医学影像管理系统的设计与实现.docx
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医学影像管理系统的设计与实现
医学影像管理系统的设计与实现
医学影像管理系统的设计与实现
摘要
随着计算机技术的发展，医学影像技术得到了迅猛的发展，并已经成为现代医疗诊治中不可缺少的手段。
目前大多数中等以上的医院已经基本建立了自己的医院信息系统（HIS，HospitalInformationSystem），医院传统的影像工作管理方式已经逐步被PACS（PictureArchivingandCommunicationSystem）所取代。
PACS中的各类医学影像管理系统也已经在医院中广泛应用。
因此，如何利用医学影像管理系统管理好医院影像信息已逐渐引起了大家的重视。
本课题从医院影像工作的工作流程入手，对医学影像管理系统进行研究分析。
通过分析归纳，将医学影像管理系统划分为以下几种基本的模块：
患者信息管理模块、图像后处理模块、图文报告模块和系统设置模块。
以医院影像科室的工作基本流程为基础，进行用户需求分析、设计，利用VisualBasic6.0编程语言和Access2003数据库系统针对以上影像工作的各个模块进行开发，实现了一套模块化的医学影像管理系统。
通过研究，开发完成了整个医院的各种设备使用的影像管理的统一模板，完成对影像信息的统一管理。
测试表明，这套医学影像管理系统模板可以在临床各科室使用，基本满足临床需要。
因此，通过这套医学影像管理系统降低了医院影像管理的成本，便于医院影像的统一管理。
关键词：
医学影像管理系统，影像管理，图像后处理，VB，数据库
前言
信息技术是现代文明的基础，是开展科学研究和技术开发的重要支撑手段，是高新技术中的关键技术。
信息技术的发展，直接影响着社会生产力和综合国力的变化。
近50年来，由于半导体、计算机和通信技术的迅猛发展，数字化的信息已经渗透到了与人们生活密切相关的各个领域。
在医学图像处理领域，放射学的迅速发展，为医疗诊断提供了多种人体成像技术，例如：
CT、MRI、DSA（数字减影）、NM（核医学成像）、US（超声扫描显像装置）、CR（计算机投影射线照相术）、PET（正电子发射断层X线照相术）等。
这些新的医学成像技术为临床诊断提供了丰富的影像学资料，在相当程度上提高了医疗机构的诊断和治疗水平，但同时也使得如何有效地管理、处理和利用大量繁杂的医学图像资料的问题日益突出，亟待解决[1]。
医学影像管理系统是近年来随着数字成像技术、计算机技术和网络技术的进步而迅速发展起来的,旨在全面解决医学图像的获取、显示、存储、传送和管理的综合系统。
医院引入医学影像管理系统给医院带来了众多的好处：
图像均采用数字化存储，节省了大量的介质（纸张，胶片等）并节省了大量的介质管理费用；数字化使得在任何有网络的地方调阅影像成为可能，大大提高了医生的工作效率；通过数字化，可以大大简化医生的工作流程，把更多的时间和精力放在诊断上，有助于提高医院的诊断水平；典型的病历图像和报告是非常宝贵的资源；通过远程医疗，可以促进医院之间的技术交流，同时互补互惠互利，促进双方发展。
本论文主要是利用的VisualBasic6.0，（是微软公司推出的基于Basic语言的可视化编程环境），和数据库工具Access2003针对以上影像管理系统的各个模块进行设计开发研究。
通过本次的研究设计，以期待能达到对整个医院的影像管理有一个统一的模板，通过对模板的简单修改而成为不同的影像管理系统，从而降低开发成本以及医院的影像管理的成本；很方便将影像管理系统组建局域网，以便医院医学影像管理系统的建设；这也正是医学影像管理系统的发展方向。
第一章绪论
§1.1医学影像管理系统在国内外的发展现状
目前，医学影像管理系统系统已有了一定的发展。
从国际上看：
1997年11月,美国军方宣布,将投资2.5亿美元，委托德国AGFA公司对美军基地和军舰的医疗单位进行医学影像管理系统的一期建设，为期一年，全部系统建设预计耗资15亿美元。
从80年代初提出医学影像管理系统概念到90年代初欧美国家及日本建造一些实用的医学影像管理系统，经历10年。
进入90年代末期，计算机性能的大幅提高以及网络通讯技术的高速发展使得医学影像管理系统终于可以建立在被多数医院接受的水平上。
在美国，拥有许多医疗影像诊断与Internet相结合的医学影像管理系统，随着网络IT技术的发展，实现了真正意义的远程会诊，并将实现无胶片化；在欧洲，医学影像管理系统与医院信息系统融合，形成日趋爆炸的医学信息网并产生了越来越多的应用方向;在亚洲一些发达国家，如日本、韩国、我国台湾地区，经过几年的发展，特别是一些国家的政府大力扶持之下，医学影像管理系统已经实用化。
在我国：
已有众多的公司在试制、联系、试行或实施医学影像管理系统。
各类单机管理系统已被大多数中小医院接受，实现了本台设备的数字化功能升级，显示出明显效益。
如河南省医学影像研究所CT室应用后，年节省资金30多万元。
但应注意的是，凡不具备DICOM3.0标准的管理系统都不应考虑。
因为与HIS融合时还要重复花钱。
目前，国内具有国家、国际水平的系统，并进入大中医院实际运行的不超过5家。
所以，建成适合中国国情的系统，是我国网络、影像、管理专家义不容辞、刻不容缓的职责与义务[2]。
§1.2医学影像管理系统发展趋势
随着计算机技术的发展，医学影像管理系统也有着突飞猛进的发展。
主要表现在以下几个方面：
1、医学影像管理系统中的图像格式统一DICOM标准既是医学图像格式标准，又是医学图像通信标准。
DICOM标准采用面向对象的方法，并按照E-R（Entity—RelationshipModel）模型描述信息对象（如医生、病人、病例、诊断、图像等）的属性及其相互关系。
病人、检查、系列、和图像构成实体，他们分别有自己的属性，而这些实体之间存在包含关系。
具体的说“病人”是第一层源实体，一个病人包含一个或多个目标实体“检查”，“检查”又称为第二层源实体，每个检查包含一个或多个新的目标实体“系列”，每个“系列”又包含单或多帧“图像”[3]。
各种设备的医学影像管理系统将采集到的医学图像向DICOM格式转换，将逐步向医学影像管理系统靠拢。
将医学图像和患者信息纳入网络，以达到信息共享，提高工作效率，提高患者确诊率和治愈率。
医学影像管理系统在不久的将来全面应用于医院影像领域势在必行[4-5]。
2、医学影像后处理功能的开发实现，立体三维重建
现在较为流行的仿内窥镜功能、三维重建功能的实现。
针对一幅医学图像中感兴趣区域（ROI，RegionOfInterest）进行分割与提取，并进行无损压缩，以保证图像病灶信息无损压缩[6]。
这些都是图像后处理功能的发展。
3、辅助诊断功能的发展
计算机辅助诊断功能（Computer—AidedDiagnosis，CAD），其目标是实现对大量医学数据的高效管理并发现数据中存在的关系和规则，能够根据现有的数据预测未来的发展趋势。
在医学影像方面主要是通过利用计算机进行数据处理和图像分析，检出病灶并可鉴别病变的性质[7-8]。
因此，这也是医学影像管理系统的一个发展方向。
4、医学影像管理系统的统一化、模块化的发展
医学影像管理系统由于医学影像设备的多元化，也造成了其多元化。
这对医学影像管理系统建设很不利。
又由于医学影像管理系统的功能发展，为软件升级和开发方便，势必要求走上数据库结构、图像格式的统一化以及软件结构模块化的道路[9]。
§1.3本文所做工作
本文从对我国几家医院实际调研和开发医学影像管理系统过程中遇到的问题出发，对医学影像管理系统设计与实现进行了研究，整个论文主要内容包括：
第一部分医院影像管理系统发展的历程。
在分析了课题相关的技术背景及国内发展状况的基础上，预测了其发展趋势，并说明本课题的研究目的和意义。
第二部分医学影像管理系统设计的需求分析。
包括对系统的各级用户，包括患者、医师，影像操作人员进行了全面细致的调研，在认真分析了当前医学影像管理业务流程和数据信息的基础上，明确了系统的用户在功能和性能等方面的需求。
第三部分医学影像管理系统分析及整体设计。
首先对系统设计有关的理论知识进行了介绍，主要内容包括VB、Access的介绍，数据库的定义、数据模型等，为下一步的系统开发提供了方便的应用工具。
然后依据本系统的设计思路和原则，构建了系统的总体功能结构，将整个应用系统划分为患者信息、图文报告、图像后处理、医院信息等模块。
第四部分各模块设计与实现。
对系统划分为的各模块患者信息、图文报告、图像后处理、医院信息进行详细的说明。
通过系统测试实现系统预期功能。
第二章医学影像管理系统需求分析
§2.1医学影像管理系统的开发背景
随着医学科学和临床科学向着微创、低剂量辐射、高效的诊断和治疗的发展，以及计算机技术的发展，作为医学科学和临床科学的一线单位——医院，已经开始向着信息化、数字化方向发展。
目前大多数医院已经基本建立了医院信息系统，医院传统的影像工作管理方式，已经不能适应信息化的发展，医学影像在诊治中被广泛应用。
这就将医学影像的如何有效的管理提到历史日程上，需要迫切解决，因而产生了医学影像管理系统[10]。
§2.2医学影像管理系统的需求任务及原则
系统需求是指用户对目标系统在功能、行为、性能、设计约束等方面的期望。
需求分析所要做的工作就是深入描述系统的功能和性能，确定系统设计的限制，定义系统的其它有效性需求，通过对应用问题及其环境的理解与分析，对问题所涉及的信息、功能及系统性为建立模型，将用户需求精确化、完全化[11]。
需求分析的基本任务包括：
收集来自用户各个方面对系统功能的要求，这些需求的表现形式是多样的、不系统的，有些甚至是不是十分明确；对得到的需求进行补充、完善和加工，利用系统开发的描述工具如数据流图、数据字典等表示出软件项目的逻辑结构；利用分析与综合的思想进行进一步的整理，形成需求说明书，以及其他相关的开发的文档，这些文档为后期的系统开发提供依据。
医院影像管理系统以解决医院全面应用软件进行影像管理工作的需求为出发点构思。
在系统总体规划中，应把握先进性、安全性、可扩展性和集成性四项基本原则[12]。
1、先进性原则
设计方案立足先进技术。
在服务器和网络方面以优化通信流量，提高医学影像管理系统的管理性和安全性为重点，尽量采用领先成熟的技术。
2、安全性原则
医院影像管理系统要解决的安全问题包括非授权使用、非法入侵、服务失效、不可否认和交易信息泄漏。
系统采用防火墙技术，隔离Internet，一方面可以防范公用网上非法用户的访问，另一方面可以防止中心的一些重要数据被不合法用户所获取。
3、可扩展性原则
医学影像管理系统中所有功能均考虑到随着应用的逐步完善和患者信息的逐渐增加，系统还能够进行不断扩展的要求。
4、集成性原则
软硬件系统之间可以方便的实现集成，使用户无需花费过多的精力从事与系统平台的集成，而将精力集中到应用软件的开发和推广中，从时间和进度上促进本项目的成功。
集成的应用系统降低了系统维护的难度和要求，方便用户日后的应用和管理[13]。
§2.3现行医学影像管理流程
通过对医院医学影像管理部门、信息部门、使用部门的详细调查，并与医生，护士以及设备使用人员研讨交流后，对当前医院的医院影像信息管理工作情况和业务过程有了全面的了解。
当前，医院的医院影像管理业务可以分为患者信息、影像信息、医院信息和影像处理，病例报告等内容。
其工作流程如图2-1所示：
预约登记
检查登记
采集图片
影像处理
书写报告
查询
图2-1医学影像管理工作流程
§2.4用户对系统功能要求
用户是系统的最终操作者，因此，在系统设计过程中，应考虑到用户对系统的要求，合理设计模块使其达到用户所需的功能：
患者管理：
包括患者预约登记、检查登记、患者信息查询。
对患者情况可以进行详细登记，检查部位可以添加多个不同的部位；检查设备；患者信息删除、修改要有权限；检索功能包括按照病人姓名或就诊科室进行检索统计。
图文报告：
包括病例报告和浏览图片。
可以自由调用模板病例，并能进行增添，报告中带的影像可以2—4幅自由取舍。
图像后处理模块：
对医学影像进行放大、缩小、旋转等各种变换和处理。
医院基本信息管理：
包括医院科室信息、医院员工信息、医院设备信息管理。
可以在权限范围内进行修改；科室、员工、检查设备等内容的修改，检索，查询、删除等项操作。
§2.5系统性能要求分析
1、精度要求
医学影像是十分精密的图片，在精度有很高的要求，根据用户的使用需要，在医学影像数据的输入、输出及传输过程中，要求本系统能满足各种精度的要求。
2、时间特性需求
医院在治病救人的过程中非常讲究时效性，在软件方面，响应时间、更新处理时间都要求迅速，从而满足用户要求。
3、灵活性需求
由于不同的影像设备的用户需求不同，当操作方式，运行环境，结果精度，数据结构与其它软件接口发生变化时，就要求涉及的软件要求能做适当的调整。
4、保密性要求
医院信息安全关系到病人的个人隐私，以及病历资料的准确性，要充分考虑系统自身的安全保密性能，以防止未授权的用户使用该系统。
5、其他要求
医学影像管理系统面对的用户群很庞大，为了方便用户使用，系统用户界面应直观明了，操控便捷；系统应该有很好的可扩展性。
第三章医学影像管理系统总体设计
§3.1医学影像管理系统开发工具介绍
§3.1.1医学影像管理系统开发工具的选择
1、本设计所采取的方案
目前设计一个系统软件可以采用多种方案：
方案一：
VisualBasic6.0数据库为MicrosoftAccess2003；
方案二：
VisualBasic6.0 数据库为Sqlserver2000；
方案三：
VisualFoxpro6.0 数据库为VisualFoxPro自带数据库。
根据课题说明，以及结合需求分析阶段得到的用户需求。
经仔细考虑，确定如下的设计方案即方案一：
（1）系统开发语言：
VisualBasic6.0；
（2）数据库：
MicrosoftAccess2003。
2、采用此方案的原因
VisualBasic是近期比较热门的数据库系统开发平台，尤其在国外使用的频率是相当高的，从数据库管理、客户/服务器软件到Internet/Intranet分布式应用程序的开发，VisualBasic6.0都能胜任，目前在国内也有很大的市场。
VisualFoxpro6.0是基于FoxBASE语言的特点，可以单独运行数据库应用系统，适合办公管理人员操作管理数据[14]；而Access是一个数据库管理系统，它之所以被集成到Office中而不是VisualStudio中，是因为它与其它的数据库管理系统（如VisualFoxPro）相比更加简单易学，一个普通的计算机用户即可掌握并使用它。
而且最重要的一点是，Access的功能足够强大，足以应付一般的数据管理及处理需要。
§3.1.2VisualBasic6．0开发工具
目前用于数据库开发的工具有很多，包括VisualBasic、Delphi、PowerBuilder、Java、VisualC++、VisualFoxPro、Access等。
本系统采用VisualBasic6．0作为数据库开发工具。
VisualBasic6．0是微软公司于1998年推出的可视化编程工具MSDN之一，是目前世界上使用最广泛的程序开发工具之一。
它提供了Windows应用程序非常简单、快捷的开发方法。
VisualBasic6．0企业版包括专业版的全部功能以及BackOffice工具。
具有的一些特性比如：
数据访问的特性：
ADO（ACTIVEDATAOBJECT）数据访问技术，使之能更好的访问本地和远程数据库；Internet访问功能；一些新的控件[15-16]。
VisualBasic以其简单易学、功能强大、面向对象变成的特点，在Windows操作系统中，它是最简单的数据库开发平台，通过它可以在很短的时间内开发出高效、美观的数据库应用程序，在本系统的开发过程中，其优势如下：
1、具有面向对象的可视化编程工具
传统的高级语言编写程序（如VisualC++，Delphi），对界面的设计和算法的实现，都要靠编写大量的代码来完成。
用VisualBasic不需要辨析大量代码去描述界面元素的外观和位置，只要把系统与县建立的部件对象放在窗口中并进行一定的属性设置，就可以快速地构造出美观、友好、实用的界面，大大简化了界面设计的方法，提高了编成效率。
2、采用“事件驱动”的编程机制
传统的编程方式是面向过程的（如VisualFoxPro），不具有现代语言的高级特性，开发人员必须采用将要处理的事务编写出一个完整的程序，计算机按照程序的流程运行。
VisualBasic采用可视化图形用户面编程，开发人员只需为各个对象分别编写程序代码，编写的代码一般很短，各对象是由“事件”（如用户的键盘或鼠标操作、系统消息、程序触发）来驱动器内部代码执行，对象之间的动作顺序，由程序的使用者灵活控制。
3、支持C／S的体系结构
本系统在设计中采用了C／S体系结构，VisualBasic能够支持这一体系结构的开发。
而VisualFoxPro开发出来的系统是单层结构，不符合C／S体系构架的要求。
Java主要开发B／S结构，对一些中小型的基于C／S结构数据库可应用程序不合适。
4、强大的数据库技术支持能力
VisualBasic支持ADO、DAO、RDO、ODBC等数据库开发技术，可以利用数据控件或ADO访问数据库，获得后台的数据源支持，是前台界面与数据处理功能结合起来。
Access只是一个桌面数据库系统，对数据库的高级特性支持上还有一定的限制，且不支持并发访问。
VisualC++在数据库的开发方面的应用不是很广泛，只有比较大型的、商业性强的软件才会采用VisualC++来开发。
而Delphi开发数据库程序经常需要单独安装BDE引擎，相对而言较为麻烦[17]。
§3.1.3Access2003开发工具
数据库软件的选择Access2003是微软公司推出的基于Windows的桌面关系数据库管理系统（RDBMS），是Office系列应用软件之一。
该数据库安装和使用很简单和方便。
它提供了表、查询、窗体、报表、页、宏、模块7种用来建立数据库系统的对象；提供了多种向导、生成器、模板，把数据存储、数据查询、界面设计、报表生成等操作规范化；为建立功能完善的数据库管理系统提供了方便，也使得普通用户不必编写代码，就可以完成大部分数据管理的任务[18]。
Access是一种关系型数据库管理系统，其主要特点如下：
1、存储方式单一
Access管理的对象有表、查询、窗体、报表、页、宏和模块，以上对象都存放在后缀为（.mdb）的数据库文件种，便于用户的操作和管理。
2、面向对象
Access是一个面向对象的开发工具，利用面向对象的方式将数据库系统中的各种功能对象化，将数据库管理的各种功能封装在各类对象中。
它将一个应用系统当作是由一系列对象组成的，对每个对象它都定义一组方法和属性，以定义该对象的行为和外观，用户还可以按需要给对象扩展方法和属性。
通过对象的方法、属性完成数据库的操作和管理，极大地简化了用户的开发工作。
同时，这种基于面向对象的开发方式，使得开发应用程序更为简便。
3、界面友好、易操作
Access是一个可视化工具，是风格与Windows完全一样，用户想要生成对象并应用，只要使用鼠标进行拖放即可，非常直观方便。
系统还提供了表生成器、查询生成器、报表设计器以及数据库向导、表向导、查询向导、窗体向导、报表向导等工具，使得操作简便，容易使用和掌握。
4、集成环境、处理多种数据信息
Access基于Windows操作系统下的集成开发环境，该环境集成了各种向导和生成器工具，极大地提高了开发人员的工作效率，使得建立数据库、创建表、设计用户界面、设计数据查询、报表打印等可以方便有序地进行。
5、Access支持ODBC（开发数据库互连，OpenDataBaseConnectivity），利用Access强大的DDE（动态数据交换）和OLE（对象的联接和嵌入）特性，可以在一个数据表中嵌入位图、声音、Excel表格、Word文档，还可以建立动态的数据库报表和窗体等。
Access还可以将程序应用于网络，并与网络上的动态数据相联接。
利用数据库访问页对象生成HTML文件，轻松构建Internet/Intranet的应用[19]。
§3.1.4ADO简介
ADO（ActiveXDataObjects）是微软提供对各种数据格式的高层接口（high-levelinterface），该接口已经成为访问数据库的新的标准。
使用这种接口的数据库又称为OLEDB数据库。
OLEDB数据库可以使我们方便地访问各种类型的数据库，包括关系型或非关系型数据库、E-Mail和文件系统、文本和图形、以及各种自定义商用对象[20]。
ADO本身是一些数据对象，使用这些数据对象，应用程序可以访问OLEDB数据库。
Delphi封装了这些ADO数据对象的功能，使这些功能可以在Delphi构件的环境中使用。
例如，最常使用的ADO对象是连接（Connection）、命令（Command）、数据集（Recordset）对象，这些ADO对象在Delphi中相对应的构件是TADOConnection，TADOCommand和ADO数据集构件。
结合Delphi本身的开放式数据元件结构，如借助于DBGrid，DBEdit等数据感知构件，从而使用户能够迅速实现对终端用户用来做商业决策的数据的一致性访问。
用户可以不需使用BDE就可很快地建立应用程序。
§3.2医学影像管理系统功能设计
基于VisualBasic医学影像管理系统是专门针对中小型医院医学影像日常管理而开发的一套管理信息系统。
本系统运用VB开发，界面美观大方，系统运行稳定。
并且具有以下特点：
系统结构简单、运行效率高、容错能力强、通用性好。
系统运行后可以满足医院医生对医学影像良好的管理，提高自身的工作效率。
§3.2.1医学影像管理系统设计思路及目标
一、系统设计思路
以医学影像信息管理工作流程为主要依据，充分考虑医学影像管理系统的用户需求，以VB6．0作为开发工具，Access2003作为数据库服务器进行开发和设计。
二、系统设计目标
医院影像管理系统的总体设计目标如下：
1、以真实、准确数据为基础，以先进、有效、合理的管理方法为核心，以现代计算机网络技术为手段，构建医院影像管理系统。
2、提高医院的工作效率，并能及时、准确地掌握各种信息，为医院的发展提供有效的信息支持。
3、切实实现医院影像管理内部的信息化，保证信息共享。
4、通过对影像信息进行现代化的管理，提高医院影像管理部门的工作效率，保证医院病人信息的安全有效，提升医院的整体信誉。
§3.2.2医学影像管理系统功能框架
根据对系统需求的分析，采用软件设计的概念和原理，经过反复的研究，在保证系统基本功能要求的前提下，结合功能需求分析确定的系统须具备的所有功能，确定了医院影像管理系统功能结构模块图，如图3-1所示。
1、患者信息管理模块
功能：
可对患者的预约登记，检查登记进行添加，删除，修改以及患者信息的查询。
预约登记包括：
病人编号，病人姓名、性别、年龄、联系方式、预约科室、检查类型、支付方式、备注。
检查登记包括：
患者姓名、年龄、性别、门诊号、就诊科室、主治医师、检查项目、检查部位、注意事项。
患者信息查询：
患者编号、患者姓名、性别、年龄、检查类型、检查部位、操作医师、报告医师、诊断医师、就诊科室、阅片状态、报告状态。
2、医院信息管理模块
功能：
完成医院科室信息，员工信息和
升级会员 