浅谈医学影像诊断设备软件的标准化

1浅谈医学影像诊断设备软件的标准化西门子迈迪特（深圳）磁共振有限公司王爱萍刘克成引言随着一些全新的数字化影像技术陆续应用于临床，如CT（ComputerizedTomography），MRI（MagneticResonanceImaging,磁共振成像)，CR（ComputerizedRadiology），DR（DigitalRadiology），DSA（DigitalSubtractionAngiography），PET（PositronEmissionTomography）等，医学影像诊断设备的电脑化、网络化已逐步成为影像科室的必然发展趋势。影像技术的不断发展和信息技术的日新月异，对影像诊断设备的操作管理软件提出了愈来愈高的要求。新的影像诊断设备软件不再仅仅是一种设备的操作控制平台，而应该是满足所有医学影像任务、应用和系统设置，最终覆盖整个医学影像应用的全面软件解决方案。一种标准化的医学影像诊断设备软件，既能满足各种影像诊断设备的需要，又是医学影像诊断设备软件的一场革命。本文就医学影像诊断设备软件新进展作一简单的介绍。一、硬件系统的通用性由于数字化影像设备输出的数据量大，要求数据处理的实时性高，以MRI（磁共振成像）为例，数据采集速率最高达到33Mb/s，一幅256X256图像的重建要求在50ms以内完成。在做某些检查时，如心脏成像、实时动态定位，更要求实时重建和显示图像。因此，影像设备软件对计算机硬件的性能要求很高。几年前，大型影像设备的计算机系统庞大，一般用户界面前端为专用的小型工作站，数据的接收和重建由专用的阵列处理机（ArrayProcessor）完成。建立在这样的计算机硬件平台上的软件系统的弊端是显而易见的：软件与硬件的结合紧密，专用性太强，设计复杂，维护、升级很不容易，不能跟上计算机技术发展的主流；不通用，用户操作使用不便。从数据处理的角度来看，MR系统可简化为几个大的模块，如图一所示。其中，主机（主控台）部分实现参数输入、图像浏览等用户操作界面；扫描控制部分控制系统各硬件组件，根据系统和用户的设置，生成不同的射频、梯度信号，运行脉冲序列，产生包含诊断信息的原始数据；图像重建部分采集和接收原始数据，经过适当的计算，生成包含诊断信息的有明确意义的图像。图一、MR系统计算机控制部分的示意图扫描控制部分要完成各种实时处理的任务，如实时控制脉冲序列的运行，各种门控（如心电门控，呼吸门控）信号的控制，数据的采集接收等。在整个系统中，扫描控制部分与系统硬件组件结合紧密，从系统的整体性能（如实时控制和数据通讯的速度和吞吐量）考虑，一般采用专用的工业处理机及专用芯片。2图像重建部分对原始数据作重建计算及必要的预处理。某些影像系统软件将图像重建的任务也放在扫描控制处理器上完成，这种设计的缺点是整个扫描控制/图像重建系统专用性太强，与系统硬件结合太紧密。实际上因为图像重建和处理完全可以独立于系统控制硬件，将图像重建在另外的通用计算机硬件平台上实现，更有利于软件系统设计的模块化，有利于整个系统软件的维护和升级。由于MRI系统的数据量大，又有实时处理和显示的要求，图像重建及图像后处理，特别是三维图像后处理对计算机性能有很高的要求。由专用的阵列处理机实现图像重建，由基于Unix操作系统的小／微型工作站（如SunSparc等）承当主机控制台，曾经是众多影像设备厂家不得已的选择。这种硬件平台由于其软硬件设计的局限性，价格昂贵，系统的发展和扩充受到限制，与软件设计的主流不相适应，已逐渐受到人们的摈弃。近年来个人计算机软硬件技术得到迅速发展，PC（个人计算机）的性能已经能够满足影像设备数据处理的要求，数据的重建计算机和用户操作控制平台及诊断工作站均可以由普通PC机承担。以PC机和广为接受的WindowsNT/2000操作系统为软件开发平台，影像设备软件可以直接受益于PC机及其软件的发展，并能跟上计算机技术发展的主流，这是标准化医学影像诊断设备软件的主要趋势。二、软件系统的标准化软件的标准化在最终用户端体现为一致的用户界面设计，为用户在不同的影像设备上（如CT，MR）和诊断工作站上提供一致的工作环境。软件设计针对整个医学诊断影像软件领域，提供全面的解决方案。在这一方面，西门子公司的syngo(“新沟通”)软件走在医学诊断影像软件领域的最前列。syngo软件简要地说，有如下几方面的特点：图二、一致的用户界面１）支持临床工作流程标准化软件设计的中心思想是“以人为本”，按照临床工作的流程进行设计。以前大多数影像软件的设计是从数据处理的角度出发，只是单一地完成影像设备本身应具备的功能，不考虑医院工作的整体流程，是单立式的设计，更多的是“计算机化”而不是“临床应用化”，因而不能通用于不同的影像设备，更不能满足临床工作日益增长的需要。syngo软件的设计从一开始就是一体化的设计，目的是将病人从送检到交费整个完整的临床工作流程无缝集成到影像设备软件系统，从而提供一种满足所有医学影像任务、应用和系统设置，最终覆盖整个医学影像应用的全面软件解决方案。syngo的任务卡概念支持并行处理，不同任务（或不同的应用）之间易于切换，不同任务之间的数据交换简便。例如，病人图像可以装入多个任务卡，如即可检查3时作为参考图像，又可同时用于评价和照相。标准化的工作流程最大程度简化日常常规检查，常规任务可以设定为手动、半自动或自动地执行。例如，CT和MR的预置检查队列，NM的处理流程，不同检查类型照片版面的预置，图像数据的自动按时存档。工作流程还可由用户灵活设置，满足不同用户的需要。对临床工作流程的支持使用户节省时间、提高工作效率，使软件的操作贴近实际的工作流程，简化工作强度。２）适用于各种医学影像任务、应用和系统影像设备软件的公共功能：病人登录、数据管理、图像评价、照相排版、通用二维／三维图像后处理、网络传输等功能适用于所有医学影像设备；同时又能为不同设备设置不同的配置，如MR检查的病人登录要求输入病人体重，而CT检查要求输入病人身高。通用的界面减少用户培训时间，提高在不同系统不同设备间工作的效率。设备的通用应用功能结合特殊临床应用，使用户的投资更可靠。３）简单易用的用户界面标准化的影像设备软件将Windows的操作扩展到医学影像应用上，用户界面的操作基于Windows的操作使用惯例，如图标–菜单–鼠标光标，鼠标拖拉，多重选择，提示条，通用词语，通用符号等，并提供在线帮助，多国语言。用户可以很快地掌握基本操作技能。交互的直观的用户界面还体现在“所见即所得”，如虚拟胶片显示。４）完善的软件功能完善的软件功能有通用的病人登录、病人/图像数据浏览、各种图像评价/后处理、3D图像评价和后处理（MIP/MPR/SSD等），图像胶片打印/排版，图像存档/网络传输等，和设备特有的软件功能：MR检查、CT检查、心脏功能分析、BOLD（血氧水平依赖性成像）图像后处理、MR波谱图像后处理等。作为标准化的软件系统，不仅要具备通用的完善的软件功能，而且要根据不同设备配置特殊功能的处理软件包，而且能随着应用的发展不断扩充新的临床应用软件包。三、网络互连与互操作在网络化的工作环境中，数字化影像设备和医学影像存储传输系统（PACS）、医院信息管理系统（HIS）/放射科信息管理系统（RIS）之间在局域网内实现信息、图像的传输交换。另一方面，影像设备还通过广域网与远程计算机实现信息传输。4图三、医学影像诊断设备的网络化工作环境为了实现各个厂家的各种数字化影像设备的集成，需要规范医学图像网络存储和通信的标准。经过近二十年的发展，DICOM3.0已为国际上影像设备厂商公认接受，成为医学数字成像和通讯的国际性统一信息标准，它利用标准的TCP/IP(TransferControlProtocol/InternetProtocol)网络环境来实现医学影像设备之间的直接联网。DICOM标准为在标准网络框架内不同来源的医学影像设备间互联、影像相互交流和操作提供了技术实现的可能性。目前医疗影像设备厂商一般都以DICOM兼容性声明方式提供符合DICOM标准的医疗设备。由于DICOM相当庞大，各厂商的医疗设备遵循的标准基本上只是DICOM标准的子集。图四、影像设备的DICOM工作流程标准化的医学影像诊断设备软件应提供一致的、尽可能完善的DICOM服务，并能随着DICOM标准本身的发展和完善而扩充。对于医学影像诊断软件来说，完整的DICOM／网络功能应包括：-DICOM工作列表，处理来自HIS/RIS系统的预约病人。-DICOM打印，图像打印到各种DICOM网络相机和打印机。-DICOM网络存储/存储确认，图像存储到网络工作站。-DICOM媒介存档，多种媒介（如光盘、磁光盘等）的存档，与PACS系统相连-DICOM影像查询/检索-DICOMMPPS（ModalityPerformedProcedureStep），向RIS系统提供病人检查信息报表。四、设备远程维护和支持医学影像诊断设备日益复杂，设备的维护和应用支持日见重要。通过远程维护和支持可以预先监控系统，解决潜在的问题，使系统的故障率降低；在系统需要维修时，通过远程诊断和修复，准确地分析和解决问题，大大缩短维修时间。因而远程维护和支持成为大型医学影像诊断设备软件的发展方向之一。远程诊断服务器基于Internet/协议访问本地影像系统，执行某些授权操作，如系统参数调整、系统部件功能测试，实现设备的远程诊断和修复；远程软件升级；预防性的系统监控和对系统参数偏差的自动反应；远程使用管理和远程性能分析；通过ftp（FileTransferProtocol）协议，本地影像系统还可以向远程服务器自动上报系统状态参数，传输图像文件。软件通过成熟的程序和限制性访问保证病人数据的高度安全性，远程维护功能的范围和级别由用户设定。远程网络的构建可以利用公用电话网、ISDN技术或数字专线。5五、影像设备软件的开放系统结构标准化的影像软件系统要适用于不同的影像设备，必须具备开放的系统结构，使得系统易于裁剪、配置和扩充。以西门子公司开发的syngo软件为例，系统设计采用独特的开放系统结构：在WindowsNT/2000操作系统上构造syngo软件平台，提供数据库、图像处理、DICOM/网络功能和应用程序框架等基本服务；在syngo软件平台上建立各种应用程序模块，包括影像软件的通用应用软件包，实现图像评价、3D处理、胶片打印等通用功能；和一些特定设备的应用功能，如MR检查功能，MR特定的评价应用软件包；最上一层构成通用的用户界面。图五、syngo软件结构示意图开放系统结构使得通过对软件系统的裁剪和配置，软件可以通用于不同的影像设备，实现影像设备软件的标准化。模块化开放式的结构使得系统易于扩展新的应用和新的设备。现在，西门子公司已有愈来愈多的医疗产品使用syngo软件系统，如MR，CT，AX，NM等。小结本文从几个方面讨论了医学影像诊断设备软件的标准化问题。syngo作为独一无二的一体化设计的影像软件具备的主要特点在于：采用通用的PC机和WindowsNT/2000操作系统，使计算机的软硬件能跟上技术发展的主流；支持临床工作流程，简化操作步骤，提高操作灵活性和效率；简单易用的用户界面和完善的软件功能；提供应用于不同设备、不同系统上的通用的用户界面和工作环境，减少用户培训时间，提高在不同系统不同设备间工作的效率。远程维护和支持功能使系统的故障率降低，维修时间缩短，使用户的投资更可靠。系统的开放结构设计使软件能够随着临床需要不断扩充系统的应用，保证技术上的领先。作为医学影像诊断设备软件标准化设计的先行者，syngo软件设计理念使系统的使用从“技术型”转变为临床诊断工作流程型，这将是新的医学影像诊断设备软件的发展主流。