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适用 于P ACS系统的医学图像压缩算法对策
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一种基于JPEG2000的PACS图像存储、传输及其显示综合性能优化的新方法
针对PACS数字影像信息系统中医学图像传输显示在有限带宽下遇到的效率问题,依据DICOM标准和JPEG2000图像码流渐进传输和随机访问特性,提出了一种医学图像传输显示并行处理方法.此法使图像的传输、存储和显示的综合性能达到较佳的水平,并在临床医学诊断信息系统中进行了实际评估.
作者单位：
中科院上海技术物理研究所医学影像信息学实验室,上海市,200083
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在线出版日期：
基金项目：
国家自然科学基金，上海市科技委，中科院知识创新工程
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新网讯区域PACS方案
1.区域PACS 的发展历程PACS用于医院的影像科室，最初主要用于放射科，经过近几年的发展，PACS已经从简单的几台放射影像设备之间的图像存储与通信，扩展至医院所有影像设备乃至不同医院影像之间的相互操作，因此出现诸多分类叫法，如几台放射设备的联网称为Mini PACS（微型PACS）；放射科内所有影像设备的联网Radiology PACS（放射科PACS）；全院整体化PACS，实现全院影像资源的共享，称为Hospital PACS。PACS与RIS和HIS的融合程度已成为衡量功能强大与否的重要标准。PACS的未来将是区域PACS的形成，组建本地区、跨地区广域网的PACS网络，实现全社会医学影像的网络化。区域PACS目标是在集团医院之间，医院和社区卫生中心之间，通过公共网络进行影像同步和传输。患者在社区医院就诊前往大型医院进行影像检查，社区卫生中心可以随时调阅位于影像中心的患者最新和历史影像进行诊断读片和治疗，同时如果患者在不同医院间转院治疗时，该病人的医学影像资料也会通过影像中心和电子病历资料一起发送到接诊医院。2.中心化区域PACS网络架构区域PACS系统主要实现两大功能：一是跨医疗机构的影像共享，二是实现中小医疗机构的影像托管。患者在任何一家纳入“区域PACS网络”的医院检查时，医生可通过 Web 方式浏览患者以往在其他医院的影资料和报告，进行影像诊断、新旧检查对比、图像处理、远程会诊等等。可实时获得诊断报告与专家会诊的意见。中小型医院的医疗影像信息的托管主要包括接受影像的上传、浏览和远程诊断。& 中心化PACS解决方案以区域数据中心建设为核心，区域数据中心采用符合IHE相关技术规范的应用架构。区域数据中心的设计包括服务器系统、存储系统、区域内医院各种异构PACS的集成、系统安全和数据安全以及运行维护管理等方面。区域数据中心采用DICOM标准来统一管理影像和报告数据，归档数据在中心统一存储，在线数据则分布存储在各核心医院。区域级数据中心要提供MPI（Master Patient Index 病人主索引）服务、文档定位服务、文档注册服务、安全、时间、日志、监控等支持服务。从基础网络架构来看，区域PACS的网络架构主要分为2大块，一是医院内部网络，二是数据中心网络。医院内部网络要求和硬件配置基本上和全院级PACS的要求是一样的。建议全部采用千兆以太网交换机，实现高速传输影像文件，避免出现网络拥塞而带来图像变形失真的现象，服务器和存储阵列要有出色的数据处理能力和大的数据吞吐量。实现双机热备，避免出现单点故障。医院和数据中心之间全部用光纤连接，采用VPN技术防止未授权用户进入系统并查看相关数据。为了避免线路故障，部署冗余线路来提供传输链路的稳定性。区域数据中心网络主要以存储和查询为主要应用。区域数据中心的存储系统由于要存储本区域内所有医疗结构的归档影像数据，所以采用网格式的海量存储系统，如IBM的GMAS（Grid Medical Archive Solution）。一般规划保存5年的归档数据，存储容量为区域内所有医院每年影像数据量总和X 5年X预期增长率（一般按30%考虑）。在PACS应用方面存在两种不同类型的数据存储类型需求：关系数据库和文件。影像文件通常以文件的形式存储，而其他数据则采用关系数据库存储。区域数据中心存储建议采用分级存储，使得数据有高安全性。通常可分为一级、二级、三级存储。一级存储可以用于PACS短期、常用的数据存储，通常需要大容量、性能高，能满足高频率的访问、读取、写入。二级存储一般采用磁盘阵列，用于存储不常用的历史数据，并能安全、及时、准确地提供数据访问，通过数据迁移技术将一级存储中不常用的数据迁移至二级存储。三级存储也常称为离线存储，对历史数据进行长期保存，在安全性、大容量等方面需要更高的要求。三级存储一般可以采用磁带库、光盘库、磁盘阵列等方式。在实际存储应用中，建议采用FC-SAN存储技术。SAN提供了一种与现有LAN连接的简易方法，并且通过同一物理通道支持广泛使用的SCSI和IP协议。特别重要的是，随着存储容量的爆炸性增长，SAN允许企业独立地增加它们的存储容量。SAN的结构允许任何服务器连接到任何存储阵列，这样不管数据置放在哪里，服务器都可直接存取所需的数据。由于采用了光纤接口，SAN还具有更高的带宽。运行备份操作就无需考虑它们对网络总体性能的影响。SAN方案也使得管理及集中控制实现简化，特别是对于全部存储设备都集群在一起的时候。最后一点，光纤接口提供了10公里的连接长度，这使得实现物理上分离的、不在机房的存储变得非常容易。&　　SAN通过结合创新的服务器到存储体系结构和支持多个服务器共享磁盘阵列的软件，使企业配置和管理服务器存储的方式发生了革命性的变化。基于SAN的存储有助于区域PACS的数据中心更好地满足其不断增长的存储需求和日渐缩短的备份时间，同时对存储进行逻辑整合，以实现更高效的管理和维护。3.区域PACS的应用架构区域PACS整体架构采用的是客户端/服务器模式（Client/Server）架构与浏览器/服务器模式（Browser/Server）架构互相搭配，使得在 Windows 系统下的使用者可以无论何时何处均可取得任何系统上的影像。简要实施方案如下（见下图） 。 &1.数据中心端设置： 包括 RIS服务器、影像归档与存储服务器（ArchiveServer） 、远程诊断服务器（WebServer） ，另外还设有紧急备用镜像服务器、异地备份服务器、网关、网络设备等等。 2.根据区域内各医院的实际情况和需求，在有 PACS 系统的医院安装前置服务器。 3.修改医院PACS 流程，由医院 PACS 服务器异步传送影像给前置服务器，由前置服务器完成与市民健康信息系统的匹配，将完成匹配的影像更新统一的影像号，上传到数据中心影像服务器。 4.影像调阅：授权用户在打开市民健康信息系统调阅信息时，可在影像报告查询处点击影像图标，以 Web 方式打开影像。 5.暂无 PACS 系统的中小医院，可以将仪器输出的影像直接传送前置服务器作为托管影像。中型医院可独立一台前置服务器，小医疗机构可多家共享一台前置服务器。院内前置服务器主要有两个任务，院内信息整合和影像数据上传。院内信息整合，指在影像数据上传之前，需要和院内其他系统进行整合，获取所需信息。院内前置服务器另一个作用就是帮助影像数据上传。院内 PACS 服务器数据上传至前置服务器，前置服务器自动路由至卫生局影像数据中心，避免了网络原因（同属于院内网络，速度相对快一些）导致 PACS 服务器上传卡死的情况发生。前置服务器采用多线程、队列管理、多次 re-Try 等方式处理远距离影像数据传输。
4.区域系统间信息整合& 区域PACS建设的一个最主要的出发点就是能够使患者在区域内医疗机构进行的所有影像检查结果能够在授权许可的情况下被整个区域内的医疗机构所共享访问。例如患者曾经在甲医院进行过CT检查，过了一段时间，又在乙医院进行检查，乙医院的医生应该能够通过区域PACS调阅患者在甲医院的历史检查结果，以决定是否重新进行检查或者在进行诊断时参考。而要实现这一目标的基础就是解决患者的身份识别问题。建议采用身份证号或社保卡号作为基本的身份识别标识（唯一号）。&>>>>>正文 字体：小中大
探究PACS体系医学图像数据
日期：作者：编辑：jiuzhi点击次数：147销售价格：150元论文编号：lw548300论文字数：56421&论文属性：硕士毕业论文论文地区：中国论文语种：中文&
第一章绪论
1.1研究背景
近些年,计算机通讯等信息技术有了的高速发展,基于胶片的成像方式已经越来越不适应当前的需求,数字图像正渐渐取代模拟图像而成为医学图像的信息载体,因而医疗事业也进入了一个薪新的时代。近年来,随着多媒体技术、计算机网络和通信技术的发展,PACS取得了重大的成就,并获得了广泛的应用。然而,由于医学图像的数据量非常大,所需要的存储空间大,传输频带宽等,严重地影响了 PACS的发展。
医学图像压缩即是必要的,又是可行的。因为图像数据等信源数据具有相关性,有大量的冗余信息数据应当被压缩,将图像数据中的冗余信息去掉,去除图像数据之间的相关性,只保留相互独立的信息分量。数字化的医学图像不但使医学图像的使用范围拓宽,而且为医生诊断医学图像的深度和广度奠定了基础。数字化的医学图像在逐渐得到比较广泛应用的同时,其庞大存储量及传输速率这些问题也逐渐展露出来。为解决这些问题,一要增大其存储载体的容量和扩大传输介质的带宽;二要对其进行)玉缩处理,面对当今的网络传输技术水平及高额存储载体下对医学图像进行压缩显得十分重要。为此,如何有效地压缩医学图像信息,减少数据存储空间和提高通信效率是PACS系统所需解决的重要问题。
1.2研究意义与内容
医学诊断和疾病治疗的重要根据和依据是医学图像,在医学临床上具有十分重要的价值。医学图像压缩首先需要考虑的因素是确保医学图像压缩后的高保真度。医学图像数据量是非常惊人的,建立PACS的许多技术困难都与之有关,如图像的存储、传输、显示等。图像压缩方法可分为无损压缩和有损压缩两大类。无损缩方法常用的有多级内插方法、差分脉冲预测编码等。有损压缩方法常用的有全顿离散余弦变换、重叠正交变换(LOT)、离散余弦变换(DCT)、自适应预测编码和神经网络法等。近些年,出现了分形和小波变换编码[6]。医学图像的压缩是近些年来图像处理技术中的一个重点研究的问题。根据医学图像具体的特点,研究和摸索出更加专业化的高效率的压缩算法,是DICOM与PACS共同关注的热门课题。
本文研究的内容包括以下两个部分:1.基于DCT的医学图像压缩理论研究通过深入学习和研究离散余弦变换的图像编码算法,余弦变换的基本图像是中心对称,并且在边界处是连续的,所以利用余弦变换的压缩编码可以大大提高数据的压缩比。但是DCT算法在块边界处会产生块效应。本文提出用后处理技术去除块效应,因为它不需要改变任何现存的标准。重建图像是后处理方法,它的目的是在不改变现有的编解码机制下,提高视觉上的质量,而且它符合JPEG和MPEG编码准则。本文所提出的算法通过观测各块边界区域的特点,来消除由图像量化噪声所产生的块效应。此算法提出了一个更有效地去除块效应的方法,同时计算复杂度并不是很高。
第二章PACS系统及医学图像压缩方法
2.1PACS的发展
1981年迈阿密大学医学院A.j.Duerinck首先提出PACS (picture archiving andcommunication system)这一术语并明确了 PACS基本概念。在1982年,SPIE(international society for optical engineering)召开 了一次有关 PACS 研讨会。1983年陆军始建立了一个teleradiology (远程放射诊断系统)实例项目,1985年成功实施了 DIN-PACS。1985年华盛顿大学西雅图分校(Seattle, WA)和Georgetown大学始了 PACS商业化产品的开发研究。随着计算机图像处理,数据存储及网络传输技术的迅速发展,特别是进入20世纪90年代,由美国放射学会(ACR)和美国全国电气制造商协会(NEMA)联合制定了 DICOM(digital image and communication in medicine)标准以后,使 PACS的商品化、产业化及普及推广大大加快,PACS目前己成为医院建设和信息管理的重要组成部分。国内PACS的研制和应用虽然起步较晚,但发展很快,目前己有许多大型医院始应用。
2.2 PACS的特点
PACS是以高速计算机设备以及海量存储介质为基础,以高速传输网络与医学影像设备相结合,利用先进的数字化信息技术将各种医学影像检查所获得的影像、诊断报告信息等,进行数字化的存储和管理,并可实现影像信息本地及远程查询、浏览、打印等功能。一个完整的PACS应具备:1)在用于诊断、诊断报告、会诊以及远程工作站操作时,提供查看功能。2)在存储介质上对医学图像进期、长期的归档保存功能。3)利用局域网或公用通讯设施进行影像的传输通讯功能。为用户提供与其他医疗设施和科室信息系统进行集成的界面。PACS的主要特点是:(1)根本改变传统放射科检查、诊断工作流程和方式,提高了工作效率。PACS登记工作站可直接获取HIS里面检查患者基本信息,再传入影像设备,保证患者检查基本信息一致性,避免了检查流程中多次重复人工录入和可能发生的人为错误,节省时间,极大提高了放射科工作效率。(2) PACS提供一种多点同时接受诊断信息的工作方式,图像容易调阅和互相参照对比,便于统计、分析、提取图像特征,最大限度参考检查患者影像信息,提高放射医生诊断质量,进而实现计算及辅助诊断
第一章绪论………………&&& 1
1.1研究背景………………1
1.2研究意义与内容………………2
1.3组织结构………………& 3
第二章PACS系统及医学图像压缩方法………5
2.1&& PACS的发展………………5
2.2PACS的特点………………5
2.3&& PACS的构成与应用………………6
2.4&& DICOM技术标准………………8
2.5医学图像数据的压缩………………9
随着数字化技术的不断发展和完善,获得了大量各种医学成像数据的传感器不断涌现,并且向高分辨率和高清晰方面发展。由此产生了一个明显的问题,及如何存储和传输这样大的信息量。需要应用压缩的的数据是非常多的,如各种高分辨率和高清晰度电视视频图像、医学CT和MR
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