分布式PACS若干关键技术研究

论文摘要

随着信息技术的发展,传统的PACS（医学影像存档与通信系统）两层C/S体系结构已不适用目前大型化、复杂化以及分布化的发展趋势,严重制约了PACS效能的发挥和推广应用,迫切需要建立一种新的分布式PACS（DPACS）体系结构。本文以DPACS作为研究对象,重点对DPACS的体系结构、面向PACS的ORB扩展通信框架、DICOM互联互操作方法以及PACS应用服务技术几项关键技术进行了研究,建立了一个可移植、可扩展、可配置和高性能的开放DPACS体系。具体来说,论文的主要贡献包括以下几个方面:（1）提出了一个基于CORBA的DPACS三层体系结构。本文基于对传统PACS体系结构的深入分析,通过引入CORBA分布式对象计算技术,以及对CORBA和DICOM标准结合方法的研究,提出了基于CORBA的DPACS三层体系结构。并在此基础上,进一步提出由设计模式层、CORBA服务层、DICOM互联互操作服务层和PACS应用服务层组成的DPACS中间层结构。（2）提出了由多个DPACS相互协作的Inter-DPACS系统概念。出于满足跨区域、跨国家的DPACS之间互联互操作的需要,使得多个DPACS能够在一个分布式大环境中进行合作,本文提出并设计了Center/Regional/Local三级DPACS协作的Inter-DPACS系统概念。（3）提出了基于设计模式改造的面向PACS的ORB扩展通信框架。DPACS通信框架的构造基于标准的CORBA分布式对象技术,并应用包装外观、反应堆、接受器/连接器、主动对象和服务配置器等设计模式对ORB核心进行扩展设计,不仅改善了DPACS的可移植、可扩展、可配置等性能,还满足了DPACS大吞吐量、低响应时间的QoS需求。（4）提出了分布式环境中的DICOM互联互操作方法。首先提出了由TCP SOCKET层,DICOM上层协议层,DIMSE消息交换层,SCP/SCU层构成的DICOM网络通讯模型;其次提出一套分布式环境中DICOM医学图像存取访问接口和机制;最后提出了Inter-DPACS中的DICOM工作流的控制管理机制,设计了Case-Manager服务组件及一系列智能的控制管理算法。（5）设计和实现了若干PACS应用服务技术。首先提出了一种针对DICOM医学图像的基于图像内容的窗宽、窗位调节方法;其次对JPEG-LS无损压缩算法进行了研究并加以实现,并给出了算法实现流程和实验结果;最后通过HIS/RIS与PACS工作流的集成,以及HL7和DICOM之间的数据元素、协议事件映射方法的研究,设计和实现了HL7数据交换服务用于PACS和HIS/RIS之间的数据融合。（6）设计和实现了原型系统,对DPACS体系结构等若干关键技术进行了应用和验证。综上所述,本文研究了DPACS包括体系结构在内的若干关键技术,并通过设计实现原型系统,验证了本文的思路。这些研究为DPACS的发展奠定了坚实的基础,其关键技术的不断发展和完善将有效提高医学图像信息的应用管理水平,并将促进整合医疗企业（IHE）的建立以及多个医院PACS在区域、国家甚至全球范围内的集成。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 立题背景
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 问题的提出
• 1.1.3 论文研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 PACS 体系结构的研究现状
• 1.2.2 基于设计模式的ORB 扩展通信框架研究现状
• 1.2.3 DICOM 互联互操作方法的研究现状
• 1.2.4 PACS 应用服务技术的研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 1.4 论文的组织
• 第二章 基于CORBA 的DPACS 体系结构研究
• 2.1 传统PACS 的体系结构及相关概念
• 2.1.1 传统PACS 的体系结构
• 2.1.2 传统PACS 体系结构的局限性
• 2.1.3 PACS 相关的医学工业标准
• 2.2 分布式对象CORBA 技术
• 2.2.1 CORBA 的体系结构
• 2.2.2 CORBA 的基本组成
• 2.2.3 CORBA 的运行机制
• 2.2.4 CORBA 与其它分布式对象技术的比较
• 2.3 基于CORBA 的DPACS 体系结构研究
• 2.3.1 PACS 和CORBA 的结合
• 2.3.2 DPACS 体系结构和Inter-DPACS 概念
• 2.3.3 中间服务层
• 2.3.4 DPACS 性能的改进
• 2.4 本章小结
• 第三章 面向DPACS 的ORB 扩展通信服务框架研究
• 3.1 底层封装机制
• 3.1.1 问题及解决方法
• 3.1.2 包装外观模式结构和对象协作
• 3.1.3 设计和实现
• 3.1.4 结论
• 3.2 事件的多路分离和分发机制
• 3.2.1 问题及解决方法
• 3.2.2 反应堆模式结构和对象协作
• 3.2.3 设计与实现
• 3.2.4 结论
• 3.3 连接管理机制
• 3.3.1 问题及解决方法
• 3.3.2 接受器/连接器模式结构和对象协作
• 3.3.3 设计与实现
• 3.4 多线程的并发机制
• 3.4.1 问题及解决方法
• 3.4.2 主动对象模式结构和对象协作
• 3.4.3 设计和实现
• 3.4.4 结论
• 3.5 动态服务配置机制
• 3.5.1 问题及解决方法
• 3.5.2 服务配置模式结构和对象协作
• 3.5.3 设计和实现
• 3.5.4 结论
• 3.6 本章小结
• 第四章 DICOM 互联互操作方法研究
• 4.1 DICOM 网络通讯服务
• 4.1.1 DICOM 网络通讯模型的设计
• 4.1.2 TCP SOCKET 层的实现
• 4.1.3 DICOM 上层协议层的实现
• 4.1.4 DICOM 消息交换层的实现
• 4.1.5 SCU/SCP 层的实现
• 4.2 DICOM 医学图像存取服务
• 4.2.1 DICOM 文件解析方法
• 4.2.2 DICOM 医学图像信息模型的建立
• 4.2.3 IDL 接口的设计和实现
• 4.3 DICOM 工作流控制管理服务
• 4.3.1 Case-Manager 的层次结构
• 4.3.2 Case-Manager 的对象模型结构
• 4.3.3 基于系统节点的病例路由算法
• 4.3.4 病例处理的事件时序
• 4.4 本章小结
• 第五章 DPACS 应用服务技术研究
• 5.1 DICOM 医学图像显示方法研究
• 5.1.1 窗宽窗位与DICOM 图像显示
• 5.1.2 基于图像内容的窗宽窗位调节技术
• 5.2 基于JPEG-LS 的DICOM 无损压缩方法研究
• 5.2.1 DICOM 中定义的JPEG 压缩方法
• 5.2.2 JPEG-LS 无损压缩算法
• 5.2.3 实验
• 5.3 HL7 数据交换与集成技术研究
• 5.3.1 PACS 与HIS/RIS 的应用背景
• 5.3.2 HL7 的数据交换和集成方法
• 5.3.3 HL7 数据交换服务设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 DPACS 原型系统的设计和实现
• 6.1 原型系统的设计
• 6.1.1 设计原型系统的原则与目标
• 6.1.2 原型系统总体结构
• 6.1.3 原型系统功能模块分析
• 6.1.4 分布式计算平台的选择
• 6.2 原型系统的实现
• 6.2.1 服务器端DICOM 通讯服务设置
• 6.2.2 客户端医生工作站
• 6.2.3 DICOM 图像数据库管理设置
• 6.3 本章小结
• 第七章 结束语
• 7.1 论文的主要贡献
• 7.2 进一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文、出版著作及科研成果获奖情况
• 附录 文中术语英汉对照表