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    基于多影像融合的全院級PACS系統
    2011年05月28日

    醫院的診療活動越來越多地依賴醫學影像的檢查,影像系統正在向更高級的應用發展。建設一套基于多影像融合的全院級PACS系統是滿足醫院影像業務開展的有效手段,這需要對涉及全院級PACS系統的多影像融合技術、圖像壓縮技術的開發、三維重建技術的應用以及信息存儲系統設計關鍵技術進行集成創新和應用創新。
    全院級PACS系統分析
        近年來,信息化建設已成為醫院管理與經營的一大熱點。信息化技術有助于優化醫院工作流程,提高醫務人員工作效率和診療水平,提升醫院整體管理水平和服務品質。隨著現代醫學的發展,醫院的診療活動越來越多地依賴醫學影像的檢查(如X線、CT、MR、超聲、窺鏡、血管造影等),醫院內部所產生的數據量約80%來自于醫學影像資料。如何合理、高效地管理好這些醫學影像資料已經成為醫院信息化建設的一大課題。
        PACS系統的發展經歷了從低級到高級、從技術研究到廣泛商業應用的過程。PACS系統發展到今天已被醫療機構廣泛接受并且日益普及,正在向更高級應用的全院級和區域級PACS方向發展。根據世界衛生組織相關專家的分析,下一步PACS技術的發展將集中在以下幾方面:完善系統架構設計,提升應用程序性能;采用三維重建技術,提高影像處理效率;開發多態影像融合技術,提高診療質量;改進存儲體系,增強系統的可靠性和靈活性。
    全院級PACS系統設計
        建設一套基于多影像融合的全院級PACS系統是滿足醫院影像業務開展的有效手段,它是采用先進的系統流程設計、數字成像技術和計算機技術,遵循國際先進的DICOM標準,研究開發基于多影像融合的全院級PACS系統?;诙嘤跋袢诤系娜杭塒ACS系統集成了優秀的影像處理技術和先進的信息存儲技術,具有快速的圖像讀取能力和多種圖像處理功能,能夠充分實現網絡資源共享,是真正的全院級的影像存儲與管理平臺。此外,基于多影像融合的全院級PACS系統運用先進的信息技術手段,對涉及全院級PACS系統的關鍵技術進行了集成創新和應用創新,在系統架構設計、多影像融合技術、圖像壓縮技術的開發、三維重建技術的應用以及信息存儲系統設計等關鍵技術進行技術創新?;诙嘤跋袢诤系娜杭塒ACS系統的主要技術關鍵點為:
    1. 采用多影像融合技術,實現多源醫學數據協同應用
        目前醫學影像檢查呈現出從B超、X光到CT/CR、DSA、MR/DR、PEI、SPECT等多種不同的形式,各項檢查均有自身的特點和優勢,但在成像中又都存在缺陷和局限性。如CT檢查的分辨率很高,但對于密度非常接近的組織的分辨有困難,并且容易產生骨性偽影,影響診斷的準確性。而多影像融合技術的研究應用,則可有效解決這一問題。
        醫學影像融合是信息融合技術在醫學影像學領域的應用。它利用計算機技術,將各種影像學檢查所得到的圖像信息進行數字化綜合處理,將多源醫學影像數據協同應用,進行空間配準后,產生一種全新的信息影像,以獲得研究對象的一致性描述,同時融合了各種檢查的優勢,從而達到計算機輔助診斷的目的。
        基于多影像融合的全院級PACS系統采用前瞻性融合法和回溯性融合法來實現醫學影像的融合。具體方法如下:
        (1)界標配對
        界標作為兩種圖像相對應的融合點且決定融合的一些參數,可廣泛應用于放射治療和立體外科手術。
        (2)表面相合法(頭帽結合法)
        該方法的基本原理是:所有融合影像上可識別的同一解剖結構表面之間的均數平方根(RMS)距離最小。其中可用于手工或半自動的邊緣探測規則從每種影像的一系列圖片得到的器官外部輪廓即為表面;從較高分辨率影像中獲得的表面模型代表“頭”,從較低分辨率影像中獲得的一系列獨立的點代表“帽”,二者結合即可獲得比較完整的組織器官形態。
        (3) 空間力矩配對法
        協調中心點和主軸(PAX),使PAX慣性力矩最小,融合時包括計算偏心和旋轉以協調PAX和比例。
        (4)交叉相關法
        該方法的基點是兩種影像的相關系數值最大,主要用于同一種顯像方式影像的融合。
    2. 基于智能客戶端的系統架構設計
        在PACS系統的設計中,系統架構的選擇是必須考慮的關鍵因素?,F有的PACS系統大多采用C/S模式(即“胖客戶端”模式)或B/C模式(即“瘦客戶端”模式)。這二種模式在不同程度上均存在缺陷,影響了PACS系統的功能效率。
        全院級PACS系統采用基于智能客戶端的設計模式來構建系統架構。該模式是由新一代Microsoft.NET架構支持的應用程序,將Windows平臺跟Internet應用結合起來。它能利用用戶端計算機本地的處理資源,并可智能地連接到利用WEB服務進行通訊的分布式數據源。智能客戶端之所以“智能”是因為它既具有“胖客戶端”提供豐富用戶體驗的優點,又具有“瘦客戶端”易于管理的優點,同時避免了兩者各自的局限。智能客戶端需要在用戶計算機上裝入并運行程序,因此像“胖客戶端”一樣,可以給予用戶豐富的體驗、高級的功能以及快速的響應;同時,它又易于管理,可以集中部署和升級,并提供遠程訪問,具有“瘦客戶端”的優點。為了保證最快的響應速度,智能客戶端只交換所需要的數據,可以在線和離線工作。
    3. PACS存儲系統設計
        PACS的發展顯現出一個新的問題:醫院影像設備的發展使醫學影像數據量激增,從而對數據的存儲帶來很大的挑戰。因此,迫切需要一種可靠、靈活的大容量存儲系統來滿足其應用和發展。
        全院級PACS系統采用一種基于虛擬化數據管理平臺的分級存儲方案,通過標準化的連接技術和統一的復制、鏡像、快照等存儲技術實現海量數據的快速移動、簡單管理和無縫集成,從而為提供標準化存儲服務打下堅實的架構基礎。具體設計方案如下:
        (1)分級存儲系統設計
        全院級PACS系統采用三級存儲架構設計,其中一級存儲作為在線存儲用于PACS的數據庫和短近期的醫療圖像的存儲,滿足大容量、高性能、高可靠性等特征要求;二級存儲作為近線存儲,用于存儲不常用的歷史數據,可幫助醫院通過擴展自己的存儲基礎架構來跟上數據增長的速度,通常是采用數據遷移技術自動將在線存儲中不常用的數據遷移到近線存儲設備上,數據訪問的訪問頻率不是很高,但保證數據共享和快速在線訪問;三級存儲通常采用離線歸檔的方式,對整個醫院長期的歷史圖像進行歸檔,要求設備可靠性、安全性好,大容量、成本低使其管理方便。
        (2)虛擬化數據管理平臺設計
        全院級PACS系統較為復雜,不但包括大量的軟硬件,而且系統的應用數據存儲的需求也在不斷的發展和變化。因此,PACS存儲系統的設計也需要具備高擴展性和靈活性,需要支持容量增長的高度可擴展架構和對異構存儲環境的支持。但目前醫院的PACS系統越來越多呈現這樣的特點:設備異構化嚴重、海量數據的移動困難、管理復雜、投資成本居高不下等。
        在存儲設計中,解決上述問題的關鍵技術就是存儲虛擬化。虛擬化是解決異構體系架構最直接有效的技術,已廣泛應用于計算和網絡領域。就存儲領域而言,通過存儲虛擬化,用戶不用再去關心存儲環境中底層物理環境的復雜性,也不用再去關心設備異構與否、協議是否統一。虛擬化使存儲的統一管理成為現實,用戶可以通過選擇完善的存儲技術來滿足不斷增長的需要。在存儲虛擬化技術的基礎上,通過采用標準化的連接技術和統一的復制、鏡像、快照等存儲技術可以實現海量數據的快速移動和簡單管理,從而為提供標準化存儲服務打下堅實的架構基礎。

     
     
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