CN102592310A - 一种用于医学影像教学的移动终端影像三维重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于医学影像教学的移动终端影像三维重建方法，其特征在于：有一个三维集中运算服务器系统，该三维集中运算服务器系统通过专用高速的处理硬件，同时支持多个客户端的三维影像处理需求，最后将处理的结果发送到客户端系统；所述三维集中运算服务器系统，通过教学系统获取临床大数据量影像资料流程和教学系统移动终端完成三维图像处理流程。本发明之医学影像教学的移动终端影像三维重建方法，引入了基于移动设备的三维重建诊断方式，通过高速的处理硬件，同时支持多个客户端的三维影像处理需求，最后将处理的结果发送到客户端系统，实现了专业的三维影像诊断功能，较好地解决了大数量浏览的难题，达到更快捷、直观的诊断效果。

Description

一种用于医学影像教学的移动终端影像三维重建方法

技术领域

本发明涉及一种医学影像技术，具体地说，是在医学影像教学的移动终端上进行三维重建，满足医学影像教学使用的技术。

背景技术

随着网络技术、影像技术的飞速发展，网络影像教学模式正在成为现代影像教学研究的新热点。传统的影像教学模式已经无法有效地满足现代影像教学的要求，而现代医学影像教学脱离了课堂、书本、传统影像片库的限制，向数字化和网络化等方向发展，使得医学影像教学资源的获取、存储和应用方式发生了变化，基于网络的医学影像教学系统应运而生。

通常情况下，医学教学系统会利用临床提供的医院信息管理系统(CIS)、图像存储与传输系统(PACS)和放射信息管理系统(RIS)等检索功能，获取可以用于医学影像教学的典型病例、少见病例、特殊病例、易误诊的病例、不同检查方法的病例等，作为影像教学病例资源。一般情况下影像数据会发送至教学服务器，方便教学应用，但如果是大数据量多排CT数据，则无法保存到教学服务器；对教学方面而言，如果采用三维诊断工作站，只能进行集中式教学，采用投影仪、大屏幕电视显示三维重建结果，学生不能近距离仔细查看音像，且实习课时，因时间紧促，学生不能很快将影像与大课理论对应理解，导致理论和实践不能完全同步；更突出的是，受个人视力、阅片距离、投影仪器质量度、环境照度等诸多因素影响，使多数人不能真正看清、认识和理解影像，因此难以获得良好的教学效果。

网络医学影像教学存在的教学数据少、数据获取困难以及临床数据源到影像教学系统数据传输效率低的状况，使得网络医学影像教学系统的数据管理困难，数据获取工作量大，影响了网络影像教学的发展，阻碍了医学影像教学手段的现代化进程。

发明内容

本发明的目的在于，克服临床大数据源到影像教学系统的数据传输效率低下问题，提高临床数据源的利用率，同时解决三维医学影像集中式教学效果难以保证的不足，提供一种能够快速调阅临床大数据源、并能有效降低对教学硬件的要求、便于学生实践操作的三维重建方法。

本发明是这样实现的：

本发明建立了一个三维集中运算服务系统，此系统连接移动设备和服务器设备。将此系统安装在计算机服务器后，可以加载需要进行三维重建的教学数据，由三维集中运算服务器系统向移动设备教学系统提供三维重建运算服务。

所述三维集中运算服务器系统，是指影像教学时，将原有需要使用专业三维处理高级工作站进行的三维处理运算，交由集中运算服务器来实现的一套系统方法。集中运算服务器通过高性能计算机硬件，可以同时支持多个客户端的三维影像处理需求，最后将处理的结果发送到客户端系统之上。这样客户端则不需要安装高额的三维处理硬件，降低整体系统硬件成本和维护成本。

影像教学时，用户在移动终端客户端将重建指令发送到集中运算服务器端，服务器根据要求加载相应数据和执行需要的重建处理，并将结果实时地发送回用户客户端。这样客户端在不需要等待漫长时间调阅大数据影像，也不需要搭建昂贵的三维重建硬件系统，就能方便的获得三维重建结果。当教师和学生使用如平板电脑等低性能低价格的移动终端硬件，也可以实时、互动的进行三维处理实践。

本发明克服临床大数据量影像资料的应用、传输问题。影像数据可以提前传输到专用的教学运算服务器中，降低了读取大数据量时对临床信息系统的服务器压力和网络压力。教学运算服务器可以对于大数据量进行预处理，如DICOM解析、体数据预处理等，节省了教学时三维处理的初始化过程。

本发明解决了目前在实时影像教学、理论与实践同步进行医学影像教育模式中存在着的一些问题：

(1)目前的课堂理论教学加投影三维影像图片的实习模式，在规定的有限课时中，大课与实习的内容重复，造成教学内容单调、不足，教师没有时间将其充实、发挥、联系和扩展。大课上没有直观的影像，学生很难想象出对影像的描述；上实习课时，因时间紧促，学生不能很快将三维影像处理实践与大课理论对应理解，导致理论与实际脱节。更严重的是，受个人视力、阅片距离、投影质量、环境照度等诸多因素影响，使多数人不能真正看清、认识和理解三维影像处理过程，因此难以获得良好的教学效果。本发明避免了因投影仪亮度、分辨率、投影质量、背景灯亮度及均匀度等因素造成的三维图像图像质量不高，一致性差等问题；减少了数据传输调阅的过程，提高课堂有效教学时间，节约了宝贵时间。通过让学生实时操作，非常容易考核学生掌握影像知识的程度，提高学生临床、影像思维能力，提高影像学专业学生的机器操作能力。

(2)普通幻灯式教学模式虽然做到了理论与实践同步，弥补了课时和教学内容的不足，增进了学生对影像的理解。但是上课时暗化的环境使学生无法笔记，课后难以记住大量的教学内容。而采用移动终端访问三维集中运算服务器进行三维处理，学生可以在个人平板电脑上随时快速检索、调取三维图像教学资料，同时根据诊断需要进行各种三维处理，实施实时教学，内容翔实而丰富，让教室各位置的学生都能看清楚影像的细致结构，同时完成学习笔记；让实习生有了更多主动学习和复习的机会；让研究生有了更深入研究三维医学影像处理的条件；让师生之间能够更好地进行讨论、交流，从而可大大提高教学质量。

本发明之医学影像教学的移动终端影像三维重建方法，引入了基于移动设备的三维重建诊断方式，通过高速的处理硬件，同时支持多个客户端的三维影像处理需求，最后将处理的结果发送到客户端系统，实现了专业的三维影像诊断功能，较好地解决了大数量浏览的难题，实现了更快捷、直观的诊断效果。

附图说明

图1.医学影像教学移动端影像三维重建应用系统示意图

图2.教学系统获取临床大数据量影像资料流程示意图

图3.教学系统移动终端三维图像处理流程示意图

具体实现方式

下面结合附图叙述一个实施例，对本发明做进一步说明。

图1是本实施例建立的一个三维集中运算服务系统，此系统可以连接移动设备和服务器设备。将此系统安装在计算机服务器后，可以加载需要进行三维重建的教学数据，由三维集中运算服务器系统向移动设备教学系统(如手机、平板电脑等移动终端)提供三维重建运算服务。

该三维集中运算服务系统通过下述两种过程完成：教学系统获取临床大数据量影像资料流程和教学系统移动终端三维图像处理流程。

图2显示了教学系统获取床大数据量影像资料流程，主要是查找临床大数据量病例、建立病例收藏夹、将数据从PACS中获取到3D集中运算教学服务器、图像预处理。其步骤如下：

1.查找临床大数据量病例：

用户通过RIS系统查询需要的检查项目病例，查阅检查报告，查询结果可以提示该次检查对应的影像数据量。RIS系统为医院放射科现有的信息系统，查询病例功能已经具备。

2.建立病例收藏夹：

用户使用教学系统将附和要求的检查病例，加入教学病例库中，建立病例收藏夹。此功能为标准教学系统功能。

3.将数据从PACS中获取到3D集中运算教学服务器：

系统通过PACS系统工作站，采用DICOM 3.0标准通信方式，将已经加入病例收藏夹的病例对应检查影像，调阅到3D集中运算服务器。PACS工作站将病例中的病人ID和检查ID号码，做为基础查询条件，从PACS系统查询到数据，才使用DICOM C-Move协议，将数据获取到3D集中运算服务器中。DICOM 3.0通信标准是行业通用国际标准，有较大的适用性和准确性。

4.图像预处理：

3D集中运算教学服务器在获取到数据后，首先对数据进行匿名化处理。将影像信息中的病人信息和检查信息进行加密或者匿名化，防止病人检查信息泄漏。

3D集中运算教学服务器在对影像进行分析，按照病人体位信息进行排序，使得图像附和三维重建的要求。该病人体位信息可通过在DICOM图像文件的TAG：00200032和TAG：00200037，获得影像平面法相量和离坐标远点距离。将检查中各个影像的体位信息进行对比，就可对图像进行排序。

3D集中运算教学服务器将排序好的单个文件，进行图像解析。将每一张DICOM文件中的图像像素提取出来，按照排序顺序一层一层叠加形成一个完整的数据体文件。该过程在服务器端可以较快的完成，如果使用普通工作站则需要一定时间。预处理后的体数据文件将保存在服务器等待教学时应用。

图3显示了教学系统移动终端三维图像处理流程。主要是查找病理收藏夹、3D集中元算教学服务器加载影像数据、执行3D图像处理命令、处理结果发送至移动终端、移动终端显示图像、发送三维图像处理指令。其主要步骤如下：

1.查找病理收藏夹

用户使用教学系统查抄本次教学需要使用的影像数据。该功能属于标准教学系统功能。

2.3D集中元算教学服务器加载影像数据

用户将所学择的病例信息发送给3D集中运算教学服务器，让3D集中运算教学服务器查找对应的已经生成好的三位体数据文件。

3.执行3D图像处理命令

用户通过移动终端向3D集中运算教学服务器发送3D图像处理命令，如MPR显示、MMPR移动显示、VR图像显示等标准三维重建功能命令。

3D集中运算教学服务器采用基于硬件GPU的运算系统，采用先进的CUDA语言，利用GPU进行三维重建运算。

4.处理结果发送至移动终端

3D集中运算教学服务器将运算的结果采用优化后的jpeglossless压缩格式，发送至移动终端。优化后的jpeglossless压缩组件能够提供快速的压缩效率，在保证图像质量的前提下实现极高的压缩比。

5.移动终端显示图像

移动终端接受到3D集中运算教学服务器发送来的图像压缩数据，采用对应的jpeglossless解压缩包，快速的将图像信息解压缩，直接显示到移动终端上。优化后的jpeglossless解压缩组件，能够使用较低的运算量，快速地解压缩图像数据，满足了平板电脑等移动终端的硬件性能要求。

6.发送三维图像处理指令。

用户通过移动终端向3D集中运算教学服务器发送3D图像处理命令，如MPR显示、MMPR移动显示、VR图像显示等标准三维重建功能命令。指令通过socket通信方式，将用户指令编码发送至服务器。

Claims (3)

1.一种用于医学影像教学的移动终端影像三维重建方法，其特征在于：有一个安装在计算机服务器中的三维集中运算服务器系统，该系统连接移动设备和服务器设备；

所述三维集中运算服务器系统，系通过教学系统获取临床大数据量影像资料流程和教学系统移动终端三维图像处理流程完成。

2.根据权利要求1所述移动终端影像三维重建方法，其特征在于：所述教学系统获取临床大数据量影像资料流程，其步骤如下：

1)查找临床大数据量病例：

用户通过RIS系统查询需要的检查项目病例，查阅检查报告，查询结果提示该次检查对应的影像数据量；

2)建立病例收藏夹：

用户使用教学系统将附和要求的检查病例，加入教学病例库中，建立病例收藏夹；

3)将数据从PACS中获取到3D集中运算教学服务器：

系统通过PACS系统工作站，采用DICOM 3.0标准通信方式，将已经加入病例收藏夹的病例对应检查影像，调阅到3D集中运算服务器；PACS工作站将病例中的病人ID和检查ID号码，做为基础查询条件，从PACS系统查询到数据，才使用DICOM C-Move协议，将数据获取到3D集中运算服务器中；

4)图像预处理：

3D集中运算教学服务器在获取到数据后，首先对数据进行匿名化处理；将影像信息中的病人信息和检查信息进行加密或者匿名化，防止病人检查信息泄漏；

3D集中运算教学服务器对影像进行分析，按照病人体位信息进行排序，使得图像附和三维重建的要求；该病人体位信息通过在DICOM图像文件的TAG：00200032和TAG：00200037，获得影像平面法相量和离坐标远点距离；将检查中各个影像的体位信息进行对比，对图像进行排序；

3D集中运算教学服务器将排序好的单个文件，进行图像解析；将每一张DICOM文件中的图像像素提取出来，按照排序顺序一层一层叠加形成一个完整的数据体文件；预处理后的体数据文件将保存在服务器等待教学时应用。

3.根据权利要求1所述移动终端影像三维重建方法，其特征在于：所述教学系统移动终端三维图像处理流程，是查找病理收藏夹、3D集中元算教学服务器加载影像数据、执行3D图像处理命令、处理结果发送至移动终端、移动终端显示图像、发送三维图像处理指令，其步骤如下：

1)查找病理收藏夹

用户使用教学系统查抄本次教学需要使用的影像数据；

2)3D集中元算教学服务器加载影像数据

用户将所学择的病例信息发送给3D集中运算教学服务器，让3D集中运算教学服务器查找对应的已经生成好的三位体数据文件；

3)执行3D图像处理命令

用户通过移动终端向3D集中运算教学服务器发送3D图像处理命令；

3D集中运算教学服务器采用基于硬件GPU的运算系统；

4)处理结果发送至移动终端

3D集中运算教学服务器将运算的结果采用优化后的jpeglossless压缩格式，发送至移动终端；

5)移动终端显示图像

移动终端接受到3D集中运算教学服务器发送来的图像压缩数据，采用对应的jpeglossless解压缩包，将图像信息解压缩，直接显示到移动终端上；

6)发送三维图像处理指令

用户通过移动终端向3D集中运算教学服务器发送3D图像处理命令；指令通过socket通信方式，将用户指令编码发送至服务器。

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