一个基于web技术的dicom查看器外文翻译资料

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一个基于web技术的dicom查看器

摘要：过去一个世纪，医学影像服务在医疗机构中承担了一个中心的地位，并且现在成为诊断和治疗结果的决定性因素。医疗行业的所有者和政策制定者正在逐步采用pacs和dicom标准，简化不同设备和机构之间的互操作过程。为了帮助解读影像，几个可视化方案出现了，但是这些应用程序都是这是针对特定操作系统的，阻碍了他们在这个日益web化的工作环境中的普遍使用。本文展示了一种完全基于web技术，主要是html5和javascript的dicom查看器。结果是一个已经在两个医疗图像中心使用的可视化工作站，并且可以从任何电脑，移动设备，操作系统上通过普通的浏览器访问。

Introduction

医疗图像实验室是一个非常复杂的环境，从图像的采集到显示都使用很特殊化的设备。IT基础设施，主要是存储单元和通讯层，需要为中心医院每年产生的数TB数据做好准备。20年前，第一个PACS系统在医疗机构出现，其目的是存储和管理放射科产生的数据。不可否定的，pacs对医疗影像来说是一个革命性的发明，特别因为它定义了获取，存储，传送医疗影像的标准。因此，为了标准化那些过程，pacs采用了dicom标准。该标准定义了医学图像数据应该如何处理，存储和传送。PACS-Dicom方案在90年代大规模使用，通常被认为是解决不同制造商设备之间的互操作问题的解决方案。

医疗影像的可视化是影响学工作流中的基础。传统上，医生用配置了特殊的医疗影像查看器的工作站来查看不同方法产生的影像。可视化平台可以在任何操作系统运行，但是这些应用通常限制于特定的平台，要求很复杂的安装和管理员权限。因此，用户在特定环境中通常局限于那些应用。而且通常需要物理接触那台安装了软件的工作站。尽管最近web技术日益进步，大部分专业解决方案都不能被认为是纯web的。零足迹查看器是一个最先进的客户端，他使用了标准浏览器和插件来提供对医疗图像库的访问。这个真正的瘦客户端不需要下载，安装或管理员权限而且更适合移动设备使用。

运行在浏览器中的web应用程序在各个商业场景中都有广泛应用，包括医疗信息系统。他们是跨平台的，就是说各个平台上的用户体验都是一样的。但是医疗图像可视化提出了几个问题。开发和管理基于dicom的，使用了特殊的通讯，解码和可视化的应用是一个问题很多的障碍。必须要把应用的业务逻辑和图形用户界面分开。通常，有一个中间服务器连接在web服务器上，这个中间服务器提供数据访问和格式转换服务，是pacs-dicom和web世界连接起来。客户端的操作，主要是医学图像的可视化和操作，通常用html和javascript相关技术实现。新的html5标准带来了很多重要和有用的api，这些api使得web应用有了更大的能力。

这篇文章展示了关于在一个真实的医疗图像环境中开发和验证零足迹查看器的研究工作。主要的目标是开发一个为专业医疗图形化的完全web的平台，这些图像存储在多个pacs档案库中，这个平台仅用一个支持html5的浏览器。这个研究很广泛的探索了html5的api来成功实现一个基于web的dicom查看器。而且这个平台提供了一个独特的移动环境，主要是安卓和ios设备。这个决定带来了浪费好几个月工作的风险。

Related work

有很多已经出版的研究阐述了dicom查看器在放射科中的重要性。从数字医疗图像的开始，开发了很多为用户提供可视化和处理工具的电子平台。几个报告很清楚的展示了dicom查看器对支持快速有效工作流的重要作用。每天的放射科医师的工作都是由电子工具支持的，这些工具让他们能够查询，取回和可视化pacs存档中的医疗影像。这不是最近才成为现实的，1999年Robert et al.发了一篇文章，里面展示了个人电脑在放射科中可以很有用。他们在电脑上安装了廉价的医疗图像查看器，和对可视化ct的访问。2000年，Eversman et al将一个诊所查看系统集成到电子医疗记录中，允许pacs图片被集成到文字报告中。他们的诊所查看器提供了pacs中所有图片的访问，包括CR，MRI，CT，超声等等。他们研究了用户的需要和一些很重要的功能。最后他们分析了系统的可靠性和性能。

今天，有些功能比如多维度的解析，多种方法的图像，3d重建已经在医疗影像查看器中广泛使用。Rosset et al开发了OS X上的OsiriX DICOM查看器。这个查看器的开发者利用了opengl提供的强大的3d图像功能，这些功能通过使用vtk itk等框架，和硬件图像加速器实现。

首次尝试实现dicom web查看器是基于java控件来实现平台无关的特性，但是这些查看器不算是纯web应用，因为他们需要事先安装一个特定版本的JRE。Mahmoudi et al.实现了一个3d渲染查看器。他们用了VRML来通过web提供3d功能。同时，VRML变得过时，3d表示现在可以通过html5标准引入的webgl api实现。Arguintilde;arena et al实现了一个基于flash的web 查看器。总的来说，web技术更新的很快，现在市场鼓励使用html5/画布/javascript技术而不是flash，比如，很多移动设备已经不支持flash。

之前开发的dicom查看器没有充分考虑通用的问题，因为他们是为了企业环境开发的。事实上，数据库和客户端通常是在一个局域网或者通过vpn连接。现在，本地访问限制似乎很有限制性，因为无处不在的访问变得越来越重要

方法和材料

A：系统架构

提出的平台遵循了一个多层次的设计模式。他使用了一个三层的方法来把展示，处理，数据层分开。通过把数据层和其他层分开，让系统很容易扩大规模，提高性能。通过把逻辑分层，让我们的模型更有弹性。

在数据管理层，我们用了一个开源dicom软件叫dicoogle。这个pacs让我们能够查询和取回存储的医疗图像。很多不同方法的医疗图像，比如CT MRI US XA。这些图像都用dicom格式存储，都是从一个葡萄牙北方的区域性医疗机构取得，这个系统是通过真实的数据库和放射科专家来评估。

B：网关

一个服务器端的网关/连接器被开发来通过web访问数据。它实现了应用逻辑，提供了展示层和数据管理层之间通讯的接口。这个网关提供了查询和取回医疗图像的dicom服务，这个服务是通过一个标准的rest web服务暴露。

这个网关为pacs-dicom和web协议提供了一个接口。它通过在一边实现dicom协议，一边实现http/xml协议来作为dicoogle pacs存档和网页客户端之间的桥梁。一些常用的功能，比如查找患者和从档案请求图片通过rest接口提供

网关还包含了一个有效率的访问控制机制来保证用户在访问远程pacs时已经经过授权。因此，他保证通过web对pacs的访问是合法的。网关还能配置成一个中间件，它为多个数据源提供透明的访问。这个网关提供了我们架构中所有的业务逻辑。

网关是通过java实现的，因此他可以运行在任意操作系统的普通的pc上，他还提供了一个开箱即用的，可以集成到现有的pacs基础设施中的解决方案。在配置了一系列网关和pacs之间通讯的参数后，网页客户端可以立即和pacs服务器通讯，没有任何障碍。

C：html5 dicom查看器

在展示层，web应用使用rest网页服务来与网关通讯。因此，任何web对pacs基础设施的访问都通过网关变得可能。

由于网页浏览器只能处理标准的比如png gif jpeg图片而不是dicom格式，因此需要把dicom解析和格式转换从展示层中显示。然而，web应用直接操作图像中的像素来提高渲染性能和质量。为了提供更好的应用性能和质量，系统支持客户端和服务器端任务。另一方面，比如像素操作是用客户端运行的javascript代码实现的，另一方面，需要更多计算能力的任务，比如图像压缩是在服务器端执行的。

网页浏览器中运行的网页应用符合html5标准。这个方案实现基于ajax技术。Ajax提供了web应用交互的充分方式。这个技术允许web应用在后台异步地从服务器发送，接受动态的数据，同时不干扰gui的运行。这样，一个基于数据的应用而不是基于页面的应用就被实现了。用来测试的浏览器提供了xmlhttprequest这个javascript接口来支撑ajax请求。另外，展示层使用了html和css来实现gui。

一些基本的图像处理功能是通过javascript在客户端实现的。html5 标准引入的Cancas对象，被用来实时渲染图像。这个组件提供了一个简单的api来画图，画线，画文字等。但是我们的应用没有直接使用canvas api而是用了一个框架叫kinecticjs 。我们还用了几个其他html5 api比如canvas和文件系统api 来渲染和缓存数据。

这个应用可以在任何平台上运行，支持各种dicom图像（灰度或彩色，单帧或多帧）

结果

结果显示现在的web技术，主要是html5和javascript，已经足够成熟来实现一个专业的医疗图像查看器。第一个原型方案已经安装在一个诊所里，放射科的反馈让我们改善可用性和系统的鲁棒性。结果很多常用的工具已经有了，比如如下的工具已经实现了

1. 距离，平面，角度测量
2. 图形注释
3. 多帧图像的回放
4. 将dicom文件导出成带注释的pdf文件
5. 窗口/层操作
6. 同步帧导航
7. 图像旋转和翻转
8. 图像过滤
9. 多个展示布局。
10. 全屏/双屏模式
11. 放大

除了通过用户的考验来评估，应用的性能也进行了评估。web应用的体验通常由应用的响应时间决定。因此我们测量了我们应用下载和展示图像的时间

网关和pacs系统在同一个局域网，网关安装在一台配置了16G内存 intel i7 2700k处理器，3.5G主频，上行带宽为12Mbps。web客户端是一个连接了大学无线网络的笔记本。结果显示响应时间不影响医生工作。我们还用移动设备测试了，结果很成功。

显然 ，web应用的访问时间对用户满意度是很重要的，响应时间还影响用户的交互，因此我们测量了一些关键任务的性能，比如应用过滤器，在多帧图片中导航，回放和更改窗口/层。最惊人的发现是我们的网页应用似乎比特定的浏览器性能好。测量结果显示应用性能没有恶化用户的体验因为操作执行的很流畅。

结论

在医疗信息化中，医疗信息，图像，可用性是关键因素。因此我们的研究致力于开发一个纯web的dicom查看器，它提供了在任何时间，任何地方访问资料的可能性。这个方案提高了医疗信息的可用性因为这个查看器可以在移动设备上运行。这是通过html5实现的。任何有现代浏览器的设备都可以运行浏览器。放射科医生可以通过我们应用的便利性来改善他们的工作流。未来的工作包括合作可视化和注释功能。

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