基于超高清晰度远程医疗系统的研发
摘要
介绍了中日信息化合作远程医疗项目，并具体阐述了超高清晰度远程医疗系统的广域窄带通讯平台，高速局域网络通道，医学影像数字化载体，海量数据处理之间的配置结构，讨论了此系统的相关特色功能课题的研发。
关键词远程医疗；超高清晰度
1背景介绍
随着计算机和网络通讯技术的发展，远程医疗(Telemedicine)自美国于1988年首次提出到现今的15年中得到了迅猛的技术提高和世界范围的应用推广。远程医疗系统利用多种数字传输方式，通过计算机网络，多媒体技术、数据库技术和远程医疗软件系统，建立不同区域的医疗单位之间、医师和患者之间的联系，完成远程诊断、专家会诊、信息检索和远程教学任务，形成医学专家之间、及其与患者之间的一种全新的医疗模式。
20世纪90年代中期为进一步提高我国远程医疗的实际应用水平，解决超高清晰度图像的采集、输入、传送等技术困难。自1999年，根据中日两国政府首脑达成的共识及中华人民共和国国家发展计划委员会和日本国经济产业省(原通商产业省)签署的中日信息化合作谅解备忘录，确定由天津市第一中心医院、北京协和医院、辽宁省金秋医院与三菱电机株式会社共同实施"基于超高清晰度医学图像的远程医疗信息系统项目。研究开发应用先进医疗手段、计算机及网络的综合技术，旨在中国主要城市间实现基于超高清晰医学图像的远程医疗系统。该项目通过利用日本闰国际信息化协作中心及三菱电机株式会社提供的具备国际先进水平的超高清晰度显示设备和部分网络设备，借助三省市在病理诊断和放射线影像诊断领域的人才优势和技术优势，在中国国内现有通信基础环境、通信质量和网络技术水平的基础上，通过中日双方共同研究和开发，建立一整套适合中国通信和网络环境、基于超高清晰显示系统的病理图像和放射线影像的远程医疗系统。
2系统结构
2.1医院间的窄带广域拓扑
超高清晰度医学图像的远程医疗系统的医院之间的广域拓扑建立在窄带基础之上。此网络的连接天津市第一中心医院、北京协和医院、辽宁省金秋医院的3个会诊中心的网络接口，并通过专有ISDN通讯进行院间的128kbps-IMbDs数据传输和信息共享。
2.2医院信息系统
远程医疗系统是医院信息系统的一部分，它为其他的信息单元提供了远程共享的交换平台。同时，也从其他子系统中获得了所需要的数据信息。
2.3远程医疗会诊中心拓扑结构
3套独立的超高清晰远程医疗会诊中心分设在北京协和医院，天津市第一中心医院、辽宁省金秋医院。通过10／100Md带宽的局域网，各中心将本院现有的超高清晰度医学数字化影像采集、显示设备和支持系统连接起来实现数据信息化。同时，网络端口通过ISDN通信系统完成远程诊断和信息共享。
3系统配置
会诊中心利用超高清晰图像显示设备，医院现有的影像设备，广域局域通讯设备和远程医疗功能软件进行院内和院间的超高清晰图像的远程医疗咨询、诊断和教学。
3.1数字医学影像设备
(1)超高清晰图像显示系统(2.4 SHD System)。
该设备可显示2048像素x2048行的真彩色(32bit)图像，相当于照片品质(400万像素，1670万色)，可在Windows
NT上操作、编辑、并可执行Windows
NT的应用软件。附属3D内存卡具有400万Poltgom／Sec的高速3D图形描绘功能。该装置内装有PATHTRAN和INTAGE应用软件。
(2)显微镜病理图像的数字系统(SHD STILL Camera)。
该设备是显微镜病理图像读人装置。彩色摄影方式的最大有效像素为2688×3072(800)万像素。每一像素具有8bit(256辉阶)的浓度分解能，可忠实再现病理图像。此外，通过自动浓度积的调整，可得到最适合的图像。同时，该机内藏各种补正表，也可用手动方式进行辉阶补正。另外，利用该机的预摄像功能，可简便地确认摄像状态。
(3)X线胶片数字化仪(VXR Film Digitizer)。
该设备是X线胶片专用读人装置。最大可扫描半开大小(14×17英寸)的X线胶片，所需时间仅为26s。每一像素具有12bit(4096灰阶)的浓度分解能，可忠实再现原图像，并通过视窗／灰阶处理，得到最适合的图像。此外，该机内藏变换表，可根据胶片的品质，或想要强调的部位，选择变换。
(4)数字会议系统。
该系统是通过手持式数码相机和可移动摄像机的动态图像、声音、数据等的传送召开会议的系统，通过以太网局域网接入ISDN通信系统，传送最大30帧／秒的动态图像。
3.2通信设备
综合服务数字网(Integrated Services Digital
Network，ISDN)是一种全数字网络，分为窄带ISDN(N-ISDN)和宽带ISDN(B-ISDN)两种。N-ISDN可利用现有的电话电缆为物理传输媒介，用一个单一接口提供服务，其接口为2B+D，包括2条64kb／s双工的B通道和一条16kb／s的双工的D通道，总速率为144kb／s，可以同时传送音频和视频信号，实现远程会诊讨论。同时可以通过多条N-ISDN捆绑方式较高的通信带宽；B-IS-DN采用光纤传输，速率以150Mb／s到几个Gb／s，能实现高清晰度电视服务。
3.3计算机通信硬件与软件
计算机的软硬件平台使用COMPAQ公司的服务器，Windows98／Windows2000软件平台，Oracle数据库管理系统和则-TAGE-3D断层重建系统。
4系统功能和研发课题
超高清晰度影像远程医疗系统是借助北京、天津和辽宁三省市在病理诊断和射线影像诊断领域的人才优势和技术优势，在国内现有窄带广域网通信基础设施环境、通信质量和网络技术水平的基础上，利用日方提供的超高清晰度显示设备和部分网络设备，通过中日双方的共同开发和研究，建立起一整套适合中国通信与网络环境的基于超高清晰度显示系统的病理图像和射线影像的远程医疗会诊咨询系统，同时建设超高清晰度病理图像、射线影像数据库及其检索系统。此套远程医疗系统在使用视频技术的同时引入数字技术，即在做病理诊断时，用视频技术和普通分辨率显示器进行镜下显微镜的整体浏览及动态定位，再用数字化(包括：采集、压缩、传输、和解压)的超高清晰度显示系统传送细微结构静态图像进行病理诊断。为实现这种类型的远程医疗系统，中日双方共同完成了如下课题的研究：
(1)基于超高清晰度医学病理及影像图像压缩与恢复技术应用的可行性与实用性研究。
在研究JPEG2000的基础上研究实现了一种基于小波技术的压缩方法，对超大医学图像(24Mbytes)进行快速压缩、解压。用3％的压缩率对病理图像进行压缩后，图像仍然保持原图的细微结构及清晰度，从而完全能用于诊断。将该方法用于放射线影像时压缩率可降到1％，因此大大降低了超高清晰度图像的传输速度，这是适用本系统能在窄代广域网上运行的关键。
(2)SNOMED编码(3.4版)中文版的应用研究。
中文SNOMED电子3.4版，该版包括145856个词条，是当前国际上使用最为广泛的大规模标准化中文医用术语数据库。此数据库已实验性的用在病理信息系统中，作为医学病理和影像分析的分类编码标准。
(3)超高清晰医学病理显微图像数据库的建立与临床应用研究。
实现普通和超高清晰病理图像的采集、储存、提取与再现，开发了以疾病、解剖、形态等SNOMED分类方法的典型病理图谱数据库管理系统，并建立了相当数量的图谱库。提供以WEB为界面的灵活的图像查询与统计方法，可支持临床研究，支持进一步的临床病理教学软件的开发。完成了病理图像数据库与医院PIS系统的融合，并集成病人的临床信息与病理图像信息。
(4)超高清晰医学影像图像数据库的建立与临床应用研究。
实现超高清晰医学影像平面／立体图像的采集、存储、提取与再现。建立了以DICOM3标准的典型医学影像数据库管理系统，并完成了大量的影像数据采集。完成医学影像图像数据库与医院RIS系统的结合，集成了病人的临床信息与医学影像信息资料。在超高清晰医学影像图像数据库的建立与临床应用研究的基础上。实现了B超影像图像的采集、存储、提取与再现，建立存储DICOM3标准格式图像以及由其转换而来的其它格式图像的典型B超影像数据库，扩展了B超影像数据库的建立与临床应用研究。提供了灵活的以WEB为界面的图像查询与统计方法，支持临床应用与研究。
(5)远程病理诊断协同工作系统的研究。制定基于远程视频电视会议系统的一套实时会诊方案，包括联通、切换、实时语音及动态图像传递，并进行了实施验证。制定了远程会诊预约规范及病人临床信息与诊断的传递标准并进行了实施验证。实现两地实时动态、宏观显微图像的传递，并制定和实验协同工作方法及规程。
(6)临床病理信息系统(PIS)的研究。
建立了基于SNOMED分类编码标准的病人病理及尸检报告数据库。实现了全院范围内病人病理诊断图像与临床资料的信息共享。实现了病理检查的预约、登记、划价、记账和统计，完成病理和管理信息的计算机化，完成在全院范围内病理检查请求与病理检查报告的双向信息传递。并拟定与运行临床病理信息系统相应的操作规范与工作制度。
(7)超高清晰医学影像三维图像临床实用性评价研究。
本医学影像系统所生成的三维图像可清楚地显示病变的范围及形态，有很强的立体直观性，可清楚地显示病变与周围解剖结构的相互位置关系。对制定手术治疗方案有很大的帮助，对诊治某些复杂病例有着不可代替的优势。无须要求会诊医院CT设备的类型，也不要求其配置高额的工作站既可在此会诊系统上进行三维图像重建与处理。会诊时可依照会诊专家的意见进行不同方向、不同处理手段的三维处理和动态显示，减少了对CT操作者能力的依赖，增加了会诊所观察的信息量。
5结论
图像诊断在现代诊断中起着非常重要的作用。在远程医疗系统中，文字信息和语言信息的传送都不是很难，因此，如何传送清晰、鲜明、可以诊断的各种临床医学图像便是系统成败的关键。超高清晰远程医疗系统在医学图像的采集、保存、传送、显示等各个环节都采用了超高清晰图像技术，它能提供2048像素X2048像素、24bit灰阶、60Hz无间隔扫描的超高清晰图像。这种质量可与35mm胶片图像相媲美，可清晰、鲜明地显示复杂的X线胸片和低倍率显微镜病理图像。这是普通以PC为基础的系统所不能达到的。此外，其DDM显示器具有与人眼近似的色分布，且对混入RGB信号的噪音有较强的抑制作用，因此，在进行病理图像诊断、内视镜图像诊断，以及皮肤病诊断时具有非常好的色彩还原性。超高清晰远程医疗系统还配置了图像服务器可与医院LAN相连，以直接读取CT／MRI的DICOM规格的断层图像；它配置的超高清晰3D图像卡及应用软件可在远隔地进行医学图像的三维重建。在此基础上，需要建立适合中国通信和网络环境的超高清晰远程医疗系统。此系统的压缩算法使超高清晰图像的压缩率已达到3％(对病理图像)和1％(对影像图像)。超高清晰病理和医学影像数据库已建立，远程病理协同工作基本规程也已制定。所有这些项目研究成果的完成支持了超高清晰远程医疗系统得以实现，它不仅适用于一般的远程会诊和医学教育，而且它高度的图像空间分辨力和良好的色彩还原能力，可将医学图像诊断的误诊率压缩到最低，是可用于远程医学图像直接诊断的系统。
转自：hc360慧聪网医疗器械行业频道
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