基于掛片協議的醫學影像顯示系統架構

李永毅，鐘雪麗

(1.長治學院師范分院計算機系，山西長治 046000;2.長治職業技術學院采礦測量工程系，山西長治 046000)

通過閱讀傳統膠片進行醫學診療，是醫生幾十年來形成的習慣。傳統的膠片打印時，其背光的明暗以及檢查器官的窗位、窗寬均已被設定為最佳狀態，醫生無需進行額外的調整，便可進行讀片。但現有的醫學影像顯示軟件需要進行比較復雜的校對和調整才能開始讀片，而且醫學影像呈現的影像布局和膠片布局在操作難度上有較大差別，因此難以被大多數醫生接受。針對這一問題，研究實現了一款基于掛片協議的醫學影像顯示系統，以適應大多數醫生的習慣。掛片協議根據醫生閱片習慣、醫學影像類型、病人的病理，建立相應的數據庫存儲相應的掛片協議實例。醫生經過一次設定后，以后工作站就可以根據數據庫中保存的協議實例進行有針對性的影像布局及顯示，方便醫生診療，具體過程如圖1所示。

圖1 掛片協議應用流程

1 基于掛片協議的醫學影像顯示系統

1.1 掛片協議的醫學影像顯示系統設計

1.1.1 系統及各模塊之間的關系

系統采用C/S(Client/Server)結構。主要包括圖像導入及圖像傳輸模塊，掛片協議生成模塊，掛片協議查詢模塊，圖像數據庫，圖像解析及導入模塊和圖像顯示模塊，圖2為系統架構。

圖2 系統架構

圖像導入模塊:主要用于實現顯示系統顯示時需要的DICOM圖像并進行了圖像的解析與歸檔。

掛片協議生成模塊:用于生成掛片協議實例并存入掛片協議數據庫。

圖像顯示模塊:首先通過查詢圖像數據庫獲取適合醫生習慣及診斷需求的掛片協議記錄。然后，根據病人ID號查詢顯示時需要的圖像信息進行圖像布局及顯示。

1.1.2 基于掛片協議影像顯示系統流程

(1)醫生登錄基于掛片協議影像系統，如果數據庫存在醫生記錄，醫生登錄系統后，影像系統保存了醫生的用戶名。(2)系統啟動后自動查詢本地圖像數據庫，讀取圖像數據庫自動組織成樹形目錄。(3)醫生選擇病人ID，系統自動將病人的各個序列放入隊列。(4)醫生查詢掛片協議。(5)醫生按照掛片協議的名字、掛片協議描述、掛片協議創建時間、掛片協議先驗引.用數、創建者等查詢掛片協議。(6)如果醫生查詢到需要的掛片協議，系統按照掛片協議進行圖像布局。如果沒有查詢到需要的掛片協議，醫生自己創建適合自己的掛片協議，并存入掛片協議數據庫。(7)掛片協議根據各個影像幕箱的需求選擇影像組，然后掛片協議再進行各個影像組的過濾、分類、重建。最后根據掛片協議對各個影像幕箱進行映射顯示。(8)應用掛片協議顯示后，本掛片協議實例的先驗引用數加1。(9)如果顯示后不符合醫生的閱片需求，醫生可根據自己需求創建適合的掛片協議，如圖3所示。

圖3 系統流程圖

1.2 Hanging Protocol影像顯示系統設計

1.2.1 掛片協議數據結構設計

掛片協議屬于嵌套數據集，主要包括掛片協議定義模塊、掛片協議顯示模塊和掛片環境模塊。由于掛片協議結構龐大且復雜，圖4僅顯示了掛片協議的ImageSet及DisplaySetSequence元素的數據結構。

ImageSet元素主要用于從DICOM復合信息對象中選擇影像集。DisplaySetSequence元素主要用于進行圖像集處理及圖像的布局及顯示。元素的結構如圖4所示。

圖4 掛片協議的部分元素數據結構

1.2.2 掛片協議內部處理模型

掛片協議的內部模型由選擇、加工、陳列3個主要步驟組成如圖5所示。選擇定義在掛片協議定義模塊。處理和布局定義在掛片協議顯示模塊。以下是掛片協議內部模型的詳細說明:

第一步，從DICOM復合對象中選擇影像集。因為多個影像集可能從相同影像復合對象中選取，因此這是一個N∶M的映射。掛片協議定義模塊的圖像集序列定義了掛片協議的選擇操作。

第二步，影像集的處理。處理流程的第二部分包含過濾、重建、分類及顯示要求等操作，將影像組映射成最終的屏幕顯示狀態，即顯示組(Display Sets)。這一過程由掛片協議顯示模塊定義，由于多個顯示組都可以從同一影像組中選取影像，這是一種l∶M的關系。過濾操作由顯示模塊過濾操作序列(Filter Operations Sequence)定義，可以從影像組中擇取部分影像;重建是指諸如多平面重建(MPR)之類從某一容積內重新采樣影像的操作;顯示模塊分類操作序列(Sorting Operations Sequence)用于影像的排序分類;默認顯示要求(Default Presentation Intent)由掛片協議顯示模塊的顯示要求屬性(Presentation Intent Attributes)來定義。顯示組猶如承載所有操作完成后最終呈現影像序列的容器，可以將一組影像根據用戶的定義呈現在顯示器屏幕上。

第三步，對屏幕顯示集的陳列。影像組在屏幕上的呈現模式是由顯示組序列(Display Sets Sequence Item)中的影像幕箱序列(Image Boxes Sequence)所定義的布局信息決定。一個顯示組對應單個影像幕箱序列，一般為單個顯示屏，但也可以是一組順序排列的影像幕箱。顯示環境空間位置(Display Environment Spatial Position)用于指定來自顯示組的影像擺放在屏幕上長方形區域中的哪個位置，而影像幕箱序列項參數(Image Boxes Sequence Itemattributes)則定義選用哪種交互方式。

圖5 掛片協議內部流程

2 實現

2.1 GUI用戶界面

掛片協議的創建通過向導對話框來創建。向導對話框中用可視化界面模擬了顯示屏及影像幕箱，通過影像幕箱的行或列動態設置影像幕箱的排列。

2.2 醫學圖像數據庫

根據DICOM標準復合信息對象的定義，DICOM圖像由病人、檢查、序列和圖像組成，每一層中定義了映射這層特性的基本信息，且層與層直接的對應關系是一對多的關系。通過對系統的功能分析，使用病人表、研究表、系列表、圖像表來存儲圖像顯示時所需要的DICOM頭文件信息及圖像位置信息。DICOM文件的管理通過文件夾實現，每個病人對應一個病人文件夾，病人的每次檢查對應一個檢查文件夾，序列對應每個序列文件夾，圖像存儲在序列文件夾下，通過文件夾的嵌套實現病人、研究、序列、圖像之間的樹形結構。病人表記錄、研究表記錄、系列表記錄和圖像表記錄與病人文件夾、研究文件夾、系列文件夾和圖像文件夾一一對應。數據庫中的病人表、研究表、序列表、圖像表中的記錄存儲了相應的文件夾或文件的路徑信息。其文件夾的建立及圖像的管理是在圖像信息導入及傳輸模塊中自動根據DICOM文件的病人ID、檢查UID、序列UID、圖像號創建的。病人表的PatientID與研究表的PatientID關聯，研究表的StudyInstanceUID與序列表的StudyInstanceUID關聯，序列表的SeriesInstanceUID與圖像表的SeriesInstanceUID相關聯。病人表、檢查表、序列表、圖像表。

2.3 掛片協議數據庫

掛片協議存儲使用SQL Server 2005及XML兩種方式。采用SQL Server存儲掛片協議主要是為了操作及查詢方便，使用XML存儲掛片協議考慮到掛片協議的結構及掛片協議數據庫的優化，并且XML也為數據交換及數據共享提供了方便。

掛片協議的結構是線性結構，但由于數據元素的嵌套，使掛片協議結構有了層次關系，其數據結構與樹形結構極為相似。如果采用關系數據庫對掛片協議進行存儲難以表達數據之間復雜的嵌套關系。XML文檔本身為樹形結構，其XML文件的結構特點恰好適合于掛片協議文件的嵌套結構。因此采用XML數據庫對DICOM掛片協議文件進行存儲、查詢和檢索。利用XML樹型數據結構的優點將DICOM掛片協議的信息以樹形結構存入XML文件，使各個信息對象和數據元素之間的關系清晰，表達了它們之間的嵌套和依賴關系，并且大幅減少了空間冗余度，簡化了掛片協議的文件結構描述，從而降低了開發難度，并有利于掛片協議文件在網絡上傳輸。

2.4 掛片協議生成模塊及查詢模塊

通過掛片協議進行圖像布局顯示，首先需要查詢掛片協議。查詢掛片協議通過輸入查詢掛片協議的一些關鍵字段查詢，在系統主界面中掛片協議查詢區域可以輸入掛片協議的名稱、創建者、描述、先驗引用數和創建時間范圍等條件中的一個或多個組合進行掛片協議查詢。

2.5 根據掛片協議進行圖像顯示布局

根據掛片協議對圖像陳列顯示:動態生成影像幕箱，對處理后的數據，在對應的各個影像幕箱陳列顯示。

根據掛片協議控制醫學影像的顯示流程如下:

(1)解析DICOM掛片協議顯示模塊影像組。

(2)根據解析掛片協議信息確定影像幕箱的個數，及影像幕箱的空間位置及大小。

(3)根據掛片協議解析的信息確定各個影像幕箱中需要陳列的圖像。

(4)根據掛片協議的displaysetsequence確定窗寬、窗位調節、正側位朝向等。

(5)將處理后的圖像陳列在各個影像幕箱。

3 結束語

把掛片協議應用到醫學影像顯示系統中，可以使醫師根據其讀片習慣和不同的讀片要求，采用相應的掛片協議實例，根據掛片協議進行圖像布局及顯示，從而使醫師可以方便、快捷地進行軟件讀片，簡化了操作步驟，同時有利于醫師挖掘醫學診斷信息，提高工作效率。

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