)不

7、能喪失任何對(duì)它有用的信息。圖像壓縮有兩種，一是有損壓縮，另一種就是無(wú)損壓縮,為了不喪失圖像的有用信息，對(duì)于醫(yī)學(xué)圖像只能采用無(wú)損壓縮。無(wú)損壓縮的根本原理是一樣的顏色信息只需保存一次。從本質(zhì)上看，無(wú)損壓縮的方法可以刪除一些重復(fù)數(shù)據(jù)，大大減少圖像在磁盤(pán)上保存占據(jù)空間,它的優(yōu)點(diǎn)是可以比擬好地保存圖像的質(zhì)量，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)這種方法的壓縮率比擬低,并且不能減少圖像的內(nèi)存占用量。對(duì)于醫(yī)學(xué)圖像的無(wú)損壓縮，它的開(kāi)展有三個(gè)主要方向：一是削除醫(yī)學(xué)圖像的編碼冗余來(lái)到達(dá)無(wú)損壓縮；二是削除醫(yī)學(xué)圖像的像素冗余來(lái)到達(dá)無(wú)損壓縮；三是削除視覺(jué)心理冗余來(lái)到達(dá)醫(yī)學(xué)圖像的無(wú)損壓縮。假如一個(gè)圖像的灰度級(jí)編碼，使用了多于實(shí)際需要的編碼符號(hào)，

8、就稱該圖像包含了編碼冗余。假如用8位表示該圖像的像素，我們就說(shuō)該圖像存在著編碼冗余，因?yàn)樵搱D像的像素只有兩個(gè)灰度，用一位即可表示。像素冗余，由于任何給定的像素值，原理上都可以通過(guò)它的鄰居預(yù)測(cè)到，單個(gè)像素?cái)y帶的信息相對(duì)是小的。對(duì)于一個(gè)圖像，很多單個(gè)像素對(duì)視覺(jué)的奉獻(xiàn)是冗余的。這是建立在對(duì)鄰居值預(yù)測(cè)的根底上，例如：原圖像數(shù)據(jù)：234223231238235，壓縮后數(shù)據(jù)：23411-8-73。視覺(jué)心理冗余，一些信息在一般視覺(jué)處理中比其它信息的相對(duì)重要程度要小，這種信息就被稱為視覺(jué)心理冗余。常用的圖像的壓縮方法有行程長(zhǎng)度編碼run-lengthending、LZLepel，Ziv，elh編碼、霍夫曼編碼

9、Huffanending、預(yù)測(cè)及內(nèi)插編碼、矢量量化編碼、變換編碼、模型編碼等。3醫(yī)學(xué)圖像的無(wú)限存儲(chǔ)和平安存儲(chǔ)醫(yī)學(xué)圖像所包含的生理信息和病理信息非常豐富，使醫(yī)生對(duì)疾病的診斷變得更加的準(zhǔn)確，它的存在還有其它很多方面的意義：比方病情的復(fù)查、病情的進(jìn)展情況，病人對(duì)病情的查詢，這都是需要將醫(yī)學(xué)圖像長(zhǎng)期保存的理由，對(duì)于患者、醫(yī)生和醫(yī)院都具有舉足輕重的作用，它的存儲(chǔ)、平安就變得非常重要。國(guó)家有法規(guī)規(guī)定，醫(yī)院對(duì)患者的X光片等必須保存十年以上，以便于查閱。在網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)非常興旺的今天，絕大多數(shù)的醫(yī)院還是用專(zhuān)門(mén)的房間來(lái)保存那些X光片、T片等醫(yī)學(xué)圖像，這種方法浪費(fèi)了驚人的人力、物力和財(cái)力，實(shí)在是一個(gè)不科學(xué)的做法

10、。為何醫(yī)院仍舊采取原始的方法來(lái)保存這些醫(yī)學(xué)圖像呢？那是因?yàn)獒t(yī)學(xué)圖像對(duì)于患者、醫(yī)生和醫(yī)院的極其重要性，目前還沒(méi)有一種非常平安的醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)系統(tǒng)讓醫(yī)院施行用計(jì)算機(jī)來(lái)管理、儲(chǔ)存各種醫(yī)學(xué)圖像，因此成功地解決醫(yī)學(xué)圖像絕對(duì)平安存儲(chǔ)問(wèn)題具有重要的實(shí)際意義和理論價(jià)值。PAS系統(tǒng)是對(duì)醫(yī)學(xué)影像及其相關(guān)信息實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化和網(wǎng)絡(luò)化管理的系統(tǒng)，一般PAS系中的設(shè)備包括T、RI、DSA、R、DR、經(jīng)數(shù)字化改造后的傳統(tǒng)胃腸設(shè)備、激光膠片打印機(jī)、圖像處理工作站，以及添加的報(bào)告工作站、肖像型監(jiān)視器工作站、膠片掃描工作站、注冊(cè)登記工作站、教學(xué)和讀片投影工作站等，它有兩個(gè)非常重要的作用：第一，它是一個(gè)信息交流的平臺(tái)；第二，它是一個(gè)宏

11、大的數(shù)據(jù)庫(kù)，里面存儲(chǔ)著非常重要的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，最主要的數(shù)據(jù)就是醫(yī)學(xué)圖像。保證醫(yī)學(xué)圖像可以在PAS系統(tǒng)中平安存儲(chǔ)是非常重要的，它是一個(gè)PAS系統(tǒng)的核心問(wèn)題之一。醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)量大，每天都會(huì)有大量的新的圖像需要保存。雖然如今已有公司提出并消費(fèi)出了1T的硬盤(pán)，但它總有一個(gè)被存儲(chǔ)滿的時(shí)候。在PAS系統(tǒng)中，常會(huì)出現(xiàn)海量的概念，實(shí)際是使用硬盤(pán)陣列來(lái)完成的。本文提出了交互式無(wú)限存儲(chǔ)醫(yī)學(xué)圖像的概念，其實(shí)行方案如下：采用兩臺(tái)配置先進(jìn)的計(jì)算機(jī)作圖像存儲(chǔ)效勞器，一臺(tái)做為主機(jī)，一臺(tái)是備份機(jī)，二者同時(shí)接收從醫(yī)療設(shè)備傳來(lái)的原始圖像并進(jìn)展圖像壓縮存儲(chǔ)，其圖像存儲(chǔ)、傳輸標(biāo)準(zhǔn)均使用國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)DI標(biāo)準(zhǔn)。主機(jī)和備份機(jī)之間每隔一定時(shí)間周

12、期通過(guò)一個(gè)互補(bǔ)算法進(jìn)展比擬數(shù)據(jù)是否一致，假如不一致，有新圖像的那臺(tái)計(jì)算機(jī)立即傳輸新圖像到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)，維持兩臺(tái)計(jì)算機(jī)信息的一致性，一段時(shí)間后當(dāng)計(jì)算機(jī)硬盤(pán)被存儲(chǔ)滿時(shí)，再給主機(jī)和備份機(jī)更換新的硬盤(pán)，開(kāi)場(chǎng)新的存儲(chǔ)，這樣交替存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)限存儲(chǔ)，無(wú)限存儲(chǔ)方案圖見(jiàn)圖1。如今計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速開(kāi)展，可以輕松實(shí)現(xiàn)將信息一分為二和兩臺(tái)計(jì)算機(jī)互相檢測(cè)、實(shí)時(shí)更新，但無(wú)論是海量存儲(chǔ)，還是本研究提出的交互式無(wú)限存儲(chǔ)，在數(shù)據(jù)量很大的情況下，查詢是一個(gè)非常費(fèi)時(shí)的技術(shù)難題。本研究運(yùn)用了數(shù)組和索引的思想解決這個(gè)問(wèn)題。首先，在每一次更換硬盤(pán)時(shí)，對(duì)它進(jìn)展存檔符號(hào)標(biāo)識(shí)，標(biāo)明這塊硬盤(pán)上存儲(chǔ)的醫(yī)學(xué)圖像相關(guān)信息，并建成一個(gè)專(zhuān)門(mén)

13、的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)展管理，這樣就大大地縮短了查詢時(shí)間，到達(dá)了快速查詢的目的。一個(gè)完好的PAS系統(tǒng)，并非僅僅只要一個(gè)交互式無(wú)限存儲(chǔ)系統(tǒng)就足夠，它還要解決一個(gè)最重要的問(wèn)題平安問(wèn)題，這是PAS系統(tǒng)存在的意義。目前許多公司開(kāi)發(fā)的PAS系統(tǒng)都具備一定的平安性，但假如出現(xiàn)了突如其來(lái)的自然災(zāi)害或存儲(chǔ)圖像的效勞器出現(xiàn)了不可意料的破綻病毒，現(xiàn)有的PAS系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生崩潰，醫(yī)學(xué)圖像的平安存儲(chǔ)問(wèn)題無(wú)法得到保障。為解決這個(gè)問(wèn)題。本研究對(duì)上面提出的交互式無(wú)限存儲(chǔ)的方案進(jìn)展改良，就可以有效保證圖像的平安存儲(chǔ)，改良方案如下：第一，將兩臺(tái)交互式圖像存儲(chǔ)效勞器放在異地，主效勞器和備份效勞器形成一個(gè)交互式異地遠(yuǎn)程存儲(chǔ)系統(tǒng)，到達(dá)抵抗突如其來(lái)

14、的自然災(zāi)害的目的；第二，將兩臺(tái)交互式圖像存儲(chǔ)效勞器裝上不同的操作系統(tǒng)，一臺(tái)用熟悉的inds系統(tǒng)，另一臺(tái)用功能強(qiáng)大的Linux系統(tǒng)，由于系統(tǒng)破綻不可能同時(shí)發(fā)生在兩個(gè)完全不一樣的操作系統(tǒng)上；第三，開(kāi)發(fā)針對(duì)性很強(qiáng)的軟件來(lái)保證兩臺(tái)效勞器之間所構(gòu)成的局域網(wǎng)的平安，即要確保兩臺(tái)電腦實(shí)時(shí)比照更新的是圖像，不能讓病毒通過(guò)這個(gè)局域網(wǎng)傳播，兩臺(tái)效勞器分別裝上不同的殺毒軟件和防火墻，效勞器嚴(yán)禁使用一些可能傳播病毒的外設(shè)，有效預(yù)防病毒的損害。注：影像存儲(chǔ)歸檔A和影像存儲(chǔ)歸檔B即為交互式異地PAS系統(tǒng)的兩個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效勞器，它們分別位于不同的樓房?jī)?nèi)，裝有不同的操作系統(tǒng)和殺毒軟件等?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】1DengJiehang.R

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