医疗信息服务系统的制作方法

专利名称：医疗信息服务系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及为医疗放射科专家取得更好的工作效果和更高的工作效率的医疗信息图像服务系统(Medical information picture service system，简称MIP)，它是一个包含有各种组成部分的一个软件包，不同的组成部分对应于不同的应用方面。该软件包配合相应的硬件可以构成病人数据库服务器、文档服务器、显示系统、透视片服务器、管理服务器等等。
MIP系统是一个数字网络系统，它管理医疗信息、图像和医疗报告。该系统可应用于医院的放射科、社区医疗企业，为放射科专家、有关的内科医生、门诊专科医生以及管理人员提供免菲林胶片的服务。通过共享资源和分散的影像资料，MIP系统可以实实在在改进医疗和保健工作并提高医疗组织的整体效率。
下面的

图1表明了一般医疗环境下MIP系统主要的功能原理。图中，通过与医疗/放射信息系统(HIS/RIS)的传输可以得到并诊断病人的病情资料和有关诊治报告。MIP系统也可以从诸如MPI、CT等这些检测设备中采集影像资料。MIP系统还可以与其它PACS进行对话，以实现信息数据的交换。在此它采用DICOM3.O(Digital Imaging and Communication in medicine3.0)通讯协议。
使用MIP系统的目的就是用来管理医疗信息和图像以及医疗数据。它就象是一个保存病人信息、影像色素资料和医疗报告的中央存贮器。MIS系统还具有影像分配、诊断显示和工作流程控制的能力。该系统可以根据医疗机构的大小，为较小的医疗单位、影像中心或很大的医疗网络，选配合适的系统配置。MIP系统提供以下数据服务1.数据存贮存贮病人及其诊断信息和影像资料；影像资料可以长期保存；对当前的和相关的影像资料可实现快速存取。
2.数据表示可以为放射科专家诊断和医生参考、提供影像资料的显示和操作。通过高速的网络连接，可以为放射科专家提供全功能的满足诊断需要的影像质量；重量较轻的显示设备能够保证查阅资料的医生，通过低带宽的连接，对高质量的影像资料实现快速存取。
3.数据管理MIP系统软件还提供一些工具用来管理病人及其诊断资料。管理人员或医生可以使用这些工具来查询并在一个PACS内或在两个PACS之间移动这些数据资料。医生在一定的约束条件下可以很容易查找到病人及其诊断信息。另外有一个软件包，经过配置以后使系统具有一些更先进的功能，如可以自动地将病人诊断的资料传送到预先指定的目的地并将与其有关的资料送往显示地点。MIP系统的高级功能1。对用户的管理。MIP是一个多用户系统，它允许多个用户同时登录。系统提供了一些工具，可以受权用户和给定用户账号。用户账号附带有优惠条件、优先权和病人的简介资料。这样可以简化用户工作流程，使用户界面更加友好，实现数据资料的安全控制。
2.网络管理化。MIP系统支持多个资料采集站并可以与其它PACS系统通讯。提供医疗服务的有关模型(Modality)设备和其它DICOM资源通过网络管理工具都可以连接到MIP系统中去。
3.事件监视。系统中，所有临界的事件随时都可以被记录下来，这可以起到以下作用。
这样可以实现安全追踪。系统管理员可以追踪到系统在什么时候由谁执行了什么动作。
可以实现系统分析。分析与事件有关的资料，可以向我们提示系统的使用模式，这样我们就可以知道如何改进系统的性能。
预测系统可能瘫痪的能力，这样可以为事先的维护工作提供帮助。
4.MIP系统能够保证DICOM设备之间的通迅，诸如采集站、打印输出设备和其它的PACS系统。
5.MIP系统可以提供SCP(服务等级提供者)功能存贮SCP，它支持C-STORE功能以接收影像资料。询问SCP，它支持来自于远程DICOM设备的C-FIND请求。
6.MIP系统可以提供SCU(服务等级用户)功能存贮SCU，产生C-STORE请求并将影像传送到远程DICOM设备。询问SCU，向远程DICOM设备发出C-FIND请求，以询问病人、病情的分析、病例和图像信息。打印SCU，将DICOM图像送去打印设备。
7.MIP系统还可以与HIS/RIS进行通讯，以收回和接收原始的病情分析、工作列表管理信息。
MIP系统的核心由以下几个软件部分组成。每个软件部分可以在它们各自的平台上运行或者组合在一起，在一台工作站上运行，这样就彻底体现了系统配置的灵活性。
1.病人数据库服务器(1)MIP系统采用成熟的数据库技术以保持高效能、分布式和不同规模的数据库。该系统还采用了自动剪边(cutting-edge)和工作流程技术，实现对所有病人资料、人口学数据和系统配置的设置数据还包括用户文档的存贮和管理。
(2)MIP系统数据库服务器支持多路处理并使硬件设备维持尽可能高的利用率。配合文档服务器和网络网关，数据库服务器可实现智能资料管理并增强工作流程的性能。
(3)任何用户在网络中进行访问或者是观察检查结果时，MIP系统都会提供统一的视觉界面，不管影像是驻留在系统中哪个位置。
(4)数据库中的资料，尽管它们可能保存在多站点保健系统中的远程设备中，也可以实现无缝存取。这样可以使得不断增加的社会保健福利机构按照统一的模式进行发展。同时该系统将成为一种通用的手段，使企业内的临床影像管理实现统一和标准化。
(5)受护人员的活动和有关信息的集中存贮使得MIP系统用户可以选择任何一个较为方便的工作站，而不是限制他们一定要在分配给他们的工作站上进行工作。这对于需要在医院网络中多个地点开展工作的医生特别实用。
(6)信息资料的集中管理使得系统管理员的管理工作变得更加容易。
(7)MIP系统的数据库服务器，可以根据用户的需要进行扩展。数据库的链接和集群技术可以保证系统实现无限制地扩充。而多道处理功能可能用来实现不同规模需要。
2.文档服务器从事多年医疗服务的部门，医疗方面的电子影像文档将需要十几个TBS的存贮空间和快速地存取速度。近年来先进存贮技术的采用使得存贮器的价格暴跌，同时改进了它的存取性能、提高了它的可靠性和存贮容量。实现文档的长期保存是非菲林计划的基础，是顺利实现放射科或心脏学科PACS系统的关键。MIP系统完全可以满足对长期保存医学影像资料的需要。采用该系统可以实现高性能价格比、高可靠性、高存贮容量的文档解决方案。它支持DICOM3.0并保证是一个开放式的影像采集和数据传输系统。MIP系统与HIS/RIS系统是兼容的并可以与所有系统构成无缝集成。
3.显示系统在读取模式设备的情况下，MIP显示系统具有一些专门的诊断和分析功能。简化工作列表和显示环境也是显示系统对工作流程自动化的特点。显示系统为易于影像的比较，并将所有补充的诊断工具包括在内，而可提供一种同步导航方式。这些补充诊断工具可以在按一模式设备、按一用户、按一组织的系统基础上，预置窗口/级的值。MIP系统可以允许放射专家定做用户影像剖面图为专门的功能和工作列表使用。
(1)诊断显示。MIP显示系统提供了一些诊断工具，可以使放射专家能够在一个显示台前对所有相关的影像进行操作，帮助提高诊断速度、改进诊断的精度。
(2)快速显示。与DICOM完全兼容的MIP显示系统支持多模式数据的快速和同时显示。
(3)可配置的显示。MIP所提供的是一个集中的用户文件系统。每个放射科专家可以对他们所感兴趣的文件进行定制并使其特点适合于某种模式设备、组织系统和其它因素。用户文件可以持久存在，它们可以自动地被装入而不管大夫是工作在MIP系统网络中的哪个地方。
(4)工作列表的自动化。用户可以定义工作列表，来自动调用他们最需要的诊断类型。工作列表为每个放射专家建立预定义的分类准则。系统会从现有类型的诊断当中只选择相关的诊断，当相关的研究到达观察站(Review Station)之后可自动地修改。这种自动化的水平可以使放射专家立即投入工作，提高临床医生和机构的工作效率。不管放射专家从哪里登录，系统会自动识别他(她)的缺省的工作列表。用户可以在任何时候很容易地修改他们自己的缺省的工作列表，并建立他们可以在任何时间都可调用的多个工作列表。
(5)多模式显示。多所医院可以将其所有的影像模式集成到一个诊断显示系统中，而放射专家又可以根据他们的特别需要进行定制。
MIP显示系统允许建立门诊观察站网站，以构成低廉高效的分布式影像和数据系统，实现与其它MIP显示站进行交互式的咨讯。DICOM兼容的Web服务器能够实现快速、低成本的放射学结果和影像的分布式管理，与web服务器连接的台式工作站能够与MIP系统中观察站进行交互咨讯。
4.菲林服务器MIP菲林服务器是一个系统，它处理并建立来自于电子成象设备的硬拷贝图片。作为一种主要的显示媒介，菲林将会存在相当长的一段时间。尽管当一个医院已升级为免菲林的存贮管理，而当它需要咨讯其它没有如此升级的医院时，它不得不还要依赖于菲林硬拷贝。这种需要使得图片硬拷贝仍旧是PACS系统的一个基本组成部分。目前常用的输出介质是激光菲林和日常普通的纸张。
5.(网络工作流程)管理服务器管理服务器能够在MIP系统网络中全面实现影像工作流程管理的自动化。它能够管理由模式设备到MIP系统的影像资料，改进人类学数据的精度，提高整个企业的生产率。
管理服务器与MIP的文档服务器和数据库服务器，集成到一起，就能够实现智能化的工作流程和数据管理。
(1)自动给出新检测的路径，预先提取历史对比资料。当影像资料被请求之前，它们就被分布到预定义的诊断工作站或影像中心。因此，当需要时，它们已经准备好了。为新近安排的检测，自动预获取先前做过的相应的检测结果。
(2)管理服务器能够对影像资料进行压缩并简化。这样可以使信息量很大的影像资料在低费用的电话线或ISDN上进行传输。处于医疗机构中任何位置的大夫可以快速低廉地输出/入高质量的影像资料。
(3)管理服务器提供DICOM3.0安全认证，改进人类学资料的测试精度。
(4)管理服务器还提供打印服务。
(5)管理服务器适应不同数量的模式设备的输入。用户可以从很小的规模开始，然后可以根据需要进行扩展。
6.病人网站它所指的就是医生工作现场的计算机，这些计算机连接到MIP系统以便实现与MIP的通讯和向MIP系统发出访问请求。这些计算机并不一定为MIP系统的拥有者所拥有。
7.模式设备和装置影像采集系统是指医学数字成像装置，它们包括
数字成像仪器直接数字成像仪，如CR、DR、CT、MRI、DSA、US、PET。
ADC仪器将模拟影像转换为数字影像，诸如菲林数字化仪、视频转换器(包括视频捕捉卡及集成的软件)PACS需要大容量的存贮设备，(磁带机、CD、DVD)。计算机显示器可以显示常用而大量的影像资料(CT、ME，超声波、内窥镜等)，但X射线，胸透X射线和mammography需要2K/4K色素的高显示精度的显示器。作为MIP系统中的一个非常有用的组成部分，激光打印机会在DICOM中采用。广泛使用的计算机、工作站和网络交换机也在MIP系统中采用。
总起来说，MIP系统的功能包括存贮、处理、分配、呈交和远程访问医疗信息。作为一个计算机网络，它为放射科学家、咨询医生、临床医生和管理人员提供快速的免菲林的服务。MIP系统已经成为一种共享医疗资源、管理大量分布的医疗信息(如图像资料)的有效方法。一个典型的MIP系统如图3所不。
MIP系统是一个影像存贮和传输的系统，它用于管理医学图片资料。它受到很多技术的影响，如计算机、通讯、存贮介质、显示、图像压缩、人工智能、标准接口以及系统集成等等。MIP系统的四个主要方面是系统结构设计、网络通讯、数据库的构建和数据采集。
1.标准技术在安装MIP系统中采用标准技术是很重要的。作为一种通用的标准DICOM包括1、病人的联系信息、物理检测信息以及相应的影像资料的格式和参数。2、点对点进行交换时影像资料的索引。3、实现影像的采集、存贮和通讯。HL是一个常用的病人资料的引用标准。
2.采集和输出技术院工作的一个特征，就是它使用一些不同的医学成像协议并要求高质量的影像资料。如常用的文件一样，临床成像资料应能多次进行比较并且应该具有一个安全、可靠的对数据资料进行自动存贮和管理的系统。为保证提供完整和精确的资料信息，那就需要一个高性能的影像采集和传输系统。对MIP系统来说，能够与HIS/RIS进行集成并实现通讯是至关重要的，这样可以避免信息的干扰，最大限度的提高医生工作的质量和效率。
3.数据库技术据库的构建和数据采集是数据库方面两个统一的前沿研究领域。当放射科专家使用HIS和来自截然不同的硬件平台的不同格式的数据集的时候，这就需要在不同的软件控制下将它们显示上来。这样，将不同格式的数据进行合成以及远程医疗中的数据采集就成为一个很重要的课题。正因为这些原因，系统的集成即成为MIP的一个发展方向，特别是在保健系统方面更是如此(H1-PACS，保健集成PACS系统)。
4.数据压缩技术据压缩是降低通讯成本的关键。在开发MIP系统中所遇到的许多困难，如存贮、传输、显示等等，都与大容量的临床数据资料有关。如何对数据进行压缩已成为图像处理中的一个重要领域。有许多图像压缩算法，象用于静态图像压缩的JPEG标准，用于动态图像压缩的MPEGl，MPEG2，MPEG4。由于医学诊断依赖于图像的质量，当前的DICOM标准采用不丢失信息(non-loss data)的压缩算法。
5.图像显示和处理技术MIP系统中，图像显示对于服务于医疗保健的工作来说是非常关键的。为快速而精确地处理和显示1D、2D以及3维数据和图像，我们已为MIP系统中的显示软件(3D-Doctor)开发了多种算法。
6.网络传输技术常，在专家小组开会或远程教学中，需要比较几幅图像。因此，PACS系统对网络的要求很严，通常要是宽带网。基础研究表明，采用TCP/IP通讯协议的ATM技术在局域网/广域网的数据传输率为60Mbps。传输一张10Mb(2K×2.5K×2K)的数字化的胸透图像仅需要1.3秒钟，传输一张40Mb的CT影像需要5.3秒钟。在不太关注传输时间的情况下，也可以使用低带宽的网络传输图像，如向家中传输图像或者在医院之间传输等等。在瑞士，当对传输时间不太关注的情况下，偶尔会使用ISDN(64kbps)。
MIP系统从多学科领域引用多种技术。以现有技术为基础，MIP系统还采用了一些新的、先进的技术以达到高性能低成本的目标。MIP还采用了以下的先进技术1.医学影像压缩技术数字影像易于传输、存档、处理和复制等等。图像存档与通讯系统(PACS)预见到了医院中的全数字化环境。符合DICOM(Digital Imaging andCommunication)标准的各种模式设备新产生的大数据量的影像，从它们的采集、存贮、通讯和显示全部实现数字化。美国的放射科部门每年有10万次的检测量，这意味着每天将产生11GB数量级的影像资料。
数据压缩可以减少对存贮空间以及网络中传输速度的需求。图像压缩为更有效地利用现有网络带宽和存贮空间提供了一种内在的机理，所以可以降低实现PACS的费用。
2.选择性的医学影像压缩选择性的影像压缩(SELIC)技术是将我们感兴趣的区域(ROI)明确地加以确定之后进行无损失压缩，不感兴趣的部分采用有损失的压缩技术进行压缩。
3.多维变换由于来自于正电子放射成像(PET)和磁共振成像仪(MRI)的层析影像的基本结构相同，因此开发了面向此种影像的数据压缩算法。当前，不可转换的医学影像压缩技术是以全帖离散余弦变换(DCT)为基础的，如果以离散傅里叶变换(DFT)或者离散哈利变换取代DCT变换，那么这项压缩技术就可以得到改进。同样，三维和四维层析资料中的冗余信息可以被开发利用，产生出高效、定制的基于变换的压缩。
4.统计法无损失图像压缩这种压缩方法能够以比无损失压缩更高的压缩比率进行存档。原因在于，与大多数损失压缩方法相比它以加强控制和预测的方式来引入压缩干扰。这种方法为医学影像提供了一种折中压缩方案，能为PACS节省合理的费用(压缩比6∶1)。同时，它还为断言压缩重建后的版本与它原来的情况没有任何改变这种说法提供了理论基础。统计法无损失压缩算法，可以比当前无损失熵编码方案增加了大约三倍的压缩比。该算法利用JPEG-LS无损失图像压缩技术，求解级联量化压扩方程来实现的。
5.预示/模式编码这种方法采用一个参考数据集，背景抑制、对称编码和锥形编码来实现数据压缩。由前面所提到的图像知识可知，MRI人脑成像的影像头部，在不使背景内产生透光的情况下，无损失压缩比可做到大约2.8∶1甚至3∶1。
像素之间的相关运算、影像之间的相似结构、影像的对称、感兴趣的区域、或者空白区等等，都可能用来改进编码效率。
5.医学影像的显示和处理技术3D-DOCTOR是一个对三维图像显像处理和测定的软件，它可用于MRI、CT、J显微照片、科学和工业三维图像的应用领域。
3D-DOCTOR软件可以对来自于CT、MRI和显微图像设备的，以DICOM、TIFF、JPEG、BMP和其它设备供应商所指定的文件格式的图像进行显像处理。3D-DOCTOR中所采用的世界最好的专利技术描述如下6.3D表面处理技术通过对3D光栅图像的组合、在(简单/复杂表面)处理算法中采用矢量边界技术，3D-DOCTOR可以迅速并容易地完成对3D图像资料的处理。3D表面处理可以直接在原始图像数据中实现，目标边界线通过分段算法产生。利用这种算法而建立的3D表面模型，表面上的锯齿状比基于光栅的方法要少得多，能为3D显像和分析提供更好的性能。
7.3D体积处理技术3D-DOCTOR有不同的方法可以直接进行体积处理，处理后的3D体积可在实时状态以任一角度进行显像，这些都多亏于3D-DOCTOR中完成的高效算法。随后列出的是优化的3D体积处理方法最高密度、直接目标处理、透视处理及直接Voxel造型。
8.图像分段技术分段是3D成影过程的第一步工作。3D影像处理过程中一项最基本的任就是将影像进行分段，它将voxels/pixels分为目标类或组类。3D影像的分段技术以对多目标进行3D处理，对检测到的目标尺寸、密度及其它参数进行量化分析。由于从影像中确定目标的重要性，因此就研发出了许多种自动或半自动的图像分段方法。3D-DOCTOR中采用的技术有基于矢量的目标边界法(Vector-Based Object Boundaies)、利用门槛值对图像分段(Image SegmentationBy Thresholding)、基于组织分段(Texture-Based Segmentation)以及基于矢量的边界编辑(Vector-Based Boundary Editing).
9.用反褶积实现先进的3D恢复3D-DOCTOR有两种3D影像反褶积算法，快变近临和基于迭代反褶积的适合最大熵算法。图像反褶积用于去除和减低图像获取时产生的弱变。使用快变近临反褶积算法可以完成3D图像的恢复和重建。最大熵反褶积使用迭代最大熵反褶积算法为了获得最好的恢复质量，它要执行迭代反褶折积。因此，它比近邻反褶积常常要进行更长的处理时间和占用更多的内存空间。MIP的高性能数据库系统有许多数据库技术可用于图像存档与通讯系统(PACS)。MIP系统中采用分布式的数据库系统而不是采用传统的关系数据库和目标数据库，以保证系统的性能、可靠性和可扩展性。
为了使MIP系统中的数据库更加灵活，因此在设计中采用了分布式的数据库技术，这样可以根据市场要求和实际应用的需要来构成数据库。
分布式数据库(DDB)是分布于一个计算机网络中的具有多重和逻辑关系的数据库的集合。分布式的数据库管理系统(DDBMS)常被认为是一个软件系统，它允许对数据进行管理并对系统中的用户是透明的。DDB具有以下优点1.站点自治分布式数据库中的每台服务器，可以独立于其它数据库而进行管理。尽管几个数据库可以在一起工作，但每个数据库都是一个独立的数据仓库并能单独的对其进行管理。一个孤立的故障，不大可能破坏分布式数据库中的其它节点。单个数据库故障决不会引起分布操作的停止。意思就是说，一个数据库瘫痪，其它数据库可照常工作。
2.规模可调性提高由于数据和处理进程全都是分布于不同站点(地方)、不同服务器、不同的数据库中，因此根据业务需求可以分配任一加入到系统中的机器资源来执行任务。因此系统可以很容易的提高本系统的处理规模。在分布系统中，每台服务器的工作负载和网络中的信息传输量将会有所减少。因此，系统的性能可得以很大提高。
3.高可用性和灾难恢复当复制技术加入到分布式数据库系统之后，这将大大提高系统的可使用性和灾难恢复能力。同一数据集将被保存到许多不同的站点(多重拷贝)。如果一个站点瘫痪，那么，其它站点上的相应数据仍然可用。执行“failover”，用户或应用程序将会被自动切换到其它的的站点上继续工作。当硬件或软件发生故障时，甚至有灾难的事件出现也不会有损于我们的业务工作。
4.便利而更经济的系统扩展几乎没有必要对系统进行大修；系统的扩展也通常只是向系统中加入处理和存贮设备。将一个由许多较小的计算机所组成的系统取代一台同等能力的大计算机，用这种方法使得该系统的性/价比更加经济。许多商业的分布式DBMSS系统都是在一些小计算机和工作站上工作，这样可以发挥它们较好的性能价格比的特点。
当面对在线保健服务业务机会的情况下，关键的问题是要为这些服务建立起一个安全和信得过的系统。这方面业务发展的关键将是要依赖于有效、低廉、安全和可信的系统。可信的系统还为高度的个人私有性和保密性提供相应的基础。
电子保健生效的应用过程如图2所示，它由网上签名的医生发出请求开始。在医生和保健系统双方获得PKI生效后，一个签注的数字文件连同签注者的认证一起被送回给发出请求的医生。
使用记录拥有者公共密钥(这是公开的信息，但任何人不可能对其进行存取)，对医疗记录加密可以达到以上目标。如PKI技术一样，只有具有私人密钥的人才能够对加密的医疗纪录进行解密。为了保证在线业务更加安全，SSL(Secure Socket Layer安全插座层)可以对每次业务的发生用来授权客户机和服务器。
为了达到以上安全目标，一个认证授权系统必须按照7×24的方式进行操作，以提供认证、管理、生效和时间印鉴。同时，为了客户机端的授权、信息加密/解密等等，安装了一个有效的个人信用程序工具。在当今的站点服务器/浏览器环境下，SSL网站安全已成为一个现实存在的标准。
SEDVS(安全电子文档生效系统)可以扩展到其它的服务领域，如在线处方、级别认证、金融报告等。
权利要求
1.一种医疗信息服务系统，包括病人数据库服务器，文档服务器，显示系统，菲林服务器，管理服务器，病人网站，模拟设备和装置；采用数据压缩，图像处理，医学影像压缩，多维变换，无损图像压缩，医学图像显示、3D表面处理、3D体积处理、图像分段、用反褶积实现图像的三维重现。
2.如权利要求1所述的医疗信息服务系统，其特征在于病人数据库服务器可以根据用户的需要进行扩展。
3.如权利要求1所述的医疗信息服务系统，其特征在于文档服务器可以与所有的系统无缝集成。
4.如权利要求1所述的医疗信息服务系统，其特征在于显示系统易于影像的比较，可以显示病人影像剖面图。
5.如权利要求1所述的医疗信息服务系统，其特征在于菲林服务器处理并建立来自电子成像设备的硬拷贝图片。
6.如权利要求1所述的医疗信息服务系统，其特征在于管理服务器实现影像工作流程管理的自动化。
7.如权利要求1所述的医疗信息服务系统，其特征在于模拟设备和装置实现影像采集及医学数字成像。
全文摘要
本发明涉及为医疗放射科专家取得更好的工作效果和更高的工作效率的医疗信息图像服务系统(Medicalinformation picture service system，简称MIP)，它是一个包含有各种组成部分的一个软件包，包括病人数据库服务器，文档服务器，显示系统，菲林服务器，管理服务器，病人网站，模拟设备和装置；采用数据压缩，图像处理，医学影像压缩，多维变换，无损图像压缩，医学图像显示、3D表面处理、3D体积处理、图像分段、用反褶积实现图像的三维重现。该系统是一个数字网络系统，它管理医疗信息、图像和医疗报告。该系统可应用于医院的放射科、社区医疗企业，为放射科专家、有关的内科医生、门诊专科医生以及管理人员提供免菲林胶片的服务。
文档编号G06F19/00GK1392505SQ0212571
公开日2003年1月22日 申请日期2002年8月14日 优先权日2002年8月14日
发明者陈开全, 张国望 申请人:陈开全, 张国望