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图像存档中数据检索的信息管理和通信系统
Fred W. Prior and Kamal H. Nabijee
图片归档和通信系统（PACS）中的数据存储必须进行组织，以便有效的检索。唯一数据对象标识符（UID）的概念允许将问题基本划分为由UlD索引的存储系统和包含描述元素的数据库。数据库用于将用户检索请求映射到具有临床相关描述元素的托拉，并将其映射到特定数据对象的UlD。通过成像模式采用不同的数据组织机制，从而对通用PACS数据库组合体的结构进行排名。一种解决方案可以通过类似于基于电影的系统得到。图像和其他数据对象可以通过将模态和站点特定规则应用到电子文件夹中进行组织。然后，文件夹可以被组织成患者主文件夹或用户定义的参考文件夹。这样的组织为存储在PACS存档中的信息提供了一个易于理解的用户访问模型。本报告介绍了由信息管理系统（IMS）和信息存储系统（ISS）组成的PACS架构。呈现实体关系图以根据文件夹类比来定义lMS数据库的模式。文件夹概念及其与ACR-NEMA标准的关系仍在讨论。
@1989年由W.B. 桑德斯公司
关键词：PACS，归档，信息管理系统，图像检索。
图像存档和通信系统（PACS）开发的主要动机是用数字电子系统替代传统的基于电影的医学图像处理系统。迄今为止的大多数发展集中在工作站，通信标准和网络。假设高密度光存储技术可以或将很快可用于提供永久档案存储。但是，似乎在很大程度上被忽视的一个问题是一旦存储在PACS中后特定图像集的位置和检索问题。
当前的数字模式具有相当简单的目录结构来组织本地存储的信息。大多数系统依赖于默认的时间排序（例如，在系统上仅有在今天特定患者身上制作的图像）。较旧的图像可能已经存档到磁带或甚至光盘，但定位任务通常涉及手动搜索纸张记录。
档案存储当然是基于影像。现在存在许多组织和跟踪电影的机制。 有些涉及电脑数据库。然而，最终，影像档案需要手动搜索文件室以获取与特定患者姓名或访问代码号码相关联的影像。在数字系统中，如何执行相当于走过影像档案堆栈的功能并不明显。
数位放射科每年产生的图像数据量已由几位作者估计。1,2大多数估计表明，年产几十万张图像; 因此需要几TB的存储空间。许多领域和某些专业的法律要求（例如，小儿科）要求将这些数据保存并检索长达25年。利用这一数据量，浏览目录列表来定位单个图像上的特定患者不是一个有吸引力的命题。
在PACS中跟踪数字图像的一个明显方法是数据库管理系统。 存在许多商业产品并得到广泛应用。 至少在关系系统的情况下，理论与技术相对成熟。3 不幸的是，简单的数据库管理系统并不能解决图像的位置和检索问题。 真正的问题是，如何构建数据库，使得具有大量增长的潜力的检索有效和灵活。
似乎有希望的方法可以通过类似于现有的基于电影的系统得出。 影像相互关联，并通过将它们放入纸板夹与其他相关信息相关联（例如报告，实验室数据）。通过将它们放在病人的主夹克中的方式将文件夹放在电影室中，。 数据信封的嵌套显然有很多具体的变化，但使用文件夹作为组织的主要手段是至关重要的。 将显示实际上有几个非常有用的电子模拟文件夹概念。
独特的数据对象标识符
计算机科学中的一个基本和非常强大的概念是区分基准和对它的引用。 这样的引用元素被称为指针。 现代软件语言支持复杂的指针操作。 通过使用指针，可以回答关于数据存在的问题并控制对它的访问，而不与数据进行物理交互。 在许多情况下，指针可以代替实际的数据。 指针的操纵通常比对它们引用的数据的操纵要高得多。
在数据库中，唯一可用的记录级寻址机制是“主键”。 它在数据库结构的逻辑级别唯一标识记录。 实体之间的关系通过其主要关键属性的关联形成。
如果定义了一个唯一的数据对象标识符（UID），以便它识别所有PACS中的一个特定的数据对象，它既可以用作指向其关联的数据对象的指针，也可以用作主键来定位关于数据库中的数据对象的描述信息。 UID的结构必须能够普遍适用于所有设备类型，制造商和地理区域。 为了简单起见，它应该被定义为单个数据元素（即单个字符串或数组）。
由美国放射学院（ACR）和美国电气制造商协会（NEMA）4联合开发的数字成像和通信标准提供了一个通用数据字典，以便于通过通信接口传递的医疗信息的解释。 这个字典显然是第一个寻找一个UID的定义的地方。不幸的是，该标准不包含用于唯一标识数据对象的机制（在ACR-NEMA标准中，terna数据集用于描述作为单个消息传输的数据元素的集合，这里使用的术语数据对象基本上是同义的 除了它被定义在通信接口的上下文之外，即它也可以是存储结构）。它建议，但不要求，站ID，研究日期，研究，系列，采集和图像的元素可以级联，以产生“Study \ Series \ Acquisition \ Image”形式的唯一标识符。 该标准表明，这种类型的标识符可用于描述用于创建复合或拼贴数据对象的源图像，并为修改的数据对象提供审计跟踪。
这种方法的局限性是显而易见的。 推荐的标识符字符串非常复杂，其结构不固定。 在系统中也不一定是唯一的。 ACR-NEMA标准中没有尝试为除图像之外的任何数据对象定义唯一的标识符。
作为ACR-NEMA的标准产品互连（SPI）扩展的一部分，已经提出了一个更合适的解决方案：在SPI中，UID被定义为由26个字符的ASCII字符串组成的单个数据元素，具有以下格式：UID = lt;SYSTEM IDgt; lt;IE UNITgt; lt;DATE-TIME STAMPgt;他的符号lt;gt;表示字符串连接。SYSTEM ID是一个六字符串，由三个字符的CCITT国家代码和三个字符的制造商代码和系统编号组成。lE单元由两个字符的模块代码和两个字符的单元编号组成。 DATE-TIME STAMP是数据对象的创建日期和时间的连接，以ACRNEMA〜lefined格式表示（时间仅记录到最接近的百分之一秒，标点符号被忽略）。
UID的这种定义适用于任何类型的数据对象，并且可以处理已跨地理，制造商和模态边界传输的数据对象。 SPI格式UID可以唯一地识别所有PACS系统中的数据对象，假设没有可以生成比每十毫秒一个图像更快的图像源。
分布式存储系统
SPI比上面给出的松散定义更精确地定义了一个数据对象。 数据对象是三个不相交的数据元素集合的连接：UID，数据对象描述（DESC）以及ACR-NEMA（包括图像或文本数据元素）所要求的剩余元素。 DESC被定义为预期要查询数据对象选择的一组数据元素。 DESC集合是由ACRNEMA标准指定的要与特定类型的数据对象相关联的元素的子集。
DESC和UID的定义允许将PACS存储和检索问题的基本分区分为两个相关但可分离的组件：由定义了查询操作的DESC元素组成的数据库，以及包含由UID。 基于这种主分区，可以通过创建两类组件来解决数据存储和检索问题：管理描述信息的信息管理系统（IMS）和用于管理数据对象的信息存储系统（ISS）（Fig 1）。
IMS处理查询和更新事务，并且行为非常像库中的卡片目录。 它必须记住已提交给PACS的每个数据对象的位置。 IMS数据库必须为每个数据对象提供交叉引用，允许PACS用户使用与其特定应用程序相关的密钥（例如患者姓名，模式类型，日期，器官系统等）来搜索数据对象。
最终，所有数据检索查询都会使请求者被提供一个由UID和一个位置（即存储该数据对象的节点的逻辑名称）组成的唯一数据对象指针。 这两个信息UID和位置提供了IMS和ISS之间的联系。
ISS是一个大型的分布式大容量存储箱。 它必须支持简单的目录功能将UID映射到内部存储地址。 基于存储是临时的（高速磁介质）还是永久（大容量光学介质），ISS可以被细分为存储和存储型节点。
这种分布式存储架构简化了PACS数据存储和检索所需的逻辑组件的设计。 ISS组件是仅需要UID访问数据的简单文件服务器。 PACS上的这些服务器的数量仅受成本和带宽考虑的限制。 所有数据库功能都被本地化到单个目录服务器（IMS）。 为了提供查询和更新操作的明确目标，逻辑PACS只能包含一个这样的服务器。
基于分布式存储架构，PACS可以定义为一个逻辑网络，其中包含一个IMS功能和至少一个ISS功能。 每个PACS是自主的，因为本地IMS执行PACS的所有功能并且知道包含在该PACS的ISS组件中的所有数据对象。 虽然乍看起来，这种架构可能看起来有些限制性，但由于具有所有功能的PACS可以被视为可以连接到其他PACS的单个模块或“岛”，因此能够几乎无限增长。6
歧视性陈述
在基于分布式存储架构的系统中，ISS组件的内部结构相当明显，但IMS数据库的结构不是这样。 所有医学成像模式系统都提供了一些机制来组织图像集。不幸的是，形成这种关联的规则和参数是每个模态和制造商特有的。 PACS数据库服务器必须以某种方式将模态特定关联规则归一化为一些通用结构，这将允许多模式工作站的用户检索所需的数据集。
对模式系统横截面应用的关联规则的审查显示至少有两个基本类别：人口和展示。为了澄清区别，特定的一组图像数据对象可以表示在特定日期对特定患者执行的GI系列。 作者将这种类型的关联分类为人口统计学。 相反，以特定顺序取得的一组不同的图像数据对象（或可能相同的集合）形成电影循环。 这是显示协会的意思。 两种类型的关联的描述通常包含在模态系统的目录中。 这两种类型的信息必须以某种方式传达给PACS工作站和数据库服务器并被其理解。
ACR-NEMA标准通过定义可以映射任何模态目录结构的通用目录层次，尝试解决关联信息的通信（该标准不涉及信息的解释或显示）。 研究，系列，采集和图像的元素构成了这种层次关联机制的基础。 人们会注意到，在两个不同的上下文中使用了同一组元素。 实际上，虽然ACR-NEMA标准版本2.0包含对这种区别的明确承认，但是ACR-NEMA标准不能识别数据对象关联规则和唯一数据对象标识之间的区别。
可以认为，任何模态目录结构都可以映射到“研究”，“系列”，“获取”和“图像”层次结构中。 关键的问题是，一旦这样做，PACS工作站的用户将能够理解关联。 例如，一个数字减影血管造影系统（DIGITRON，Siemens Medical Systems，Iselin，N J）具有患者，研究，图像和框架形式的目录层次。 虽然可以将其映射到ACR-NEMA层次结构是确实的，但是术语Image的重新定义无疑会引起混淆（ACR-NEMA图像等同于Frame）。
如果假设图像作为单独的数据对象（包括关联）传送，则每个数据对象内的信息是尴尬的。 如果一个人尝试描述同一组数据对象中的人口关联和一个或多个显示关联，这一点尤其如此。 显然，需要一种描述数据对象之间的不同关联的机制，并且至少部分地是这些数据对象的外部。
文件夹模拟
如果观察放射科的数据组织和流程，很明显，关联和传输信息的主要机制是文件夹或外套。 将检查产生的胶片放入文件夹中，将文件夹运送到阅览室。 当生成报告时，会将文件副本添加到该文件夹。 人口统计学，诊断和治疗相关信息通常也包括在内。 最后，该文件夹被添加到电影库中的病人的主夹克上。 虽然这可能是对放射科部门功能的过度简化，但它说明了文件夹作为数据信封的效用。 明显的问题是，可以定义马尼拉文件夹的电子模拟吗？
许多个人计算机用户熟悉电子文件夹的一个表示。 存在图形化地表示在工作站显示器上排列的一组图像的文件夹（例如，图标，格式化的目录列表）的概念的许多方式。 这样的表示可以被认为是允许用户可视化和操纵电子文件夹的显示隐喻。
通常，电子文件夹是包含其他数据结构的数据结构，通过价值或更频繁地通过引用（显示图标的机器表示实际上是数据结构）。 人们可以将计算机系统上的文件夹视为文件夹。 该文件可能包含指向其他文件的指针，其中一些文件本身可能是文件夹。 这种类型的嵌套数据结构通常用于在微型计算机系统中实现目录服务。
图2示出了文件夹概念的四个表示或形式。 作为显示隐喻和asa目录结构的文件夹可能会在PACS工作站中找到重要的应用程序，但它们并不与本讨论特别密切。 还有另外两个文件夹概念的化身，但是，这是非常重要的：文件夹asa数据对象和数据库实体。
SPI定义了一个类型文件夹的数据对象。 像其他SPI数据对象一样，文件夹由UID，DESC和其他元素组成。 与其他数据对象不同，该文件夹没有图像数据或其他数据。 相反，其“数据”包括UID和文本描述的列表; 即，SPI文件夹是包含指向其他数据对象的数据对象，其中一些也可能是文件夹。
类型文件夹的数据对象可以像任何其他数据对象一样在网络上传送。 它允许一个设备描述一组数据对象之间的关联，然后将该关联信息传送到另一个设备。 因为关联信息被包含在单独的数据对象中，所以在关联对象集合的外部。 SPI文件夹比较简单。 它要求数据对象按照引用顺序进行。 然而，由于可以将一个文件夹数据对象的UID包括在另一个文件夹数据对象中，所以可以描述复杂关联。 通过在文件夹的DESC中包含文件夹类型元素，可以定义专用数据结构，例如参考文件夹，检查文件夹和历史文件夹。
沟通关联信息只是解决不同目录问题的一部分。 需要一种机制来将成像模态的各种目录结构标准化为通用PACS目录。 文件夹概念的最终化身提供了关键。 PACS目录数据库可以被设置为一组文件夹实体。 在物理上，每个文件夹实体是数据库中的一个表。 由文件夹数据对象传送的关联信息可以被编码为数据库实体之间的关系。 以下部分将详细描述这种数据库结构。
IMS数据库概要
已经为IMS数据库识别了一组实体，该数据库应该对临床医师有意义，希望定位一组特定的相关数据对象。 假设这些实体也足够一般，以允许从不同模式组织数据对象。 涉及的关键实
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