淺析區(qū)域醫(yī)學(xué)影像語(yǔ)義檢索系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

方勝吉 劉超 張騰

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201722004

摘要：在臨床應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，醫(yī)學(xué)圖像資料是輔助醫(yī)生診斷的一個(gè)重要的手段，然而，傳統(tǒng)的PACS系統(tǒng)，僅能夠使醫(yī)生針對(duì)個(gè)例進(jìn)行診斷，不具有特例性，當(dāng)遇到疑難雜癥時(shí)，系統(tǒng)并不能夠給醫(yī)生提供有價(jià)值的醫(yī)學(xué)圖像參考資料；本文討論的系統(tǒng)就是針對(duì)這種情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)將語(yǔ)義技術(shù)與醫(yī)學(xué)圖像檢索技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的語(yǔ)義檢索，從而給醫(yī)生提供與就診患者相關(guān)的可查的醫(yī)學(xué)影像資料，提高醫(yī)生的診斷效率和正確率，對(duì)臨床應(yīng)用具有極強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)圖像；語(yǔ)義檢索；跨區(qū)域

在臨床的過(guò)程當(dāng)中，醫(yī)學(xué)圖像常常作為醫(yī)生對(duì)病情判斷的一個(gè)主要的依據(jù)，特別是在醫(yī)生對(duì)病情判斷不是十分明晰的時(shí)候，醫(yī)生往往需要通過(guò)同其他的醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行對(duì)比，得出寶貴的參考意見(jiàn)，因此，能夠有效、及時(shí)的得到與病人相關(guān)的或類(lèi)似的、已經(jīng)得出診斷結(jié)論的特例醫(yī)學(xué)圖像顯得尤為重要。然而，目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)的醫(yī)院使用的都是PACS系統(tǒng)，它只能通過(guò)病人本人的信息檢索出來(lái)相關(guān)的醫(yī)學(xué)圖像，這些圖像并不具有特例性，也就是說(shuō)它僅對(duì)患者本人，而不能為其他病例提供參考；再者，目前國(guó)內(nèi)的各所醫(yī)院的醫(yī)學(xué)圖像資源，極少共享，也就是說(shuō)大部分的醫(yī)療機(jī)構(gòu)都只是在管理和使用自己院內(nèi)的醫(yī)學(xué)圖像資源，這種區(qū)域局限性嚴(yán)重限制了醫(yī)療合作的發(fā)展。

所以，面對(duì)上述問(wèn)題，我們提出了將醫(yī)學(xué)圖像的檢索過(guò)程與語(yǔ)義技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)智能化的語(yǔ)義檢索體系提高醫(yī)學(xué)圖像的檢索效率，可以根據(jù)各地不同的醫(yī)療條件，構(gòu)建出不同水平的語(yǔ)義檢索系統(tǒng)；再結(jié)合RESTFULL，以URI的形式呈現(xiàn)給用戶(hù)；同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)在任何網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，都可以通過(guò)訪問(wèn)接口獲取醫(yī)學(xué)圖像資源的信息，真正的實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、跨醫(yī)院間的醫(yī)學(xué)影像信息互聯(lián)，充分提高醫(yī)學(xué)圖像的利用率。

一、醫(yī)學(xué)圖像語(yǔ)義檢索系統(tǒng)分析

（一）需求分析

需求分析，是通過(guò)與用戶(hù)之間的詳細(xì)交流得出的，主要是要對(duì)用戶(hù)進(jìn)行深入的調(diào)查研究，明確用戶(hù)需要什么樣的功能？系統(tǒng)需要怎么做？具體要怎樣實(shí)現(xiàn)等。這是需求分析最根本的任務(wù)。而整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要通過(guò)與用戶(hù)的全面交流，真正的掌握用戶(hù)的想法與用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)的最終的期望，這是整個(gè)系統(tǒng)的目標(biāo)；而最終系統(tǒng)所呈現(xiàn)出來(lái)的形態(tài)和性質(zhì)則是由需求分析所得出的結(jié)論決定的，這是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基石。

相對(duì)于醫(yī)學(xué)圖像的語(yǔ)義檢索，它主要面對(duì)的用戶(hù)就是醫(yī)生，在傳統(tǒng)的PACS中，醫(yī)生要想檢索出病人的醫(yī)學(xué)影像信息，一般情況下，都是先從病人的ID開(kāi)始，然后依次進(jìn)行檢查、序列等，直到找到病人的圖像資料，在這個(gè)檢索過(guò)程中，是一個(gè)一對(duì)多的關(guān)系，整個(gè)的檢索路徑呈現(xiàn)的是一種倒置的樹(shù)形結(jié)構(gòu)；也就是說(shuō)，從一個(gè)病人出發(fā)，進(jìn)行檢索，他可能會(huì)有好多的檢查，而在每個(gè)檢查當(dāng)中，又會(huì)包含多個(gè)序列，一個(gè)序列里面又會(huì)有多張醫(yī)學(xué)影像圖片，所以說(shuō)整個(gè)的檢索路線就是一個(gè)樹(shù)形結(jié)構(gòu)；樹(shù)形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是層次清晰，相鄰的節(jié)點(diǎn)間影像較小；但缺點(diǎn)也較為突出，比如說(shuō)不能進(jìn)行跳躍式檢索，這就使得醫(yī)生在對(duì)圖像進(jìn)行檢索時(shí)，操作過(guò)程變得復(fù)雜且呆板，即使是檢索同一副圖像，操作過(guò)程也要重復(fù)兩遍，所以從醫(yī)者的角度來(lái)講，一種高效、智能的圖片檢索方式被迫切需要，特別是當(dāng)面對(duì)疑難雜癥時(shí)，高效的獲取有參考價(jià)值的圖像，從而大幅度提高醫(yī)生診斷的效率和準(zhǔn)確率，顯得尤為珍貴。

而就目前來(lái)講，這種智能的語(yǔ)義檢索方式并沒(méi)有被重視起來(lái)，在當(dāng)前，絕大多數(shù)的醫(yī)院還是停留在小范圍內(nèi)，使用PACS，PACS高成本、范圍狹窄的缺點(diǎn)暴露的十分明顯，我們需要對(duì)目前的狀況進(jìn)行改進(jìn)，需要使用新的技術(shù)來(lái)提高醫(yī)療的執(zhí)行效率、擴(kuò)大其影響的范圍、降低其使用的成本，從而大幅度提高患者的就醫(yī)質(zhì)量。

（二）可行性分析

可行行分析，是在前面我們討論的需求分析的基礎(chǔ)之上，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)提出的一個(gè)整體的設(shè)想；根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)際條件，經(jīng)過(guò)客觀細(xì)致的分析和冷靜的判斷，對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程的具體實(shí)施步驟、各個(gè)環(huán)節(jié)所需要的軟硬件條件的一個(gè)實(shí)際的考察。主要衡量在現(xiàn)有的硬件設(shè)施、實(shí)現(xiàn)技術(shù)等條件下，能否按用戶(hù)的需求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最終的目的，進(jìn)行深入的討論、研究和論證；最后要得出是否可行的結(jié)論。

相對(duì)于系統(tǒng)的研發(fā)可行性而言，首先，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)有極其廣闊的市場(chǎng)需求，這點(diǎn)前面已經(jīng)闡述，可以應(yīng)用到臨床實(shí)踐當(dāng)中，并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)意義；其次，系統(tǒng)的研發(fā)，應(yīng)以某大型醫(yī)院為基礎(chǔ)進(jìn)行研發(fā)，軟硬件環(huán)境應(yīng)與臨床實(shí)踐相近；最后，項(xiàng)目研發(fā)人員要具有極強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶(hù)的需求。

二、系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)及運(yùn)行流程

（一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)

整個(gè)語(yǔ)義檢索系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是提高醫(yī)院的醫(yī)療診斷質(zhì)量，推進(jìn)醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展；結(jié)合患者的實(shí)際情況，快速高效的為醫(yī)生提供有參考價(jià)值的醫(yī)學(xué)圖像資料；系統(tǒng)應(yīng)該根據(jù)醫(yī)院現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，提供直觀、人性化的醫(yī)學(xué)圖像服務(wù)，以人性化的方式，將基于DICOM文件格式的病人信息、檢查信息、序列信息和圖片信息呈現(xiàn)給需求的醫(yī)生，提高其檢查的速度和準(zhǔn)確率。

（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則

在對(duì)醫(yī)學(xué)圖像語(yǔ)義檢索系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，主要設(shè)計(jì)原則如下：

1.實(shí)用性

本系統(tǒng)的使用者，主要是醫(yī)生，作為醫(yī)療工作者對(duì)于計(jì)算機(jī)的使用方法可能了解的并不是很多，這就要求系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)要人性化，操作盡量簡(jiǎn)單易懂，同時(shí)還要配有詳細(xì)的功能說(shuō)明，為醫(yī)療工作者提供有效的功能解釋?zhuān)煌瑫r(shí)，系統(tǒng)反應(yīng)要迅速，能夠滿(mǎn)足臨床的實(shí)時(shí)性要求。

2.安全可靠性

對(duì)于應(yīng)用在臨床醫(yī)療上的系統(tǒng)來(lái)講，系統(tǒng)的安全可靠性至關(guān)重要，其中最為重要的就是數(shù)據(jù)源，為了不使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，數(shù)據(jù)源的安全性必須得到保障；同時(shí)，系統(tǒng)要可靠的運(yùn)行，還要有極高的容錯(cuò)性，不會(huì)因?yàn)橐稽c(diǎn)小失誤導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。

3.科學(xué)性和規(guī)范性

為保障系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理，系統(tǒng)的建立過(guò)程應(yīng)以軟件工程學(xué)為基礎(chǔ)，同時(shí)，系統(tǒng)的各項(xiàng)功能也應(yīng)該以臨床的實(shí)際需求為準(zhǔn)，也就是說(shuō)要以標(biāo)準(zhǔn)的、規(guī)范化的信息格式來(lái)處理信息，目前醫(yī)療行業(yè)，通用的重要的信息規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)，分別是DICOM和HL7。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

4.可擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)性

從可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn)出發(fā)，系統(tǒng)應(yīng)該預(yù)留一定的IO接口，便于以后的功能擴(kuò)展，以及對(duì)數(shù)據(jù)的更新；為延長(zhǎng)其使用的周期，在硬件方面應(yīng)具備一定的提前量，可以從計(jì)算機(jī)性能、設(shè)備的擴(kuò)容、軟件更新等方面考慮；同時(shí)在保障功能的基礎(chǔ)上，還要兼顧價(jià)格，把握好系統(tǒng)的性能價(jià)格比，應(yīng)以最好的性能價(jià)格比配置系統(tǒng)的軟硬件。

（三）運(yùn)行流程

根據(jù)前面的分析，結(jié)合本系統(tǒng)的最終目的，設(shè)計(jì)出一個(gè)基于語(yǔ)義和RestFul架構(gòu)的醫(yī)學(xué)圖像區(qū)域語(yǔ)義檢索系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)醫(yī)學(xué)DICOM圖像的區(qū)域語(yǔ)義檢索。具體運(yùn)行流程如下：

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項(xiàng)目基金：吉林省教育廳“十三五”規(guī)劃科技項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱(chēng)：區(qū)域內(nèi)海量醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)架構(gòu)的研究與實(shí)現(xiàn)，項(xiàng)目編號(hào)：吉教科合字（2016）第233號(hào)

作者簡(jiǎn)介：方勝吉（1982），男，碩士，講師。