基于对等网络的高性能医学影像服务系统关键技术研究

论文摘要

基于DICOM标准的PACS系统在过去的几年得到了成功的应用,给医学影像检查和诊断带来了极大的方便,不仅提高了医院的经济效益,还减少了病人的开支,同时也有助于医学影像教学和科研的开展。随着DICOM标准的普及,原来PACS系统的功能和性能已经不能满足人们的要求,有人提出要在PACS的基础上建立医学影像服务系统,以服务中间件的方式提供包括医学影像的存储、浏览、检索、会诊和三维重建等基本服务,并能不断的增加服务中间件,从而满足动态变化的社会需求。然而,目前在医学影像服务系统建设中,仍然存在着许多技术问题,最关键的是在提高系统性能上,主要在提高网络传输速度和计算速度两方面:1、在网络传输速度方面,由于检查设备不断改进,产生的医学影像检查数据不断增多,特别是多排螺旋CT的出现,可以让一例检查产生的影像数据量达到GB级,这么大的数据量,给存储服务器和传输网络都带来极大的压力,严重地影响了网络的传输速度和医生的工作效率;2、在计算速度方面,断层影像三维重建、基于内容的医学图像检索、医学影像计算机辅助诊断等很多方面的医学影像的应用都存在的大量的计算量,有些甚至无法在普通的计算机上运行,这大大的限制了医学影像服务功能的扩展。传输速度问题和计算速度问题一直以来都是计算机研究的基础内容,多年来,国际上出现了许多解决的方法。在软件方面,人们通过研究数据压缩的算法,减少数据传输量,从而提高传输速度;通过研究计算算法,减少计算量,从而提高计算速度。在硬件方面,人们通过改进网络设备,提高网络带宽,从而提高传输速度;通过更新计算设备,提高计算机性能,从而提高计算速度。显然这些方法已经解决了现实中的大部分问题,但在医学影像方面,仍存在许多局限性。在软件方面,各种算法通常都以牺牲一定精度为代价而提高速度,但这是医学影像所不允许的。在硬件方面,一方面无论是过升级网络设备还是升级计算机设备,都会增加人们在硬件方面的开支,特别是高速网络设备和高性能计算机设备的投资,会给人们带来巨大的经济负担;另一方面,由于在医学影像服务系统中,医学影像网络传输和计算并非时时刻刻处于高峰期,也不是每一个位置都需要大量传输和计算,于是全面的升级设备显得有点浪费硬件资源。可见,单纯依靠软件算法改进和硬件升级不能完全解决系统建设中存在的问题。近年来,对等网络(P2P)技术得到了较快的发展,由于它能够合理调度网络中闲置资源的特点,已经在分布式存储、共享计算、搜索引擎、协同工作和视频直播等方面得到了很好的应用。医学影像服务系统建设中存在的问题与普通的计算机问题有很多相似的地方,医院网络与Internet一样存在着很多闲置的资源,因此,作者思考了对等网络的方法,通过合理调度医院网络的闲置资源,解决医学影像服务系统的传输问题和计算问题。在本文中,作者主要做了以下几方面的工作:1、建立了一个医学影像对等网络通讯平台,解决对等网络节点管理问题和点对点直接通讯问题,为其他医学影像的对等应用的研究提供一个基础平台。2、提出了一种基于对等网络的DICOM影像传输方法,采用分布式冗余存储和对等传输的方法进行传输管理,实验表明,该方法能够提高影像传输速度,同时降低影像存储服务器的负担,在一定程度上解决了医学影像服务系统建设中关于影像数据的传输问题。3、提出了一种利用对等网络进行医学图像内容检索的方法,通过将检索任务进行分解,并分配给网络中具有CPU闲置资源的节点,联合多个节点共同完成检索任务,实验表明,该方法达到了提高检索速度的目的,为解决医学影像计算速度问题提供了一种新的思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 医学影像服务系统
• 1.1.1 系统背景
• 1.1.2 系统功能
• 1.1.3 目前系统建设存在的问题
• 1.2 对等网络技术介绍
• 1.2.1 对等网络技术的概念
• 1.2.2 常见的对等网络组织结构
• 1.2.3 对等网络技术的主要应用
• 1.3 作者的主要工作
• 1.4 主要创新
• 参考文献
• 第二章 医学影像对等网络通讯平台的建设
• 2.1 对等网络的组织结构设计
• 2.2 网络节点管理
• 2.2.2 节点加入
• 2.2.3 节点退出
• 2.2.4 节点发现
• 2.3 网络节点直接通讯方法
• 2.3.1 网络节点间常见的区域关系
• 2.3.2 点对点通讯连接的建立
• 2.4 对等网络平台的应用
• 2.4.1 应用架构
• 2.4.2 应用实例
• 2.5 小结
• 参考文献
• 第三章 基于对等网络的DICOM影像传输技术研究
• 3.1 DICOM标准传输过程分析
• 3.1.1 DICOM影像存储
• 3.1.2 DICOM影像查询
• 3.1.3 DICOM影像获取
• 3.2 基于对等网络的DICOM传输设计
• 3.2.1 对等网络DICOM传输的要求
• 3.2.2 对等网络DICOM传输过程
• 3.3 实验结果
• 3.4 小结
• 参考文献
• 第四章 基于对等网络的医学图像内容检索技术研究
• 4.1 一般基于内容的医学图像检索方法分析
• 4.1.1 基于内容的医学图像检索的基本原理
• 4.1.2 基于内容的医学图像检索算法分析
• 4.1.3 基于内容的医学图像检索方法技术特点
• 4.2 基于对等网络的医学图像内容检索方法
• 4.2.1 对等网络计算的要求
• 4.2.2 基于对等网络的医学图像内容检索方法
• 4.3 实验结果
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 结论与进一步工作展望
• 攻读硕士学位期间成果
• 致谢