PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座

PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像傳輸PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第1頁(yè)關(guān)鍵點(diǎn)PACS產(chǎn)生原因PACS系統(tǒng)組成醫(yī)學(xué)影像傳輸網(wǎng)絡(luò)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)庫(kù)視頻數(shù)據(jù)模型PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第2頁(yè)P(yáng)ACS產(chǎn)生原因伴隨醫(yī)院中成像設(shè)備尤其是數(shù)字化成像設(shè)備如CT、MRI等普及，醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)量急劇增加，二維數(shù)據(jù)甚至三維數(shù)據(jù)存放、傳送、共享與管理已提到議事日程。PACS就是圖像存檔與通信系統(tǒng)，這一術(shù)語(yǔ)始用于1981年夏，由邁阿密大學(xué)醫(yī)學(xué)院A.JDuerinckx提出。PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第3頁(yè)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)特點(diǎn)類型多規(guī)模大精度高增加快不失真標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)處理難約束復(fù)雜安全性可靠性一致性實(shí)時(shí)性分布性并行性預(yù)操作PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第4頁(yè)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)規(guī)模CT：512×512×12bitsB超：512×512×8bitsMRI：256×256×12bitsDSA：512×512×8或1024×1024×8bits核醫(yī)學(xué)：128×128×16bits數(shù)字化X射線膠片：×2500×12bitsPACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第5頁(yè)傳統(tǒng)膠片缺點(diǎn)數(shù)據(jù)量大，占用醫(yī)院大量資源借還費(fèi)時(shí)一張膠片只能供一人借用，不能多人同時(shí)共享不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察不易對(duì)同一成像設(shè)備在不一樣時(shí)間所成像作前后比較；也不易對(duì)同一病人用不一樣裝置所成像作橫向比較PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第6頁(yè)技術(shù)進(jìn)步使PACS成為可能海量存放器件如光盤(包含可擦磁－光盤及WORM)大量生產(chǎn)，價(jià)格下降計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)技術(shù)成熟，網(wǎng)絡(luò)速度提升圖像數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)成熟高分辨力監(jiān)視器問世PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第7頁(yè)CD-RDVD-RPACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第8頁(yè)MOMODriverPACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第9頁(yè)磁盤陣列PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第10頁(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第11頁(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第12頁(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)成熟PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第13頁(yè)醫(yī)用顯示器PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第14頁(yè)醫(yī)用顯示器PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第15頁(yè)P(yáng)ACS系統(tǒng)組成圖像獲取數(shù)據(jù)庫(kù)管理在線存放離線歸檔圖像顯示及處理與外部信息系統(tǒng)接口膠片打印高速局域網(wǎng)絡(luò)支持遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸廣域網(wǎng)絡(luò)PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第16頁(yè)P(yáng)ACS系統(tǒng)組成PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第17頁(yè)P(yáng)ACS結(jié)構(gòu)視頻采集工作站B超圖像采集工作站X光機(jī)顯示工作站1數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器千兆以太網(wǎng)交換機(jī)內(nèi)窺鏡顯示工作站3顯示工作站4顯示工作站n顯示工作站2光纜百兆以太網(wǎng)交換機(jī)CT圖像采集工作站視頻采集工作站路由器因特網(wǎng)PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第18頁(yè)P(yáng)ACS數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)程與相互關(guān)系PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第19頁(yè)采集計(jì)算機(jī)從成像設(shè)備采集圖像數(shù)據(jù)將不一樣成像設(shè)備制造商各種規(guī)格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成符合ACR-NEMA或DICOMPACS標(biāo)準(zhǔn)格式（數(shù)據(jù)頭格式、字節(jié)次序、矩陣尺寸等）將圖像傳給PACS控制器PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第20頁(yè)采集計(jì)算機(jī)接口分類互連網(wǎng)絡(luò)模式經(jīng)過TCP/IP將采集計(jì)算機(jī)與成像設(shè)備互連，應(yīng)用DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)，易于實(shí)現(xiàn)圖像傳送可由放射成像系統(tǒng)開啟操作（“推”）或由采集計(jì)算機(jī)開啟操作（“拉”）直接接口模式經(jīng)過一片接口卡實(shí)現(xiàn)，比如膠片掃描儀SCSI接口卡、B超視頻采集卡以及CT視頻采集卡連接簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)吞吐速率快，但不適于作二次開發(fā)PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第21頁(yè)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)考慮每個(gè)節(jié)點(diǎn)位置與功效兩節(jié)點(diǎn)間經(jīng)過信息頻度不一樣節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸所需費(fèi)用通信可靠性要求及所需吞吐量網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信線路容量詳細(xì)選擇低速10Mbps以太網(wǎng)中速100MbpsFDDI高速（>155Mbps）ATM網(wǎng)PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第22頁(yè)存檔服務(wù)器圖像接收、暫存、發(fā)送、存檔（分項(xiàng)）檢驗(yàn)編組盤片管理、與RIS及HIS接口PACS數(shù)據(jù)庫(kù)更新圖像檢索、預(yù)取PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第23頁(yè)存檔服務(wù)器PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第24頁(yè)顯示工作站功效病案準(zhǔn)備病案選擇圖像整理文件編制病案介紹分類一級(jí)診療診療工作站，分辨率為2.5K×2K值班醫(yī)生和會(huì)議用工作站，分辨率為1K×1K醫(yī)生桌面工作站，分辨率為512×512高分辨率硬拷貝打印工作站PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第25頁(yè)顯示工作站PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第26頁(yè)顯示工作站PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第27頁(yè)顯示工作站PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第28頁(yè)P(yáng)ACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第29頁(yè)P(yáng)ACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第30頁(yè)P(yáng)ACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第31頁(yè)P(yáng)ACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第32頁(yè)P(yáng)ACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第33頁(yè)P(yáng)ACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第34頁(yè)P(yáng)ACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第35頁(yè)醫(yī)學(xué)影像傳輸網(wǎng)絡(luò)局域網(wǎng)快速以太網(wǎng)FDDIGbit以太網(wǎng)IP網(wǎng)InternetIntranetPACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第36頁(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第37頁(yè)網(wǎng)絡(luò)層QoS保障機(jī)制集成服務(wù)模型：經(jīng)過資源預(yù)留實(shí)現(xiàn)保障。實(shí)施控制負(fù)載服務(wù)和可保障服務(wù)。資源預(yù)留RSVP：由接收方開啟資源預(yù)留。當(dāng)需要服務(wù)時(shí)，發(fā)送方向接收方發(fā)送Path多播分組，說明所要求服務(wù)類型及業(yè)務(wù)流特點(diǎn)。接收方按逆向路徑返回Reserve消息，給出接收方要求服務(wù)質(zhì)量。沿途路由器假如能夠接收，就預(yù)留帶寬和緩存，并統(tǒng)計(jì)流狀態(tài)。不然就匯報(bào)故障。建立好預(yù)留資源路徑后開始傳送數(shù)據(jù)。PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第38頁(yè)網(wǎng)絡(luò)層QoS保障機(jī)制集成服務(wù)模型實(shí)現(xiàn)：路徑上全部路由器必須都支持。假如不能都支持，就只進(jìn)行控制負(fù)載服務(wù)。RSVP協(xié)議實(shí)施。接納控制例程在各結(jié)點(diǎn)調(diào)用。分類器按服務(wù)類型對(duì)分組分類。分組調(diào)度按QoS要求進(jìn)行調(diào)度。PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第39頁(yè)網(wǎng)絡(luò)層QoS保障機(jī)制區(qū)分服務(wù)：利用服務(wù)類型域中優(yōu)先權(quán)、D、T、R設(shè)置區(qū)分服務(wù)類型，確定傳輸方式。需要與ISP協(xié)商取得服務(wù)水平協(xié)定SLA。SLA能夠是靜態(tài)，也能夠是動(dòng)態(tài)。實(shí)現(xiàn)比集成服務(wù)簡(jiǎn)單，服務(wù)種類有限，路由器處理較簡(jiǎn)單。加速轉(zhuǎn)發(fā)確保轉(zhuǎn)發(fā)PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第40頁(yè)網(wǎng)絡(luò)層QoS保障機(jī)制多協(xié)議標(biāo)簽交換MPLS：提供由標(biāo)簽交換路徑LSP組成有效隧道機(jī)制。在分組前面加標(biāo)簽，使路由基于標(biāo)簽而不是基于目標(biāo)地址。標(biāo)簽為內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)表中路由索引。所以查找路由變成了查表操作，加緊了轉(zhuǎn)發(fā)速度而且能夠在沿途保留必要資源。PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第41頁(yè)網(wǎng)絡(luò)層QoS保障機(jī)制流量工程：從防止擁塞角度處理QoS保障問題。提升設(shè)備利用有效性。基于約束路由：路由器選擇最有可能滿足QoS要求路徑。不但考慮滿足QoS要求，而且考慮負(fù)載均衡要求。需要路由器間動(dòng)態(tài)交換狀態(tài)信息。最正確路由約束條件不能太多。PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第42頁(yè)端到端QoS保障QoS規(guī)范：申明傳輸所需要服務(wù)質(zhì)量。QoS參數(shù)：分確定性描述和統(tǒng)計(jì)性描述。每個(gè)層次參數(shù)不一樣。應(yīng)用層：影像分辨率、幀率、同時(shí)質(zhì)量等。傳輸層：比特率、流內(nèi)河流間同時(shí)容限等。網(wǎng)絡(luò)層：比特率、時(shí)延、抖動(dòng)、錯(cuò)誤率等。QoS管理策略：當(dāng)約定服務(wù)質(zhì)量得不到確保時(shí)，QoS自適應(yīng)性能。經(jīng)過降低一些條件或提醒可利用條件，進(jìn)行調(diào)整。服務(wù)費(fèi)用：緩解資源爭(zhēng)奪。PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第43頁(yè)端到端QoS保障QoS預(yù)備機(jī)制QoS映射：將應(yīng)用層QoS規(guī)范自動(dòng)映射到下面各層次，推導(dǎo)各個(gè)層次QoS參數(shù)，使各層次進(jìn)行對(duì)應(yīng)資源配置和管理。有可能雙向映射。低層影響高層設(shè)置。QoS協(xié)商：按參數(shù)和資源分配進(jìn)行雙方協(xié)商。接納測(cè)試：測(cè)試協(xié)商結(jié)果能否滿足QoS要求。主要是共享資源調(diào)度、緩存可分配、帶寬。資源預(yù)留/分配：伴隨協(xié)商和測(cè)試進(jìn)行。預(yù)留方式有WildcardFilter,FixedFilter,DynamicFilter。PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第44頁(yè)端到端QoS保障QoS控制機(jī)制流調(diào)度：在主機(jī)、路由結(jié)點(diǎn)傳送分組策略。如公平隊(duì)列、抖動(dòng)等。流整形：流量平滑。如漏桶算法、令牌桶算法。流監(jiān)管：對(duì)用戶（源）在通信過程中是否恪守約定QoS規(guī)范監(jiān)測(cè)。流量控制：流同時(shí)：PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第45頁(yè)端到端QoS保障QoS管理機(jī)制：QoS監(jiān)測(cè)：服務(wù)提供者是否信守約定QoS契約。可選項(xiàng)。QoS維護(hù)：將監(jiān)測(cè)到QoS與期望QoS比較，向系統(tǒng)匯報(bào)結(jié)果，進(jìn)行資源調(diào)整。QoS縮放：服務(wù)水平按實(shí)際情況調(diào)整。端到端重新協(xié)商：進(jìn)行資源再分配。QoS過濾：當(dāng)QoS失敗時(shí)，經(jīng)過丟幀，確保高優(yōu)先級(jí)分組傳輸。PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第46頁(yè)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)庫(kù)視頻數(shù)據(jù)庫(kù)層次結(jié)構(gòu)：媒體支持層：對(duì)視頻原始信息進(jìn)行分段及識(shí)別等操作。數(shù)據(jù)模型層：邏輯存放向物理存放映射。視頻用戶接口層：完成用戶對(duì)視頻信息查詢描述和查詢結(jié)果表現(xiàn)。用戶用戶接口層數(shù)據(jù)模型層媒體支持層PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第47頁(yè)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)庫(kù)框架用戶界面超文本導(dǎo)航多媒體查詢媒體編輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義視頻對(duì)象合成信息文本DBMS影像DBMS視頻DBMS文本統(tǒng)計(jì)影像統(tǒng)計(jì)視頻統(tǒng)計(jì)交互層管理層數(shù)據(jù)合成層邏輯管理子層物理管理子層PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第48頁(yè)醫(yī)學(xué)影像內(nèi)容屬性顏色：常由顏色直方圖表示，反應(yīng)像素在彩色空間分布情況。區(qū)域直方圖。紋理：局部區(qū)域內(nèi)展現(xiàn)不規(guī)則性，但在整體上表現(xiàn)出規(guī)律性。對(duì)象特征：關(guān)鍵對(duì)象特征，如大小、位置、形狀等。邊緣特征：邊緣組成集合，能夠抽象地表示影像內(nèi)容如輪廓、相對(duì)位置關(guān)系等。視頻對(duì)象：由一系列靜止圖像組成，基本組成單元為幀。內(nèi)容屬性是關(guān)鍵性幀在內(nèi)容上顯現(xiàn)出來特征。PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第49頁(yè)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)庫(kù)影像內(nèi)容屬性提?。菏止し绞阶詣?dòng)方式混合方式PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第50頁(yè)視頻數(shù)據(jù)模型支持多層視頻結(jié)構(gòu)抽象支持時(shí)空關(guān)系支持視頻解釋視頻數(shù)據(jù)獨(dú)立性PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第51頁(yè)時(shí)間描述類模型時(shí)間線模型時(shí)間線模型時(shí)間Petri網(wǎng)模型時(shí)間層次模型時(shí)間關(guān)系模型基于時(shí)態(tài)區(qū)間模型PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第52頁(yè)代數(shù)視頻數(shù)據(jù)模型基本特點(diǎn)：支持嵌套視頻結(jié)構(gòu)單元可表示視頻段時(shí)間組成定義了視頻段表現(xiàn)特征提供了與邏輯視頻段相關(guān)內(nèi)容信息提供了基于內(nèi)容、結(jié)構(gòu)及空間信息存取PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第53頁(yè)視頻代數(shù)Creation（創(chuàng)建）：由原始視頻定義視頻表示式結(jié)構(gòu)。Composition（合成）：定義子結(jié)點(diǎn)之間時(shí)間關(guān)系。Presentation（表現(xiàn)）：為所包含子結(jié)點(diǎn)定義空間布局。Description（描述）：把內(nèi)容屬性與代數(shù)視頻結(jié)點(diǎn)聯(lián)絡(luò)起來。PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第54頁(yè)視頻查詢代數(shù)正則集合運(yùn)算：AND，OR，MINUS時(shí)態(tài)集合運(yùn)算：tAND,tOR,tMINUS過濾運(yùn)算：tREDUCE合成運(yùn)算：Decompose,MapToComposition,MapToStream瀏覽運(yùn)算：ANNOT,STRUCTPACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第55頁(yè)視頻數(shù)據(jù)索引對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行索引過程就是對(duì)視頻和元數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化過程。定義：給定一條視頻數(shù)據(jù)V和一個(gè)視頻數(shù)據(jù)模型Vap，用數(shù)據(jù)V實(shí)體化模型Vap過程稱為視頻索引?；趦?nèi)容檢索(ContentBasedRetrieval)：依據(jù)媒體和媒體對(duì)象內(nèi)容語(yǔ)義及上下文聯(lián)絡(luò)進(jìn)行檢索。PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第56頁(yè)視頻索引分類基于注釋索引(Annotation-basedIndexing)：對(duì)視頻模型中定性特征建立索引。高級(jí)索引?；谔卣魉饕?Feature-basedIndexing)：對(duì)視頻模型中定量特征建立索引。低級(jí)索引?；谔囟I(lǐng)域索引(Domain-specificIndexing)：專門針對(duì)某個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域建立索引。普通有固有模式。PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第57頁(yè)視頻數(shù)據(jù)查詢基于內(nèi)容視頻檢索特點(diǎn)：從視頻數(shù)據(jù)中提取信息線索是一個(gè)近似匹配大型數(shù)據(jù)庫(kù)快速檢索PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第58頁(yè)視頻數(shù)據(jù)查詢和檢索過程初始查詢說明相同性匹配按相同度大小排列返回給用戶特征調(diào)整逐步縮小查詢范圍，直到取得滿意結(jié)果。PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第59頁(yè)P(yáng)ACS拓?fù)鋵?shí)例PACS系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像的傳輸專家講座第60頁(yè)P(yáng)ACS