分類號(hào)Q81密級(jí)
UDC
學(xué)位論文
非DICOM標(biāo)準(zhǔn)心電設(shè)備與PACS之間的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)
（題名和副題名）
王玲玲
（作者姓名）
指導(dǎo)教師姓名饒妮妮教授博導(dǎo)
電子科技大學(xué)成都
（職務(wù)、職稱、學(xué)位、單位名稱及地址）
申請學(xué)位級(jí)別碩士專業(yè)名稱生物醫(yī)學(xué)工程
論文提交日期2005.5論文答辯日期2005.6
學(xué)位授予單位和日期電子科技大學(xué)
答辯委員會(huì)主席
評閱人
2005年5月27日
注1注明《國際十進(jìn)分類法UDC》的類號(hào)I
摘要
隨著醫(yī)療診治環(huán)境的愈加復(fù)雜，經(jīng)常需要綜合多種類型的醫(yī)學(xué)信息來輔助診
斷。同時(shí)涉及到醫(yī)學(xué)放射影像和心電等醫(yī)學(xué)波形的綜合醫(yī)療環(huán)境是比較常見的，
比如心導(dǎo)管插入術(shù)就是典型的例子。在這種集成多模態(tài)設(shè)備的醫(yī)療環(huán)境中，數(shù)字
影像設(shè)備和波形設(shè)備之間可能需要通信以實(shí)現(xiàn)圖像和波形的交流共享。為了實(shí)現(xiàn)
這樣的協(xié)同操作，最好的解決方法是不同廠商的不同類型的設(shè)備使用相同的數(shù)據(jù)
格式和通信協(xié)議。
DICOM正是基于這樣的需要而產(chǎn)生的國際標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際應(yīng)用也證明它能夠良好
地解決數(shù)字影像設(shè)備的通信問題�；贒ICOM標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)架的PACS系統(tǒng)已是數(shù)字化
醫(yī)院中最重要的信息系統(tǒng)之一，它實(shí)現(xiàn)了多種類型影像設(shè)備的互連，解決了數(shù)字
醫(yī)學(xué)圖像的通信問題。目前，DICOM已經(jīng)不僅僅限于最初的醫(yī)學(xué)圖像通信的范疇，
它也規(guī)范了醫(yī)學(xué)波形的交換。這樣的支持能夠進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字醫(yī)院一體化集成，
避免波形設(shè)備成為醫(yī)院中的信息孤島。
本課題的研究就是基于DICOM標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，實(shí)現(xiàn)波形設(shè)備中最重要的心電設(shè)
備與PACS的連接。但是由于目前采用DICOM接口的數(shù)字心電設(shè)備并不多，所以
為了使研究具有更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，本課題研究主要集中在如何將非DICOM接口
的心電設(shè)備與PACS連接。因?yàn)镻ACS普遍是基于DICOM標(biāo)準(zhǔn)的，所以非DICOM標(biāo)
準(zhǔn)的心電設(shè)備和PACS系統(tǒng)之間需要借助一個(gè)中間件才能實(shí)現(xiàn)連接。這種作為異
構(gòu)系統(tǒng)之間連接橋梁的中間件就叫做網(wǎng)關(guān)。在各種非DICOM的心電接口格式中，
歐洲心電標(biāo)準(zhǔn)SCP-ECG得到了心電設(shè)備廠商廣泛的支持和實(shí)現(xiàn)，因此研究這類心
電設(shè)備與PACS的連接更有價(jià)值。
本文通過對DICOM標(biāo)準(zhǔn)和PACS系統(tǒng)的深入研究，主要進(jìn)行了網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)
計(jì)和實(shí)現(xiàn)。首先，從信息模型和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型兩方面細(xì)致分析了DICOM體系原理；
接著，通過分析PACS系統(tǒng)構(gòu)架，設(shè)計(jì)了合理的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，劃分了系統(tǒng)的三
個(gè)功能模塊：文件轉(zhuǎn)換模塊、心電顯示模塊、文件傳輸模塊；接下來，詳細(xì)介紹
了三個(gè)模塊的具體實(shí)現(xiàn)：前兩個(gè)模塊主要涉及SCP-ECG和DICOM兩種標(biāo)準(zhǔn)的文件
格式,最后一個(gè)模塊是DICOM通信的實(shí)現(xiàn)。
通過對SCP-ECG標(biāo)準(zhǔn)心電設(shè)備和PACS系統(tǒng)之間的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的研究，滿足了
實(shí)際醫(yī)療應(yīng)用的需要，將PACS系統(tǒng)的功能擴(kuò)展到新領(lǐng)域，解決了數(shù)字心電設(shè)備
的信息系統(tǒng)集成，進(jìn)一步整合了醫(yī)療信息。
關(guān)鍵詞：DICOM；心電；PACS；SCP-ECG；網(wǎng)關(guān)II
Abstract
As medical environments become more integrated and complicated,various
medical data are collected together for integrated diagnoses.The medical
environments involving images and cardiology waveforms are very usual,e.g.cardiac
catheterization laboratory.In these multi-device environments,digital imaging
devices should communicate with digital waveform devices to exchange and share the
images and waveforms.To resolve this interoperability problem,the best way is that
the same data format and communication protocol are used.
DICOM is an international standard just for these needs,and it has been used to
resolve the problems in practice.Based on the DICOM standard,PACS is one of the
most important hospital information systems.Nowadays,DICOM is not only used for
images communication,but also for the exchange of medical waveforms.
This thesis discusses the connection of ECG devices and PACS conformable to
DICOM.For the PACS connection of non-DICOM ECG devices,a DICOM gateway
is need between ECG devices and PACS.Among various non-DICOM ECG formats,
the SCP-ECG is the European standard for communication of resting ECGs.
SCP-ECG is widely accepted by ECG manufacturers,so the gateway between
SCP-ECG and PACS is particularly valuable.
The study work is focused on the design and development of the DICOM gateway,
including:
1.Analyze the DICOM information model and DICOM network protocol
architecture.
2.Based on the architecture of PACS,design the architecture and the
modules of the gateway system.The gateway is composed of three modules,
which are file conversion,ECG display and file transfer.
3.Implement the modules of gateway.The file conversion module and
ECG display module are implemented according to SCP-ECG file format and
DICOM file format.The file transfer module is implemented based on DICOM
network protocol architecture.
The work is expected to resolve the PACS integration of ECG devices,contribute
to the harmonization of ECG standards,and facilitate digital ECG interoperability.
Key words:DICOM;ECG;PACS;SCP-ECG;gateway;III
目錄
第一章緒論................................................................1
1.1研究背景和現(xiàn)狀.......................................................1
1.2研究內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu)...................................................2
第二章DICOM標(biāo)準(zhǔn)研究.......................................................4
2.1 DICOM標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生和發(fā)展.................................................4
2.2 DICOM標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容和范疇.................................................5
2.3 DICOM標(biāo)準(zhǔn)原理分析...................................................7
2.3.1 DICOM信息模型.................................................7
2.3.2 DICOM網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模型.............................................9
第三章DICOM網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)..................................................15
3.1 PACS系統(tǒng)簡介.......................................................15
3.2 PACS系統(tǒng)構(gòu)架和設(shè)計(jì)原則.............................................15
3.3 DICOM網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)......................................................17
3.3.1網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)方式..................................................17
3.3.2需求分析和總體設(shè)計(jì)............................................17
3.3.3功能模塊設(shè)計(jì)..................................................18
第四章心電文件轉(zhuǎn)換和顯示..................................................19
4.1引言................................................................19
4.2標(biāo)準(zhǔn)對比研究........................................................20
4.2.1 SCP-ECG標(biāo)準(zhǔn)..................................................20
4.2.2 DICOM Sup.30波形標(biāo)準(zhǔn).........................................20
4.2.3標(biāo)準(zhǔn)功能的異同................................................21
4.2.4文件格式的差異................................................21
4.3心電文件轉(zhuǎn)換........................................................26
4.3.1模塊實(shí)現(xiàn)......................................................27
4.3.2程序流程......................................................31
4.4心電文件顯示........................................................32
4.4.1模塊實(shí)現(xiàn).....................................................32
4.4.2程序流程.....................................................35
4.5結(jié)果的驗(yàn)證..........................................................36
第五章DICOM心電文件的傳輸................................................39
5.1實(shí)現(xiàn)方案............................................................39
5.2 TCP/IP接口交互的實(shí)現(xiàn)...............................................40
5.3 DICOM上層協(xié)議的實(shí)現(xiàn)................................................41
5.4 DICOM消息交換的實(shí)現(xiàn)................................................44
5.5綜合實(shí)現(xiàn)............................................................46
5.6結(jié)果的驗(yàn)證..........................................................48
第六章結(jié)論................................................................50
致謝......................................................................51
參考文獻(xiàn)....................................................................52
附錄A......................................................................52
個(gè)人簡歷及在學(xué)期間的研究成果................................................57電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文
1
第一章緒論
1.1研究背景和現(xiàn)狀
隨著現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，產(chǎn)生了種類繁多的計(jì)算機(jī)輔助數(shù)字
醫(yī)療設(shè)備。在愈加綜合復(fù)雜的醫(yī)療環(huán)境中，常常需要多種設(shè)備協(xié)同工作，或者綜
合多種醫(yī)療數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷。醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信標(biāo)準(zhǔn)DICOM(Digital Imaging
and Communications in Medicine)的產(chǎn)生解決了這些需求。
DICOM標(biāo)準(zhǔn)是用于不同廠商不同類型的醫(yī)療設(shè)備互連的國際標(biāo)準(zhǔn)，它實(shí)現(xiàn)了
數(shù)字醫(yī)學(xué)圖像等醫(yī)療信息的交流共享，是數(shù)字化醫(yī)院信息集成的重要基礎(chǔ)[1]。
DICOM標(biāo)準(zhǔn)最初是為了解決數(shù)字醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的通信問題而建立的，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)組
織的大力發(fā)展和推廣，DICOM標(biāo)準(zhǔn)日漸成熟并得到廣泛支持，成為數(shù)字醫(yī)學(xué)成像
和通信的最權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)。
圖像存檔及通信系統(tǒng)PACS（Picture Archiving and Communication System）
是為了解決醫(yī)學(xué)影像設(shè)備之間的通信，影像資源的存儲(chǔ)管理等問題而建立的醫(yī)院
信息系統(tǒng)。DICOM標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了PACS系統(tǒng)的發(fā)展。目前，國內(nèi)外市場
的PACS實(shí)現(xiàn)方案基本上都是基于DICOM標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)架的。
但是在許多成像環(huán)境中，不只存在影像設(shè)備，還有很多非影像的數(shù)字醫(yī)療設(shè)
備參與其中。同時(shí)涉及到放射學(xué)影像和心電等醫(yī)學(xué)波形的綜合醫(yī)療環(huán)境是最常見
的情況之一，比如心導(dǎo)管插入術(shù)就是典型的例子[2]。心臟病學(xué)波形在醫(yī)院的日常
診療活動(dòng)中使用頻繁，數(shù)量巨大，同時(shí)由于心血管疾病的多發(fā)性和危害性，使得
波形設(shè)備和數(shù)據(jù)具有舉足輕重的作用。所以，DICOM標(biāo)準(zhǔn)也增加了對心臟病學(xué)波
形交換的支持，它詳細(xì)說明了DICOM格式的波形信息對象定義，以及DICOM通信協(xié)
議在波形設(shè)備上的應(yīng)用。
DICOM標(biāo)準(zhǔn)的支持使得成像環(huán)境中的波形設(shè)備也能與影像設(shè)備通信。如果已
經(jīng)建設(shè)了將影像設(shè)備連接起來的PACS系統(tǒng)，則可以將波形設(shè)備也接入系統(tǒng)之中。
這樣的集成是可行而且必要的，不但避免了波形設(shè)備成為醫(yī)院中的信息孤島，而
且滿足了實(shí)際醫(yī)療環(huán)境的應(yīng)用需要。由于PACS系統(tǒng)與其他醫(yī)院信息系統(tǒng)的可集成
性，波形設(shè)備甚至能夠接受到來自HIS/CIS的日常管理信息，更加促進(jìn)了醫(yī)院信
息一體化。所以，數(shù)字波形設(shè)備的系統(tǒng)集成是醫(yī)院信息化中不可忽視的部分。
眾所周知，心電圖設(shè)備是最重要的波形設(shè)備之一。心電圖作為最重要的無創(chuàng)
診斷方式之一已經(jīng)被使用多年，它可用于早期發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)缺血性心臟病、心肌梗
塞和心率不齊等心臟疾病[3]。在各種診療活動(dòng)中，經(jīng)常會(huì)使用到心電圖，據(jù)統(tǒng)計(jì)，電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文
2
在美國和歐盟兩地，每年用作常規(guī)診斷和篩檢目的的心電圖檢查超過一億次[4]。
因此，數(shù)字心電設(shè)備與PACS的連接是波形設(shè)備系統(tǒng)集成研究中的首要內(nèi)容。
如果數(shù)字心電設(shè)備采用DICOM標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，那么它就可以簡單易行地直
接與PACS相連。但是實(shí)際上采樣DICOM標(biāo)準(zhǔn)的心電設(shè)備并不多，反而另一個(gè)心電
標(biāo)準(zhǔn)SCP-ECG得到了廠商更廣泛的支持和采用[5]。計(jì)算機(jī)輔助心電的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)
議SCP-ECG（Standard Communications Protocol for Computer-Assisted
Electrocardiography）用于靜息心電信號(hào)數(shù)據(jù)和相關(guān)信息的存儲(chǔ)和通信[6]。為
了使研究成果具有更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和更高的實(shí)用價(jià)值，研究重點(diǎn)應(yīng)該集中在如
何將SCP-ECG接口的心電設(shè)備與PACS連接。因?yàn)镻ACS普遍是基于DICOM標(biāo)準(zhǔn)的，所
以此類非DICOM接口的心電設(shè)備無法直接與PACS系統(tǒng)相連，而需要借助一個(gè)稱為
DICOM網(wǎng)關(guān)的中間件才能實(shí)現(xiàn)連接。SCP-ECG心電設(shè)備與PACS之間的DICOM網(wǎng)關(guān)系
統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換、與PACS服務(wù)器通信等功能。
但是，目前國內(nèi)外涉及DICOM和PACS的研究工作中，多數(shù)研究仍把目光集中
在DICOM基本的圖像方面。DICOM標(biāo)準(zhǔn)對波形的支持少有研究者涉及，波形設(shè)備的
信息系統(tǒng)集成也未受到重視。因此這是一個(gè)急待發(fā)展的新興研究領(lǐng)域。
近年來，國外的一些研究機(jī)構(gòu)和人員開始認(rèn)識(shí)到這一研究領(lǐng)域的重要性，從
不同角度開展了一些研究工作。在DICOM波形標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用研究方面，韓國Hanyang
大學(xué)的研究者們開發(fā)了基于XML技術(shù)的DICOM心電管理系統(tǒng)[7]；Mediface公司為滿
足客戶需要實(shí)現(xiàn)了支持DICOM波形交換的PACS；日本國家醫(yī)療信息部門與尼康等
公司合作，開發(fā)了支持波形數(shù)據(jù)的DICOM醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)庫；巴西圣保羅大學(xué)心臟
信息學(xué)會(huì)開發(fā)了一個(gè)DICOM波形瀏覽控件；此外，在美國和德國都有學(xué)者從事
DICOM波形標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)研究。在標(biāo)準(zhǔn)之間的互操作性研究方面，希臘克利特大學(xué)
的研究者實(shí)現(xiàn)了SCP-ECG與DICOM之間的文件格式轉(zhuǎn)換[3]；美國DICOM標(biāo)準(zhǔn)研究的
權(quán)威人士David Clunie將基于JAVA的DICOM工具包PixelMed擴(kuò)展來支持SCP-ECG
波形。在心臟病學(xué)的計(jì)算機(jī)輔助研究方面，研究者們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到心電數(shù)據(jù)通信的
重要性，支持通信實(shí)現(xiàn)的DICOM標(biāo)準(zhǔn)和SCP-ECG標(biāo)準(zhǔn)都受到很大的關(guān)注。歐洲的計(jì)
算機(jī)輔助心臟病學(xué)研究組織OpenECG項(xiàng)目組，專門舉辦了一個(gè)關(guān)于心電處理軟件
的編程競賽，并特別鼓勵(lì)參賽者針對DICOM和SCP-ECG標(biāo)準(zhǔn)之間的協(xié)調(diào)性開發(fā)軟件
工具。在國內(nèi)，臺(tái)灣地區(qū)有研究者從事DICOM標(biāo)準(zhǔn)心電圖存儲(chǔ)和診斷系統(tǒng)的研究，
浙江大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程實(shí)驗(yàn)室也曾對SCP-ECG標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研究[8]�？偟膩碚f，國
內(nèi)在這個(gè)領(lǐng)域的研究工作比較缺乏，仍有很大的研究發(fā)展空間。
1.2研究內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu)
本課題主要針對采用SCP-ECG標(biāo)準(zhǔn)作為數(shù)據(jù)接口的數(shù)字心電設(shè)備與采用電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文
3
DICOM標(biāo)準(zhǔn)作為數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)的PACS系統(tǒng)的連接需求來完成的。為了完成兩者
的連接，需要實(shí)現(xiàn)DICOM網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，它包括SCP-ECG文件與DICOM心電文件的
轉(zhuǎn)換，SCP-ECG文件和DICOM心電文件的顯示，DICOM文件的網(wǎng)絡(luò)傳輸三部分。
主要的工作包括：
（1）深入研究了DICOM標(biāo)準(zhǔn)和SCP-ECG標(biāo)準(zhǔn)。DICOM標(biāo)準(zhǔn)和SCP-ECG各自
都是一個(gè)完整復(fù)雜的體系，特別是DICOM標(biāo)準(zhǔn)，它包含多個(gè)文檔，涉及多個(gè)學(xué)
科領(lǐng)域，只有全面深入的研究它才能有完整正確地把握DICOM體系結(jié)構(gòu)。
SCP-ECG標(biāo)準(zhǔn)又是與DICOM幾乎完全不同的另一體系，對它的研究主要在文件
格式方面。通過對標(biāo)準(zhǔn)的分析調(diào)研工作，確定了研究的具體內(nèi)容，以及實(shí)現(xiàn)采
用的方法和工具，為之后的研究工作奠定理論基礎(chǔ)。
（2）分析PACS系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和構(gòu)架，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
對幾種常見的網(wǎng)關(guān)實(shí)行方法進(jìn)行了分析比較，并結(jié)合需求分析，設(shè)計(jì)了具體的
網(wǎng)關(guān)實(shí)施方案。對網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)劃分了三個(gè)功能模塊：文件轉(zhuǎn)換模塊、心電顯示模
塊、文件傳輸模塊。
（3）在對比分析SCP-ECG文件和DICOM心電文件的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了將
SCP-ECG文件轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)DICOM心電文件的功能。此文件轉(zhuǎn)換模塊也支持將原
始心電信號(hào)數(shù)據(jù)文件構(gòu)造成為標(biāo)準(zhǔn)DICOM心電文件。
（4）實(shí)現(xiàn)了心電顯示模塊，它支持SCP-ECG和DICOM兩種格式的心電文件
的顯示。文件中的心電信號(hào)數(shù)據(jù)顯示為波形，并實(shí)現(xiàn)了十二導(dǎo)聯(lián)同步動(dòng)態(tài)繪制、
刷新式顯示、通道高度選擇和顯示比例調(diào)整等功能特性。
（5）針對DICOM通信協(xié)議構(gòu)架，實(shí)現(xiàn)了DICOM存儲(chǔ)服務(wù)的客戶端程序，
它與PACS系統(tǒng)中的DICOM服務(wù)器程序通信，實(shí)現(xiàn)DICOM心電文件的傳輸和存儲(chǔ)。
為了說明本課題的工作，本文分為六章來講述。
第一章概括地介紹了課題的研究背景和意義，國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，以及課題
研究內(nèi)容和論文結(jié)構(gòu)。
第二章介紹了DICOM標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生和發(fā)展，內(nèi)容和范疇，歸納總結(jié)出DICOM
標(biāo)準(zhǔn)的體系構(gòu)架，結(jié)合面向?qū)ο蠹夹g(shù)深入淺出地介紹DICOM的主要內(nèi)容和分析
基本原理。
第三章介紹了基于DICOM標(biāo)準(zhǔn)的PACS系統(tǒng)構(gòu)架以及網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
第四章簡要介紹了SCP-ECG標(biāo)準(zhǔn)，并與DICOM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了比較，接著介紹
了SCP-ECG文件格式和DICOM文件格式，重點(diǎn)是詳細(xì)講述文件轉(zhuǎn)換模塊和心電
顯示模塊的實(shí)現(xiàn)。
第五章重點(diǎn)介紹了基于DICOM通信協(xié)議構(gòu)架，分層次地實(shí)現(xiàn)文件傳輸模塊。
最后一章總結(jié)完成工作，并提出須改進(jìn)之處和未來工作方向。電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文 |
|
資源大小：4.45 MB 
