DICOM標準在便攜式醫療設備中的應用

在過(guò)去幾十年里不僅數字化醫學(xué)影像的應用發(fā)展迅速，共享這些信息的能力還可以在幾秒鐘內把影像傳遍全球，這樣使得這些影像可以被最大化的利用。醫療數字影像和通信標準(Digital imaging and communication in medicine-DICOM)定義了傳輸醫療影響以及相關(guān)資料的標準。

DICOM標準是醫學(xué)影像存檔與傳輸系統（picture archivingand communication systems－PACS）中最常用的標準，這個(gè)醫療網(wǎng)絡(luò )系統用于存儲，檢索，發(fā)布以及展示影像。此外系統還可以幫助醫院進(jìn)行無(wú)膠片影像存儲和展示。這樣數以百萬(wàn)計的存儲在黃色信封里的膠片就可以被1到10TByte的的數字存儲服務(wù)器代替。圖1展示了PACS的主要組成部分。

所有的信息都被集中在圖中間位置的服務(wù)器中。從不同途徑獲得的影像都保存在服務(wù)器上，在任何時(shí)間里都可以供醫生和工作人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò )內的工作站訪(fǎng)問(wèn)。此外，信息還可以發(fā)布到網(wǎng)上以便讓全球的診所和醫院訪(fǎng)問(wèn)。所有這些傳輸交流事務(wù)都是基于DICOM標準。

初窺DICOM

TDICOM標準相比其前身－美國放射學(xué)學(xué)會(huì )及美國國家電氣制造協(xié)會(huì )（American College of Radiology，NationalElectrical Manufacturer Association－ARC NEMA）－來(lái)說(shuō)是一個(gè)重大革新。DICOM標準適用于TCP/IP網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下在線(xiàn)或離線(xiàn)的標準媒介，例如CD－R或者外部存儲設備。DICOM和ARC NEMA最大的不同點(diǎn)在于它被結構化為一個(gè)多部分的文件，從而允許迅速地添加新功能。

DICOM文件由文件頭和圖像數據組成。文件頭可以包含患者資料，研究類(lèi)型，使用的設備，圖像尺寸，診斷，圖形，波形以及報告等信息，這里僅舉幾例。更重要的是，每個(gè)文件還包含數百幅圖像。

圖2是一個(gè)典型的DICOM文件。在這個(gè)例子中，文件頭使用前幾個(gè)字節來(lái)描述X射線(xiàn)線(xiàn)斷層影像的尺寸。文件頭的大小可以改變，取決于所包含的信息細節。本例中它表示文件包含2幅大小為201x134三維象素的圖片(一個(gè)三維象素(voxel)是指三維空間的一個(gè)值，這就好比像素是指二位空間的一個(gè)值)。圖像和數據都保存在同一個(gè)文件中。

DICOM標準是由超過(guò)20家醫療保健供應商，15個(gè)醫療用戶(hù)及其他醫療控股機構組成的一個(gè)委員會(huì )來(lái)制定并維護的。(見(jiàn)medical.nema.org/members.pdf)。DICOM標準目前是醫療行業(yè)內應用最廣泛的標準。

標準的目標之一是努力爭取實(shí)現不同類(lèi)型的醫療設備之間的互用互通能力，例如放射科的設備與心臟醫學(xué)設備的互通協(xié)同。換句話(huà)說(shuō)，DICOM標準的目標之一使得醫療人員可以在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò )內分享從不同供應商提供的醫療設備上產(chǎn)生的醫療影像數據。此外，該計劃也允許其他的圖像和非影像醫療設備接入到網(wǎng)內。最后的這個(gè)功能目前還沒(méi)有被充分發(fā)掘。迄今為止，大部分帶有DICOM功能的設備都是非便攜式的放射性?xún)x器，例如用于磁共振成像，計算機斷層掃描，熒光透視，X射線(xiàn)成像，超聲及其他的設備。這些設備都是基于非常強大的工作站、高速處理器、海量?jì)却娲鎯δ芤约搬t療圖像分析算法。在這些大型的設備上應用DICOM標準將得到繼續發(fā)展，同時(shí)這個(gè)趨勢也使得更多便攜式設備加入醫療工業(yè)化的進(jìn)程中。

便攜式家用產(chǎn)品例如超聲儀、血壓計和心率計等正在成為新一代的保健儀器。它們?yōu)榛颊咴诩抑刑峁┝酥匾慕】禂祿?，但把這些數據傳送給醫護者卻存在問(wèn)題。在健康保健領(lǐng)域，小時(shí)、分鐘甚至每一秒鐘，醫療專(zhuān)家越早獲得信息就能更好的為患者提供醫學(xué)護理方案，減少這個(gè)時(shí)間意味著(zhù)生死之別。因此，正需要將DICOM標準應用在便攜式影像及非影像醫療設備中，使它們兼容已有的網(wǎng)絡(luò )系統。目前，人們很容易通過(guò)在家中或通過(guò)GPRS蜂窩服務(wù)來(lái)連接互聯(lián)網(wǎng)。這些便攜式醫療設備正需要利用這一便利的條件來(lái)共享信息。

便攜式設備的DICOM標準

醫療市場(chǎng)正需要帶有DICOM服務(wù)的便攜式設備。這可能需要開(kāi)發(fā)便攜式的媒體播放器用來(lái)訪(fǎng)問(wèn)并下載影像數據供專(zhuān)家分析診斷使用。目前，一些放射線(xiàn)專(zhuān)家正在使用帶有DICOM瀏覽器軟件的個(gè)人掌上電腦PDA來(lái)瀏覽相關(guān)數據。然而，較低的顯示分辨率，較低的圖像處理能力及其他一些局限條件限制了專(zhuān)家使用這些設備進(jìn)行診斷的能力。

由于DICOM采用的JPEG圖像無(wú)損壓縮格式，一個(gè)基本的JPEG瀏覽器就可以顯示這些圖像，但用戶(hù)需要對圖像的分辨率，灰度，亮度，對比度以及其他一些因素仔細分析，才可以作出診斷。研究表明，5百萬(wàn)象素對于大部分X射線(xiàn)影像研究已經(jīng)足夠使用，但對于檢測乳房腫瘤的X射線(xiàn)影像則需要1千萬(wàn)象素級別。

醫療領(lǐng)域一般采用兩種不同類(lèi)型的顯示器。商用顯示器用來(lái)顯示僅供參考的圖像。對于用于診斷的圖像顯示，則需要采用專(zhuān)門(mén)的醫療影像顯示器，如表1列出的一些醫療專(zhuān)用顯示器的特點(diǎn)。

目前，醫療顯示器的價(jià)格超出了絕大多數的中小型醫院或獨立的放射學(xué)專(zhuān)家的承受能力。這種情況迫使用戶(hù)使用商業(yè)顯示器或者LCD顯示器，但因此無(wú)法獲得診斷所需的所有顯示能力。

還有一些市場(chǎng)需要升級的放射線(xiàn)設備。例如在發(fā)展中國家的醫院需要采用DICOM標準的環(huán)境，但無(wú)法代替它們所有已有的醫療設備。例如，在拉丁美洲超過(guò)50％的醫院較新采購的設備不是DICOM兼容的，這些設備不能被報廢。在某些情況下，設備可以被升級到DICOM系統。但通常都無(wú)法升級。在這種情況下，需要軟硬件接口來(lái)將原始的影像轉換成JPEG格式并進(jìn)行壓縮。如果醫院有一個(gè)放射線(xiàn)信息系統(RIS)，其接口需要附上所有的患者信息來(lái)產(chǎn)生完整的DICOM文件。這樣，非DICOM設備只需要20％的采購新DICOM設備的成本就可以接入到DICOM網(wǎng)絡(luò )中。

圖3顯示了DICOM轉換器軟硬件的原理。

市場(chǎng)上已有的這種轉換器需要永久的安裝來(lái)為單一的應用提供服務(wù)。目前的挑戰是設計一種低成本的轉換器可以通過(guò)共享接口方式同時(shí)為一臺以上的設備提供轉換服務(wù)。它還可以將新的便攜設備和傳統便攜設備連接到DICOM網(wǎng)絡(luò )上。

圖4顯示了基于飛思卡爾ColdFire® MCF520x微處理器的便攜式超聲儀。

醫院中大多數的專(zhuān)用設備是兼容DICOM標準的。無(wú)論是通過(guò)設計新的設備，還是采用可以將舊設備接入DICOM網(wǎng)絡(luò )的軟硬件轉換器,現在是時(shí)候將便攜式和家用醫療設備融入DICOM標準了.