基于VB.NET的通用化醫(yī)療圖像采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

周健煖

佛山市南海區(qū)第二人民醫(yī)院 設(shè)備科，廣東 佛山 528251

引言

一定規(guī)模的醫(yī)院基本配備了婦科、消化內(nèi)科、呼吸內(nèi)科、五官科、超聲科、手術(shù)室、檢驗(yàn)科、病理科等醫(yī)療圖像采集工作站。這些工作站通過(guò)各種內(nèi)窺鏡、顯微鏡或其它物理學(xué)設(shè)備顯示醫(yī)療圖像，種類繁雜，圖文報(bào)告格式和軟件架構(gòu)不盡相同，大多數(shù)是單機(jī)版，這對(duì)病人醫(yī)療圖文信息的收集、傳輸、查閱、統(tǒng)計(jì)和保存工作帶來(lái)諸多不便。工作站都包括攝像系統(tǒng)、采集卡、電腦和圖像采集軟件。通用化醫(yī)療圖像采集系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)常用圖像采集軟件新建病人信息、采集圖像、報(bào)告打印、報(bào)告管理等等相似的功能，此外，在原來(lái)單機(jī)的基礎(chǔ)上增加了聯(lián)機(jī)功能，為數(shù)字化醫(yī)院的醫(yī)療圖文信息共享提供了很好的支持?，F(xiàn)將通用化醫(yī)療圖像采集系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)方法介紹如下。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)后臺(tái)采用SQL Server建立數(shù)據(jù)庫(kù)，SQL server數(shù)據(jù)庫(kù)作為目前流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，具有使用方便、可伸縮性好與相關(guān)軟件集成程度高等優(yōu)點(diǎn)[1]；對(duì)于硬件配置低的電腦，可用微軟Office Access建立數(shù)據(jù)庫(kù)，它是常用的輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，在中小型應(yīng)用程序開發(fā)中應(yīng)用非常廣泛[2]。本系統(tǒng)前臺(tái)軟件采用VB.NET開發(fā)，VB.NET是基于微軟.NET Framework之上的面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言[3]。本系統(tǒng)可運(yùn)行在多種Windows系統(tǒng)，能適配繁雜的多種醫(yī)療圖像采集系統(tǒng)。

本系統(tǒng)包括圖像采集工作站軟件和醫(yī)生電腦軟件：兩端軟件之間使用C/S結(jié)構(gòu)，醫(yī)生電腦通過(guò)局域網(wǎng)和工作站進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)新建病人信息、查閱和打印報(bào)告的功能。C/S結(jié)構(gòu)是一種分布式處理模式，通過(guò)充分利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，將任務(wù)合理分配到客戶機(jī)和服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)的通訊開銷[4]。本系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖，見圖1。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

2.1 新建病人信息

每種?？漆t(yī)療圖像采集工作站的病人信息數(shù)據(jù)庫(kù)表字段都不會(huì)完全相同。本系統(tǒng)工作站軟件的選項(xiàng)設(shè)置可以自定義軟件名稱，例如“耳鼻咽喉鏡圖像采集系統(tǒng)”，見圖2。軟件使用select case條件判斷分支語(yǔ)句，根據(jù)軟件名稱來(lái)選擇對(duì)應(yīng)?？频腟QL數(shù)據(jù)庫(kù)表。

圖1 通用化醫(yī)療圖像采集系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)軟件的選項(xiàng)設(shè)置

兩端軟件的新建病人信息功能包括新建病人預(yù)約和新建采集報(bào)告兩種，前者是方便病人預(yù)約其它日期來(lái)診檢，后者是新建病人信息后直接采集圖像，兩者都會(huì)新建病人的基礎(chǔ)信息，見圖3。

圖3 新建病人信息的界面

2.2 采集圖像

采集圖像是工作站軟件的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn)。醫(yī)療攝像系統(tǒng)輸出接口主要有AV（聲音和圖像）、S-Video（S端子）、VGA（視頻圖形陣列）、DVI（數(shù)字視頻接口）、HDMI（高清晰度多媒體接口）等幾種，采集的圖像分辨率分為普清和高清。連接工作站上的采集卡接口主要有PCI、PCI-E、USB等幾種，在Windows系統(tǒng)下主要有基于VFW（Video for Windows）、DirectShow（微軟新一代流媒體處理的開發(fā)包）和SDK（軟件開發(fā)工具包）這3種視頻采集方法[5]，SDK是被軟件工程師用于特定的軟件包、軟件框架、硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)等建立應(yīng)用軟件的開發(fā)工具的集合[6]，所以選取含有SDK的采集卡進(jìn)行開發(fā)具有有較強(qiáng)兼容性和開發(fā)迅速的優(yōu)勢(shì)，本系統(tǒng)采用這種方法來(lái)開發(fā)采集圖像功能。

工作站上配備了機(jī)械式腳踏開關(guān)來(lái)采集圖像。腳踏開關(guān)是一種通過(guò)腳踩或踏來(lái)控制電路通斷的開關(guān)，使用在雙手不能觸及的控制電路中以代替雙手達(dá)到操作的目的，具有腳踏控制和控制距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢(shì)，解放了操作人員的雙手，同時(shí)又保持圖像采集的實(shí)時(shí)性與精確性[7]。腳踏開關(guān)通過(guò)連接電腦COM口（串口）的4和6腳與電腦進(jìn)行通信，在軟件上創(chuàng)建SerialPort串口控件，使用串口控件的DsrHolding（數(shù)據(jù)設(shè)置就緒信號(hào)）狀態(tài)和PinChanged（非數(shù)據(jù)信號(hào)）事件捕捉開關(guān)的通斷信號(hào)來(lái)引發(fā)采集圖像的動(dòng)作。機(jī)械式開關(guān)在一次開關(guān)切換的瞬間出現(xiàn)抖動(dòng)現(xiàn)象，在開關(guān)信號(hào)穩(wěn)定的前后發(fā)生多個(gè)抖動(dòng)脈沖[8]，從而導(dǎo)致多個(gè)串口捕獲事件，本系統(tǒng)采用軟件延時(shí)來(lái)大大消除這種抖動(dòng)干擾。對(duì)于沒有串口的電腦，可以購(gòu)買PCI、PCI-E或USB轉(zhuǎn)串口的轉(zhuǎn)換頭裝在電腦上，并安裝好驅(qū)動(dòng)即可。

同時(shí)，在工作站軟件上加入采圖和錄像按鈕，使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊按鈕來(lái)采集圖片和錄像，見圖4。

圖4 圖像采集和錄像界面

軟件加入一些主流采集卡硬件的自動(dòng)識(shí)別設(shè)置功能，根據(jù)SDK加入視頻接口、亮度、對(duì)比度、飽和度、色度、分辨率和白平衡等的設(shè)置，同時(shí)加入腳踏開關(guān)的通信串口選擇設(shè)置，見圖5。

2.3 術(shù)語(yǔ)字典

術(shù)語(yǔ)字典包括基礎(chǔ)字典和?？谱值??；A(chǔ)字典包括交費(fèi)類別、性別、初復(fù)診、診檢部位、診檢科室、診檢醫(yī)生等常用填寫詞語(yǔ)，在新建病人信息時(shí)通過(guò)引用到對(duì)應(yīng)的ComboBox組合框控件（它由一個(gè)允許用戶鍵入的文本框和下拉列表框組成[9]）的數(shù)據(jù)源，達(dá)到快速選擇輸入文字，減少輸入的時(shí)間和錯(cuò)誤率。因?yàn)榛A(chǔ)字典信息量較少，只用到listbox列表框控件和緩存文件的聯(lián)動(dòng)來(lái)進(jìn)行管理，見圖2下方部分。專科字典包括病人主訴、采圖結(jié)果描述、診檢建議、病理診斷等?？菩g(shù)語(yǔ)以及一些常用但鍵盤不容易輸入的字符（例如cm2），這些信息量多，甚至有層次的結(jié)構(gòu)，所以用到TreeView樹結(jié)構(gòu)控件（它是以樹形目錄形式顯示數(shù)據(jù)，并能分層展開和收縮各節(jié)點(diǎn)子目錄[10]）和數(shù)據(jù)庫(kù)表的聯(lián)動(dòng)來(lái)管理，見圖3右側(cè)部分，在編輯病人報(bào)告信息時(shí)，先點(diǎn)擊要填寫內(nèi)容的文件框，再點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)術(shù)語(yǔ)名稱的TreeView節(jié)點(diǎn)，可快速輸入術(shù)語(yǔ)內(nèi)容。

圖5 系統(tǒng)硬件的選項(xiàng)設(shè)置

2.4 報(bào)告打印

兩端軟件都可以選取采集的圖片進(jìn)行打印報(bào)告，軟件能根據(jù)選取的圖片數(shù)量自動(dòng)縮放和編排，這里用到PrintPreviewDialog打印對(duì)話框控件的PrintPage打印事件，并使用Graphics.DrawString和Graphics.DrawImage繪制打印報(bào)告的文字和圖片。在工作站電腦將打印機(jī)共享，可供醫(yī)生電腦聯(lián)機(jī)使用。

2.5 報(bào)告查閱和報(bào)告管理

兩端軟件使用DataGridView控件（DataGridView控件功能強(qiáng)大、擴(kuò)展性強(qiáng)，用戶可以單獨(dú)或與其他控件結(jié)合使用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示和編輯[11]）顯示預(yù)約表和報(bào)告表，雙擊表行即可打開對(duì)應(yīng)病人的報(bào)告信息進(jìn)行查閱。軟件具有按序號(hào)、姓名、門診號(hào)、住院號(hào)和時(shí)間范圍的快速查找功能，也具有能自由組合數(shù)據(jù)表各字段的邏輯表達(dá)式的萬(wàn)能查詢器，以滿足特殊的查找需要。報(bào)告統(tǒng)計(jì)是為了方便醫(yī)生根據(jù)性別、時(shí)間季節(jié)等感興趣的因素進(jìn)行疾病研究，也方便統(tǒng)計(jì)工作量和效益分析。軟件還加入了修改保存、刪除、導(dǎo)出、導(dǎo)入、備份等報(bào)告管理功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖文報(bào)告的常規(guī)存儲(chǔ)管理。上述功能，見圖6。

2.6 聯(lián)機(jī)通信

兩端軟件之間的通信使用Socket技術(shù)。Socket是面向C/S結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì)的，Socket接口是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用編程接口[12]。在工作站軟件通過(guò)上述圖2的主機(jī)地址和端口設(shè)置，來(lái)創(chuàng)建IPEndPoint實(shí)例指定IP地址和端口對(duì)，使用Socket.Bind方法綁定IPEndPoint，啟動(dòng)Socket.Listen方法來(lái)偵聽醫(yī)生電腦軟件發(fā)來(lái)的新建病人信息、報(bào)告打印或報(bào)告查閱請(qǐng)求任務(wù)，并使用ThreadPool類創(chuàng)建線程池來(lái)處理這些請(qǐng)求任務(wù)。線程池可以最大程度的利用系統(tǒng)的資源，消除系統(tǒng)因頻繁創(chuàng)建、銷毀線程而帶來(lái)的系統(tǒng)開銷[13]，同時(shí)不阻塞工作站軟件的其它界面操作。醫(yī)生電腦軟件同樣通過(guò)軟件設(shè)置來(lái)創(chuàng)建IPEndPoint實(shí)例指定和工作站一致的IP地址和端口對(duì)，使用Socket.Connect方法和后者連接，創(chuàng)建新線程向工作站發(fā)送請(qǐng)求任務(wù)，不阻塞軟件的其它界面操作。醫(yī)生電腦可以不安裝SQL Server，將查詢得到的病人信息保存成緩存文件，并將查閱過(guò)的圖像下載保存，以便下次能本地快速查閱。

圖6 報(bào)告查閱和報(bào)告管理界面

3 討論

通用化醫(yī)療圖像采集系統(tǒng)能集成現(xiàn)有的多數(shù)醫(yī)療圖像采集系統(tǒng)，根據(jù)自定義的軟件名稱自動(dòng)適配為對(duì)應(yīng)?？频膮?shù)設(shè)置，統(tǒng)一軟件的操作流程，促進(jìn)醫(yī)護(hù)人員的工作效率，規(guī)范化圖文報(bào)告的格式，提高醫(yī)療圖文信息的管理便捷性，減少存儲(chǔ)錯(cuò)誤率，增加了聯(lián)機(jī)功能，適應(yīng)醫(yī)療業(yè)務(wù)數(shù)字化共享的要求。

4 應(yīng)用拓展

為適應(yīng)醫(yī)療業(yè)務(wù)和醫(yī)護(hù)人員的業(yè)務(wù)需求，要不斷改善通用化系統(tǒng)的功能模塊。近年來(lái)，電子內(nèi)窺鏡為了實(shí)現(xiàn)高清成像,逐漸發(fā)展為高清電子內(nèi)窺鏡[14]，通用化系統(tǒng)要同步添加對(duì)新型高清采集硬件的軟件支持，存儲(chǔ)設(shè)備可以替換為比機(jī)械硬盤讀寫速度更快的固態(tài)硬盤。數(shù)字化醫(yī)院不單純是醫(yī)院的信息化，它是將病人的各種信息以及診療過(guò)程的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行一元化管理[15]，DICOM是PACS的實(shí)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，解析DICOM格式是醫(yī)學(xué)圖像處理的基礎(chǔ)[16]，而本系統(tǒng)規(guī)范化多種醫(yī)療圖像采集系統(tǒng)的操作流程和圖文報(bào)告格式，實(shí)現(xiàn)圖文信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸，為將這些醫(yī)療圖文向DICOM文件轉(zhuǎn)換進(jìn)而接入PACS提供了基礎(chǔ)，這是本系統(tǒng)需要拓展的領(lǐng)域。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 張穎.關(guān)于SQL server數(shù)據(jù)庫(kù)安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的探討[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2011,(11):239.

[2] 劉曉天.基于Access的數(shù)據(jù)安全性分析[J].福建電腦,2012,28(7):79-80.

[3] 黃維.關(guān)于VB.NET的管理信息系統(tǒng)的開發(fā)的研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2017,(1):130.

[4] 張夢(mèng).基于C/S結(jié)構(gòu)的中小企業(yè)人事管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2016,43(S1):547-550.

[5] 李欽存,王春明,段海龍.基于Windows的幾種視頻采集方法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].硅谷,2008,1(21):67-68.

[6] 陳俊良,葛俊鋒,葉林,等.基于?？低昐DK的視頻監(jiān)控軟件的開發(fā)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2015,28(7):97-98.

[7] 劉德軍,張金美.醫(yī)用腳踏開關(guān)控制串口采集圖像功能的實(shí)現(xiàn)[J].硅谷,2014,7(22):55-56.

[8] 周松青,任偉艷,蔡雷.開關(guān)電路中按鍵抖動(dòng)信號(hào)的比較[J].兵工自動(dòng)化,2012,31(10):71-72.

[9] 馮偉偉,王遠(yuǎn)斌,嵇亮亮.高級(jí)輸入聯(lián)想在組合控件中的應(yīng)用[J].江蘇科技信息,2014,(23):51-52.

[10] 袁芳.TreeView控件在宿舍管理系統(tǒng)中分類導(dǎo)航的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2015,11(31):88-90.

[11] 陳江,劉佳.C#實(shí)現(xiàn)DataGridView調(diào)用ComboBox控件[J].電腦編程技巧與維護(hù),2015,(9):26-27.

[12] 葛福鴻,劉曉瑩,張麗萍.基于Socket技術(shù)的即時(shí)通信軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦開發(fā)與應(yīng)用,2011,24(5):63-65.

[13] 張垠波.線程池技術(shù)在并發(fā)服務(wù)器中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2012,40(7):153-156.

[14] 張?chǎng)?周正東,管紹林,等.電子內(nèi)窺鏡的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2017,32(1):93-98.

[15] 李勁松,王華瓊,張小光.數(shù)字化醫(yī)院的信息一元化管理[J].醫(yī)學(xué)信息學(xué)雜志,2011,32(5):19-22.

[16] 龍華飛,唐月華,陳泓伶.PACS系統(tǒng)中DICOM醫(yī)學(xué)圖像格式解析[J].中國(guó)數(shù)字醫(yī)學(xué),2014,9(3):29-31.