数字图像处理应用之医学影像信息处理系统_百度文库
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数字图像处理应用之医学影像信息处理系统
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你可能喜欢医疗行业：云引擎颠覆传统PACS
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对医疗信息化稍有了解的人，一定听说过HIS，听说过PACS。什么是PACS，其英文全称是Picture Archiving and Communication Systems，意为影像归档和通信系统。
文/ 余文 睿商在线对医疗信息化稍有了解的人，一定听说过HIS，听说过PACS。什么是PACS，其英文全称是Picture Archiving and Communication Systems，意为影像归档和通信系统。如今，CT、核磁等医学影像设备都会产生大量影像数据，医生需要调阅影像数据，从而为病人进行诊断。但大量的影像数据如何存储、调用传输，并对影像数据进行应用，这对医院网络以及终端提出了非常高的要求，这是每一个医院所要解决的问题。如今，PACS在西安盈谷网络科技有限公司董事长黄烨东的眼里，Communication变成了Cloud和Computing，中文就是影像云归档计算系统。什么概念？“未来的影像不是传输出来的，未来的影像是计算出来的。” 黄烨东解释说，“我们的核心技术来自于iMAGES引擎，这样，我们就用‘不传输影像’的方法解决了影像传输的难题。”真是不看不知道，一看吓一跳。西安盈谷网络科技有限公司副总裁李昊亮给笔者演示了利用盈谷的iMAGES医学影像应用系统，在Pad，甚至在智能手机上，就可以实时、流畅地显示和工作站大屏幕中完全一样的人体3D骨骼或3D血液循环系统。“临床医生可以通过旋转他的影像和锚点定位的方法，直接在三维图像下定位到这个病人的病灶，在冠状位，矢状位和轴位三幅二维影像可以同时跟进。”李昊亮介绍说，盈谷可提供“1：1手术模式”，即实现真人解剖形态下的还原。对于医生来说，在进入手术模式下就可以通过PAD进行接近真实的模拟手术的演示，可以极大的方便手术医生与患者及其家属进行术前沟通，方便手术计划的制定和方案的选择。传统上，由于带宽的问题，医院影像都是放在局域网下使用的，而且由于数据量过大，不仅传输速度慢，而且还无法应用到PAD或手机等移动终端，传统PACS的应用遇到了很多应用瓶颈。而西安盈谷的iMAGES引擎，一下子解决了制约影像应用的难题。按照笔者的理解，iMAGES引擎可以将医学图像通过高级处理算法，实现图像的三维重建和解构，而解构的数据，就如同密码传输一样，实现数据的轻量化和真正的云计算应用。据介绍，iMAGES医学图像远程同步所需带宽仅为2M。应该说，行业信息化应用的发展，在互联网和云模式下，真的是拥有无限的想象空间——西安盈谷的思路让笔者脑洞大开。特别是据了解，西安盈谷的iMAGES引擎已经远超德国西门子、美国GE、荷兰飞利浦的技术，这也让笔者相信，互联网＋行业，确实有着让中国本土企业实现弯道超车的可行性。当然，盈谷的技术和模式是否能真正做大做强，还有赖生态圈的打造，以及医疗用户开放的心态。据了解，西安盈谷已经与微软Azure云进行合作。这样，医生通过手机3G网络就可以实现所有的操作，医院可以将冷数据备份到Azure上，使得医院大量减少影像存储的硬件投入和大量的维护费用，并且Azure云具有易部署性、安全性和稳定性等优势，使得客户医院可以放心的将患者影像数据放在Azure云上进行保存和备份。此外，西安盈谷也提供了私有云和混合云的部署方式，比如iMAGES引擎服务器，云计算先进影像数据中心iMAGES高性能集群等，并且通过StorSimple使热数据保存在医院内部方便医生在院内使用影像，通过Azure云可以使医生在任何地方任何时间，利用任何移动设备都可以访问到这个医生所管辖的病人的全组影像序列。据介绍，目前盈谷科技已经和国内多家医院达成合作意向并且已经完成部署，去年12月还与国内智慧城市计划发展迅速的无锡市政府达成合作，为无锡智慧城市提供医疗解决方案。“目前我的客户是来源于三类。” 黄烨东表示，“第一类是政府买单，在一些政府项目里面，我直接提供超算中心给政府；第二是医院，尤其临床影像，我们直接卖给医院，以设备的方式；第三目前是包括电子病历做PACS的方案商，我们给PACS公司提供引擎，帮助它做一种产业升级，以嵌入式的方式参与到这个系统里去，厂家就是我的客户。”在黄烨东看来，最重要的是客户是第三类。据悉，今年1月，西安盈谷已经开始部署影像云的开放互联网平台，不直接面对医生或医院，而面向电子病历或PACS开发商。未来，盈谷科技还计划将这样的技术扩展到普通患者。届时，患者可以不用带着他的医学影像片子，走到任何一个地方，只用一个二维码就可以让医生看到他的三维的医学影像。应该说，原本数据壁垒比较明显的医疗信息化行业也涌现出全新模式的像西安盈谷科技这样的ISV或方案商，这是互联网＋云时代所特有的颠覆式创新行业变革。
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核心提示： 结果：经过4年的运行，实现了数字图像在放射科的PACS内传输、存储、管理和备份，实现放射科病人登记和影像诊断报告数字化、电子化。结论：每天例行对& 结果：经过4年的运行，实现了数字图像在放射科的PACS内传输、存储、管理和备份，实现放射科病人登记和影像诊断报告数字化、电子化。结论：每天例行对系统进行的软硬件管理维护是保证整个系统能正常运转的前提，而服务器和光盘塔的维护是系统管理的重要环节，是实现系统稳定性的关键。
关键词：PACS DICOM3．0 管理维护
PACS全称为Picture Archiving and Communications System，即影像存档和通讯系统。最近几年来随着电脑技术、网络技术以及数字成像技术的发展，PACS已经成为影像科室的重要组成部分。PACS是全面解决医院影像数字化存档与通信的综合类系统，它由医学影像的获取、存储、归档、传递、打印、查阅和管理等单元组成&J。目前各个医院都在相继引进PACS以实现放射科的数字化，这就要求PACS要有很高的的稳定性，而整个PACS的管理与维护是保证PACS正常运行的前提。
l 材料和方法
我院2004年引进了先进的西门子PACS系统，系统硬件采用11台DELL 1720服务器，35台DELL GX70诊断报告工作站，5台DELL GX70登记工作站，2台三维后处理工作站，10台DELL GX70实习生专用工作站，3台德国NSM3000光盘塔，2台DELL 114T磁带机，4T DELL磁盘阵列，6T中央存储，1套APC不问断电源。软件采用西门子公司的Sienet MagicView300系列，支持DICOM3．0标准，服务器操作系统为WI NDOWS 2000 Server，工作站操作系统为WINDOWS XP，网络版瑞星防病毒软件，SKY底层是SYBASE SQL数据库，光盘塔刻录软件为德国GEAR。系统连接1台16排CT、1台单排螺旋CT、1台1．5T MR、1台3．0T MR、1台小关节MR、3台DR、l台CR、1台数字胃肠机、1台DSA机、4台激光相机。系统采用1千兆以太网，具有1台神州数码DCRS一7508核心路由交换机，3台FlexHammer5210&24G千兆交换机，2台Hammer3550E一48百兆交换机，1台FC(光纤交换机)。网络带宽是主干1千兆光纤，1千兆到桌面。网络架构是基于c&S模式架构，由一名医学工程人员负责整个PACS的管理维护。
1．2 PACS的管理维护：硬件管理，服务器、光盘塔、工作站一旦出现硬件故障或报警应及时维修排除，如果是大故障，则及时向院信息中心和厂家报修，特别是服务器硬件，一旦出现故障，就会影响到科室的工作。
1．3 软件维护，必须保证服务器能正常获取及存储和传输图像、工作站能正常调阅图像和书写诊断报告、登记室能正常录入病人资料，如果出现软件故障导致这些功能丧失，就重装软件或恢复克隆文件，另外每台机子都要定期杀毒。&&
& && &&&1．4 数据管理：数据的维护主要是防止数据丢失，一是数据漏传的及时补，二是数据备份。每天核对各个检查机器所产生的数据是否都已经发送到PACS上，如果发现没有发送的，立即重新补传，以免数据丢失，还要核对PACS的新数据是否已经进行有效的归档备份防止数据丢失，还要定期备份数据库，确保数据的完整性。
1．5 用户管理：为了数据安全，用户的级别管理是必要的，根据放射科员工角色不同，权限不一，又涉及到电子签名，我们把放射科PACS的使用用户分为管理员、诊断医生、技师、工人、硕士博士生、进修生、实习生等等。
在没有经验借鉴的情况下，通过每天都对系统进行细致的软硬件及数据库的维护管理，换来了整个系统安全运行至今已有4年多，没有出现太大的故障，保障了图像数据及相
关资料的绝对安全，保证了PACS在放射科的正常使用，取得了很好的效益。
3．1 对放射科来说，某一台检查设备出现故障只是一个局部问题，而PACS出现故障则是全局性的问题，它会造成整个科室工作的瘫痪 。因此将PACS的管理维护提高到与影像设备维护同等重要的高度，切实做好PACS的日常维护。&&
& && &&&3．2 管理好PACS系统是医院实现信息化和数字化放射科的关键。而服务器和光盘塔的维护又是PACS维护的关键，因此首先每天上班前必须例行检查Den服务器硬件是否工作正常，有无橙色灯报警，检查光盘塔灯是否正常，无论任何时候登录服务器Windows桌面，必须首先确认网络正常；确认Maglcview300服务正常运行，即查看pcvnetservice、pcvjbservice两个服务是否已经启动；查看Windows事件日志，如发现错误警告，立即检查维护。其次登录Magicview 300，检查日志，确认工作正常，查看网络日志(以上所有服务器)，记录未成功传输病人信息，删除传输成功日志，重新传输未成功传输病人图像。再次查看光盘塔刻录日志，清理MV300图像，即删除d：＼m eview 300＼temp目录中所有文件，清理SKYSRV中图像检查剩余空间。最后每周一至周五做Dell磁带机备份，并检查备份运行状态，定期更新瑞星防病毒服务器。不定期重新启动一次Pacs服务器在周日无图像传输时进行。
3．3 由于使用PACS的各级用户素质不同，电脑应用水平一不一样，在使用PACS的过程中都会出现这样那样的问题，对于PACS的管理员级用户来说，由于PACS系统本身是集电子、物理、电脑、数学、图像处理等多种技术于一身的复合型网络系统，因此要求从事PACS维护和保养的管理员在具有医学影像学基本知识的同时必须具有电脑网络的基本知识，做好网络维护工作，还要非常熟悉PACS的组成和各部件功能，对其工作流程和维护流程有深入的了解，并应该具有一定的英文阅读能力 J。对于诊断医师来说，在熟悉电脑Microsoft Windows操作界面的同时必须熟练掌握PACS中的图像调阅、图像处理以及书写诊断报告等软件的应用，对于技师等其他用户必须熟练掌握PACS的图像后处理以及打印等等功能。
3．4 PACS的4个刻录服务器各带有1个TB的磁盘阵列和2个1TB的光盘塔，可以存储大量图片，磁盘阵列存储在线数据，光盘塔存储近线数据，离线数据定期采用光盘对数据进行离线备份，腾空硬盘空间，减轻服务器硬盘的负荷，同时也可避免误操作、软件错误或周围环境的变化等因素可能造成的数据丢失。
3．5 PACS系统一般使用数据库管理病人信息，使用文件系统管理图像资料。每个病人可以有多次不同设备或相同设备的检查，每次检查可有多个序列，每个序列可有多幅图像。因此，PACS系统的管理尤其重要。
广西医科大学第一附属医院放射科(南宁530021)
凌寿佳 莫焱 黄邻彬 梁登成&
4 参考文献
1 陈森彬，李小娟，姜丽。PACS系统的维护技术[J]。医疗设备信息，)：22。
2 黄雄，孙骏谟，田志雄，等。PACS服务器和光盘库的管理与维护[J]。医疗设备信息，)：34。
3 罗敏。PACS系统的发展与问题探讨[J]。医疗设备信息，)：1&3。
4 赵喜平，郑崇勋，毛松寿。PACS的发展趋势[J]。中华放射学杂志，)：5～7。
5 陈森彬，王建和，郭勇，等。PACS系统的技术管理[J]。医疗设备信息，)：21周末看到了一篇原公司同事的文章，讲的是关于新的互联网形势下的 PACS 系统。正好上一篇专栏文章也提到了有想搭建一个 worklist 服务器的冲动，所以就翻箱倒柜将原本学生时代做课题时搭建的简易 Web PACS 找了出来，借着再次搭建的机会学习一下 Web PACS 相关的技术，例如 WADO 标准、 CGI 或者 FastCGI 等技术。
WEB PACS 技术浅谈：
WEB PACS 是一种利用互联网技术，跨越了医院和地域限制的，可随意查询和获取 DICOM 对象的 PACS 系统。目前常见的方式有两种：第一种是通过 Web 服务器提供查询定位，将对应 DICOM 影像存储服务器（通常为 FTP ）的地址与路径返回，客户端再向 DICOM 影像存储服务器请求对象；第二种是通过 Web 服务器统一提供查询及返回请求对象。两者各有利弊，第一种通过分别部署 Web 服务器和 FTP 文件服务器，减轻了 Web 服务器的负担，加快了响应时间，但是该方案也存在着诸多缺点，例如获取图像需要发送两次请求， FTP 服务器安全性维护代价高，要求在浏览器下载能够解析 DICOM 图像的插件等等；第二种 Web 服务器整合了查询与返回，去除了 FTP 服务器，部署方便，它的缺点是由于 Web 服务器返回的数据是真实 DCM 转换过来的 BMP 或 JPEG 文件，因此某些依赖于 DICOM 文件其他信息的操作（例如窗宽窗位调整）需要重新请求服务端，要求更新数据，因此对服务器的处理能力消耗较大，对带宽也有一定要求。
两种方式的示意图如下：
（摘自文献《 DICOM WADO 原理及应用研究》）
WADO （ Web Access to DICOM Persistent Object ），是 DICOM 标准中的一部分，提供了一种通过 HTTP 或 HTTPS 协议并利用 DICOM 的标识符从 HTML 页或 XML 文档中存取与重现 DICOM 对象的机制，用于解决在互联网环境下访问 DICOM 对象 —— 这也可以认为是 Web PACS 的终极目标。与标准的基于 HTTP 或 HTTPS 的网络访问方式相同，用户在浏览器地址栏中输入 URL ，向服务器发送 WEB 请求，服务器接收到请求后根据 URL 中提供的参数，在服务端定位要求的图像或报告回送给浏览器，示意图如下（摘自 DICOM 标准第 18 章），
其实 WADO 标准就是定义了客户端和服务端之间交互的规则，可以简单的理解为双向交互时的参数约定，即服务端可以根据浏览器端发送参数的不同来实现常见的单机版 PACS 的 C-FIND 、 C-MOVE 、 C-STORE 等功能。 DICOM 标准中关于 WADO 部分的介绍也主要是各种参数规则的说明，以及部分 URL 实例，这里截取一个来简单的说明一下：
如上图所示， URL 采用常见的 GET 方式，将传统的 PACS 系统客户端发送查询时的参数发送给服务端，例如 studyUID 、 seriesUID 和 objectUID （其实就是 DICOM 图像中的 SOP Instance UID ）。
CGI （ Common Gateway Interface ），是 WWW 技术中最重要的技术之一，有着不可取代的重要地位。 CGI 定义了外部应用程序（ CGI 程序）与 Web 服务器之间的接口标准，独立于开发语言，给用户提供了一种从网页浏览器向执行在服务器上的程序请求数据的方式 —— 为 Web PACS 的实现提供了一种途径。
为了理解 CGI 的含义，必须要搞清楚 WEB 开发中常见的前端和后端。前端就是 Web 应用中用户可以看得见碰的着的东西，服务端接收到请求后大多直接将数据传输到浏览器；后端更多的是用户看不到的（这里指的看不到不是操作后的结果看不到，而是操作的流程看不到），接收到请求后需要服务端进一步操作的，例如查询数据库、算法运算等等。而 CGI 就是实现这种由浏览器的输入触发在 WEB 服务器上运行的程序的标准。
实际环境搭建：
正如博文第一部分所述，由于第一类 Web PACS 需要浏览器安装第三方插件，需要单独部署 FTP 服务器，因此在课题起初没有采用该方案。第二种 Web PACS 服务端在接受请求后会再向影响服务器发送请求，这正是上文中提到的 CGI 技术的一种很好的应用场景。下面就具体介绍一下如何搭建 CGI 应用环境：
1 ） WampServer+FastCGI
Web 服务器搭建：
WampServer 安装包下载 /en/#wampserver-64-bits-php-5-5
安装过程中有可能会遇到 “ 缺少 msvcr110.dll ，程序无法启动 ” 错误，可以参照 /article/ed2a5d1fbe1776.html 中给出的方法解决，需要提醒的是下载的 Visual C++ Redistributable for VisualStudio 2012 Update 4 版本不是由电脑的操作系统类型（ 32 位 or64 位）来决定，而是应该根据 WampServer 安装包的类型来选择。安装完 Visual C++ Redistributable for VisualStudio 2012 Update 4 后需要重新安装 WampServer 。
配置 FastCGI 环境：
参考 /Document/53.html 和 http://my.oschina.net/Twitter/blog/210044 对 Apache 服务器进行配置。在配置完成后重启 WampServer 竟然失败，出现如下错误：
更悲剧的是查看 Apache 的 ErrorLog 竟然没有提示，所以只能对修改的 httpd.conf 配置文件逐行排查，通过逐行注释的本方法最后找到了问题所在，由于修改 DirectoryIndex 引发的错误，恢复到原本的顺序后，重启 WampServer 竟然奇迹般的成功了，小有成就感啊，至于具体的原因后续在慢慢查找，确定了再补充上来。
2 ） C 语言 CGI 实例
配置完开发环境后，给出一个简单的测试，由于电脑中没有安装 PHP ，所以这里就讨巧一下，直接利用 Apache 自带的 cgi 来调用一下 C 语言开发的程序，关于 C 语言 CGI 的配置比较简单，在 Apache 目录下的 modules 中已经包含了 cgi 模块，只需要在 httpd.conf 配置文件中指定 c-cgi 运行的目录即可，添加如下代码： ScriptAlias /cgi-bin/&C:/wamp/www/c-cgi/&AddHandler cgi-script .exe .pl .cgi&Directory&C:/wamp/www/c-cgi/&&Options Indexes FollowSymLinks ExecCGIAllowOverride allOrder allow,denyAllow from allRequire local&/Directory&& & & & 具体的配置可参考.cn/s/blog_66ec4dh.html，实例的话就不要用该博文中的了，用我下面给出的完整示例。
GET 方法实例源码
#include &stdio.h&#include &stdlib.h&int main(void){ char * char a[10],b[10]; printf(&Content-Type:text/html/n/n&); printf(&&HTML&/n&); printf(&&HEAD&/n&TITLE &Get Method&/TITLE&/n&/HEAD&/n&); printf(&&BODY&/n&); printf(&&div style=/&font-size:12px/&&/n&); data = getenv(&QUERY_STRING&);
if(data==NULL)
return 1; if(sscanf(data,&a=%[^&]&b=%s&,a,b)!=2){
printf(&&DIV STYLE=/&COLOR:RED/&&Error parameters should be entered!&/DIV&/n&); } else{
printf(&&DIV STYLE=/&COLOR:GREEN; font-size:15font-weight:bold/&&a + b = %d&/DIV&/n&,atoi(a)+atoi(b)); } printf(&&HR COLOR=/&blue/& align=/&left/& width=/&100/&&&); printf(&&input type=/&button/& value=/&Back CGI/& onclick=/&javascript:window.location='../cgitest-c.html'/&&&); printf(&&/div&/n&); printf(&&/BODY&/n&); printf(&&/HTML&/n&); return 0;}利用VS编译后的可执行文件为gettest.exe，放到/www/cgitest-c目录下。
POST 方法实例源码
#include &stdio.h&#include &stdlib.h&int main(void){
char *lenstr,poststr[20]; char m[10],n[10]; printf(&Content-Type:text/html/n/n&); printf(&&HTML&/n&); printf(&&HEAD&/n&TITLE &post Method&/TITLE&/n&/HEAD&/n&); printf(&&BODY&/n&); printf(&&div style=/&font-size:12px/&&/n&); lenstr=getenv(&CONTENT_LENGTH&); if(lenstr == NULL)
printf(&&DIV STYLE=/&COLOR:RED/&&Error parameters should be entered!&/DIV&/n&); else{
len=atoi(lenstr);
fgets(poststr,len+1,stdin);
if(sscanf(poststr,&m=%[^&]&n=%s&,m,n)!=2){
printf(&&DIV STYLE=/&COLOR:RED/&&Error: Parameters are not right!&/DIV&/n&);
printf(&&DIV STYLE=/&COLOR:GREEN; font-size:15font-weight:bold/&&m * n = %d&/DIV&/n&,atoi(m)*atoi(n));
} } printf(&&HR COLOR=/&blue/& align=/&left/& width=/&100/&&&); printf(&&input type=/&button/& value=/&Back CGI/& onclick=/&javascript:window.location='../cgitest-c.html'/&&&); printf(&&/div&/n&); printf(&&/BODY&/n&); printf(&&/HTML&/n&); fflush(stdout); return 0;}利用VS编译后的可执行文件为posttest.exe，同样放到/www/cgitest-c目录下。
测试网页源码
&html&&head&&title&CGI Testing&/title&&/head&&body&&table width=&200& height=&180& border=&0& style=&font-size:12px&&&tr&&td&&div style=&font-weight: font-size:15px&&Method: GET&/div&&div&please input two number:&div&&form method=&get& action=&./c-cgi/gettest.exe&&&input type=&txt& size=&3& name=&a&&+&input type=&txt& size=&3& name=&b&&=&input type=&submit& value=&sum&&&/form&&/td&&/tr&&tr&&td&&div style=&font-weight: font-size:15px&&Method: POST&/div&&div&please input two number:&div&&form method=&post& action=&./c-cgi/posttest.exe&&&input type=&txt& size=&3& name=&m&&*&input type=&txt& size=&3& name=&n&&=&input type=&submit& value=&resu&&&/form&&/td&&/tr&&tr&&td&&input type=&button& value=&Back Home& onclick='javascript:window.location=&./index.php&'&&/td&&/tr&&/table&&/body&&/html&放到Apache服务器根目录下，在浏览器中通过localhost/cgitest-c.html可以访问到。
实际运行结果
上述通过一个简单的计算来演示了 CGI 技术的实现和开发流程，当然对于简单的数字计算 WEB 前端自己就搞定了，此处只是为了说明 CGI 流程。至此整个 Web PACS 的 Web 服务端就已经搭建的差不多了，利用 CGI 或 FastCGI 我们可以使用服务端的其他语言开发的程序来实现我们想要的功能，那么后续的工作就跟开发 C/S 模式的 PACS 一样了，用 C/C++ 、 C# 或 JAVA 等高级语言开发 PACS 服务相关的程序供 Web 服务器调用即可。本博文中演示的是调用 exe 可执行文件，这种方式有风险，后续我会介绍在 FastCGI 模式下的利用 PHP 调用 C++ 或 C# 或 JAVA 动态库的更安全的实现方式。
后续博文介绍
的异步编程模式在
VMWare 三种网络连接模式的实际测试}