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1、PACS系统,医学影像的传输,要点,PACS产生的原因 PACS系统的组成 医学影像传输网络 医学影像数据库 视频数据模型,PACS产生的原因,随着医院中成像设备特别是数字化成像设备如CT、MRI等的普及，医学图像数据量急剧增加，二维数据甚至三维数据的存储、传送、共享与管理已提到议事日程。 PACS就是图像存档与通信系统，这一术语始用于1981年夏，由迈阿密大学医学院A. J Duerinckx提出。,医学影像数据的特点,类型多 规模大 精度高 增长快 不失真 标准严 处理难 约束复杂,安全性 可靠性 一致性 实时性 分布性 并行性 预操作,医学影像数据规模,CT：51251212 bits
2、B超：5125128 bits MRI：25625612 bits DSA：5125128 或 102410248 bits 核医学：12812816 bits 数字化X射线胶片：2000250012bits,传统胶片的缺点,数据量大，占用医院大量资源 借还费时 一张胶片只能供一人借用，不能多人同时共享 不能进行动态观察 不易对同一成像设备在不同时间所成的像作前后比较；也不易对同一病人用不同装置所成的像作横向比较,技术的进步使PACS成为可能,海量存储器件如光盘(包括可擦磁光盘及WORM)大量生产，价格下降 计算机局域网技术成熟，网络速度提高 图像数据库技术成熟 高分辨力监视器问世,CD-R,
3、DVD-R,MO,MO Driver,磁盘阵列,网络技术的成熟,网络技术的成熟,数据库技术的成熟,医用显示器,医用显示器,PACS系统的组成,图像获取 数据库管理 在线存储 离线归档 图像显示及处理 与外部信息系统的接口 胶片打印 高速局域网络 支持远程数据传输的广域网络,PACS系统的组成,PACS结构,路由器,因特网,PACS数据库服务器的进程与相互关系,采集计算机,从成像设备采集图像数据 将不同成像设备制造商各种规格的数据转换成符合ACR-NEMA或DICOM的PACS标准格式（数据头格式、字节顺序、矩阵尺寸等） 将图像传给PACS控制器,采集计算机接口的分类,互连网络模式 通过TCP/
4、IP将采集计算机与成像设备互连，应用 DICOM3.0标准，易于实现 图像传送可由放射成像系统启动操作（“推”）或由采集计算机启动操作（“拉”） 直接接口模式 通过一片接口卡实现，例如胶片扫描仪的SCSI接口卡、B超的视频采集卡以及CT的视频采集卡 连接简单，数据吞吐速率快，但不适于作二次开发,传输网络,设计考虑 每个节点的位置与功能 两节点间通过的信息频度 不同节点进行传输所需费用 通信的可靠性要求及所需吞吐量 网络拓扑结构、通信线路容量 具体选择 低速10Mbps的以太网 中速100Mbps的FDDI 高速（155Mbps）ATM网,存档服务器,图像接收、暂存、发送、存档 （分项）检查编组
5、 盘片管理、与RIS及HIS接口 PACS数据库更新 图像检索、预取,存档服务器,显示工作站,功能 病案准备 病案选择 图像的整理 文件编制 病案介绍 分类 一级诊断的诊断工作站，分辨率为2.5K2K 值班医生和会议用工作站，分辨率为1K1K 医生桌面工作站，分辨率为512512 高分辨率硬拷贝打印工作站,显示工作站,显示工作站,显示工作站,医学影像传输网络,局域网 快速以太网 FDDI Gbit以太网 IP网 Internet Intranet,网络协议,网络层QoS保障机制,集成服务模型：通过资源预留实现保障。实施控制负载服务和可保障的服务。 资源预留RSVP ：由接收方启动的资源预留。当
6、需要服务时，发送方向接收方发送Path多播分组，说明所要求的服务类型及业务流的特点。接收方按逆向路径返回Reserve消息，给出接收方要求的服务质量。沿途路由器如果可以接受，就预留带宽和缓存，并记录流状态。否则就报告故障。建立好预留资源的路径后开始传送数据。,网络层QoS保障机制,集成服务模型的实现：路径上所有路由器必须都支持。如果不能都支持，就只进行控制负载服务。 RSVP协议实施。 接纳控制例程在各结点的调用。 分类器按服务类型对分组分类。 分组调度按QoS要求进行调度。,网络层QoS保障机制,区分服务：利用服务类型域中的优先权、D、T、R的设置区别服务类型，确定传输方式。需要与ISP协商
7、取得服务水平协定SLA。SLA可以是静态的，也可以是动态的。实现比集成服务简单，服务种类有限，路由器处理较简单。 加速转发 保证转发,网络层QoS保障机制,多协议标签交换MPLS：提供由标签交换路径LSP构成的有效隧道机制。在分组前面加标签，使路由基于标签而不是基于目标地址。标签为内部转发表中的路由索引。因此查找路由变成了查表操作，加快了转发速度并且可以在沿途保留必要的资源。,网络层QoS保障机制,流量工程：从避免拥塞的角度解决QoS保障问题。提高设备利用的有效性。 基于约束的路由：路由器选择最有可能满足QoS要求的路径。不仅考虑满足QoS的要求，而且考虑负载均衡的要求。需要路由器间动态交换状
8、态信息。最佳路由的约束条件不能太多。,端到端的QoS保障,QoS规范：声明传输所需要的服务质量。 QoS参数：分确定性描述和统计性描述。每个层次的参数不同。 应用层：影像分辨率、帧率、同步质量等。 传输层：比特率、流内河流间同步容限等。 网络层：比特率、时延、抖动、错误率等。 QoS管理策略：当约定的服务质量得不到保证时，QoS的自适应性能。通过降低某些条件或提示可利用条件，进行调整。 服务费用：缓解资源的争夺。,端到端的QoS保障,QoS预备机制 QoS映射：将应用层的QoS规范自动映射到下面各层次，推导各个层次的QoS参数，使各层次进行相应的资源配置和管理。有可能双向映射。低层影响高层设置
9、。 QoS协商：按参数和资源分配进行双方协商。 接纳测试：测试协商结果能否满足QoS要求。主要是共享资源调度、缓存可分配、带宽。 资源预留/分配：伴随协商和测试进行。预留方式有Wildcard Filter, Fixed Filter, Dynamic Filter。,端到端的QoS保障,QoS控制机制 流调度：在主机、路由结点传送分组的策略。如公平队列、抖动等。 流整形：流量平滑。如漏桶算法、令牌桶算法。 流监管：对用户（源）在通信过程中是否遵守商定的QoS规范的监测。 流量控制： 流同步：,端到端的QoS保障,QoS管理机制： QoS监测：服务提供者是否信守商定的QoS契约。可选项。 Qo
10、S维护：将监测到的QoS与期望的QoS比较，向系统报告结果，进行资源调整。 QoS缩放：服务水平按实际情况的调整。 端到端的重新协商：进行资源再分配。 QoS过滤：当QoS失败时，通过丢帧，保证高优先级分组的传输。,医学影像数据库,视频数据库的层次结构： 媒体支持层：对视频原始信息进行分段及识别等操作。 数据模型层：逻辑存储向物理存储的映射。 视频用户接口层：完成用户对视频信息的查询描述和查询结果的表现。,医学影像数据库框架,医学影像的内容属性,颜色：常由颜色直方图表示，反映像素在彩色空间的分布状况。区域直方图。 纹理：局部区域内呈现不规则性，但在整体上表现出规律性。 对象特征：关键对象的特征
11、，如大小、位置、形状等。 边缘特征：边缘构成的集合，能够抽象地表示影像的内容如轮廓、相对位置关系等。 视频对象：由一系列静止图像构成，基本构成单元为帧。内容属性是关键性帧在内容上显现出来的特征。,医学影像数据库,影像内容属性的提取： 手工方式 自动方式 混合方式,视频数据模型,支持多层视频结构抽象 支持时空关系 支持视频解释 视频数据独立性,时间描述类模型,时间线模型 时间线模型 时间Petri网模型 时间层次模型 时间关系模型 基于时态区间的模型,代数视频数据模型,基本特点： 支持嵌套视频结构单元 可表示视频段的时间组成 定义了视频段的表现特征 提供了与逻辑视频段相关的内容信息 提供了基于内
12、容、结构及空间信息的存取,视频代数,Creation（创立）：由原始视频定义视频表达式的结构。 Composition（合成）：定义子结点之间的时间关系。 Presentation（表现）：为所包含子结点定义空间布局。 Description（描述）：把内容属性与代数视频结点联系起来。,视频查询代数,正则集合运算：AND，OR，MINUS 时态集合运算：tAND, tOR, tMINUS 过滤运算：tREDUCE 合成运算：Decompose, MapToComposition, MapToStream 浏览运算：ANNOT, STRUCT,视频数据索引,对视频内容进行索引的过程就是对视频和元
13、数据进行结构化的过程。 定义：给定一条视频数据V和一个视频数据模型Vap，用数据V实体化模型Vap的过程称为视频索引。 基于内容的检索(Content Based Retrieval)：根据媒体和媒体对象的内容语义及上下文联系进行检索。,视频索引分类,基于注释的索引(Annotation-based Indexing)：对视频模型中的定性特征建立的索引。高级索引。 基于特征的索引(Feature-based Indexing)：对视频模型中的定量特征建立的索引。低级索引。 基于特定领域的索引(Domain-specific Indexing)：专门针对某个应用领域建立的索引。一般有固有模式。,
14、视频数据查询,基于内容的视频检索的特点： 从视频数据中提取信息线索 是一种近似匹配 大型数据库的快速检索,视频数据查询和检索过程,初始查询说明 相似性匹配 按相似度大小排列返回给用户 特征调整 逐步缩小查询范围，直到获得满意结果。,PACS拓扑实例,PACS拓扑实例,PACS拓扑实例,Terms,PACS： picture archiving and communication system HIS：Hospital Information System RIS：Radiology Information System FDDI：Fiber Distributed Data Interface QoS：Quality of Service Intranet：企业内部互联网,Terms,CR： Computed Radiography GI： Gastro-Intestinal Imaging NM：Nuclear Medicine DICOM： Digital Imaging and Communications in Medicine standard,
