基于XML的教学用PACS设计与实现

1 系统需求分析
EPACS系统的工作和任务从两个方面考虑。一方面是图例的管理工作，包括（1），图像的数字化采集（图像的收集和扫描等），由于医学图像对分辨率和色彩的要求比较高，所以采集中要注意图像的数字化效果；（2） 图像的标引与存储，由于医学图像需要很高的专业性与准确性的标引，这需要相关专家的审核和标引；（3） 图例的检索与浏览。另一方面是EPACS需要实现图例的传输和安全。系统实现的功能如图1.
 
图1  EPACS系统功能图
2 系统设计
2.1 总体层次架构
本系统的设计基于三层架构体系，遵循模块化的技术路线，按照各层功能不同分为数据库层、平台服务层和应用层。
数据库层：本系统以XML为基础，充分利用XML跨平台的数据管理能力，对系统建设中涉及的图像资源和标引数据进行组织与管理维护。XML文档管理方面，系统采用了第三方XML数据库平台对系统需要的XML资源进行管理。
平台服务层：将系统中的具有通用性质或者公共功能抽取出来，统一封装，以类组件的形式，供应用层调用，实现数据库的统一调用和管理。
应用层：该层是系统建设的各类业务功能的实现层面，通过对服务层组件和服务的调用，实现系统具体的功能，建立统一的PACS图例库配置、图例上传、图例管理和图例查询统计等模块。
2.2 技术架构
2.2.1 系统开发框架
本系统具体的总体技术设计中，采用了Java作为系统实现的平台，系统模式采用B/S(Browse/Server,浏览器/服务器)架构。本系统采用的三层B/S架构如图2所示。
 

图2 三层B/S架构
2.2.2 运行平台设计
本系统采用三层的系统架构，数据库服务器和应用服务器分开运行，并采用RAID5模式的存储平台存储数据。为了预防数据库服务器的单点故障，运行中采用双机运行。从而形成了分布式的三层架构的冗余服务模式。服务器操作系统采用Windows 2003 Server，数据库采用第三方的XML管理平台。系统以Java为主要开发工具并结合HTML语言和XML的Xquery查询语言等完成模块的开发工作。客户端支持不同操作系统的不同类型的浏览器如IE浏览器、Firefox浏览器等。
2.3 数据库设计
2.3.1 数据组织
系统数据基本包括图像文档的实体和它的属性信息。图像文档数据有高质量的JPEG格式和缩略图两种方式，并上传到本系统采用的第三方XML数据库管理平台中保存。
图像文档属性信息是为了检索而有专家标引被录入的数据，存放数据库中并与图像文档实体关联。图像文档属性设置了许多内容如标题、分类（包括中图法、ICD、课程三种）、主题词、影像特征（属于CT、X光片或MRI等）、处理过程等。与系统相关的其他信息包括评论信息、用户信息、日志信息等，便于系统的管理和维护。
2.3.2 基于XML的系统数据库设计
描述图像文档属性的XML文档示例：
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    <thumb>123_1</thumb>
    <source media="0">
        <other/>
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        <responsible/>
        <contributor>其他</contributor>
    </source>  
    <picture>123_0</picture>
    <classification>
        <sort>TP</sort>
        <classes>Q954.64</classes>
    </classification>
    <classification>
        <sort>COURSE</sort>
        <classes>31024-02</classes>
    </classification>
    <keyword>单层立方上皮</keyword>   
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        <audit-time>2003-12-01T14:21:03</audit-time>     
    </history>
    <subject>
        <english>Epithelium</english>
        <chinese>上皮</chinese>
    </subject> 
    <title>
        <english/>
        <chinese>单层立方上皮 HE染色 (A.狗甲状腺滤泡上皮)</chinese>
    </title>
    <description type="5">
        <string-type>切片</string-type>
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            <string-sex>男</string-sex>
        </patient>
        <findings>狗甲状腺滤泡上皮</findings>
    </description>
    <string-access-level>一般用户</string-access-level>
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3 系统功能
3.1 图例入库
图例入库是指工作人员在专家完成对图例标引后，将图例的属性信息和图像文档存入到XML库中。具有本功能权限的工作人员使用账号和密码登录系统，使用入库模块，输入图例的属性信息和保存图像文档。系统将会对其进行唯一性和完整性检查，以保证输入的图例不重复和信息完整。目前本系统完成了3000幅图例的入库与管理。
3.2检索与浏览图例
该模块支持访问者在数据库中通过遍历目录树或多种查询条件查询任一图例。在本系统的检索策略中，一般查询是基于关键字的文字检索，它支持多关键字和布尔检索。在高级检索中，访问者可以通过分类、关键字、图片名、时间和创建人等信息进行组合检索。检索结果分页显示，并支持前后翻页。
另外，本系统更提供了图例分类浏览，提供课程分类法、中国图书分类法和疾病分类法ICD进行分类查询和浏览。在图例浏览上提供简要浏览和详细浏览两种形式，前者仅显示部分文字信息和缩略图（200×100像素）；后者提供更详细的信息和完整的图片（一般为1024×768像素）。在安全上，系统增加了防止图片拷贝和防截屏功能，并根据访问者的级别不同，提供不同的访问权限。
3.3 订阅图例
为了更好的为访问者服务，本系统根据那些权限级别高的用户提供图例订阅功能。对于具有图例订阅权限的用户，正确填写Email后，系统可以定期将新入库的图例属性信息发送到他的Email里。
3.4 导入导出图例
为了保证图例的安全和批量处理，本系统加入了导入导出功能。该模块提供可视化的界面，工作人员可以通过它将图例全部导出或增量导出，导出的内容包括图例和描述信息。同样工作人员也可将导出的内容重新导入到数据库中。为了保留操作过程信息，系统提供导入、导出结果报告和日志记录。
3.5系统管理
为了维持系统的安全性，兼顾系统的扩展性和管理性，本系统提供了用户管理、角色权限管理和日志审计等功能。
系统建立了基于角色的访问控制权限管理模型，建立用户-角色和角色-权限的多-多对应关系。系统根据职责不同，建立各种角色，每种角色赋予一定的功能权限。对于不同工作人员，赋予不同的角色，从而实现用户权限的控制管理。
4 结论
本文介绍了一种基于XML的用于教学的图例管理系统（EPACS）, XML的层次模型架构，使系统具有更好的扩展性和数据库的结构更加清晰。本系统方便了图例的管理，同时在医学教学中，可以很方便的调用相关课程图例。学生也可以在任何时间进入该系统，分类访问图例，丰富学习方式。