【摘要】本文围绕医学影像数据实时浏览这一问题，首先分析了流技术、渐进技术和JPEG2000标准这几种技术在医疗领域内的作用。以及存在的一些问题。根据医学信息和医学影像的特性，提出了并行结构与层次设计的构想，针对不同网络条件下。阐述了流技术框架下的医学影像系统总体设计的思路和模型。通过临床应用和测试结果。在实践中验证了设计思想的可行性与优越性。

　　【关键词】流技术；医学影像系统；渐进技术；PACS

　　The Studying Of Medical ImageSystem Based On Streaming TechnologyJIANG You—hao，MA LiPutuo Hospital Affiliated to Shanghai University of Traditional Chinese Medicine(Shanghai 200062)【Abstract】In this paper，the medical image data around the issue of real—time browser，first of all all a_nalysis of streaming technology，progressive technology and standards for these types of JPEG2000 technology in themed ical field．as well as a number of problems．According to medical information and medical imaging characteristicsofa parallel structure and the level ofthe concept of design fordiferent network conditions．the sn℃哪technol—ogy within the framework of the medical imaging system and model design ideas．Through the clinical practice andthe test result，have confirm ed the design concept feasibihty and the superiority in reality．【Key Words】Streaming technology，Medical imaging system，Progressive technology；PACS

　　引言

　　传统的医学影像系统，对远程数据的显示请求，一般需要传输、解析、处理到显示四个步骤来实现。

　　这种传统的顺序结构工作模式，因受到网络带宽的限制，往往在浏览影像时需要等待较长的下载时间，并存在一定时段的资源闲置，越来越不能满足医疗领域中应用需求。提高影像数据的访问速度，实现影像的实时浏览，已经成为医学影像系统要解决的一个重要课题。

　　1 流技术及渐进技术分析

　　1．1 流技术及渐进技术的概念流(Streaming)技术其基本思想是将传统的影像系统中的顺序处理方式转换成并行处理方式，以在下载影像数据的同时显示已下载的部分，而不必等到整个文件全部下载完毕才能看到内 ¨。

　　渐进(Progressive)技术其基本思想是利用人体视觉“从朦胧到清楚”的感官效应，先传输图像轮廓数据，让用户看到图像的大致轮廓，然后不断提高图像质量，使用户逐步看清图像中的细节部分。另外新一代的静态图像压缩标准JPEG2000，具有Pro．gressive等优良的性能，应用前景非常广泛。

　　1．2 两种技术在医疗领域应用中存在的一些问题

　　1．2．1 流技术的媒体格式 儿刮流技术中常用的医学动态图像格式主要包括了DCMM(DICOM Multi—Frame Image)和MPEG两种。

　　虽然存在支持MPEG的流技术系统产品，但没有产品能直接应用于DCMM文件的网络播放。而另一方面，DCMM压缩比都比较低，而且文件容量大，传输时间长，在传统的图像系统中浏览的实时性更差。因此，本文将流技术引入医学动态图像范围中来。

　　1．2．2 流技术的传输协议目前的流技术都是基于UDP(User DatagmmProtoco1)协议实现数据的传输，UDP协议虽然提供比较高的通讯速度，可以按照时间顺序包传递，但没有重发检验机制，不能保证传输的可靠性，容易发生丢失数据的现象。而TCP(Transmission Control Pro—toeo1)协议在通讯速度上略有欠缺，但其可靠性完全符合医疗领域的应用，在TCP的众多应用层协议中,文件传输协议(File Transfer Protoco1)允许用户以文件操作的方式(文件的增、删、改、查、传送等)与另一主机相互通信。其优点是性能比较稳定、上层应用开发比较简单、还具有断点续传、定点下载等功能。故本文将m 文件传输协议作为流技术中的网络基础。

　　1．2．3 JPEG2000算法JPEG2000编码解码算法的优化大大的改善了编码解码速度、CPU内存资源占用等方面存在的问题，在实际应用已经获得很好的效果。故本文将JPEG2000作为改善图像质量，提高解析速度的可靠算法。

　　以上分析表明，在医疗领域中流技术与渐进技术有着巨大的潜力。从流技术的内涵来说，其实任何数据从传输、解析到可视化的过程都采用了并行结构的技术，从这个意义上说，渐进技术其实也包含其中。

　　2 总体设计2．1 流技术并行结构传统的医学影像系统工作模式如图1所示，其工作流程为：通过传输，将远程数据本地化，然后对本地数据进行解析，将解码好的数据按照某种方法进行调整，最后的将调整好的数据进行显示。

　　传统的医学影像系统工作模式Fig．1 The traditional model of medical imagmg system流技术的并行工作模式如图2所示。其工作流程为：通过传输，获取远程数据包，将数据包送入数据管道，连续地对数据包进行解码，将解码好的数据包连续性地调整，最后将调整好的数据包连续的显示。

　　流技术的并行工作梗式，在同一时刻，有多个模块处于激活状态，控制平台通过数据驱动方式协同工作。

　　各个操作之间的核心是数据流的关系，每个操作通过数据管道输入输出数据相互连接。

　　2．2 框架设计流图医学影像流技术的结构设计采用分层设计的思想，将传输、解析、处理、显示四个过程的内容分别对应于四个具体层。流技术的思想表现在每个层与层之间都不再是简单的本地化数据处理，而是更多的基于网络数据流的整合和处理，强调层之间的数据关系，关注数据如何获取、传递和处理。框架的总体设计和数据流如图3所示，其中包括了下面四个层、三个面的控制以及反馈。

　　2．2．1 流技术框架的总体设计与数据流传输层向上负责接收从服务器发送的数据包，并将该数据包传递给解析层提出解析请求；向下负责通过网络与数据源建立连接，向服务器提出网络请求。传输层必须采用安全有效验机制的协议，本文应用FrP协议来实现精确寻帧和支持断点续传的需要。

　　(2)解析层解析层向上负责DICOM医学图像的数据包解码，向处理层输出图像原始数据流，提出处理请求，向下负责向传输层提出数据请求。本文应用UCD—MC的DICOM代码进行解析，并对其进行了优化提高了解码速度。

　　(3)处理层处理层向上负责对从解析层接收的图像流进行必要的处理、矫正，提供给可视化层进行显示，提出可视化请求；向下负责向解析层提出数据请求。本文应用MMX和SSE3技术的高效特点极大的影像处理速度。

　　(4)显示层显示层向上负责将图像数据展现在用户面前，并根据用户的需求更新可视化效果，向下负责向处理层提出数据请求。

　　2．2．2 三个面的控制上层控制平台对各个层之间存在三个面的控制，各个层也向控制平台反馈交互信息：

　　(1)数据控制层之问通过数据通道进行交互，由控制平台负责层之间的数据流动和请求服务，并协调数据包分配与共享。

　　(2)层次控制主要负责各个层的操作命令，同步各层工作并保证各个层之间的紧密衔接。

　　(3)外层控制通过上层应用程序接口响应用户请求，根据用户操作需求，控制各个并行操作命令，调整处理、输出效果等操作。

　　(4)信息反馈每个层向控制平台传递当前层的状态信息，提出下一个层操作相应的消息等。

　　2．3 不同网络条件流技术方案2．3．1高速网络下DICOM动态图像-Streaming对于DICOM动态图像，本文设计基于FTP的DCMMStrcaming方案。DCMMStreaming的总体设计思想是：以帧为数据流单位，在播放过程中，下载完一帧数据后立即显示，在显示的同时执行下一帧的下载，对于用户的寻帧请求，需要查询相应的帧偏移位置，并边下载边显示。

　　该方案的模型如图4所示，传输层过滤器中输入为肿数据包，输出格式为原始DICOM帧数据包，解析层过滤器和处理层过滤输入输出为相应解析和处理的DICOM帧数据包，显示层过滤器中输入为处理后的DICOM帧数据包，直接向用户输出最终的帧图像。另外，控制平台与各个层之间除了一般的控制反馈信息交互以外，还需要获得解析层取得的DCMM帧偏移表，控制传输层的册数据包下载。

　　高速网络下MPEG动态图像—FIP StreamingFTPStrcaming的基本思想是FrP传输方式，提供文件数据流的安全性、顺序性、较快的传输速度等性能。

　　传输层过滤器中输入格式为网络FTP数据包，输出格式为MPEG原始流数据包，解析层过滤器中输人格式为MPEG原始流数据包，输出格式为解析后图像原始帧数据，处理层过滤器中输入格式为解析后的图像原始帧数据，输出格式图像处理帧数据，显示层过滤器中输入格式为图像处理帧数据包，直接向用户输出最终的帧图像。

　　2．3．3 流技术的核心是并行处理的概念，在不同层过滤器之间强调数据包的流动，而Progressive是广义上的Streaming，层之间传递的数据包不仅仅是一帧帧的图像数据，还是一个个能够独立解码的图像层、图像块、一行一行的数据等。因此，可以将这两种技术的结合在一起，其核心思想是帧与帧之间采用Streaming思想，以帧为单位边下载边显示，在帧内部采用Progressive思想，即图像由朦胧到清晰逐渐显示。

　　在服务端将各种其它类型的文件转换为DI—COM—JPEG2000动态文件，帧与帧之间独立编码。

　　另外，还要更新DICOM文件中的传输句法、压缩方式、帧偏移表等与数据有关的数据元素。

　　该方案的模型如图6所示，传输层过滤器中输入为rrP数据包，输出为原始JP2层数据包，解析层过滤器和处理层过滤器输入和输出为相应解析和处理的JP2层数据包，显示层过滤器中输入为处理后的JP2层数据包，直接向用户输出某一层的图像。

　　另外，控制平台还需获得解析层取得的帧偏移表、每一帧JP2的层数量、层次偏移表等信息，控制传输层的FTP数据包下载¨ 。

　　动态图象的StretmMng—Progressive模型Fig．6 Dynamic Image Streaming—Pr ogressive M odd综上所述以上三种模型中基本控制平台的控制流程均为：

　　(1)启动传输层过滤器，执行FTP下载远程图像数据。

　　(2)启动解析层过滤器，获取下载数据包，解析获得图像大小、数据类型、帧信息、图像速率、偏移表信息等初始化信息。

　　(3)控制平台获取帧偏移表、图像速率等信息，控制传输层向下传递的数据包大小。

　　(4)解析层过滤器执行帧数据的并行解码。

　　(5)启动处理层过滤器，对该帧进行处理。

　　(6)启动显示层过滤器，将该帧的图像显示输出。

　　(7)对于用户提出的跳转命令，控制平台清空各个层中的数据，由鳃析层过滤器执行定点寻帧下载。

　　(8)控制平台根据图像速率信息，同步各个层的执行，控制显示速率。

　　3 结果分析以动态图像包括动态DICOM图像、以及视频卡采集的MPEG4? 超声、内窥镜图像为例，分析流技术性能的测试结果。

　　参考文献

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