首页
简介
产品介绍
试用下载
银行汇款
相关证书
正版升级
总公司网站
分类导航
常见技术问题  (41)
业界最新动态  (71)
医疗常识问题  (4)
最新文章
PACS技术研究
会达软件   2011-01-13 16:18:12 作者:李松华 来源: 文字大小:[][][]

PACS技术研究


    80年代中期,随着各类新型医学成像设备在医院的使用, PACS实际上是一个集成系统,由各类成像计算机系统通过不同类型的网络互联而成。这些计算机系统包括放射学成像设备、设备接口、PACS控制器(数据库、归档服务器)及显示工作站。PACS的主要任务是管理放射学检查,收集各类医学成像设备产生的数字图像,按照特定策略对图像归档,并根据要求分发其中部分影像供进一步研究和诊断之用。90年代末, PACS的应用范围从放射科扩展到整个医院,应用规模从小型开始向中、大型发展,应用层次从单一的图像归档和通讯向远程医疗、决策支持、HIS集成应用等多层次拓展。
    PACS管理的影像信息占医院医疗信息总量的80%以上,是未来数字化医院的重要组成部分 。在医学诊断、医学教学与研究、治疗方案管理及医院信息化建设等方面都有重要应用。
    1 存储与归档
PACS的一个主要任务是归档各类医学数字影像。近年来, CT、MR I、CR、DR、DSA等医学成像设备已广泛用于临床诊断,一些高级的机型还有三维重建功能,医学影像数据总量呈现大幅增长的趋势。所以,有效的数据存储技术与归档策略对PACS极为重要。
    1. 1 存储体系结构 目前, PACS一般采用层次存储管理系统,即HSM  。图1所示是常用的三级存储体系。在线存储系统保存较新的、需要经常访问的检查数据。它由1个或多个存储子系统构成,每1个存储子系统使用冗余磁盘阵列。在线存储系统是易于扩充的。
    近线存储系统保存不经常访问的数据,一般由磁带库或光盘塔进行转储操作.离线存储系统永久保存非常旧的检查数据。从磁带库、光盘塔退出的存储介质处于离线状态,做上标记后另行保管。
    近年随着存储设备综合性能的提高, PACS存储体系结构已从三级转向二级(在线、备份)结构。在线系统采用存储网络系统,形式有NAS2种。
     1. 2 归档策略 新产生的影像数据被访问的几率较大,因此归档采取2种策略:短期与长期 。短期归档策略:医学成像设备产生的标准DICOM 影像文件被分成2部分,文件信息头保存于数据库中,原始图像部分存于文件系统。在线数据可保持1年或更久。
    长期归档策略:影像数据经过短期归档,在线保持一段时间后,转入长期保存,通常由磁带机、光盘塔等设备完成。归档的数据结构与短期的类似,不同点在于长期策略将原始图像和处理后的图像分开存放.
    2 D ICOM和JPEG2000
    2. 1 D ICOM标准 ACR和NEMA委员会制定的医学数字图像存储与通讯标准(D ICOM) ,已成为医学影像信息学领域的国际通用标准。
     DICOM标准涵盖了医学数字影像的采集、归档、通讯、显示及查询等几乎所有信息交换的协议,定义了一套包含与各种医学图像信息相关的对象集、命令集。并提供了应用于网络环境的服务支持,还定义了制造厂商的兼容性声明。DICOM标准的出现, 推动了远程放射学系统、PACS的研究与发展,使PACS与其它医学应用系统(H IS、R IS)集成成为可能。
    2. 2 JPEG2000 D ICOM3.
    0标准将JPEG作为主要压缩手段。但是JPEG标准长期以来被认为有2个主要缺陷:一是在无损模式下相对低的压缩效率;二是在有损模式下高压缩比导致重建图像出现方块现象 。JPEG2000是ISO / IEC JTC1 SC29小组制定的最新静态图像压缩标准,它用小波变换代替JPEG标准中的离散余弦变换,显著提高了压缩效率。对图像数据小波变换后,对小波系数再进行量化,最后用MQ编码器对量化数据进行熵编码,输出压缩码流。图2所示为JPEG2000编码/解码示意图。
    3 PACS在远程医疗上的应用
PACS最初是从放射科开始建设的,使用范围仅仅限于放射科。随着PACS规模的扩大以及Internet的普及, PACS已开始对远程医疗服务提供重要支持。
    3.1 远程实时会诊 传统的医学会诊需要将放射科专家和医生召集在一起进行。对于分布在不同地区的专家开展这类活动不但费时而且开销巨大。美国加州大学有2个医学中心,分别是UCSF医学中心和Mt.Zion医院,它们之间有高速网络互连。PACS服务器位于UCSF 医学中心, Mt. Ziom医院放射科的医生与UCSF中心的专家通过远程实时系统开展会诊,并通过电话进行讨论,实现了大容量、高分辨率医学图像的远程双向多图同步操作[ 9 ] 。
    3. 2 基于Web的图像检索及关键技术 Internet和WorldW ide Web(WWW)的发展,使基于Web的医学影像系统成为一个新的研究方向。图3所示为一种基于Web的医学影像系统结构示意图。
    关键技术是基于内容的图像检索、影像处理和在线会诊。基于内容的图像检索技术加上Web,使得图像检索有着十分广阔的应用前景。对于医学影像系统,相似查询更符合医生的工作习惯,而相似查询就可以使用基于内容的图像检索技术。先提取图像特征向量,再建立图像索引,查询时使用度量访问方法 ,用距离函数来决定索引数据与查询目标之间的相似程度。
    3. 2.1 特征向量的提取 灰度/彩色直方图、纹理都可以用于构成图像特征向量。纹理特征是目前众多学者重点研究的对象。Gabor滤波被大量应用于纹理特征的提取,原理是将图像点集与Gabor函数进行卷积获得纹理特征.MRSAR 方法则将图像纹理模型化为二阶非因果马尔科夫随机场,在某些纹理数据库上性能更好。其它的纹理提取方法还有基本分量分析、Wold分解、小波变换等。
    3. 2. 2 相似性测量基于内容的图像检索技术要求计算1幅查询图像与数据库中的图像在视觉上的相似性,检索结果是按相似性排序的1组图像。近年,许多相似性测量方法已被研究应用于图像检索,它们用距离函数D ( q, d)来度量查询图像与数据库中的图像之间的相似性。当图像特征向量各个分量之间彼此依赖,并且分量的重要程度各不相同,在这种情况下采用Mahalanobis距离函数度量相似性比较合适。Bhattacharyya距离在相似性度量方面比Mahalanobis函数有更好的性能表现。
    3. 2. 3 索引方案 基于内容的图像检索技术中另一个重要问题是有效的索引和图像的快速搜索。由于特征向量趋于高维化,传统的索引结构对此并不适用,因此在建立索引方案前应设法减少向量维数。常用的一种向量维数缩减技术是PCA ,它是一种优化方法,将输入数据线性映象到某种坐标空间以反映数据的最大变化量。QBIC应用PCA将20维形状特征向量减少到三维 。另一种方法是(KL)变换,神经网络也开始成为特征向量缩减工具。特征向量维数得到减少后,多维的数据就可以被索引。已经有很多方法被提出来解决索引问题,像R- Tree, L inear quad - trees, K - d - B Tree 和GridFiles,但这些方法存在一些限制,一种解决办法是利用分层索引方案SOM ( self - organization map) 。
     Caetano Traina J r等提出了的一种基于Slim树的快速索引方法, 实际也是一种分层的索引方案。Slim树是一棵动态平衡树,自底(叶)向上(根)生长。所有数据对象存储在叶节点,其它的则是索引节点。Slim树建立后,再用Slim - Down算法减少重叠以提高索引效率。实验证明,采用Slim - Down算法后,查询性能提高40% ,而Slim 树方案与M树索引方案相比,查询效率提高200% 。
    4 专家系统
面向医学诊断的人工智能(A I)系统最早出现于20世纪50 年代末。按照知识的表达和控制策略划分,先后有基于规则的系统 、框架系统 、因果推理系统 、黑板系统 、知识获取方法学系统。按照不确定性模型划分则有经典概率模型、Demp ster - Schafer模型、模糊逻辑模型、Bayesian网络模型。目前,人工智能专家系统在医学影像领域的应用主要面向相对狭窄的专业领域,图4所示为医学影像专家系统结构示意图。
    未来医学影像专家系统将通过PACS与临床达到无缝整合,其应用目的将从纯诊断转向治疗方案管理,并在医学培训中担任重要角色 。
    5 研究展望
近几年, PACS在国内有了很大发展,其相关技术已成为研究热点。随着无线网络的普及,基于宽带无线网络和嵌入式操作系统的移动PACS工作站是一个研究方向。PACS所处理的医学影像数据将多媒体化,4D数据、语音等将被纳入,而近年小波变换已广泛应用于图像处理领域,它在图像压缩、图像检索、图像增强、三维重建、多媒体数据处理等方面值得进一步研究。另外,医院之间信息共享应该值得关注,笔者认为PACS、R IS、HIS的国内标准制定也是一个有价值的研究方向。总之,卫生医疗机构对PACS的需求无论在规模上还是应用层次上都在不断提高,相关技术的研究有着广阔的应用价值和深远的发展前景。


 
会达软件 版权所有   ICP备案:沪ICP备14025610号-1号   
网址:
http://www.huida.com.cn  E-mail:huidaqq@163.com 24小时服务电话:(0)13888619524   
 在线状态
点击这里和我联系! 点击这里和我联系! 服务热线:400 699 3508   51.la 专业、免费、强健的访问统计  【管理】