PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸PPT課件

1、PACS系統(tǒng),醫(yī)學(xué)影像的傳輸,.,2,要點,PACS產(chǎn)生的原因 PACS系統(tǒng)的組成 醫(yī)學(xué)影像傳輸網(wǎng)絡(luò) 醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)庫 視頻數(shù)據(jù)模型,.,3,PACS產(chǎn)生的原因,隨著醫(yī)院中成像設(shè)備特別是數(shù)字化成像設(shè)備如CT、MRI等的普及，醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)量急劇增加，二維數(shù)據(jù)甚至三維數(shù)據(jù)的存儲、傳送、共享與管理已提到議事日程。 PACS就是圖像存檔與通信系統(tǒng)，這一術(shù)語始用于1981年夏，由邁阿密大學(xué)醫(yī)學(xué)院A. J Duerinckx提出。,.,4,醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)的特點,類型多 規(guī)模大 精度高 增長快 不失真 標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán) 處理難 約束復(fù)雜,安全性 可靠性 一致性 實時性 分布性 并行性 預(yù)操作,.,5,醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)規(guī)模,C

2、T：51251212 bits B超：5125128 bits MRI：25625612 bits DSA：5125128 或 102410248 bits 核醫(yī)學(xué)：12812816 bits 數(shù)字化X射線膠片：2000250012bits,.,6,傳統(tǒng)膠片的缺點,數(shù)據(jù)量大，占用醫(yī)院大量資源 借還費時 一張膠片只能供一人借用，不能多人同時共享 不能進(jìn)行動態(tài)觀察 不易對同一成像設(shè)備在不同時間所成的像作前后比較；也不易對同一病人用不同裝置所成的像作橫向比較,.,7,技術(shù)的進(jìn)步使PACS成為可能,海量存儲器件如光盤(包括可擦磁光盤及WORM)大量生產(chǎn)，價格下降 計算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)成熟，網(wǎng)絡(luò)速度提高 圖

3、像數(shù)據(jù)庫技術(shù)成熟 高分辨力監(jiān)視器問世,.,8,CD-R,DVD-R,.,9,MO,MO Driver,.,10,磁盤陣列,.,11,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟,.,12,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟,.,13,數(shù)據(jù)庫技術(shù)的成熟,.,14,醫(yī)用顯示器,.,15,醫(yī)用顯示器,.,16,PACS系統(tǒng)的組成,圖像獲取 數(shù)據(jù)庫管理 在線存儲 離線歸檔 圖像顯示及處理 與外部信息系統(tǒng)的接口 膠片打印 高速局域網(wǎng)絡(luò) 支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹V域網(wǎng)絡(luò),.,17,PACS系統(tǒng)的組成,.,18,PACS結(jié)構(gòu),路由器,因特網(wǎng),.,19,PACS數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的進(jìn)程與相互關(guān)系,.,20,采集計算機(jī),從成像設(shè)備采集圖像數(shù)據(jù) 將不同成像設(shè)備制造商各種規(guī)格

4、的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合ACR-NEMA或DICOM的PACS標(biāo)準(zhǔn)格式（數(shù)據(jù)頭格式、字節(jié)順序、矩陣尺寸等） 將圖像傳給PACS控制器,.,21,采集計算機(jī)接口的分類,互連網(wǎng)絡(luò)模式 通過TCP/IP將采集計算機(jī)與成像設(shè)備互連，應(yīng)用 DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)，易于實現(xiàn) 圖像傳送可由放射成像系統(tǒng)啟動操作（“推”）或由采集計算機(jī)啟動操作（“拉”） 直接接口模式 通過一片接口卡實現(xiàn)，例如膠片掃描儀的SCSI接口卡、B超的視頻采集卡以及CT的視頻采集卡 連接簡單，數(shù)據(jù)吞吐速率快，但不適于作二次開發(fā),.,22,傳輸網(wǎng)絡(luò),設(shè)計考慮 每個節(jié)點的位置與功能 兩節(jié)點間通過的信息頻度 不同節(jié)點進(jìn)行傳輸所需費用 通信的可靠性要求及

5、所需吞吐量 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信線路容量 具體選擇 低速10Mbps的以太網(wǎng) 中速100Mbps的FDDI 高速（155Mbps）ATM網(wǎng),.,23,存檔服務(wù)器,圖像接收、暫存、發(fā)送、存檔 （分項）檢查編組 盤片管理、與RIS及HIS接口 PACS數(shù)據(jù)庫更新 圖像檢索、預(yù)取,.,24,存檔服務(wù)器,.,25,顯示工作站,功能 病案準(zhǔn)備 病案選擇 圖像的整理 文件編制 病案介紹 分類 一級診斷的診斷工作站，分辨率為2.5K2K 值班醫(yī)生和會議用工作站，分辨率為1K1K 醫(yī)生桌面工作站，分辨率為512512 高分辨率硬拷貝打印工作站,.,26,顯示工作站,.,27,顯示工作站,.,28,顯示工作站,.

6、,29,.,30,.,31,.,32,.,33,.,34,.,35,.,36,醫(yī)學(xué)影像傳輸網(wǎng)絡(luò),局域網(wǎng) 快速以太網(wǎng) FDDI Gbit以太網(wǎng) IP網(wǎng) Internet Intranet,.,37,網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,.,38,網(wǎng)絡(luò)層QoS保障機(jī)制,集成服務(wù)模型：通過資源預(yù)留實現(xiàn)保障。實施控制負(fù)載服務(wù)和可保障的服務(wù)。 資源預(yù)留RSVP ：由接收方啟動的資源預(yù)留。當(dāng)需要服務(wù)時，發(fā)送方向接收方發(fā)送Path多播分組，說明所要求的服務(wù)類型及業(yè)務(wù)流的特點。接收方按逆向路徑返回Reserve消息，給出接收方要求的服務(wù)質(zhì)量。沿途路由器如果可以接受，就預(yù)留帶寬和緩存，并記錄流狀態(tài)。否則就報告故障。建立好預(yù)留資源的路徑后開

7、始傳送數(shù)據(jù)。,.,39,網(wǎng)絡(luò)層QoS保障機(jī)制,集成服務(wù)模型的實現(xiàn)：路徑上所有路由器必須都支持。如果不能都支持，就只進(jìn)行控制負(fù)載服務(wù)。 RSVP協(xié)議實施。 接納控制例程在各結(jié)點的調(diào)用。 分類器按服務(wù)類型對分組分類。 分組調(diào)度按QoS要求進(jìn)行調(diào)度。,.,40,網(wǎng)絡(luò)層QoS保障機(jī)制,區(qū)分服務(wù)：利用服務(wù)類型域中的優(yōu)先權(quán)、D、T、R的設(shè)置區(qū)別服務(wù)類型，確定傳輸方式。需要與ISP協(xié)商取得服務(wù)水平協(xié)定SLA。SLA可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)的。實現(xiàn)比集成服務(wù)簡單，服務(wù)種類有限，路由器處理較簡單。 加速轉(zhuǎn)發(fā) 保證轉(zhuǎn)發(fā),.,41,網(wǎng)絡(luò)層QoS保障機(jī)制,多協(xié)議標(biāo)簽交換MPLS：提供由標(biāo)簽交換路徑LSP構(gòu)成的有效隧

8、道機(jī)制。在分組前面加標(biāo)簽，使路由基于標(biāo)簽而不是基于目標(biāo)地址。標(biāo)簽為內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)表中的路由索引。因此查找路由變成了查表操作，加快了轉(zhuǎn)發(fā)速度并且可以在沿途保留必要的資源。,.,42,網(wǎng)絡(luò)層QoS保障機(jī)制,流量工程：從避免擁塞的角度解決QoS保障問題。提高設(shè)備利用的有效性。 基于約束的路由：路由器選擇最有可能滿足QoS要求的路徑。不僅考慮滿足QoS的要求，而且考慮負(fù)載均衡的要求。需要路由器間動態(tài)交換狀態(tài)信息。最佳路由的約束條件不能太多。,.,43,端到端的QoS保障,QoS規(guī)范：聲明傳輸所需要的服務(wù)質(zhì)量。 QoS參數(shù)：分確定性描述和統(tǒng)計性描述。每個層次的參數(shù)不同。 應(yīng)用層：影像分辨率、幀率、同步質(zhì)量等。

9、 傳輸層：比特率、流內(nèi)河流間同步容限等。 網(wǎng)絡(luò)層：比特率、時延、抖動、錯誤率等。 QoS管理策略：當(dāng)約定的服務(wù)質(zhì)量得不到保證時，QoS的自適應(yīng)性能。通過降低某些條件或提示可利用條件，進(jìn)行調(diào)整。 服務(wù)費用：緩解資源的爭奪。,.,44,端到端的QoS保障,QoS預(yù)備機(jī)制 QoS映射：將應(yīng)用層的QoS規(guī)范自動映射到下面各層次，推導(dǎo)各個層次的QoS參數(shù)，使各層次進(jìn)行相應(yīng)的資源配置和管理。有可能雙向映射。低層影響高層設(shè)置。 QoS協(xié)商：按參數(shù)和資源分配進(jìn)行雙方協(xié)商。 接納測試：測試協(xié)商結(jié)果能否滿足QoS要求。主要是共享資源調(diào)度、緩存可分配、帶寬。 資源預(yù)留/分配：伴隨協(xié)商和測試進(jìn)行。預(yù)留方式有Wildc

10、ard Filter, Fixed Filter, Dynamic Filter。,.,45,端到端的QoS保障,QoS控制機(jī)制 流調(diào)度：在主機(jī)、路由結(jié)點傳送分組的策略。如公平隊列、抖動等。 流整形：流量平滑。如漏桶算法、令牌桶算法。 流監(jiān)管：對用戶（源）在通信過程中是否遵守商定的QoS規(guī)范的監(jiān)測。 流量控制： 流同步：,.,46,端到端的QoS保障,QoS管理機(jī)制： QoS監(jiān)測：服務(wù)提供者是否信守商定的QoS契約。可選項。 QoS維護(hù)：將監(jiān)測到的QoS與期望的QoS比較，向系統(tǒng)報告結(jié)果，進(jìn)行資源調(diào)整。 QoS縮放：服務(wù)水平按實際情況的調(diào)整。 端到端的重新協(xié)商：進(jìn)行資源再分配。 QoS過濾：當(dāng)

11、QoS失敗時，通過丟幀，保證高優(yōu)先級分組的傳輸。,.,47,醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)庫,視頻數(shù)據(jù)庫的層次結(jié)構(gòu)： 媒體支持層：對視頻原始信息進(jìn)行分段及識別等操作。 數(shù)據(jù)模型層：邏輯存儲向物理存儲的映射。 視頻用戶接口層：完成用戶對視頻信息的查詢描述和查詢結(jié)果的表現(xiàn)。,.,48,醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)庫框架,.,49,醫(yī)學(xué)影像的內(nèi)容屬性,顏色：常由顏色直方圖表示，反映像素在彩色空間的分布狀況。區(qū)域直方圖。 紋理：局部區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)不規(guī)則性，但在整體上表現(xiàn)出規(guī)律性。 對象特征：關(guān)鍵對象的特征，如大小、位置、形狀等。 邊緣特征：邊緣構(gòu)成的集合，能夠抽象地表示影像的內(nèi)容如輪廓、相對位置關(guān)系等。 視頻對象：由一系列靜止圖像構(gòu)成，基

12、本構(gòu)成單元為幀。內(nèi)容屬性是關(guān)鍵性幀在內(nèi)容上顯現(xiàn)出來的特征。,.,50,醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)庫,影像內(nèi)容屬性的提取： 手工方式 自動方式 混合方式,.,51,視頻數(shù)據(jù)模型,支持多層視頻結(jié)構(gòu)抽象 支持時空關(guān)系 支持視頻解釋 視頻數(shù)據(jù)獨立性,.,52,時間描述類模型,時間線模型 時間線模型 時間Petri網(wǎng)模型 時間層次模型 時間關(guān)系模型 基于時態(tài)區(qū)間的模型,.,53,代數(shù)視頻數(shù)據(jù)模型,基本特點： 支持嵌套視頻結(jié)構(gòu)單元 可表示視頻段的時間組成 定義了視頻段的表現(xiàn)特征 提供了與邏輯視頻段相關(guān)的內(nèi)容信息 提供了基于內(nèi)容、結(jié)構(gòu)及空間信息的存取,.,54,視頻代數(shù),Creation（創(chuàng)立）：由原始視頻定義視頻表達(dá)式

13、的結(jié)構(gòu)。 Composition（合成）：定義子結(jié)點之間的時間關(guān)系。 Presentation（表現(xiàn)）：為所包含子結(jié)點定義空間布局。 Description（描述）：把內(nèi)容屬性與代數(shù)視頻結(jié)點聯(lián)系起來。,.,55,視頻查詢代數(shù),正則集合運算：AND，OR，MINUS 時態(tài)集合運算：tAND, tOR, tMINUS 過濾運算：tREDUCE 合成運算：Decompose, MapToComposition, MapToStream 瀏覽運算：ANNOT, STRUCT,.,56,視頻數(shù)據(jù)索引,對視頻內(nèi)容進(jìn)行索引的過程就是對視頻和元數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的過程。 定義：給定一條視頻數(shù)據(jù)V和一個視頻數(shù)據(jù)模型

14、Vap，用數(shù)據(jù)V實體化模型Vap的過程稱為視頻索引。 基于內(nèi)容的檢索(Content Based Retrieval)：根據(jù)媒體和媒體對象的內(nèi)容語義及上下文聯(lián)系進(jìn)行檢索。,.,57,視頻索引分類,基于注釋的索引(Annotation-based Indexing)：對視頻模型中的定性特征建立的索引。高級索引。 基于特征的索引(Feature-based Indexing)：對視頻模型中的定量特征建立的索引。低級索引。 基于特定領(lǐng)域的索引(Domain-specific Indexing)：專門針對某個應(yīng)用領(lǐng)域建立的索引。一般有固有模式。,.,58,視頻數(shù)據(jù)查詢,基于內(nèi)容的視頻檢索的特點： 從視頻數(shù)據(jù)中提取信息線索 是一種近似匹配 大型數(shù)據(jù)庫的快速檢索,.,59,視頻數(shù)據(jù)查詢和檢索過程,初始查詢說明 相似性匹配 按相似度大小排列返回給用戶 特征調(diào)整 逐步縮小查詢范圍，直到獲得滿意結(jié)果。,.,60,PACS拓?fù)鋵嵗?.,61,PACS拓?fù)鋵嵗?.,62,PACS拓?fù)鋵嵗?.,63,Terms,PACS： picture archiving and communication system HIS：Hospital Information System RIS：Radiology Information