医院PACS系统的设计与实现-论文 - 图文

分类号 密级 UDC

作者姓名：指导教师：

申请学位级别：学科专业名称：论文提交日期：学位授予日期：评

阅人

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学 位 论 文

医院PACS系统的设计与实现

徐永军

赵凌琪 教授 内蒙古民族大学计算机科学与技术学院

黄涛 高级工程师 西安华海医疗信息技术股份有限公司硕士 学科类别： 专业学位

软件工程 2012年11月 论文答辩日期： 2012年12月 答辩委员会主席：

东 北 大 学 2012年11月

A Thesis in Software Engineering

Design and Implementation of Digital Hospital

PACS System

By Xu Yongjun

Supervisor: Professor Zhao Lingqi

Northeastern Univiersity

October 2012

独创性声明

本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名：

日 期：

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。

作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后： 半年 □ 一年 □ 一年半 □ 两年 □

学位论文作者签名： 导师签名： 签字日期： 签字日期：

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东北大学硕士学位论文 Abstract

医院PACS系统的设计与实现

摘 要

现阶段我国数字化医院快速发展。提高医疗管理水平、工作效率、更好地为患者服务，为社会服务，已经成为数字化医院考虑的首要问题。数字化医院主要指医院信息系统（HIS）、放射信息系统（RIS）、数字化医学影像归档及传输系统（PACS）三个部分。医学影像存档与传输系统（Picture Archiving and Communication System，PACS）是指全面解决医学图像的采集、显示、存贮、传送和管理的综合系统。

系统以国内医疗环境与法令为基础，遵循了国际医疗信息交互标准发展，运用了现代科学技术，通过对医院信息系统的现有环境、管理现状和特点进行分析，实现了医院PACS的运行。

文章的主要内容是围绕PACS系统的需求分析，围绕实现PACS系统的中心服务器、前置机服务器的搭建，围绕放射科工作站、内窥镜网络信息系统、病理工作站，以及临床工作站等进行设计和实现的。系统的重点是PACS的实现，难点是DICOM影像数据的读取分析、影像显示和图像编辑。最后部分是对此系统进行合理的测试，并提出将来的改进与发展。

关键词：数字化医院；医院信息系统；放射科信息系统；PACS；DICOM

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东北大学硕士学位论文 Abstract

Design and Implementation of TongLiao City

Hospital PACS System

Abstract

At the present stage of China's rapid development of digital hospital. To improve the medical management level, work efficiency, serve the patients better, serve for the society, has become the primary problem of digital hospital. Digital hospital mainly refers to the hospital information system ( HIS ), radiology information system ( RIS ), digital picture archiving and communication system ( PACS ) three parts. Picture archiving and communication system ( Picture Archiving and Communication System, PACS ) is a comprehensive solution to the medical image acquisition, display, storage, transmission and management integrated system.

System to domestic medical environment and act as the basis, to follow the international health information exchange standards development, use of modern science and technology, based on the existing hospital information system environment, management situation and characteristics are analyzed, to achieve the hospital PACS operation.

The main content of the paper is structured around PACS system needs analysis, around implementation PACS system center server, front-end server structures, surrounding the radiology workstation, endoscopy, pathology workstation network information systems, as well as clinical workstation design and implementation. The system focuses on the PACS implementation, difficulty is the DICOM image data read analysis, image display and image editing. The last part of this system is reasonable test, and put forward the future development and improvement.

Key words: Digital Hospital; Hospital Information system, Radiology Information system, PACS;DICOM

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东北大学硕士学位论文 目录

目 录

声明 ............................................................................................. 错误！未定义书签。 中文摘要 ................................................................................... 错误！未定义书签。 ABSTRACT ............................................................................ 错误！未定义书签。 第1章 绪论 ............................................................................................................. 1

1.1研究背景 ........................................................................... 错误！未定义书签。 1.2研究意义 ............................................................................................................. 4 1.3文章内容安排 ..................................................................................................... 4

第2章相关技术介绍 ........................................................ 错误！未定义书签。

2.1 医院信息系统 .................................................................. 错误！未定义书签。 2.2 DICOM介绍 ....................................................................................................... 5 2.3 PACS介绍........................................................................................................... 7 2.4 PACS和HIS、RIS之间的关系 ...................................... 错误！未定义书签。 2.5 本章小结 ........................................................................................................................... 8

第3章系统分析 ..................................................................................................... 9

3.1系统设计目标 ................................................................................................... 10 3.2需求分析 ......................................................................... 错误！未定义书签。1

3.2.1科室需求 ................................................................. 错误！未定义书签。 3.2.2网络建设分析 ......................................................... 错误！未定义书签。 3.2.3服务器分级体系架构分析 ..................................... 错误！未定义书签。 3.2.4影像和数据访问分析 ............................................. 错误！未定义书签。 3.3本章小结 ........................................................................................................... 20

第4章 系统设计 ................................................................ 错误！未定义书签。

4.1 PACS系统网络架构设计................................................. 错误！未定义书签。 4.2患者检查工作流程设计 ................................................... 错误！未定义书签。

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东北大学硕士学位论文 目录

4.3 影像系统功能总体流程 .................................................. 错误！未定义书签。 4.4存储结构设计 ................................................................................................... 24 4.5 DICOM网关设计 ............................................................................................. 28 4.6影像浏览模块设计 ........................................................................................... 29

4.6.1影像浏览模块设计 ................................................. 错误！未定义书签。 4.6.2 DICOM图像文件解读设计 ................................... 错误！未定义书签。 4.7登记工作站功能设计 ....................................................... 错误！未定义书签。 4.8诊断工作站功能设计 ....................................................... 错误！未定义书签。 4.9临床工作站功能设计 ..................................................... 错误！未定义书签。2 4.10本章小结 ......................................................................... 错误！未定义书签。

第5章 PACS系统实现 .................................................. 错误！未定义书签。

5.1医院PACS环境搭建........................................................ 错误！未定义书签。

5.1.1 PACS与HIS融合的实现 ...................................... 错误！未定义书签。 5.1.2 PACS与HIS的接口定义 ...................................... 错误！未定义书签。 5.2 DICOM网关的实现 ......................................................... 错误！未定义书签。 5.3影像数据处理 ................................................................................................... 37

5.3.1影像数据读取分析 ................................................................................. 37 5.3.2 DICOM图像显示 ................................................................................... 39 5.3.3图像编辑 ................................................................. 错误！未定义书签。 5.4工作站的实现 ................................................................... 错误！未定义书签。

5.4.1登记工作站 ............................................................. 错误！未定义书签。 5.4.2诊断工作站 ............................................................. 错误！未定义书签。 5.4.3临床工作站 ............................................................. 错误！未定义书签。 5.5本章小结 ........................................................................... 错误！未定义书签。

第6章 系统测试 ................................................................................................ 49 第7章 总结与展望 ........................................................................................... 51 参考文献 ................................................................................................................... 53 致谢 ............................................................................................................................. 55

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东北大学硕士学位论文 第1章 绪论

第1章 绪 论

1.1 研究背景

提到PACS系统，必须先谈到医学信息学（Medical Informatics，MI）。MI是医

学和计算机科学的结合科学，是一门新兴交叉学科。它包含了信息科学和技术支持的医

学实践、培训和研究以及信息处理和通讯的认识与应用。

医院信息系统（Hospital Information System，HIS）是医学信息学（MI）的重要组成部分，以此同时HIS是计算机信息技术的重要应用范畴。在国际范围内，已经形成了一个专门的、不可忽视的卫生信息化产业（Health Information Technology Industry,HIT Idustry）。美国著名教授Morris Collen于1988年给医院信息系统定义为：利用电子计算机和通讯设备，为医院所属各部门提供病人诊疗信息和行政管理信息的收集、存储、处理、提取和数据交换的能力，为医院所属各部门提供信息服务，并满足所有授权用户的功能需求。完整的医院信息系统应该包含医院管理信息系统和临床医疗信息系统。HIS的运用是医院科学管理和医疗服务现代化的重要标志。

60年代初美国、日本、欧洲各国开始建立医院信息系统。到70年代已建成许多规模较大的医院信息系统。例如，瑞典首都斯德哥尔摩建立了市区所有医院的中央信息系统MIDAS，可处理75000住院和门诊病人的医疗信息。医院信息系统的发展趋势是将各类医疗器械直接联机并将附近各医院乃至地区和国家的医院信息系统联成网络。其中最关键的问题是使不同系统中的病历登记、检测、诊断指标等都要标准化。医院信息系统的高级阶段将普遍采用医疗专家系统，建立医疗质量监督和控制系统，进一步提高医疗水平和保健水平。

我国医院信息化经过了近40年的发展，主要经历了四个阶段[1]。 第一阶段：单机单用户应用阶段。上世纪70~80年代初，以小型机为主，采用分时终端方式，当时只有少数几家大型的综合医院和教学医院拥有。

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东北大学硕士学位论文 第1章 绪论

第二阶段：部门级系统应用阶段。20世纪80年代中期，随着XT286出现和国产化，以及DBASEIII和UNIX网络操作系统的出现，一些国内医院开始建立小型网络，并已经开发出部门管理级别的小型网络管理系统，例如住院管理，药房管理、门诊计价/划价及收费发药系统等。

第三阶段：20世纪90年代，快速以太网和大型关系型数据库日益盛行，完整的网络化医院管理系统的实现已经成为可能，有条件的医院开始开发适合自己医院的医院管理系统。一些IT公司也开始开发HIS。此阶段HIS强调以病人为中心，并开发出全院数据充分共享的门诊、住院、药品、物资、固定资产、LIS、PACS等系统。

目前，我国大部分地区的医院在信息化、网络化方面还只是刚刚起步，即使有，也只有如门、急诊系统、住院系统等，跟欧美发达国家有很大的差距。随着网络化的日益普及，以往的医院管理模式已经越来越不能适应时代发展的需要了。报表式、文字式的汇报不但使医院管理者陷在文字的海洋中，而且不靠下属的解释又难以看懂这些材料。不清楚医院的漏洞、不知道收入的比率、不能及时调整人员和资源的分配，病人挂号时间长、交费时间长、取药时间长、看病时间短的“三长一短”的问题也都长期困扰着医院。因此，进行医院信息系统建设，将医院调整到最佳运行状态成为医院管理和建设的一个重点。

PACS的概念提出于80年代初。建立PACS的想法主要是由两个主要因素引起的：一是数字化影像设备，如CT设备等的产生使得医学影像能够直接从检查设备中获取；另一个是计算机技术的发展，使得大容量数字信息的存储、通讯和显示都能够实现。在80年代初期，欧洲、美国等发达国家基于大型计算机的医院管理信息系统已经基本完成了研究阶段而转向实施，研究工作在80年代中就逐步转向为医疗服务的系统，如临床信息系统，PACS等方面。在欧洲、日本和美国等相继建立起研究PACS的实验室和实验系统。随着技术的发展，到90年代初期已经陆续建立起一些实用的PACS。

在80年代中后期所研究的医学影像系统主要采用的是专用设备，整个系统的价格非常昂贵。到90年代中期，计算机图形工作站的产生和网络通讯技术的发展，使得PACS的整体价格有所下降。进入90年代后期，微机性能的迅速提高，网络

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东北大学硕士学位论文 第1章 绪论

的高速发展，使得PACS可以建立在一个能被较多医院接受的水平上。

早期的数字化医学影像设备所产生的数字图像格式都是由各个设备生产厂商自己确定的专有格式，别人无法利用。这个问题极大地影响了PACS的发展，这引起广大致力于医学影像研究的学者、厂商和其他行业人士的重视。1982年美国放射学会（ACR）和电器制造协会（NEMA）联合组织了一个研究组，1985年制定出了一套数字化医学影像的格式标准，简称ACR-NEMA 1.0标准，随后在1988年完成了ACR-NEMA 2.0[2]。随着网络技术的发展，人们认识到仅有图像格式标准还不够，通讯标准在PACS中也起着非常重要的作用。随即在1993年由ACR和NEMA在ACR-NEMA 2.0标准的基础上，增加了通讯方面的规范，同时按照影像学检查信息流特点的E-R模型重新修改了图像格式中部分信息的定义，制定了DICOM 3.0标准。这个标准已经被世界上主要的医学影像设备生产厂商接受，因此已经成为事实上的工业标准。目前，一些主要的医疗仪器公司，如GE、PHILIPS、西门子、科达等，所生产的大型影像检查设备都配有支持DICOM标准的通讯模块或工作站，也有许多专门制造影像系统的公司生产支持DICOM标准的影像处理、显示、存储系统。近年来，在每年的北美放射学大会上还专门提供DICOM环境，组织各个厂商进行影像设备的互联。

随着应用的不断发展，DICOM标准也在不断的更新，它所支持的医学影像种类也不断地增加，已经从原来ACR-NEMA标准只支持放射影像扩展到支持内窥镜、病理等其他影像。也有学者在研究处理医学图形、声音等信息，同时也有人研究DICOM与其他医学信息传输标准的沟通，如HL7等。人们已经认识到医学影像系统应该是医院信息系统中的一个重要组成部分，PACS应该与其他系统相互沟通信息，形成一个医院信息的整体。

DCMTK(DICOMToolKit)是一套针对DICOM标准，由德国的Kuratorium OFFlS e.V.、HeahhcareInformation and Communication Systems、Escherweg等机构联合开发的面向软件设计工程师的开源软件开发包。它是现在主流的DICOM的开发包。它用ANSIC和C++混合编程，实现了医学图像的显示、传输、存储和打印等功能，实现了DICOM标准的绝大部分功能。它完全以源代码的形式呈现，包括config、ofstd、dcmdata、dcmingle、dcmimage、dcmjpeg、dcmnet、dcmpstat、

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东北大学硕士学位论文 第1章 绪论

dcmsign等多个程序包。可从网上轻松下载到DCMTK开发包。目前全世界有很多家医院和企业都在使用它。后面文章将以DCMTK为工具来显示DICOM图像。

1.2 研究意义

数字化医院的建立，将会使中国目前“以收费为中心”的医院信息系统走向“以病人为中心”的临床信息系统，而医院则会转变为管理病人需要的服务模式。同理，PACS系统的建立，促进数字化医院环境的形成，提高义务人员的工作效率，降低成本，从根本上提高医疗服务质量和提升竞争力,PACS可实现诊断信息与图像的在线安全存储与备份，医生可以在工作站上观察任意时间、任意患者的诊断信息与图像资料，实现影像资源共享，方便患者信息查询，大大提高了工作效率。因为每个患者每次到医院就诊，都有唯一的HISID号，且不同的检查都有唯一的影像编号。将所有的检查信息统一存储，所以医生在诊断过程中可随时调阅患者以前的影像资料并作对比分析和诊疗观察，从而提高了影像诊断率。另外，通过诊断信息，还可以根据病种做分类查询，统计阳性率，提高病理查询效率，使医院管理者的管理工作更为方便。

1.3 文章内容安排

第1章：全文的绪论。对课题产生的背景、研究意义、所做的主要工作和全文组织结构进行了概括性说明。

第2章：首先介绍医院PACS系统相关的理论知识，包括HIS、RIS、DICOM、和PACS等。其次介绍了PACS和HIS、RIS之间的关系。

第3章：针对课题进行了系统需求分析。 第4章：针对课题进行了系统系统设计。

第5章：这一章是本文的重点。介绍医院PACS技术的实现，包括PACS系统环境搭建、各个工作站的实现。着重讲述DICOM影像读取、显示、转换和编辑。

第6章：PACS系统测试。

第7章： 对该系统的优点和缺点进行总结，提出下一步的改进研究方向和展望。

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东北大学硕士学位论文 第2章 相关技术介绍

第2章 相关技术介绍

计算机与网络信息技术的发展，进入了数字化及信息共时代的人们对医院的数字化、信息化程度会有越来越高的要求。以网络通信为基础，将所有的医疗信息整合在一起，已成为现代医院的发展趋势。HIS、RIS、LIS、CIS、PACS等概念和系统的出现，为医院提供了可行的数字化解决方案。

2.1 医院信息系统

医院信息系统HIS (Hospital Information System) ，按照学术界公认的MorrisF. Collen所给的定义，应该是：利用电子计算机和通讯设备， 为医院所属各部门提供病人诊疗信息( Patient Care Information) 和行政管理信息（Administration Information)的收集(Collect)、存储(Store)、处理(Process) 、提取(Retrieve)和数据交换(Communicate) 的能力并满足所有用户 ( Authorized Users)的功能需求[3]。

医院信息系统HIS被业界公认为是迄今为止世界上现存的企业信息系统中最复杂的一类。基本框架模式是采用计算机、网络通信设备，把医院的医疗信息、业务信息进行管理，进而在有条件的情况下，开发管理决策支持和医疗决策支持系统，帮助医院管理者和医务人员作出决策咨询。医院信息系统基本实现了对医院各个部门的信息收集、传输、加工、保存和维护。可以对大量的医院业务层的工作信息进行有效的处理。完成日常基本医疗信息、经济信息和物质信息的统计和分析，并能够提供迅速变化的信息，为医院管理层提供及时的辅助决策信息。医院信息系统的运用，是医院科学管理和医疗服务现代化的重要标志。

20世纪80年代HIS架构由集中式系统架构发展到分散式体系结构。上世纪90年代之后，国内外开始研究优良的HIS体系结构—可组合式系统，即C/S架构。它优越性在于极高性能、集中式数据管理、扩充升级方便灵活和加速系统的开发。目前国外进入了新一代医院信息系统的体系架构，但是国内发展较滞后，没有完整统一的、符合国情的新一代HIS体系架构。

2.2 DICOM简介

DICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine)是医学图像和相关

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东北大学硕士学位论文 第2章 相关技术介绍

数字信息在计算机之间通信的一个工业标准，它的产生使各国各个不同工厂生产诊断和治疗设备时有了一个可以遵循的统一标准，必须采用此标准或提供该标准的数字通信接口。医学影像设备只有采用DICOM3.0标准，其图像数据格式和数据接口才能被存储与传输于目前世界上通用的国际联网系统，并能高速地传输图像文字表格数据与动态图像以及声音，通行无阻地在国际联网计算机上显示出来。可以这样说，任何医学影像设备，只有符合DICOM3.0，才能为医院接受，否则被医疗事业摒弃[4]。

图2.1 DICOM文件格式

Fig.2.1 DICOM file format

如图2.1所示，DICOM 文件格式一般由一个 DICOM 文件头和一个 DICOM 数据集合组成。在 DICOM 文件中最基本的单元是数据元素(Record或Data Element)。DICOM 数据集合就是由DICOM 数据元素按照一定的顺序排列组成的。DICOM 数据元素由四个部分组成: Record Length、Key Length、Key (DICOM File Name)、Value (DICOM File Content)。DICOM 文件头(Header，DICOM File Meta Information)包含了标识数据集合的相关信息。每个DICOM文件都必须包括该文件头。文件头的最开始是文件前言，它由 128个 00H字节组成，接下来是DICOM前缀，它是一个长度为 4 字节的字符串“DICM”，可以根据该值来判断一个文件是不是DICOM文件。文件头中还包括其它一些非常有用的信息，如文件的传输格式、生成该文件的应用程序等等。DICOM文件主要组成部分就是数据集合。这不仅包括医学图像，还包括许多和医学图像有关的信息，如病人姓名、图像大小等。DICOM数据集合是由DICOM数据元素按照指定的顺序依次排列组成的。对于DICOM 文件，一般采用显式传输，数据元素按标签从小到大顺序排列，即DICOM PS 3.5 规定的Explicit VR Little En-dian Transfer Syntax。

对于医院影像中心的CT、MR、CR、DR等支持DICOM Storage SCU的设备，可通过在设备上设定DICOM 3.0技术参数（例如：AE Title (Application Entity

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东北大学硕士学位论文 第2章 相关技术介绍

Title)，IP Address，Port NO.等信息）直接接入PACS系统，将其影像传输至服务器及存储系统进行集中存储管理。通过DICOM Storage方式可获取原始的影像数据，可保证影像及相关信息的完整性。

AE Title是配置影像检查设备DICOM服务（Worklist、Storage、Print等）必不可少的参数之一。对于某一台影像检查设备，其各个DICOM服务可以对应不同的AE Title，当然这些DICOM服务也可以对应同一个AE Title。AE Title是一个字符串，在整个PACS系统中必须是唯一的。

对于医院影像中心的非DICOM设备（超声、内窥镜等），使用PACSGate DICOM网关进行影像采集，PACSGate将采集的影像转换为标准DICOM影像并与病人信息进行整合后归档到PACS服务器。只要采集设备采集分辨率高于原始图像分辨率，就可保证获取图像在诊断过程中的质量要求。

2.3 PACS简介

医学影像存档与传输系统（Picture Archiving and Communication System， PACS）：全面解决医学图像的采集、显示、存贮、传送和管理的综合系统。既医学图像存储与通信系统,它是放射科、影像医学、数字化图像技术、计算机技术及通讯技术的结合。他将数字资料转化为计算机数字型式,通过高速计算机设备及通信网络,完成对图像信息的采集、储存、管理、处理[5]。

PACS系统在物理结构上采用各种网络技术将不同类型的计算机连接起来，包括医学成像设备、图像采集计算机、DICOM服务器（包括数据库和归档管理）、以及图像显示工作站。图2.2为PACS系统的组成及数据流。

HIS/RIS成像系统图像采集计算机DICOM服务器图像显示 图2.2 PACS系统的组成及数据流

Fig.2.2 Composition and data stream of PACS system

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东北大学硕士学位论文 第2章 相关技术介绍

2.4 PACS和HIS、RIS之间的关系

PACS和HIS、RIS之间有大量的数据HIS和RIS保存着病人的人口学信息和临床资料数据，也保存和传递病人的图形及图象资料。PACS主要保存病人的图象数据，也使用HIS和RIS中已有的病人信息，从HIS和RIS中直接获得可避免重复输入，减少错误发生，因此减轻医生的工作量。

在书写诊断报告或复查时，工作站在显示病人图象的同时，还能显示HIS和RIS中病人的各种临床记录；临床医生也可以在HIS中看到病人的检查图象，达到信息共享。

图2.3 PACS和HIS、RIS关系

Fig. 2.3 The relation between PACS and HIS,PACS and RIS

如图2.3所示，做影像检查时，病人的姓名、年龄、ID等信息从HIS和RIS中传输到PACS，并通过worklist进程显示；病人检查完成后，图像和诊断报告（reports）随即传回到HIS和RIS，临床医生能立即看到。临床医生的工作站也有图像分析处理功能。对于复诊或者曾有过影像检查的病人，随着病人信息的到来，PACS能够将长期保存的图象检索调出，传输到书写报告的工作站，便于对患者病情的前后对照[6]。

2.5 本章小结

本章介绍了与医学影像存档与传输系统（PACS）相关的技术，包括医院信息系统、DICOM的简介、PACS和HIS、RIS之间的关系。

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东北大学硕士学位论文 第3章 系统分析

第3章 系统分析

医院目前由东西两院构成，数据中心机房在东院,西院只负责网络搭建、数据传输，东西两院通过两条联通光纤专线连接。当前，医院已经上线运行的系统有HIS系统、LIS系统等在一个中心机房，现有的核心网络设备使用高性能产品，支持大吞吐量图像数据传输。PACS服务器使用刀片服务器，存储空间在逐年扩容，已建成SAN网络，并在此基础上搭建了双机环境，以提高数据处理的安全性、高可用性和有效性。

根据医院的总体要求以及PACS自身的规律性，并充分考虑到PACS系统的工作流程及数据结构特征，在设计医院PACS时，将遵循下述设计原则：

（1）建设PACS考虑的首要因素是标准性原则。系统遵循DIOCM 3.0国际标准，并符合卫生部《医院信息系统基本功能规范》要求，同时按照ISO9001国际质量管理体系进行开发与系统实施。按照Integrating the Healthcare Enterprise（IHE，医用信息系统集成）的建议进行流程设计。基本目标:确保提供给医疗保健专业人员对病人诊断必需的所有信息是正确、可用。

第二、应用优先，为临床和病人服务考虑的是实用性原则。PACS能够充分满足放射科的业务需求与应用，并满足临床应用、教学、会诊和科研的需要，快速、准确、实时地提供有效的医学影像以及诊断等综合信息，满足医院本地化要求，增强PACS系统的实用性。也即符合IHE的基本目标：基本目标:确保提供给医疗保健专业人员对病人诊断必需的所有信息是正确、可用。

第三、保护医院投资，物有所值遵守经济性原则。充分利用医院现有基础设施、设备和信息技术资源，保护医院原有投资，同时全面考虑系统升级时对现有设施的利用，保证用户在系统中的投资及实现其价值的最优化。

第四、遵守整体性原则。遵循硬件、系统软件、应用软件及用户界面的整体设计部署原则，全面体现PACS系统功能，实现医学影像信息全院共享。在系统设计过程中遵循整体规划，分步实施，避免形成新的信息孤岛。

第五、采用先进的服务器存储架构，安全应急设计，则遵守科学性原则。采用成熟的、先进的、开放的及符合国际标准的系统结构、计算机技术、存储技术和网络技术，并遵循PACS建设的一般规律，以保证系统具有国际先进水平。

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东北大学硕士学位论文 第3章 系统分析

第六、应用和技术在不断进步，要求可持续性发展，遵守扩展性原则。考虑到医院未来发展后续所产生的可能需求，在不改变总体设计结构的前提下，医院新的需求可顺畅进入系统。可扩展部分包括服务器以及存储系统，未来新购置设备接入PACS，各应用工作站的扩展，预留的数据接口保障软件系统的融合等。

第七、业务不间断运行的重要保障，遵循安全可靠性原则。在系统架构中,充分考虑到系统运行的安全和稳定性，考虑防病毒、大数据量压力、系统安全应急解决方案，保证业务7*24小时连续运行。

3.1系统设计目标

医院PACS系统总体解决方案的目标是通过PACS项目建设，走向三甲医院目标，实现整个医院影像诊疗过程数字化、网络化、信息共享化、无胶片化；优化业务流程，提高工作效率，降低工作成本，更好地遵照“以病人为中心，全心全意为病人服务”口号。

结合医院对数字化医院的整体规划，以建设大型局域网级别PACS系统为总目标，通过总体规划建设、分步实施项目，遵从国际、国内及行业标准，同时又符合当地医院实际情况的数字化影像系统，以优化现有医院业务流程、提高工作效率，改善医疗服务质量为核心指导思想，为最终实现数字化医院打下良好基础。通过实施PACS项目，除了降低胶片的使用成本之外，还将为医院工作带来如下有点：

（1）实现医院影像诊疗过程效率提高50%～300%，为医院创造良好的社会效应和经济效益：工作方式从原来的单机模式转为小型局域网络模式，分工更详细协作提高工作效率；影像传递从原来的“胶片输出传递”模式转为“数字网络传递”模式，实现瞬时传递患者数字影像；患者影像查找从原来的“片库手工查询”模式转为“精确比对查询”模式，实现15秒内调阅数字对比影像；诊断报告输出从原来的“手工重复”模式转为“电子模版”模式；会诊模式从原来的“专家集中”模式转为“远程会诊”、“电子会诊”模式；临床医生查看放射科报告从原来的“人工传递”模式转变为“一键调阅”瞬时查看模式。

①第一期实现全部影像数据及诊断数据两年在线存储，未来可平滑升级存储；

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东北大学硕士学位论文 第3章 系统分析

②调阅患者在线静态影像数据时间（第一幅任何图像）小于等于2秒； ③调阅患者归档静态影像数据时间（第一幅任何图像）小于等于15秒； ④系统一年内系统宕机不超过一次，故障恢复时间小于等于4小时。 3．实现医院影像诊断过程中各类信息的全面科学管理，提高医院管理效率及管理水平：

①查询三年内的患者诊断信息时间小于等于5秒； ②查询超过三年的患者诊断信息时间小于等于7秒； ③统计三年内的诊疗信息时间小于等于15秒； ④ 统计超过三年的诊疗信息时间小于等于30秒； ⑤ 生成统计报表时间小于等于5秒。

4．通过完善的系统接口功能，实现与医院HIS进行无缝连接，实现医院信息系统、工作流程的高效整合：

①检查申请单从原来的“人工传递”模式转变为“一键调阅”瞬时查看模式； ②医生查看报告从原来的“人工传递”模式转为“一键调阅”瞬时查看模式； ③医生查看报告从原来的“胶片输出传递”模式转为“数字网络传递”模式； ④医生调阅放射科在线静态影像数据时间（第一幅任何图像）小于等于3秒 ⑤医生调阅放射科归档静态影像数据时间（第一幅任何图像）小于等于15秒。

3.2 需求分析

为了提高医院的信息化建设，响应国家医改的号召，规范和优化功能检查科室的工作流程，降低成本，以此同时服务于患者，本院PACS系统的建设目的在于：

（1）连接医院放射科现有主要影像设备，实现非DICOM接口设备的影像标准化，实现全院影像资料标准化存储与管理；

（2）逐渐实现医院医学影像信息无胶片化、无纸化及自动化运行及管理；构建各个影像学科图像及文本信息整合，实现在统一ID、统一界面及统一索引下涵盖医疗、教学和科研信息的电子医学图像档案(EMIR)管理；

（3）通过与HIS及电子病历系统融合，实现患者检查申请、收费确认、预约

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东北大学硕士学位论文 第3章 系统分析

管理、诊断结果反馈等关联业务流程的自动进行；优化放射科室内部工作流程，实现诊断报告模版化、规范化，报告集中管理打印；提高工作效率并减少人工操作可能出现的错误；

（4）提供多种影像调阅模式，实现放射科、门诊、住院及部分相关科室的影像

快速调阅，可提供各种影像后处理功能以提高质量诊断；

（5）实现临床科室影像调阅和报告阅读，重点科室以C/S模式快速调阅，实现

影像诊疗的无胶片化、无纸化作业；

（6）实现科室内用户权限管理、病人报告等各种信息全面、实时、客观统计管

理，提供数据分析统计功能并可作为量化管理与绩效考核的考评依据，系统可提供流程评估分析功能；

（7）以SAN存储架构为中心，建立PACS服务器集群和大容量集中存储系统，并且存储可平滑扩容，所有数据按照国家相应法律法规进行长期备份保留。实现医院内部影像资料及相关信息的统一存储管理，数据共享，建立整个医院PACS系统；

（8）系统的系统安全机制，实现数据的容错、容灾及安全备份，在线数据系统出现灾难性故障时，可提供及时、准确的数据恢复。

3.2.1 科室需求

对于影像科室需求，市医院主要影像科室有放射科、功能检查科、病理科等。将医学影像设备资源和人力资源合理有效地配置，实现数字化诊室的工作模式，使得影像科医生可以更好更快地为病人服务。基本功能如下： （1）登记病人信息；

（2）对医疗影像进行计算机化提取、处理、存储、查看、检索、对比； （3）提供必要的病例模板； （4）打印图文报告；

（5）各种影像科室间共享病人图像信息和诊断报告； （6）调取HIS中病人的文字信息。

按照DICOM或非DICOM影像设备进行分类，统计医院所有影像设备并详细记录每个接入PACS系统的设备每日检查量，计算出计算量。需要接入医院PACS

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东北大学硕士学位论文 第3章 系统分析

的DICOM影像设备有：16排计算机断层成像系统、数字胃肠造影、数字化X线成像系统、计算机X线成像系统、C型臂血管造影、64排计算机断层成像系统、经颅多普勒超声诊断仪、X射线断层扫描系统、彩色多普勒超声诊断仪和内镜成像系统等。需要接入医院PACS的非DICOM影像设备有：电子胃镜、电子全结肠镜、摄像显微镜、腹腔镜和血细胞显微镜摄像系统等。

如果某个科室DICOM拍片设备每日检查的人数n，每人平均m幅照片，非DICOM拍片设备每日检查的人数a，每人平均b幅照片。估算出每天的数据量L为：

L = nm + ab

医院接入PACS系统的影像科室有5个，则全院检查量为： N = 5L 即 N = 5*（nm + ab）

为满足对PACS影像、报告访问，淘汰落后的工作站，新购置影像报告工作站PC、影像采集卡和医用专业显示器，也称竖屏。

从CPU、内存、存储容量和操作系统，以及兼容采集卡的角度考虑，影像科室软硬件需求如下：

(1)放射和超声缺少图像采集诊断工作站若干台； (2)临床科室图像显示工作站（现有基础上增加）； (3)操作系统若干；

(4)采集卡若干块，DVI线若干，脚踏板若干； (5)Oracle客户端；

(6)医用专业显示器若干（考虑大小、分辨率、像素灰阶级别）； (7)实施项目方提供培训。

对于临床科室，要求本院PACS系统建成后，实现以下功能： (1)调阅病人图像和诊断报告；

(2)对图像进行相应的处理，以满足临床医生的需要； (3)提取病人的其他文字信息 (4)实施项目方提供培训。

(5)临床科室硬件可同时使用原来HIS系统基础上的台式机，软件只需要安装

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东北大学硕士学位论文 第3章 系统分析

PACS客户端软件。

管理科室需求包括对全院影像科和影像设备的使用情况进行科学的管理，对所有病人信息进行管理，以及所有影像科室的用户进行管理。该院的PACS管理工作由网络中心进行管理，主要工作有：

(1)对PACS服务器进行必要维护； (2)对所有病人信息进行维护； (3)对所有影像科室进行管理； (4)提供远程影像服务接口； (5)提高影像诊断水平和工作效率； (6)提供RIS中病人数据的统计；

(7)实施项目方提供相关维护文档、说明文档； (8)实施项目方提供培训。

硬件需求包括服务器及42U标准机柜、光纤交换机和大容量高性能磁盘阵列，若干台式机并连接PACS网络。软件的需求包括安装Linux操作系统和双机集群软件、远程连接服务器图形用户界面（Graphical User Interface，简称 GUI程序），Windows操作系统，安装PACS系统的管理工作站程序、统计工作站，以及客户端工作站软件。

3.2.2 网络建设分析

对于大量数据传输的PACS系统来说，网络无疑是一个重要的组成部分。只有架设了高性能、高速率和高可用性的网络，才能满足高传输数量级的PACS系统。在网络设计中，需要考虑每个节点的位置和功能，两个节点间信息交换的频率、传输费用，通信可靠性和吞吐能力。设计参数不单是考虑节点性能，还需包括网络拓扑结构、通信线路容量和流量分配。

目前医院楼宇之间、楼层之间采用光缆，主干达到100M，甚至千M带宽，但是有些科室缺少信息点，使用了100M交换机，因此可能会导致拥塞，影响影像批量传输的速度。楼层交换机和核心交换机都采用Cisco主流交换机。分析目前各种业务流量，满足目前使用，但是会在两年内达到饱和，到时候会给医院信息系统带来不小的压力。建议医院适时适当考虑升级。

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东北大学硕士学位论文 第3章 系统分析

利用服务器分级体系架构可以有效控制网络流量,减轻对服务器的负担[7]。如下图3.1所示：

图3.1 服务器分级体系中的网络流量控制图

Fig.3.1 Server classification system of network traffic control chart

通过服务器分级体系架构，80%的流量在2层本地网络之间传输，只有

20%需要和第三层核心网络层进行交换，大大减少了对核心层的负担，一定程度上保护了数据的安全；

(1)采用存储专用网络SAN，与IP数据网络独立； (2)利用热备用路由协议（HSRP），保障系统的高可用性；

(3)利用端口聚合协议（PAgP），主干链路采用Trunk，成倍提高带宽，并提供主干链路冗余；

(4)PACS划分在独立的VLAN内；

(5)放射科等PACS应用科室采用千兆到桌面。

3.2.3 服务器分级体系架构分析

该院综合考虑空间、成本，所支持操作系统，可管理、可用性和安全特性，可扩展性 、强大、安全的可用性特性，选刀片服务器作为目前PACS中心服务器。

市场上有dell和hp等多家知名服务厂家，是当前市场上最节能、最灵活和最易于管理的刀片服务器之一。但是刀片服务器很难同时兼顾性能和能效,从发展的眼光来看，中小型机仍然是未来选取的对象。但是，再高性能的服务器都有瓶颈，同时还需考虑医院成本。兼顾多方，综合考虑采用服务器分级系统。

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东北大学硕士学位论文 第3章 系统分析

图像及病人的相关信息从图像采集工作站、HIS和RIS系统送往PACS服务器，又称DICOM服务器、中心服务器、中心PAS（PACS Archive server）。PACS服务器群是是PACS的核心，一般采用双机或集群。整个服务器集群系统包含两台中心服务器（构成双机热备份）、一套临床服务器、多套科室（病理科、超声内窥镜科）前置服务器，目前医院使用一套影像设备前置服务器、一套临床前置服务器。PACS系统服务器群示意图如图3.2所示：

图3.2 PACS系统服务器群

3.2 The PACS server cluster system

(1)服务器的基本操作主要包括：

(2)接受图像采集工作站发送过来的医学图像； (3)提取接受图像的相关文字信息；

(4)配置图像设备、采集工作站的通信方式，包括ip、AE名和Port NO.； (5)通过网络提取、更新RIS系统中的数据； (6)确定图像显示的显示工作站所在位置； (7)确定图像显示的最佳对比度和亮度参数； (8)服务器之间更新传送文件； (9)压缩、备份图像的数据；

(10)为其他工作站和控制器提供图像存取服务。

中心服务器系统是PACS系统的核心，系统基于Linux平台运行，部署PACS

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东北大学硕士学位论文 第3章 系统分析

中心数据库、RIS服务模块及PACS中心服务模块，负责对各个前置服务器发送来的影像进行自动归档存储，进行全局影像数据库管理，系统网络通信管理；提供全部RIS、超声、内镜和病理系统的文本信息存储及检索服务，提供全部影像数据的存储和检索服务，提供长期历史影像数据的访问服务；在接收到来自各个检查科室前置服务器转发来的数据后，负责向临床服务器发送影像及报告数据；当各个子网的图像访问终端试图调阅图像时，中心服务器负责返回给调阅者指定影像信息存储的具体位置；当某个前置服务器出现故障时，中心服务器负责顶替前置服务器工作以保持医院业务的连续性。

PACS前置服务器（超声科、内窥镜科、病理科等检查科室服务器）可以部署在各个检查子网上，部署PACS分中心服务模块，主要负责向PACS中心服务器转发设备发来的原始图像，同时向子网终端客户提供近期图像访问服务以减轻主服务器访问压力，进行系统负载均衡，形成多级访问机制，提高系统安全性、稳定性、可靠性和访问速度。PACS前置服务器可配合 PACS中心服务器组成负载均衡集群，解决前端（各影像科室）应用压力和负载压力，并额外提供多一级的本地应用安全保障。

PACS临床服务器部署在各个临床科室子网上，部署PACS分中心服务模块，主要负责向对影像质量和处理功能要求较高的临床终端客户提供病人原始图像及文字报告访问服务以减轻主服务器访问压力，进行系统负载均衡，形成多级访问机制，提高系统安全性、稳定性、可靠性和访问速度。PACS临床服务器可加入到 PACS中心服务器集群系统中，解决前端应用压力和负载压力，并额外提供多一级的本地应用安全保障。

目前本院还未架设PACS Web服务器系统。部署PACS Web服务模块，主要负责向对图像要求一般的临床终端客户或配置较低的临床终端客户提供病人原始或压缩图像及文字报告访问服务，客户端以浏览器方式运行，不须安装任何软件，对硬件要求较低，易于部署和快速实施，后台系统通过数据库实体化视图方式保持与中心服务器的数据同步，可以达到减轻主服务器访问压力，形成多级访问机制，提高系统安全性、稳定性、可靠性和访问速度的目的。

PACS中的存储归档系统（Archiving Manager）不是简单的影像存储，还包括影像及其相关信息的定位、传送和存储规划等功能。PACS具备图像及相关信息的

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东北大学硕士学位论文 第3章 系统分析

长期存储管理（Long Term Storage Management，LTSM）和短期存储管理（Shot Term Storage Management STSM）[8]。

存储系统中存储设备通常会分成三种角色：在线存储、近线存储、离线存储。通常将传输速率要求高或经常访问的数据存放在在线存储的设备上（如SAN磁盘阵列），将不经常访问的数据存放在近线存储的设备上。

在线（On-Line）存储，是指连接在计算机系统中可保持直接、实时、快速访问的存储设备。在线设备实际应用中通常选用光纤磁盘阵列。 离线（Off-Line）存储，是指设备或介质平时不装载在计算机系统中，在存取数据时将设备或介质临时装载或连接到计算机系统，最典型的离线存储设备是磁带机。离线方式通常在访问速度上要低一些，但是因其可以随时更换存储介质，所以其存储容量没有实际限制。由于离线到在线的介质装载过程很长，所以离线存储一般用来存储那些不经常使用的冷数据。 近线（Near-Line）存储介于在线存储和离线存储之间，近线存储可采用硬盘、数据流磁带、光盘作为存储介质，通常由SATA磁盘阵列、磁带库、光盘库和存储管理软件构成。

根据对医院数据要求的分析，推荐两级存储解决方案：前置、中心在线存储归档。

3.2.4 影像数据访问分析

在病人到放射科就诊的实际业务过程中，服务器集群系统的各个子系统相互协作，分别在病人检查、图像匹配、存储归档、医生调阅的各个环节上发挥作用。

当病人在放射科进行登记后，影像设备即可通过访问所属前置服务器来取得RIS中存储的病人Worklist信息，并通过DICOM MPPS服务将检查状态反馈给前置服务器，前置服务器随之根据MPPS中的内容更改保存在中心服务器RIS系统中的病人检查状态。

当病人完成检查，技师将图像发送给设备所属前置服务器后，前置服务器通过DICOM Storage Commit服务对图像数目进行确认，并与RIS中保存的病人文本数据进行匹配，确保病人信息与图像信息的一致性；随后前置服务器对图像进行标记，并将图像压入图像归档队列；安装于各个前置服务器上的队列管理器实时监测图像归档队列，按照预定义规则将队列中的图像送至接收者（指中心服务器），并对归档过程进行监控，当发现归档失败时队列管理器可以自动按照预定义规则处理错误

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东北大学硕士学位论文 第3章 系统分析

（一定时间后自动重试，多次重试仍失败后记录报警日志，而后管理员可以选择手动重试或取消任务），以保证中心服务器和前置服务器之间数据的一致性。

归档过程完成后，在医生以显示病人本次或历史影像时，所有的调阅请求均先提交给中心服务器调度管理程序，调度管理程序查阅中心数据库中保存的数据迁移记录（图像是否已从前置服务器迁出或从中心服务器回迁），按照就近分配原则指示客户端从前置服务器或中心服务器上取得所需图像，通常情况下的图像分配策略是，病人本次检查的各种图像（一次检查可以包括不同类型、如既做CT又做超声或MR）将从所做检查对应科室前置服务器上获得，病人历次检查的所有图像将从中心服务器（无预约时）或所属科室前置服务器上获得（病人提前预约时）。

服务器集群系统实际上采用了一种集中加分级的混合型结构，综合了分布式系统网络负载均衡和集中式系统数据统一管理的优点，同时避免了分布式系统数据容易发生不一致和集中式系统所有终端直联服务器导致网络和中心节点负载过大的问题。

在服务器分级体系架构中，可以通过以下两个策略来保证了多级节点之间数据的一致性：

首先所有用户可以访问的数据（报告和图像）索引只保留一份，均直接存储在中心服务器上，客户端直接与中心服务器进行交互，然后按照中心服务器的指示从集群内指定节点上（通常是前置服务器）取得所需数据，这样既可以保证不同前置服务器所属的终端客户均访问的是同一份数据，又可以保证因图像传输而产生的大量数据流均保持在科室服务器和所属工作站之间，大大节省了宝贵的中心网络带宽；

其次所有可能导致在多个节点之间需要进行同步数据的更新操作（如管理员手动修改了图像中的姓名，医生将对图像所作标注保存到服务器上等）也直接由客户端向中心服务器提交，中心服务器收到数据更新请求后，首先按照操作内容更新本地影像数据，并修改中心数据库中相应数据记录以保证所有对已修改数据的访问请求均直接从中心服务器本地影像中获得响应，随后再将所作更新操作广播到集群中每个节点上，保证整个集群内部数据的一致性；即使因为网络故障等原因导致个别节点的更新操作不能进行，系统也可以日志方式通知管理员，同时由于更新操作涉及的图像均可以直接从中心服务器本地阵列中获得，该部分“脏”数据用户永远也不

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东北大学硕士学位论文 第3章 系统分析

可能访问到，从而确保了整个系统数据的统一。

由于医院门诊量大，由此产生的业务数据量很大，为提高设备利用效率，优化系统设计，提高大业务量下的终端数据访问速度，设计以下影像预取方案。为实现对影像进行预取，相关影像设备需支持DICOM 设备操作过程步骤 (Modality Performed Procedure Step,MPPS)，应用MPPS服务，成像设备就可以想PACS/RIS系统传递检查执行过程中的各种状态信息，从而改善和加强工作流程的管理。

根据医院业务特点，将预取工作流程分为两大类，由临床或门诊科室触发预取和由放射科或影像科室触发预取，其基本原理和流程相同，只是触发对象不同。预取的信息主要是患者的历史信息，主要包括：患者影像信息、患者检查信息、患者诊断信息、患者随访信息及其它信息（如专家信息）。预取触发事件主要是复诊患者，包括门诊患者与住院患者。

如果复诊患者指定所预约的临床医生，则预取过程是：

(1) 检索患者历史信息，察看所有信息是否均在线，如果不在线，则将所有数据

逐级预取到中心服务器；

(2) 将数据（包括影像、诊断信息、随访信息等历史信息）预取到影像科室前置

服务器；

(3) 从前置服务器推送到临床医生的工作站上；

(4) 临床医生下检查申请单之后，如果制定了放射科室诊断医生，则数据从中心

服务器推送到相应的放射科室诊断医生本地；

(5) 如果复诊患者未指定所预约的临床医生，则预取过程是：检索患者历史信息，

察看是否所有信息均在线，如果不在线，则将将数据（包括影像、诊断信息、随访信息等历史信息）预取到前置服务器； (6) 临床医生通过工作站直接访问前置服务器。

3.3 本章小结

本章介绍了系统设计的目标是通过PACS项目建设，走向三甲医院目标，实现整个医院影像诊疗过程数字化、网络化、信息共享化、无胶片化。其次，介绍了医院PACS系统需求分析，包括各个科室需求、网络和服务器的分析、影像数据访问分析。

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东北大学硕士学位论文 第4章 系统设计

第4章 系统设计

4.1 PACS系统网络架构设计

医院目前由东西两院构成，数据中心机房设在东院，西院只负责网络传输，目前未设服务器。目前医院有HIS系统、RIS和LIS系统中心机房现有的核心网络设备支持大吞吐量图像数据传输；在原有的信息化建设基础上，新上线的PACS中心服务器使用某厂家的刀片服务器，建成SAN网络，在中心服务器和前置服务器上安装Redhat Linux和oracle，并用Roseha软件搭建成双机环境。如图4.1是全院PACS总体网络拓扑图。

图4.1 医院PACS总体网络拓扑图

Fig.4.1 Hospital PACS overall network topology

4.2 患者检查工作流程设计

参照医院现行工作流程，根据系统需求和系统设计目标，引进PACS系统后，检查科室的检查工作流程发生改变。患者进入医院挂号，申请检查遵照检查工作

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东北大学硕士学位论文 第4章 系统设计

的流程，如图4.2所示：

图4.2 患者检查工作流程图

Fig.4.2 Patients were examined the work flow chart

一位病人来到医院门诊看病，首先需要挂号登记收费。挂号登记这一操作就在HIS数据库中存下了该病人的HISID号、姓名、年龄等信息。然后病人到相应的门诊科室看病，门诊医生按病人病情为病人开检查申请单。待缴完检查费用后，病人到检查科室排号登记。在登记工作站上给病人登记信息时，便可自动从HIS系统中获取患者挂号时的信息，登记人员此时需补充检查类的信息(检查科室、检查类别、检查医生等)。轮到该病人做检查时，检查医生利用医疗影像设备获取病人的影像，并自动保存到相应的中心PACS归档服务器（中心PAS）和相应的前置机，为了保证数据的安全，病人影像同时被保存到本地诊断工作站中。医生查看影像对患者病情书写诊断报告的同时，自动把诊断报告回填到HIS数据库。最后检查医生打印诊断报告。临床医生可以利用临床工作站调阅到全院患者

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东北大学硕士学位论文 第4章 系统设计

的影像资料，包括诊断报告，方便他进一步治疗疾病。

4.3 影像系统功能总体流程

影像系统是PACS系统中最重要的部分之一，也是整个系统最复杂的部分，流程如图4.3：

图4.3 影像系统功能总体流程图 Fig.4.3 Flowchart of image system function

本影像系统流程划分为三大步骤：input（输入）、process（加工）、output(输出)。输入步骤是先连通服务器，然后从服务器用movescu（是dcmnet程序包中的工具）下载图片。首先用echoscu（是dcmnet程序包中的工具）检查与服务端的连通性，若连通性失败，则检查相关服务状态是否正常，或者服务端口是否被占用，或者AEtitle填写是否正确，然后把它设置完善并测试。图片显示与编辑步骤包括加载图片，通过显示、编辑、查阅数据字典功能提供医生判断依据，并影像医师可将DICOM文件另存为常用格式图像文件，如BMP、JPEG、PNG和TIFF。

影像系统最高层是应用程序。整个影像系统设计成4个模块，分别是格式转换模块、影像的界面显示模块、图像诊断模块、通信模块。4个模块的可被上层是应用程序调用；中间层针对应用层分成不同的模块，因此，设计了三个类，分别是DCMImage、DcmData和Pipe；其中Pipe类包含了四种服务，分别是storeSCU、FindSCU、MoveSCU、EchoSCU。系统最底层是DCMTK库。如图4.4所示：

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东北大学硕士学位论文 第4章 系统设计

图4.4 系统架构图

Fig.4.4 System architecture diagram

DcmImage类的功能实现是通过调用DCMT中的dcmimage和 dcmimgle中的函数。该类的功能主要实现旋转图像、镜像、标注区域、调窗、反色、还原等图像编辑。通过DcmData类显示图像的基本信息，提供给医生进行图像诊断。通信模块是Pipe类运用匿名管道技术将DCMTK中已编译的findscu.exe, storescu.exe, movescu.exe, echoscu .exe进行搭建,通过管道技术写入并读取命令行中的信息，最后反馈到显示界面中。

4.4 存储结构设计

DICOM标准是传输和存储图像的格式，图像信息的存储结构影像图像的传输，它在PACS系统中有着重要的地位，下面对其进行设计。

在对患者做一次检查时，医生可能采集多幅图像，为了区分每一幅图像，需要对每一幅图像进行编号，这个编号由图像实例号(Instance Number)给出。在对图像进行显示时，一般先通过解析图像的光度，来判断DICOM图像的类型。因为它与每象素的样本数和象素分配位数的取值、平面构造属性的有无，以及象素数据(Pixel Data)的数据结构有着密切的关系。图像行数、图像列数、象素空间距离的取值可以直接由BMP或JPEG信息头的相关属性来决定。象素分配位数的取值确定后，象素数据在分配空间上的存储位置取决于象素存储位数和最高位。在对象素数据(Pixel Data)进行变换时，还需要根据象素描述来决定数据类型是否有符号数。

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东北大学硕士学位论文 第4章 系统设计

一个完整的DICOM文件除了包括以上信息，对于简单图像显示和处理已经足够，但还需要添加额外的辅助信息，例如患者信息、检查信息、设备信息、序列信息等。每幅图像必须与特定的受检查者对应，并且必须保证对应受检查者的唯一性，否则就失去了医学图像的诊断意义。受检查者由一些患者信息所描述，包括 Patient_Name、Patient_ID、PatientBirthDate、Patient_Sex等。临床发现许多疾病发病与年龄、性别有密切关系，此类信息有助于医生对疾病的诊断。生成并显示DICOM文件时，这些元素可以隐藏相关信息。除了保证患者唯一性，还要保证检查唯一性。检查信息包括检查实例UID(检查 UID)、Study Date (检查日期)、Study Time (检查时间)、提交检查医师姓名、Study ID (检查ID)、Accession Number(收诊号)。这些信息中，除了检查实例UID必须非空NONULL，其它信息可以为空值。但是为了信息的完整性，往往对其一一赋值。检查日期在患者复诊时作为参考判断疗效。检查时间用来鉴别同一次检查的不同系列。检查ID为检查设备生成的标识符。收诊号为科室内生成的表示检查顺序的号码。

每一次检查可以获得不同系列的图像，诸多图像存放在一起，如何来区分文件之间的关系？这个任务由系列信息来完成，包括设备类型(Modality)、系列实例UID(Series Instance UID)、系列号(Series Number)、左右侧信息(Laterality)。其中设备类型(Modality)和系列实例UID(Series Instance UID)为类型1数据，在文件中必须包含，并且取值不能为空。系列号用于区别不同系列的图像。当检查人体对称部位时，例如四肢，需要标注左右侧信息为治疗提供依据。为了说明PACS子系统的实现，列举重要的数据字典，列举了病人信息表（PACS_R_PATIENT）、诊断结果表(PACS_R_DIAGNOSES)、登记表(PACS_R_REGIST)和科室字典（DEPT_DICT）。

表4.1 登记表(PACS_R_REGIST)

Table4.1 Registration form(PACS_R_REGIST）

字段名称 REGISTNO REGISTDATE REGISTTIME REGISTNAME CHECKPART SOURCE_OF_PAT

字段类型 NUMBER DATE TIME VARCHAR2 VARCHAR2 VARCHAR2

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字段长度 10 -- -- 20 20 40

描述

登记号 登记日期 登记时间 登记姓名 检查部位 患者来源

东北大学硕士学位论文 第4章 系统设计

表4.2 科室字典（DEPT_DICT）

Table4.2 Department dictionary（DEPT_DICT）

字段名称 SERIAL_NO DEPT_CODE DEPT_NAME DEPT_ALIAS DEPT_ATTR SYNCHRO_FLAG OUTP_OR_INP

INTERNAL_OR_SERGRRY DISPLAY_ORDER TOTAL_BED_NUM DEPT_CONSULT

字段类型 NUMBER(3.0) VARCHAR2(8) VARCHAR2(32) VARCHAR2(20) NUMBER(1.0) NUMBER(1.0) NUMBER(1.0) NUMBER(1.0) NUMBER(3.0) NUMBER(3.0) NUMBER

字段长度 3 8 32 20 1 1 1 1 3 3 1

描述

序号 科室代码 科室名称 科室简称别名 科室属性 同步标识 门诊住院标志 内外科标志 显示顺序 床位数 是否会诊科室

表4.3 诊断结果表(PACS_R_DIAGNOSES)

Table4.3 Diagnosis result talbe(PACS_R_DIAGNOSES)

字段名称 SERIESID ROOMNAME CHIEFDOCTOR REPORTDOCTOR REPORTDATE EYESEE RESULT METHOD DEVICE STATUS LATERINFO LATERDOCTOR VIEWCOUNT RECHIEFDOCTOR

字段类型 NUMBER VARCHAR2 VARCHAR2 VARCHAR2 DATE VARCHAR2 VARCHAR2 VARCHAR2 VARCHAR2 VARCHAR2 VARCHAR2 VARCHAR2 NUMBER VARCHAR2

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字段长度 10 20 20 20 -- 4000 4000 4000 20 20 1000 20 20 20

描述

检查顺序号 检查室名称 检查医生 报告医生 报告时间 检查所见 诊断结果 检查项目 检查设备 检查状态 近期信息 最近医生 影像数 复查医生

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表4.4 病人主信息表（PACS_R_PATIENT）

Table4.4 Master patient Information（PACS_R_PATIENT）

字段名称 PATIENTID HISID NAME SEX AGE BIRTHDATE PHOTONO INPATIENTNO CONSTTYPE TELEPHONE ADDRESS

字段类型 NUMBER VARCHAR2 VARCHAR2 VARCHAR2 NUMBER DATE VARCHAR2 VARCHAR2 VARCHAR2 VARCHAR2 VARCHAR2

字段长度 10 50 20 10 10 -- 50 20 30 30 50

描述 病人ID号 病人his ID号 姓名 性别 年龄 出生日期 影像号 检查号 费用类型 联系电话 地址

为了实现图像浏览，定义了结构TDCMBrower来标识输出图像文字组合信息体，它的成员定义了显示内容和显示状态。TDCMBrowser还包括其它必要信息，如BitAlloc、BitStore、HighBit、PixelSpace、PixelRepresentation、FrameNumber、PhotoMetricInterpretation等，另外还有一个成员ImgData用来存储经过调整后生成的医学图像像素数据。主要成员如表4.5所示：

表4.5 TDCMBrower成员表

Table4.5 TDCMBrower members table

字段名称 DcmFileName CenterX CenterY ShowScale VectorX VectorY RotateAngle BgColor

字段类型 String Integer Float Integer Integer Integer

字段长度 30 6 4 4 4 6 6 10 20 30

描述

DICOM文件名 图像显示的中心点坐标 图像显示缩放比例 图像镜像的方向矢量 图像旋转角度 图像当前景色 窗宽和窗位

图像剪裁区域起止点坐标 覆盖层信息结构 标注层信息结构

WndLevle WndWidth Integer MStart Mend Overlay Annotation

TPoint

TDCMOverlayInfo TAnnotation

TDCMOverlayInfo定义了从DICOM文件读取出来的一些非图像显示相关的信息，如病人姓名、年龄、性别、检查时间等、设备参数资料等，它将在图像显示区域

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的覆盖层显示。主要成员如表4.6所示：

表4.6 TDCMOverlayInfo成员表 Table4.6 TDCMOverlayInfo members table

主要成员 Patient_Name Patient_ID Study_Date Study_ID Modality Series_Number Manufacturer Institution_Name Patient_Position Image_Orientation Window_Center Window_Width

类型 String String String String String String String String String String Float float

长度 20 10 10 2 15 15 20 5 5 8 8

描述 病人姓名 病人ID 检查日期 检查ID 形态 序列号 制造商 结构 图像方向 定位信息 窗宽 窗位信息

4.5 DICOM网关设计

DICOM网关是PACS系统的关键部分， 其主要用于接收、存储、转发DICOM医学图像， 实现了DICOM存储和通讯的关键技术。为了使生成的文件通用性较强，完整的信息头是必需的。由于DICOM网关实现的是非压缩DICOM文件的转化，因此本文只介绍上面三种传输语法：隐式VR低端编码、显式VR低端编码、显式VR高端编码。提供传输语法可以帮助用户快速选择数据处理顺序。

图4.5 图像传输流程图

Fig.4.5 Image transmission flow chart

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东北大学硕士学位论文 第4章 系统设计

其中虚线代表信息数据流，实线代表图像数据流,DICOM图像传输流程如图4.5所示：

（1） 登记工作站登记患者信息， 在RIS数据库中建立该病人的记录，将患者信息填入数据库；

（2）检查医生通过worklist将病人信息从RIS数据库中提取到医疗设备中，然后进行检查；

（3）DICOM网关从医疗设备获取图像；

（4）DICOM网关将图像转发并存储到图像归档服务器PAS；

（5）DICOM网关将图像在PAS的存储目录写入该病人的数据库记录中； （6）诊断工作站调用病人图像时，首先访问数据库中该病人记录，从而获取DICOM图像在PAS中的存储目录；

（7）诊断工作站根据存储目录以FTP方式获取PAS上的图像，进行阅片或其他处理。

要实现以上步骤，首先要保证DICOM网关与PAS和DICOM设备的通信，设置DICOM网关参数，如AE Title、IP、端口号等。

4.6 影像浏览模块设计

4.6.1影像浏览模块设计

在设计影像浏览模块时，首先分析影像浏览过程中图像数据和用户操作的流程。把影像浏览模块看作一个用户浏览医学影像的控制系统，建立影像浏览过程模型，从简单情况入手，单幅图像浏览过程的控制系统模型如图4.6所示。而多图像浏览则按照单图浏览按照一定顺序进行组合。

图4.6 单幅影像浏览控制系统框图

Fig.4.6 Single image browsing control system block diagram

医学图像文件经过DICOM文件解读器后，提取出文字信息，图像浏览控制系统

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东北大学硕士学位论文 第4章 系统设计

的输入就是从DICOM文件读出文件信息。进入图像浏览界面后，用户可看到输出图像的显示界面和提供用户操作控制界面。用户浏览显示界面时，通过控制界面可以用键盘和鼠标左缩放、旋转、标注等操作，相当于给显示的图像文字组合输入了状态信息。每次操作后，输入的状态信息和原有的文件信息重新调节后，从而生成了新的输出内容。所以用户操作视为该控制系统的反馈。实现此系统，要解决输入和输出之间的信息转换过程。影像浏览模块的核心控制单元是DICOM文件解读和输入输出之间的图像文字信息映射转换器。

显示界面输出的是复杂的组合信息，把它看作一个图像文字的组合信息体。在界面显示上分三层来放置输出的图像文字组合信息。第一层是图像层，显示DICOM文件存储的医学图像，显示的时候要根据图像的显示状态信息（旋转角度、移动位置、缩放比例等）和显示范围信息，现在显示界面绘制出图像。第二层是覆盖层，包括DICOM文件存储的除了图像像素信息外的医学文字信息（病人资料、设备参数等），方便用户浏览的标尺和图像方向定位信息。第三层是标注层，包括用户绘制的线、角、区域，添加的文字标注等。输出显示界面时，从下往上叠放这三层。

4.6.2 DICOM图像文件解读设计

DICOM文件是指按照DICOM标准而存储的医学文件，它采用面向对象的思想来设计和实现，每个DICOM文件都包含了一个对象对（SOP）实例。DICOM文件包括Patient（病人）、Study（检查）、Series（序列）和Image（图像）等几大的层次。每一层分若干module（模块），module下又分为多类元素。读取DICOM文件只需要把需要的模块里的元素读取出来，组成相应的图像信息结构，由此得到病人医学图像以及这个图像相关的病人、检查、等丰富的医学影像的属性信息。影像数据的读取顺序是文件头、数据集和像素点数据。读文件头就是判断是否是DICOM前缀；读取数据集设计成依次遍历数据集，从而得到文件的数据元；读取像素点数据设计成ReadPixelData的几个过程。

依据DICOM3.0标注设计出DICOM文件解读器的程序处理算法。DICOM文件作为输入，输出的就是解读出来的文件数据集包含的属性和像素信息，可以应用TDCMBrower的一个实例来引用得到所需的显示图像的像素数据、存储图像的相关信息和其他文字信息，从而为图像和文字信息显示做准备，如图4.7所示。

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东北大学硕士学位论文 第4章 系统设计

图4.7 DICOM文件解读器处理流程图 Fig.4.7 DICOM file reader processiong flow chart

4.7 登记工作站功能设计

患者可以提前预约检查，当其预约后到达医院，享有优先做已预约的检查项。预约登记工作站主要功能：

（1）可进行患者影像检查预约，预约管理；患者影像检查登记； （2）可调用HIS中的病人基本信息；可录入患者临床诊断、病史资料； （3）可进行病人复诊登记；支持多种病人信息录入方式；

（4）可对重复登记项目内容自行预设与维护； 对不同类型检查的收费可自行预（5）设及维护，并自动进行计算显示；

（6）可按多种方式进行信息资料检索、查询及统计； （7）支持DICOM WORKLIST服务； （8）分级用户权限管理；

（9）支持用户个性化风格定制，例如：查询定制存储，不同医疗状态的患者色；（10）彩条设定等个性化服务。

4.8 诊断工作站功能设计

诊断工作站主要用于书写、审核、打印诊断报告，它具有严格的用户权限定义和

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东北大学硕士学位论文 第4章 系统设计

人性化的设计，便于医生方便地、快速地书写诊断报告。诊断报告工作站设计成如下功能：

（1）与影像浏览诊断软件无缝融合，支持双向调阅数据； （2）综合利用RIS中的病人基本信息、检查信息； （3）支持多种文字输入及操作方式，快速书写诊断报告；

（4）支持多条件综合查询病历、自定义查询标签，可以实现“一键”查询功能； （4）支持患者多级医疗状态分类，并标记不同色彩，支持每个用户个性化自定义医疗状态颜色；

（5）具有严格的分级用户诊断权限管理，具有用户组管理策略，用户权限可继承，便于系统管理；用户登录安全审核管理；

（6）编辑诊断报告、系统定时自动保存报告，确保意外情况（如：突然停电）下编辑中的报告不会丢失，故障修复后可继续编辑；

（7）提供常用诊断词的模版，减轻了医生的工作量，并可进行自定义编辑； （8）提供诊断报告格式模版，并可自定义修改；具有方便的典型病历库管理功能，可用于科研或教学应用；

（9）支持患者历史诊断调阅、参考；支持查看患者临床诊断、详细病史，查看扫描录入的申请单；

（10）支持病理诊断结果调阅，进行阳性符合率统计； （11）定制全局浏览显示字段；国际标准编码录入； （12）可灵活定义打印诊断报告方式。

4.9 临床工作站功能设计

临床工作站对功能的要求较为简单，除了浏览医学影像、编辑病人影像等图像处理外，还包含浏览病人信息、浏览诊断报告、打印诊断报告。它的功能设计没有胶片打印功能。临床工作站还可以用作培训教育，或者根据临床要求，设计其他功能。

4.10 本章小结

本章是系统设计部分。首先介绍了网络架构设计、检查工作流程和影像系统功能总体流程，让后介绍了存储结构、DICOM网关设计。最后介绍了影像浏览模块设计、登记工作站、诊断工作站和临床工作站功能设计。重点介绍影像浏览模块设计。

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东北大学硕士学位论文 第5章 PACS系统实现

第5章 PACS系统实现

5.1 医院PACS环境搭建

医院目前由东西两院构成，数据中心机房在东院。目前医院有HIS系统、RIS和LIS系统中心机房现有的核心网络设备支持大吞吐量图像数据传输；在原有的信息化建设基础上，新上线的PACS中心服务器使用主流厂家的刀片服务器，建成SAN网络，在中心服务器和前置服务器上安装redhat linux和oracle，并用roseha软件搭建成双机环境。按照上一章的图4.1搭建全院PACS总体网络架构。

5.1.1 PACS与HIS的融合

为了将PACS与医院HIS系统有机结合为一个系统，实现二者数据融合（Data Fusion）是PACS系统能否成功实施的关键。医院HIS系统由北京天健源达科技有限公司开发，

已经运行多年了，系统比较稳定。PACS与HIS融合的优点有：

首先，PACS与HIS的高度共享。PACS不再是鼓励的医学影像系统（任何的影像都是和病人相对应的），病人的所有信息都是在HIS中已经采集过的。因此，PACS和HIS融合后病人在HIS中的所有信息可以得到共享，避免了重复劳动。

其次，方便医生调阅图像。可以把浏览工作站作为一个功能模块嵌入到临床和门诊医生工作站，这样医生可以方便地查阅病人影像信息，并且病人的检查报告可以写到HIS相应的表中供医生浏览。

再者，便于影像的管理。与HIS融合后可以将影像作为病人电子病历的一部分进行管理。对于过期病人影像的调阅也是提供很好的解决办法。

而且，便于影像的调度。PACS与HIS融合后，放射影像科室可以方便地知道病人所在科室，便于影像调度。

在PACS系统中，PACS/RIS与HIS的融合可通过三种方式实现：PACS/RIS 与HIS直接进行数据库读取、通过第三方数据库（中间件技术）进行数据交换、以HL7标准方式进行通讯。由于国内HIS系统不是很规范，一般推荐采用中间件方式进行融合。本院使用HIS融合通用工具直接进行数据库读取。

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东北大学硕士学位论文 第5章 PACS系统实现

5.1.2 PACS与HIS融合的实现

对于PACS/RIS从HIS中获取患者基本信息、检查申请单、收费信息等数据，PACS/RIS向HIS系统提供数据库接口，HIS系统完成登记、挂号、生成检查申请单之后，将上述信息填入PACS/RIS系统，PACS/RIS系统自动获取相应信息。需要HIS提供一个用户和视图，将上面对应的字段提供给PACS。

设置了数据源和提取信息方式—表或视图，在选择表下拉框选择取数的表或视图，确定后即把该对象（表或视图）的字段添加到提取设置界面的两个备选列表框中，手动的选择两个列表中字段的对应关系。保存后即设置为PACS与HIS的对应关系，随即保存与PACS、HIS两个数据库的链接字符串以及表、视图的信息。HIS系统中用来融合的字段主要有PAT_ID、HIS_ID、PAT_NAME、PAT_BIRTHDATE、PAT_SEX、PAT_RACE、CLINIC_NO、INPATIENT_NO、LODGESECTION和BED_NO。PACS系统中用来融合的字段主要有患者编号、HIS编号、患者姓名、性别、出生年月、籍贯、诊断号、住院号、申请科室号、床号等。

回填报告设置分为以表的方式回填和以存储过程的方式回填。（以表的方式回填暂时不用，本文档只介绍以存储过程方式回填）

以存储过程的方式回填报告需要连接回填报告目的库（HIS或LIS、体检系统数据库），确定存储过程名以及需要提供给该存储过程的参数，这里设置的存储过程参数以每个参数作为一个字符串，中间用逗号隔开。

数据源的连接与HIS数据提取时连接设置完全相同，生成数据源连接串后点击“连接”测试数据源设置是否正确，当提示“连接成功”后在存储过程名下拉框选择回填诊断报告存储过程名，当鼠标离开存储过程名下拉框时融合工具会自动通过数据库连接取得该存储过程的输入参数名称，填写在参数框中。工程师需要针对参数字符串一对一的找到PACS数据库View_Result视图中的字段与之对应并以同样的格式填写在参数对应值输入框中。最后点击“保存”按钮。

存储过程实例生成器的使用，主要用于工程人员在了解了His系统数据库表结构后，His系统不能提供回填诊断报告信息存储过程的情况下使用，工程人员只要输入存储过程名、回填信息的表名、患者的唯一标示关键字、三个参数（主要是检

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查方法、影像所见、诊断意见），点击存储过程预览则工具自动返回存储过程主体的示例，工程人员再根据实际情况作简单的修改即可添加到数据库中起到回填诊断报告信息的作用。

PACS诊断状态回填设置在于记录三种状态的回填值，即已诊断状态以“已诊断”或“1”或“A”等值回填到HIS库。

以存储过程方式回填需要设置his库提供回填状态的存储过程名、存储过程参数以及为存储过程参数的对应值,与诊断报告回填设置方法相似，增加了回填状态双方协议的转义，即诊断状态的具体表示方法转换。

His融合工具的融合模块提供了提交图像文件到指定的ftp服务器的形式来回填图像。需要设置ftp服务器的ip地址、用户名、密码以及端口，还要设置图像文件在ftp服务器的路径。

HIS与PACS系统互连接口定义了RIS/PACS系统与第三方HIS系统连接时双方可以互访的数据类型及实现方法，该接口分为HisToPACS和PACSToHis两类，前者提供API接口函数供HIS系统访问PACS系统数据时使用，后者由HIS方面提供API接口函数供RIS/PACS系统访问HIS系统数据时使用，所有API接口函数均以Windows 动态链接库(Dynamic Link Library，Dll)的方式实现。一般情况，PACS厂家和HIS厂家双方会提供接口文档。

5.2 DICOM网关的实现

根据DICOM网关的设计方案，在 windows2000/XP操作系统上以Visual C++ 为开发工具，采用面向对象的设计方法，实现了DICOM网关的三个模块：接收模块、发送模块和数据库模块。接收模块实现图像采集和图像存储机制，采用DICOM协议与医疗设备进行通讯，接收DICOM图像，并在网关本地按照四级目录结构存储。发送模块实现图像转发机制并支持“预分配”机制，采用DICOM协议转发DICOM图像并存储在PAS。数据库模块实现数据库访问机制，把从DICOM图像中获得的信息填入数据库记录中相应字段。

对于一次DICOM的通信,具体实现过程为: (1)应用程序通过API发出DICOM功能服务要求。

(2)DICOM服务器构造应用实体,将API参数放入应用实体上下文。

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东北大学硕士学位论文 第5章 PACS系统实现

(3)应用实体根据上下文功能要求调用对应的DICOM上层服务功能。 (4)DICOM上层服务将相关参数组成TCP包传递给TCPSocket。 (5)操作系统的TCP/IP服务通过物理网络将数据传送到目标计算机。 (6)目标计算机在接收到信息后,回送应答信息。本研究中,SCP选用开源工具JDICOM的ImageServer作为服务端。SCU应用DCMTK提供的命令行程序。

接收模块的实现是根据DICOM标准和医院PACS系统设计要求，影像设备对应为C-store存储服务类的服务类使用者（Service Class User，简称SCU），DICOM网关接收模块对应为C-store存储服务类的服务类提供者（Service Class Provider，简称SCP）。影像设备与网关接收模块之间的通讯过程。接受模块的存储结构是由检查号、设备类型、研究日期、病人ID、病人姓名拼音、检查序列号六项信息，并按照“ModalityStudyDate/PatientID_PatientName/SeriesNO.”四级目录结构将图像存储在本地硬盘。

服务类提供者SCP在DCMTK中具体实现函数步骤如下: (1)创建或初始化网络连接； (2)设置网络连接参数； (3)接收连接； (4)确定传输语法； (5)确认协商后连接成功； (6)接收传输命令； (7)实现SCP服务； (8)释放连接； (9)关闭SCP连接； (10)释放网络连接。

发送模块的实现使用FTP方式传输文件,网关作为FTP客户端，将采集到的DICOM图像上传到制定的一个PAS。发送模块以dll的形式供网关程序调用。发送模块传输文件的步骤是：

（1）创建并初始化一个网络session； （2）建立与服务器的connection； （3）连接时查询或设置网络参数；

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东北大学硕士学位论文 第5章 PACS系统实现

（4）对FTP服务器进行操作，实现按照四级目录结构上传文件功能； （5）close FTP连接。

“预分配”机制的实现：发送模块提供了INI文件（配置文件）接口，只要在INI文件中设置目的PAS的IP地址、端口号、用户名、密码、目录等，就可以将DICOM图像转发到指定的PAS并按照四级目录结构存储。

为了关联PAS和oracle数据库，网关发送文件后需要修改数据库中相应记录。数据库模块以dll文件形式供网关程序调用。数据库模块对数据操作的步骤是：

（1）connect数据库；

（2）根据检查号的序列号打开数据库记录集；

（3）更新该检查号对应的数据记录集，填入相应的设备类型、检查日期、检查序列号这些信息；

（4）close数据库的连接。

5.3 影像数据处理

5.3.1 影像数据读取分析

影像数据的读取顺序是DICOM文件头、数据集和像素点数据。首先，读文件头的实现就是判断在文件开始的128B字节前言之后，判断是否是DICOM前缀，依次对“DICM”四个字符进行比对，不相同则退出，相同则开始读取0002组的一些重要信息，这个在的文件头信息是用Explicit VR Little Endian的传输语法编码。读取文件头核心伪代码如下：

Procedure Readfilemeta

{ fp<-OpenFile(Dcmfilename) Seek(fp,sizeof(char)*128) For i<-1 to 4 do

BlockRead(fp,)Prefix[i],sizeof(char))

If not((Prefix[i]=?D? and (Prefix[2]=?I?)and (Prefix[3] =?C? and

(Prefix[4]=?M?))

Then

ErrorMessage(?此文件不是DICOM文件！?)

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Exit

Filemetaend<-false

Transfer_Syntax<-ExplicitlLittle While(not Filemetaend)

Do grpnumber<-Read_16bit(fp,LittleEndian) elmtnumber<-Read_16bit(fp,LittleEndian) if grpnumber=$0002

then case elmtnumber of

$0000:MetaGroupLength<-GetValue_Integer(Transfer_Syntax,?UL?)

… …

$0000: Transfer_SyntaxUID<-GetValue_String(Transfer_Syntax,?UL?) Else

Filemetaend<-true }

数据集的读取方法就是依次遍历数据集从而得到的数据元。数据元分两种：非图像数据元、显示图像相关数据元。根据传输语法和字节顺序可以直接读取出非图像数据元，可以在TDCMOverlayInfo的实例里面引用该信息，并且可以传到TDCMBrowser的实例中，最后在图像显示区域的覆盖层显示该数据元。

显示图像相关的数据元可细分Image Pixel模块的图像信息数据元和标签为（7FE0,0010）的像素数据元，先读取凸显信息数据元（图像的行列数、像素数据元），然后对这些存储值要先进行相应的数据调整，包括对压缩的图像数据进行解压缩（DICOM传输语法中含压缩编码方式），依据像素比特值的有关信息调整像素数据元的存储值的。调整处理后的像素数据传递到TDCMBrowser的ImgData中，就得到输入“图文信息映射转换器”的DICOM图像数据信息，经过图像映射转换后，便生成了图像层的内容。对于多帧图像的处理方法：每个TDCMBrowser的实例的ImagData中只放一帧图像数据，存放位置受浏览的帧序号来定位。读数据集可以调用过程 ReadDataSet来实现。

读取像素点数据的ReadPixelData的几个过程：

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(1)首先判断是否压缩数据，若是，则调用相应的解压缩函数进行解压。 (2)若是多帧图像，获取当前要显示的图像的帧序号。若是单帧，依偏移表offset table获取像素数据的开始地址，得到内存中的一块数据就是像素数据。

(3)读出来的像素数据的Bits_Srored,High_Bit,Bits_Allocated等属性，按照DICOM标准（Part 5，Annex D）调整相应的数据。

(4)显示数据过程还调整读取出来的像素数据：如默认窗宽和窗位值；判断显示时像素最小最大值的显示效果；获取彩色图像存储的R、G、B值存放顺序等等。

为了更为方便地处理DICOM文件解读器的处理流程和算法，可以做出一个控件OCX，所需要的数据元都表示为控件的属性。需要显示医学图像的时候，只要调用这个控件，就可以用TDCMBrowser的一个实例引用这些属性，从而获取DICOM文件信息，并显示出来。

5.3.2 DICOM 图像显示

(1)、图像显示是图像读取的一个逆过程。如图4.1所示，首先打开选定的DICOM文件，然后提取该文件的图像数据，并提取传输语法以便之后的传输。之后创建设备无关位图指针，创建DIB信息头和颜色表的结构并赋值程序流程图。再然后初始化调色板，用stretchDIBits()函数显示图像到显示器，最后初始化标尺。

打开DICOM文件提取图像数据提取传输语法创建设备无关位图指针创建DIB信息头和颜色表的结构并赋值初始化调色板用stretchDIBit显示图像到显示器初始化标尺结束 图4.1 图像显示程序流程图

Fig.4.1 Image display program flow chart

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东北大学硕士学位论文 第5章 PACS系统实现

(2)环境的准备

①从网上获取DCMTK开发包中的两项：DCMTK*-source codeand documentation*和DCMTK*-support libraries for Windows。

② 解压dcmtk开发包，安装cmake工具，用cmake使dcmtk开发包生成工程文件，并用cmake打开dcmtk开发包，双击configure文件之后就可以点“0k”生成工程文件了。

③用VC++编译dcmtk工程，并生成一些静态连接库。这些静态连接库和头文件是用来在VC++下开发需使用的。将这些文件分别都复制dcmtk-lib和dcmtk_include中以便引用。

④运行VC，点击tools目录的options命令，然后在directories环境中设置Includefiles、Libraryfiles的路径。

以上工作完成后，就可以进行编程了。下面讲述VC下调用view类的onDraw函数进行DICOM图像的分析和显示。

(1)DICOM文件的读取

pDICOMFile=newDcmFileFormat0； pDICOMFIle一>loadFile(filename)； //读取DIC0M文件

DcmDataset *pDatasetpDICOMFile一>getDataset()； //获得文件的数据集 (2)读和图像有关的信息

E_TransferSyntaxxfer=pDataset一>getOriginalXfer()； //得到传输语法

DICOMImagepDICOMImgnewDICOMlmage(pDataset，xfer，0，fstart，fcount) //根据传输语法构造DICOMImage从fstart帧开始一共fcount帧通过读取图像的位置、大小、像素、RGB颜色、等信息的方法得到并用BitmapHeadlnformation的结构体来保存DIC0M文件的信息。 (3)读出的图像数据 void *pDieomDibits;

//得到DICOM文件第frame的DIB数据(假设是24位的)

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东北大学硕士学位论文 第5章 PACS系统实现

pDICOMImg一>createWindowsDIB(pDICOMDibits,0,frame,24,l,1); (4)文件打开

CFileDialogdlg(TRUE,NULL,NULL,OFN_ALLOWMULTI?? SELECT, DICOM文件(*.dcm)|*.dcm||s);

voidCDcmImage::LoadDcm(char*dcmpath,CDC*pDC) {

pDICOMImg=newDICOMImage(dcmpath,0,0,0); DcmData=newCDcmData(); DcmData>LoadDcm(dcmpath); }

为了优化内存DICOMImage参数中不填入数据集和传输语法,DcmData对象的实例化即提取了图像数据。 (5)调用显示API直接进行显示

为了使得医学影像直观显示，调用显示API直接进行显示，实现流程如图4.2所示，首先调用DcmImageDraw函数，并创建DIB窗口；读入文件头信息、RGB、图像高度、宽度、位数、大小等信息，并存储到相应的结构中，然后初始化调色板，并显示到DIB到显示器，设置图像显示参数，最后初始化图像信息和标尺。

调用DCMImageDraw类获取图像位数、大小创建DIB窗口初始化调色板读入文件头信息显示DIB到显示器设置图像显示位置、宽高初始化图像信息、标尺读入RGB信息获取图像高度、宽度

图4.2 调用API显示图像流程 Fig.4.2 Call the API display image process

4.3.3 DICOM图像格式转换

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东北大学硕士学位论文 第5章 PACS系统实现 BMP格式是标准Windows图像格式。能在Windows环境下运行的所有图像

处理软件都支持BMP图像文件格式，而且BMP格式也是一种与硬件设备无关的图像文件格式，使用非常广泛。因此为了科研、教学和学术交流等的需要。医院DICOM格式转换的结果也是BMP格式。同时BMP格式可以作为中间格式，可以转换成其他格式，如PNG、JPEG、TIFF。DCMTK中包含Dcmimage程序包，DICOMlmage是它的重要接口类，使用这个类的公有成员函数可以直接实现转换。 (1)读取所要进行转换的DICOM图像

pDieomFile=new DcmFileFormat()； pDICOMFile->loadFile(filename)； //加载DICOM图像

DICOMImage *pDICOMlmg= new DICOMlmage (pDataset，xfer，0，fstart，fcount)； //构造Dico-mImage类的对象指针 (2)DICOM格式转换BMP

result=pDieomlmg->writeBMP(ofile，8，frame)；

//实现DICOM格式向8位灰度图像的转换，如果result值为真，则转换成功，反之则转换失败。

使用到DCMTK中的dcmjpeg程序包对DICOM图像进行JPEG格式的压缩。dcmjpeg提供了一个压缩/解压缩库以及可用工具。该模块包含一些类，可将DICOM图像对象在非压缩和JPEG压缩表示(传输协议)之间转换。无失真和有失真JPEG处理都可支持。主要的接口类是DJEn-eoderRegistration和DJCodecEncoder。DJEneoder-Registration是一个孤立的类，为所有支持的JPEG处理注册编码器；DJ?CodecEneoder是一个抽象类，这个类包含大多数的DICOM数据编解码对象所需要的应用程序。涉及的类主要还有DcmFileForm、DcmData-set和DJ-RPLossless等。转换的步骤如下：(1)注册编码器DJEncoderRegistration：：registerCodecs()；

(2)加载DICOM文件并创建无损JPEG格式的数据集 DemFileFormat fileformat； fileformat．1oadFile(“test．dcm”)：

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东北大学硕士学位论文 第5章 PACS系统实现

DcmDataset *dataset=fileformat．getDataset()； dataset->chooseRepresentation ¶ms)；

delete metalnfo->remove (DCM_MediaStorageSOPCIassUID) delete metalnfo->remove(DCM_MediaStorageSOPlnstanceUID)； (3)存储无损JPEG格式图像

fileformat．saveFile(“test-jpeg.dcm”,EXS-JPEG～Processl 4SVl TransferSyntax)； DJEncoderRegistration：：cleanup()；

(EXS_JPEGProcessl4SVlTransferSyntax

，

5.3.3 图像编辑

(1)调窗的意义

医学图像的分辨率较高，像素灰阶值通常不低于12bit4096级，而普通显示器由于动态范围有限，并受到操作系统限制，只能提供8bit256级灰度，由于各种组织有相对稳定的取值，进行图像分割处理时只对特定范围内的像素值感兴趣,因此，处理系统必须能根据研究者的需要而显示特定像素值，屏蔽其它范围的像素值。

(2)调窗处理功能实现

调窗功能通过DcmImage类中的函数seWtindow（doublecenter,doublewidth, CDC* pDC）实现，底层调用DCMTK库的函数SeWtindow(constdoublecenter，constdoublewidth)。代码实现：

voidCDcmImage::SeWtindow(doublecenter,doublewidth,CDC* pDC) {

this??>pDICOMImg??>seWtindow(center,width); this??>DrawDcm(pDC); }

调用函数DrawDcm(pDC)重新绘制DICOM图片，在显示器上表现出编辑后的变化。许多其他图像编辑功能在应用DICOMImage.h中的函数flipImage()，rotateImage()，SetPalority()分别能对图像进行镜像、旋转、反色等编辑，这些功能在文章中不讨论。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1i6p.html