一種新型多功能彩色超聲診斷儀圖文管理系統的研制*

陳 榮 徐澤林 張慧連 陳 明

目前，計算機網絡系統研究發展迅速，其應用遍及各專業領域，極大加快了醫學影像在管理與應用的發展速度。將彩色超聲診斷儀等醫用設備圖像原始數據文件通過數字接口采集到計算機影像網絡系統中集中管理，將更加快捷、有效地實現醫療診斷信息共享[1]。為此，本研究設計一種新型多功能的彩色超聲圖文管理系統，通過各種數字接口采集和處理醫學圖像數據，通過醫院信息系統(hospital information system，HIS)和影像數據傳輸及儲存系統(picture archiving and communication systems，PACS)實現醫學圖像的醫學數字成像及通信(digital imaging and communication of medicine，DICOM)標準的數字傳輸，以實現醫療診斷信息的共享。研制的系統還實現了用戶信息的管理、數據庫的管理、標準化的模板以及多種打印模式等。主框架依據Windows風格，全中文用戶界面，操作簡潔，使用方便，具有很好的人機對話功能[2]。

1 系統硬件組成與設計

系統硬件是整個圖文系統的軀體，系統的硬件流程為彩色超聲診斷儀產生的視頻數據以及DICOM信號經視頻采集卡和網卡采集、處理后再通過各個接口傳送到PC機上，PC機控制的外圍設備對數據進行顯示和存儲(如圖1所示)。

圖1 系統硬件框圖

在本系統中硬件的選型非常重要，不同的視頻采集卡有不同的分辨率和功能，分辨率越高其功能越多，采集到的信號更精確。視頻采集卡的性能直接關系到采集源信號的質量，因此采集卡的性能是源信號好壞的保證[3-4]；PC機既要控制外圍設備如打印機、顯示器等，又要控制信號的傳輸，所選用的PC機性能越好，其信號的處理能力越強大；DICOM接口的傳輸頻率對信號的實時傳送起著重要作用，頻率越高，畫面不會產生延時而效果更清晰[5]。

在考慮系統硬件各性能和價格之后，經過對比選用的視頻采集卡是一款專業圖像采集卡—天敏SDK2500，其圖像采集卡可即插即用，操作簡單，價格便宜，兼容Windows，顯示畫面流程清晰，分辨率高，性價比非常好，SDK2500的特點和功能見表1[6]。

2 系統軟件結構與設計

軟件是整個系統的靈魂。本設計的圖文管理系統在系統軟件設計為三大模塊：①數字采集軟件；②圖像處理軟件；③病案管理軟件。系統具有病歷錄入、圖像處理及查詢統計等功能，并可進行DICOM 3.0 傳輸、打印。

為了使超聲診斷儀圖像達到醫生的診斷要求，將系統的軟件分為一個主控模塊，其中包含系統的維護、患者管理、圖像采集、圖像處理、打印格式以及圖像的DICOM標準，不同的子模塊中按照其不同的功能分成各種功能不同的小模塊。整個軟件系統由上至下實行模塊化，使得開發者在軟件的開發過程中更方便地進行代碼調試，由于系統軟件的模塊化，使系統在升級和維護的過程中更簡便和容易(如圖2所示)。

表1 圖像采集卡-天敏SDK2500特性

圖2 系統軟件部分的功能模塊結構圖

目前，通過計算機技術處理得到更有醫學價值的醫學圖像已是目前重要的研究方向，主要取決于當今醫學影像新技術的快速發展和其自身的特點。隨著醫學影像技術的不斷發展，數字化和信息化的醫學影像更有利于圖像的操作和傳輸，使得圖像更為直觀，提高了診斷的效率。因此，信息化的醫學影像技術更受醫護人員的青睞和重視[7]。

在整個系統中，數據庫是存儲數據的大“倉庫”，基于SQL server2000平臺軟件有豐富的編程接口，提供數據倉庫的功能。當采集到的數據需要存儲到SQL server數據倉庫中，在該系統中數據存儲方式采用多表存儲。將數據庫創建成需要存儲不同數據的4個表：①系統用戶管理信息表；②患者基本信息表；③診斷模板數據表；④醫學圖像數據表。在本項目中設計醫學圖像數據表時采用“表＋實體”的方法[3]。

目前，國內在數據庫中有兩種主流的圖像數據存儲策略：①間接存取法：其存取策略主要是創建文件存放圖像數據，將文件放在存儲的目錄下，數據的存儲路徑通過數據庫表來表示；②直接存取法：與間接存取法不同，將圖像的數據信息放在數據庫關系表中存儲，其存儲的圖像數據更可靠，提高了數據的可用性和伸縮性。雖然直接存取法在圖像數據的處理上有一定的優越性，但因其有些數據庫需要通過使用第三方的控件才支持圖像數據的直接存儲，導致在技術上的實現比間接存取法復雜且在數據的維護上不方便[4-7]。

圖像數據最大的特點是有超大的數據量，相對于本研制系統數據而言，圖像數據在存儲和應用上更為復雜更難處理，圖像數據之間有很大的差異。目前，數據庫中處理文本數據的技術已經很成熟，但是將處理文本數據的方法應用于處理圖像數據時通常行不通。因此，探求有效的存儲和管理數據庫中的圖像數據方法是目前數據庫研究的主要方向[8-10]。

圖像的數據庫存儲一般選用二進制對象(binary large object，BLOB)數據類型，并且其數據量不確定，圖像數據的直接存取法是利用BLOB類型數據來存儲。BLOB類型數據在存儲時，系統會分配一個新的存儲單元來存儲該類型的數據，再通過一個16位的指針來指向所存儲BLOB數據的存儲單元的地址。而對于存儲普通類型的數據時，用戶首先定義一串字段，然后將采集到的數據直接存到該字段上。因此，在數據庫的數據存儲的方式BLOB有異于普通類型。BLOB數據類型是一種擁有很多數據量的數據類型，其在存儲過程中所需要的內存空間很大，所占用的網絡資源更大，這一特點限制了數據的存儲速度和查詢效率，因此在數據庫中要正確合理地使用BLOB數據。在數據庫存儲中不同大小的數據量所采用的數據類型不同。如需要存儲的數據量＜8 K，數據的類型選擇可變長字符型(Varchar)或可變二進制數據型(Varbinary)。數據量＞8 K，則可以考慮使用 text 或者 ntext 等其他的數據類型。例如，從數據庫中調用數據量相同的圖像，圖像數據量約為35 K，間接法與直接存取法相比，間接法約需要4.0 s，直接存取法約為3.0 s，從中顯示，間接存取法可達到所需要求，且直接存取法處理的數據量大，所需的硬件配置高，相比之下間接存取法硬件配置低，更容易維護，性價比更高。因此，在本系統的設計中對圖像數據的存儲采用間接存取的方法。

3 討論

本研究所設計的多功能彩超圖文管理系統的開發平臺是基于VC++6.0，該開發平臺界面簡潔，操作簡單，占用資源少，數據庫則是基于SQL server2000，有豐富的編程接口工具并且提供數據倉庫功能。主框架依據Windows風格，全中文用戶界面，操作簡潔，使用方便，具有很好的友好性。其主要功能特點有：①多模式輸入，系統傳輸圖像數據提供了兩路AV及一路S端子輸入，在圖像數據傳輸和處理中效果好，數據細節丟失小，因系統支持超聲圖像的DICOM標準，通過HIS和PACS對超聲圖像進行數字化傳輸和共享使得超聲圖像在計算機網絡系統的處理應用中更加網絡化；②用戶信息管理，在系統中的用戶信息管理模塊可快速錄入患者，填寫和修改患者的信息等；③打印模塊，系統自帶的打印系統支持圖文并茂等多種打印報告格式，醫師按照自己的需要選擇滿意的打印格式；④圖像的分類和管理系統可自動對不同圖像進行分類和存儲管理，對不同病變的超聲圖像進行參照和比較，有利于教學和實習的演練；⑤標準化的診斷模板，系統可提供標準化的診斷報告模板，專業術語庫可供醫師參考和選擇，醫生只需將診斷數據填寫在診斷報告模板里，方便、快捷；⑥超聲圖像的數據采集以及后處理，通過采用高分辨率、高質量和高清晰度的專業視頻采集卡，將采集到的視頻信息傳送至計算機，可為后續數據處理做準備[11-13]。圖像處理部分可以使診斷醫師根據自己的需要，有針對性的對超聲圖像進行相關處理，突出某一方面的特征，更加準確無誤的診斷疾病[14-15]。

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