基于PACS系统的医学影像学标准化考试软件的基本编程逻辑及模块化设计

朱正伦1蔡思捷2荀臻臻3盛宁3陈明敏1龚震晔4

【摘要】目的：基于PACS系统的医学影像学标准化考试软件的基本编程逻辑及模块化设计。方法：在PACS系统中，临床医生对典型病倒图像注释后进行归类，然后存储于SQLSERVER2000服务器中，采用模块化管理方式，归类的文件夹在Internet网络环境下操作。同时介绍了一种基于PHP和MySql技术的校园网络考试系统的设计方案,阐述了系统的逻辑结构、开发环境、模块组成。结果：该软件由4个子系统组成，并通过直接与PACS系统连接使试题库具备多样性、临床性、资源共享性和便利性。结论：基于PACS系统的医学影像学标准化考试软件具有方便、直观、互动性好，操作简便，资源网络共享可靠等优点，值得推广应用。

【关键词】PACS;网络数据库;数字化考试系统

[Abstract]Objective：TostudytheestablishmentandapplicationoftheNetworkExaminationSystemofmedicalimagebasedonPACS.Methods：InthePACSsystem,eachauthorizeddoctorispermittedtotakeannotation,classifytherelatedimagesandsavetheminaSQLSERVER2000server.Withamodularizedmanagement,alltheclassifiedimagedirectoriescanbeaddedordeleted.AproposaloftheNetworkExaminationSystemontheCampusNetworkbasedonPHPandMySQLtechnologywasgiven.Itisfullyintroducedaboutthebasiclogicalstructure,developmentalenvironmentandcomponents.Results：Thesystemhasgoodopenness,stabilityandinteractivity,withalltheimagessavedsafelyandlosslesslyandtransmittedfast.Conclusion：theNetworkExaminationSystemofmedicalimagebasedonPACShasmanyexcellentfeaturessuchasconvenience,safety,directness,goodinteractivityandeasyoperation,andcanbeintroducedforapplicationwidely.

[Keywords]PACS;Internetdatabase;Digitalexaminationsystem

随着计算机技术的迅猛发展，医学影像管理与通讯系统(PictureArchivingandCommunicationSystem，PACS)将医学图像资料转化为数字信息，通过高速计算机设备及通讯网络，实现医学图像获取、存储、管理、处理、显示以及远程医学会诊和教学等功能，使图像资料得以有效管理和充分利用。它实现了影像资源共享，极大地方便了医疗、教学、科研工作，极大地提高了影像诊断的水平与效率。PACS在更好地为临床医疗服务的同时，将其与标准化开始软件的结合也为医学影像学教学、应试提供了更加先进的手段，使医学影像学教学在原有的基础上提高了一个层次。本研究旨在研发一款可以将临床实际患者影像资料和医学院校学生教学考核无缝结合的标准化考试软件。

一、材料与方法

（一）材料

1.医院PACS系统

PACS采用星形总线拓扑（Starbustopology）结构，主干网为100M/1000M

以太网，图像采集与传输采用DICOM3.0标准，使用传输控制协议/网际协议（TCP/IP），将工作站和服务器连入网络。

2.数字化放射科RIS/MiniPACS系统

RIS系统可与医院PACS联网：人体各部位照片经CR扫描后直接存储于服务器中便于访问、调用和处理，对典型病例图像经标释后采用ACR编码归类存储于教学模块中。

⑴、硬件平台

网络采用100/1000M以太网，3COM24100/1000M交换机，服务器配置为Dell2850机架服务器(2G内存、73G15KSCSI硬盘两块、320M/S的SCSI阵列卡、双冗余电源、至强2.8GCPU、键盘、鼠标、17寸显示器)；Dell220S阵列柜（SCSI阵列卡、146G10KSCSI硬盘14块）；诊断工作站Dell多台套（1G内存、100GSATA硬盘、P43.2CPU、键盘、鼠标、19寸医用双竖屏液晶显示器、15寸液晶显示器）；专用DICC(1G内存、80GSATA硬盘、P42.8CPU、键盘、鼠标、19寸医用竖屏液晶显示器集合、17寸液晶显示器、专业图像显示卡3块)教学会诊工作站等。

⑵软件平台

服务器操作系统采用WINDOWSSERVER2008；诊断工作站操作系统WINDOWS2000PROFESSIONAL；DICC操作系统采用WINDOWS2000PROFESSIONAL；服务器数据库采用MySQLEnterprise。

（二）方法

1、图像系统的建立

（1）图像数据库的建立

医学影像图像经PACS系统直接转换为符合DICOM标准格式存储于服务器中，于每日工作中，由在图文工作站的审核报告医生将典型病例、特殊病例，根据其最后诊断，用矩形工具框的文字注解功能，将图像进行相应标释后，，选择相应教学项目点击存入教学数据库中，并将图像格式保存为GIF或JPG。

（2）图像数据库管理

图像数据库包括图像库和文本文件库，图像库主要为CR、DR、CT、MRI、USGB图像和各部位典型图像库，文件库包括影像表现、图像标释、临床特点、病理、分类索引等。同时，系统程序允许对库文件进行维护和管理。

（3）图像数据通讯网络

在医院内部采用局域网，也可以通过Internet实现网络通讯。

二、考试软件的设计

1、系统的基本逻辑结构及优点

本网络考试系统采用浏览器服务器(Browser/Server)结构[1],系统由数据库服务器(DatabaseServer)、应用服务器(WebServer和ApplicationServer)、客户软件(Browser)组成.数据库服务器上存放试题和考试结果,Web服务器上安装考试应用程序,用户端只需安装标准的Web浏览器程序.客户端用户向服务器发出HTTP请求,在验证身份、口令正确无误的情况下,从数据库服务器的题库中抽取试题数据,然后形成Web页发给客户端的考生,客户端的考生在完成考试自动将考试后的结果送回数据库服务器。该体系的优点:系统安全性能高、数据集中管理、系统的维护工作全部在服务器端进行、高度的灵活性,Browser/Server是因特网的标准结构,实现广泛的信息交流、支持跨平台访问、在系统实现中采用PHP编程技术、可以实现跨平台支持、可以在UNIX(SUNSolaris、HP2UX、Linux等)、Windows(NT、7、8、10)、OS/2、MacOS、NovellNetware等操作系统上运行,大大提高了系统的可用性、可伸缩性和可维护性。而且网络考试系统适用范围很广,不仅可用于校内的机房、多媒体网络教室等组织集中考试,也可在联网(局域网或Internet上)的任何一台计算机上进行考试、模拟练习或进行考试管理等,实用性很强[2]。

2、开发环境

Web网站建设的工具组合采用Apache、PHP和MySQL,Apache是因特网上使用很广泛的Web服务器,它通过httpd.conf，access.conf和srm.conf等三个文件来实现配置[3]。MySQL是一个精巧的SQL数据库管理系统,它具有强大功能、容易使用以及安全性较高等特点。PHP是一种开放源代码的、跨平台的、服务器端嵌入式的、动态的主页开发脚本语言。PHP支持大量的数据库数据存储与处理,尤其是对于MySQL等数据库的存取,非常直接、简练。

因此,采用Apache，PHP和MySQL软件体系可以构建一个跨平台的、高效的和近乎免费的交互式动态网页开发环境。

三、结果

（一）医学影像学标准化考试软件的系统组成

网络考试系统不仅要能够完成考试任务[4],还应该允许学生进行注册参加考试、模拟练习、查看成绩,教师可以批阅学生试卷、处理考试相关的考试数据,还应具备用于对考生的管理、注册、添加、授权、试题库的维护、试题的添加、修改等功能.根据计算机网络考试的实际需要,确定了系统主要由用户身份验证、学生档案管理、网络考试和考试管理等四个子系统组成。

1.用户身份验证子系统（图1）。

考生用浏览器登录服务器网址进入考试系统的主页,输入准考证号、验证密码等内容。如果用户为合法用户，允许其根据权限访问数据库,服务器端要将该考生的准考证号(或学号)姓名等信息传至考生计算机上,并在其界面上的某一位置显示出来,一直到考试结束,在这期间监考教师可以随时核查其身份,以防止代考。如果用户为非法用户,系统拒绝访问请求或引导用户注册。基于网络的考试系统中数据保密的需要,为确保系统数据在存储时和网络传输时不被未经授权的用户访问或解读,在Web应用程序中,可利用身份认证机制保护被限制的PHP内容。编程时在除登录窗口文件外的每个文件的开头检查PHP环境变量getenv(“HTTP-REFERER”)项的IP地址,检查其是否由系统内部的文件跳转而来,如不是则跳转到登录窗口,这样可避免用户知道了登录窗口下一步链接的文件名,直接在地址栏输入该文件名而绕过登录窗口。

2.网络考试子系统（图2）

该子系统主要负责考生通过计算机进行在线考试。系统根据组题策略为每个考生自动生成的内容互不相同的试卷（目前该软件只提供选择题、填空题及主观题的题干）,并将其呈现给各个考生，考生使用鼠标、键盘在规定时间内回答试题。答完试题后,可通过点击“交卷”按钮提交试卷或到规定时间后系统自动交卷。考试结束后系统立即给出得分。

3.考试管理子系统（图3）。

主要负责题库的建立、试题的添加、修改、查询、打印等基本维护功能;提供对出错试卷信息的删除功能.添加试题（题干及图片）分为录入和从文件导入。根据考试类别、课程内容、知识点等要求预先存储一些典型的组卷参数和组卷方式,并提供对试卷题型、分数分布、同时根据组卷策略生成所需的试卷。

4.考生信息维护模块（图4）

主要负责考生信息的采集,如考生的系别、专业、年级、班级、姓名等;并根据以上信息生成唯一的准考证号和密码,作为每个考生的身份验证标志。

（二）医学影象试题库的建立

临床学科或放射科医师在PACS系统中获取教学考试所需的典型患者图片后，用右击点击该图像出现“另存为”，把该图像以JPG或GIF格式保存于网络共享文件夹中，文件名为患者名、疾病名，同一患者的不同时间的图片以同一文件名不同序列号编写。所有编写好的图片按照考核需要的临床或基础系统分类，供试题库使用。

三、讨论

现代医学影像学包括了常规放射学、CT、磁共振、超声学、核医学、介入放射学等专业知识和技术,它由传统的单一的X线诊断融合多种影像学科,扩展为一门集影像诊断和介入治疗为一体的诊治并存的综合学科。这门学科其中的一大特点就是有大量的影像资料,通过对影像资料的分析、对比,进行疾病的诊断和疗效的观察。这使得医学影像学与其他学科不同,它强调的不仅是学生对理论知识的掌握,而且应将所学知识最终融汇于对各种影像的认识。而以往的片库均由大量的复制胶片所构成,不仅存在使用、保存不便,而且不能适应当今多媒体教学、网络教学的需要,也不能适应许多真实的临床资料尤其是体现出转归过程的影像资料的需求。PACS系统的使用为电子图片的收集提供了一种全新的便捷的方式,为电子片库的建设提供了丰厚的影像信息基础。PACS系统具有查询影像描述及影像结果的作用,非常适合教学图片的收集[5]。如需要肺炎的图像,只需在结果栏中输入“肺炎”,则能查询出所有在选定时间内的诊断为肺炎的图像。这样,只需挑选图像质量较好,且较典型的图片。许多患者可以调出肺炎治疗前后的完整图像,甚至有些患者还可以看到同时所做的胸部CT的图片,资料非常完整。同时，PACS系统影像接口标准化DICOM3.0标准的出现，使不同厂家、不同种类的医疗设备可以统一应用在PACS系统下。影像资料检索网络化可节省技术操作时间，快速、方便地在各临床医学院的各种教学病例可以通过网络实现资源共享，也为考试提供了标准化的基础条件。

无论采用什么样的结构体系,无论是基于Internet的还是基于校园网的考试系统,都有服务器端与客户端。服务器端用于保存、处理所有的数据,客户端用于考生参加考试。远程考试系统除了能完成考试任务外,学生还可以进行自测、查看成绩、注册参加考试,教师可以批阅学生试卷、处理考试相关的考试数据,还可以用于对考生的管理、注册、添加、授权、试题库的维护、试题的添加、修改等。

实践证明,考生在计算机上随机取得标准统一化试题,完成考试的全部过程,完全取代了传统考试出题、印卷、送题、监考、收卷、阅卷、成绩统计等一系列繁杂的操作过程,极大地节省了人力、财力、物力及时间,使考试更加科学化、程序化、高效化、节约化,同时使考试更加客观、公正、合理,最大限度地降低了人为因素对考试的影响,该标准化考试软件的开发与应用将为医学影象学或者OSCE考试提供一种全新的教学考试模式，值得推广运用。

【参考文献】

[1]BoehmT,HandgraetingerO,LinkJetal.Evaluationofradiologicalworkstationsandweb-browser-basedimagedistributionclientsforaPACSprojectinhands-onworkshops.EurRadiol,2004,14(5)：908-14.

[2]江桂华，张雪林，田军章，等.基于医疗影像管理系统的结构化报告模块编码用户界面设计及编码功能介绍.中国实用内科杂志,2006,26（6）:60-61.

[3]穆荣军等。基于Apache+MySQL+PHP关键技术分析[J].中国电化教育,2002,181(2):79.

[4]朱正伦，蔡思捷，严超等。基于PACS系统的医学影像学标准化考试软件的设计及其在临床考试中的应用。中国高等医学教育，2010，11：83-85.

[5]WirthS,TreitlM,VillainS,etal.PACS：storageandretrievalofdigitalradiologicalimagedata.Radiologe.2005,45(8)：690-697.