實現數字醫學影像的一致性輸出或顯示：IHE CPI整合模型

實現數字醫學影像的一致性輸出或顯示：

IHE CPI整合模型

在一個基於醫學影像而對患者實施的診療過程中，醫學影像的顯示和呈現狀態的一致性，是確保對患者醫學影像建立一致性的解釋和診斷、以及確保患者診療過程正常和順利施行的關鍵因素。在傳統的基於膠片的醫學影像發布模式中，患者在醫學影像學檢查過程產生的影像被承載於膠片媒質上作為唯一的醫學影像發布方式，藉此保證了醫學影像在發布過程中的一致性顯示和呈現。但是，在資訊化環境中，醫學影像可能通過多種不同的媒質發布和呈現，譬如通過網路發布和傳遞的數字影像拷貝可能在不同配置和解析度的顯示器上呈現；同樣也可能將數字影像輸出為膠片硬拷貝影像進行傳遞和處理，等等，因此，在資訊化環境中，建立醫學影像在不同發布方式和承載媒質的一致性顯示和呈現狀態，即成為了關係患者診療品質的重要問題。針對這一問題的解決之道，IHE定義了CPI整合模型(Consistent Presentation of Images Profile)作為應對之策。

1.  IHE CPI整合模型基本定義及應用特點

    IHE CPI整合模型定義了一套transactions，用於確保灰階影像及其顯示狀態資訊(諸如注釋、顯示地區、影像旋轉、放大與縮小等資訊)在不同的輸出環境(如工作站螢幕、膠片印表機等)獲得一致性的表達和呈現。此外，CPI還定義和引用了一個標準對比曲線和灰階標準顯示函數(Grayscale Standard Display Function，GSDF)，不同類型的影像顯示裝置和影像硬拷貝輸出裝置可以基於此建立準直，由此，CPI提供了對影像的硬拷貝和軟拷貝輸出一致性、以及兩者混合操作的環境中影像資訊表達和呈現一致性的支援。

    CPI整合模型所規範的操作，是對醫學影像學科提供的基本服務內容即醫學影像的軟拷貝和硬拷貝輸出狀態的控制。CPI詳細定義了對DICOM標準的Grayscale Standard Display Function (GSDF, DICOM標準P3.14)和DICOM Grayscale Softcopy Presentation State (GSPS)的執行過程，其目標是確保在不同的影像輸出和瀏覽環境，如膠片(讀片燈觀測)、影像診斷工作站或普通PC機上等均能獲得相似的呈現狀態和一致性的觀察結果。這一能力的實現對醫學臨床診療過程意義較大，例如在基於電子影像軟拷貝進行遠程(網路)討論和會診的情形，同一影像的特徵在不同地點的不同顯示裝置上獲得一致性的重現，對於這類影像學會診和討論的結果可能是至關重要的。

CPI整合模型的執行對無膠片化(filmless)放射科管理亦有重要意義。在膠片基的放射科管理員模式中，膠片的質控管理過程是一個確保不合格影像不被發布的重要管理環節，但是，在無膠片化作業環境中，膠片影像的發行管理和控制過程可能不再存在，放射科醫師的診斷操作均基於軟拷貝影像完成，因而物理的膠片列印輸出過程及影像輸出品質可能不再被嚴格地實施控制，這類情形將可能導致品質和顯示狀態不合格的影像硬拷貝被發布出去。作為解決方案，在放射科工作流程中應用和支援CPI整合模型，以確保軟拷貝顯示與硬拷貝輸出呈現的一致性，即可能避免這類情形的發生。

     IHE CPI整合模型執行的結果或目的可以大致歸納為以下幾點：

●    保證數字醫學影像在不同的軟拷貝顯示裝置上觀測的一致性。這一目的主要基於DICOM GSPS實現。

●    保證數字醫學影像在不同的硬拷貝輸出裝置上，例如來自不同供應商的膠片印表機上，輸出結果保持一致性。此結果通常可以通過執行支援Presentation LUT選項的DICOM Basic Print SOP實現。

●    保證數字醫學影像在軟拷貝輸出裝置和硬拷貝輸出裝置輸出影像的觀測結果一致性。這一目的的實現需要基於DICOM GSDF定義建立影像顯示裝置的準直過程。

2.    IHE CPI整合模型工作流程及其基本內容

     IHE CPI整合模型主要定義醫學影像的一致性處理和呈現相關的過程，其涉及的資訊系統主要為PACS及其相關係統。因此，CPI定義的工作流程主要由與影像軟、硬拷貝操作相關的資訊系統單元構成，其定義的關鍵Transactions主要為保證醫學影像資訊一致性呈現狀態的交易處理能力。

 

1)    CPI工作流程中關鍵的actors

IHE CPI整合模型所定義的actors主要包括與影像產生、管理和輸出有關的資訊系統角色，如Acquisition Modality、Evidence Creator、Image Archive、Image Display、Print Composer 和Print Server，由這些actors分別構成了影像的儲存流程(Acquisition Modality/Evidence Creator與Image Archive之間)、影像的應用流程(Image Archive與Image Display之間)以及影像的列印輸出資料流程(Print Composer與Print Server之間)。上述actors中需要略加說明的是：Evidence Creator代表了除Acquisition Modality之外的其它能夠產生證據對象的資訊系統功能模組，譬如影像後處理工作站的處理模組；Print Composer這個actor通常為影像工作站或影像採集裝置資訊系統中內嵌的一個功能模組，而Print Server則為產生影像硬拷貝物理輸出的列印裝置等。此外的其它的Actors均在SWF等多個整合模型中已定義，在此即不贅述了。

2)    CPI工作流程中關鍵的Transactions

由於CPI整合模型主要應用於證據對象呈現狀態的操作和處理任務，因此，其關鍵transactions與資訊對象呈現狀態的傳遞、處理、查詢和擷取等操作相關，包括了Creator Presentation States Stored/Modality Presentation States Stored、Query Presentation States/Retrieve Presentation States和Print Request with Presentation LUT；CPI包含的其它 transactions，如Modality/Creator Image Stored、Storage Commitment、Query Images和Retrieve Images，與在SWF整合模型中的定義相同，請參考SWF相關文檔。以下對CPI整合模型中關鍵的transactions予以簡單介紹：

●    Creator Presentation States Stored/Modality Presentation States Stored：這一組transactions發生在Evidence Creator/Acquisition Modality與Image Archive間，即影像對象的儲存流程中，所執行的功能相同，即產生並提供影像呈現狀態相關的證據對象伴隨影像對象本身一併在預存程序中提交和處理。這一組transactions主要執行GSPS對象的產生以及向Image Archive傳遞的行為。GSPS對象包括了其所關聯影像和影像集的所有灰階處理操作、空間位置操作和圖形操作資訊，如對比設定、旋轉、文本標註資訊等，GSPS對象與其關聯伴隨的影像(集)應該擁有同樣的UID屬性(如Study Instance UID)，使GSPS對象與其關聯的影像對象在Image Archive(如PACS伺服器)系統中能夠被同步執行儲存管理。IHE定義的Creator Presentation States Stored/Modality Presentation States Stored執行機制主要引用DICOM標準的Storage SOP類和GSPS Storage SOP類實現。

●     Query Presentation States/Retrieve Presentation States：這一組transactions發生於Image Display和Image Archive之間，即影像的應用發布處理流程中，執行由Image Display提出的對GSPS對象的查詢和調取請求，其行為類似於針對影像IOD的Query Images/Retrieve Images處理，惟其操作對象為GSPS IOD。在實際的應用中，GSPS的Query/Retrieve行為常常與其關聯影像對象的Query/Retrieve過程同時進行，或在影像對象Query/ Retrieve完成後執行，擷取GSPS的目的是確保其關聯影像對象的提交和顯示狀態的一致性。Query Presentation States/Retrieve Presentation States執行機制基於DICOM標準的Query/Retrieve SOP類和GSPS Storage SOP類實現。

●      Print Request with Presentation LUT：此Transaction應用於由Print Composer和Print Server構成的影像列印輸出資料流程之間，即在傳遞影像資料列印輸出請求的同時，伴隨傳遞Presentation LUT設定資訊，用以確保Print Server側資訊系統在執行從影像資料的像素資訊至裝置輸出的灰階顯示資訊轉換過程的一致性。Presentation LUT的輸出形式是近似於人類視覺感知響應的P值(P-Values)資訊，通常被應用於調製影像像素資料在支援DICOM GSDF定義的裝置(如顯示器或印表機)上實現軟拷貝或硬拷貝的一致性輸出表現。實現IHE定義的Print Request with Presentation LUT，需要涉及的DICOM標準定義和機制包括基礎的Print Management SOP類和作為可選項的Presentation LUT SOP類，而作為列印輸出裝置本身(如影像膠片印表機)還需要支援DICOM標準的相關GSDF定義。

3.   IHE CPI整合模型工作流程的應用

     IHE技術架構(IHE Technical Framework)在CPI整合模型中定義了一類特殊的整合功能，用以確保在醫院資訊化應用環境中，對醫學影像的訪問讀取和醫學影像的採集及產生過程在影像資料的呈現和表示狀態方面充分的一致性。這種一致性的影像訪問讀取過程，可以發生在醫學影像學科室或部門內部，如影像的常規診斷性訪問讀取過程；也可以發生在醫學影像學科室或部門之間，如超聲科室和放射科在各自執行影像診斷報告過程中的影像互訪和參考；或者發生在醫學影像學科室以外的醫院其它科室和部門對醫學影像的訪問讀取過程。

   通過對CPI整合模型的執行，可以進一步改善醫院醫學影像應用和操作流程中對影像及其相關的資料對象(諸如GSPS、KO或SR等)的瀏覽和觀測過程及其結果。這類可以應用CPI整合模型處理功能的臨床醫學影像操作工作流程過程包括：

●      醫學影像科室的診斷醫師執行醫學影像的初始或複核診斷瀏覽過程中，希望保留影像瀏覽的巨集指令引數(如窗寬/窗位值等)以及影像的病變特徵注釋等。

●      臨床科室的醫師，基於患者的ID資訊，希望查詢和訪問患者近期執行的醫學影像學檢查的影像對象序列。

●      臨床科室的醫師在瀏覽患者的醫學影像學診斷報告時，希望訪問和瀏覽診斷報告所關聯的關鍵影像。

●      臨床醫師進行患者的醫學影像瀏覽或影像學會診時，希望被瀏覽/會診的影像保持影像科醫師執行診斷瀏覽時相同的影像顯示和呈現狀態。

●      檢查技師在執行影像檢查前，希望提取患者既往執行的相關影像檢查以確保患者檢查定位的一致性，如腫瘤患者的影像學隨訪和複查。

●      影像診斷醫師在執行當前影像學檢查的診斷操作時，希望與患者既往相關檢查的影像進行比較操作(如腫瘤患者的影像學隨訪和複查)；或對一個在既往的影像學檢查過程已經建立診斷結論的患者，執行新的影像學檢查診斷瀏覽操作時，有必要再次訪問和讀取既往檢查的影像。

●      外科醫師在制定手術計划過程中需要執行患者影像的3維重建和容積分析。

4.   IHE CPI整合模型工作流程所應用的DICOM標準處理簡述

通常的狀況下，灰階數字影像在不同的軟拷貝顯示裝置和硬拷貝輸出裝置上的顯示和呈現狀態是不一致的，IHE技術架構定義CPI整合模型致力於解決這一問題，其實現所基於的DICOM標準的相關定義和機制主要為下述3方面：

1)    Grayscale Standard Display Function (GSDF)：

     DICOM GSDF(DICOM標準P3.14) 通過定義一個標準曲線，應用於醫學影像在不同類型的軟拷貝顯示裝置和硬拷貝輸出裝置上建立呈現狀態的準直過程。人類的視覺感知對不同亮度水平(luminance，流明)的應答是非線性，其對影像的亮區和暗區的亮度變化敏感度存在著差別，DICOM GSDF定義了一種代表人眼對亮度變化敏感性狀態的標準顯示特徵曲線，即JND(Just Noticeable Differences)曲線，其將非線性人類視覺luminance水平感知狀態轉換為視覺感知線性JND曲線(圖2)，而JND曲線則對應於反應人類視覺感知響應的P-Value，從而實現在不同的影像輸出或顯示裝置上影像象素資料轉換為灰階顯示水平狀態的一致性。

 

2)    Grayscale Softcopy Presentation State (GSPS)：

     這是DICOM標準定義的一個用於儲存和交流有關影像顯示參數的資料對象，在這個資料對象中，包含有應用於其關聯影像呈現屬性的各類變換處理資訊：如執行各類灰階對比變換(如Modality LUT、VOI LUT等)、空間變換(如旋轉、翻轉、顯示選擇的興趣區等)、影像及顯示野的相關注釋(包括映像或文本注釋以及Overlay)等，GSPS對象同樣支援Presentation LUT變換，即輸出對應於P-Volue的灰階序列值。

3)   支援Presentation LUT屬性的Basic Print Management SOP：

通過執行包含對Presentation LUT支援的DICOM Basic Grayscale Print Management SOP類，實現醫學影像的列印輸出，從而使同一影像(集)在所有的列印裝置中均以相同的P-Value序列資料轉換為灰階顯示序列值輸出，保證列印輸出影像呈現狀態的一致性。在DICOM標準的列印相關SOP定義中，Presentation LUT SOP為可選項，不包含在DICOM標準的Basic Print Management SOP定義中，因此，僅僅支援標準的Basic Grayscale Print Meta SOP的列印輸出裝置不能夠實現對CPI整合模型的支援，即建立影像硬拷貝輸出資料流程對IHE CPI整合模型遵從的基礎是這類硬拷貝輸出裝置提供對Presentation LUT SOP這一可選項屬性的支援。

5.    CPI整合模型所關聯的其它主要IHE工作流程

IHE CPI整合模型工作流程的發生主要與醫學影像的產生、軟拷貝應用和硬拷貝輸出相關流程伴行，因此，在PACS系統邏輯流程中，任何與醫學影像的產生、儲存、發布和輸出處理過程都可能被要求提供CPI支援，凡包含這類處理過程的其它IHE工作流程也都可能與CPI整合模型工作流程相關聯，其中，關聯最為密切者為SWF和KIN整合模型工作流程：

1)   SWF整合模型(Scheduled Workflow Profile)

IHE SWF整合模型代表了醫學影像學科的影像學檢查工作流程，其定義了影像對象的產生、傳遞、Archive Storage和應用操作等過程，而CPI流程中的GSPS對象的產生、傳遞、Archive Storage和應用操作的過程與影像的邏輯流程是緊密伴行的，因此，可以將CPI整合模型工作流程視為一個與SWF工作流程完全重疊，並作為其補充和擴充的附屬流程處理行為。在應用實踐中，CPI定義的功能處理並不需要完整地覆蓋其所關聯的SWF流程，其完全可以分別獨立地發生於影像產生和儲存流程或影像的應用發布流程中。

2)   KIN整合模型(Key Image Note Profile)

KIN整合模型流程中的KO對象與CPI整合模型的GSPS對象類似，均屬於依附影像對象而存在並伴隨影像對象一同發布的證據對象，因此，KIN整合模型工作流程與CPI整合模型工作流程的大部完全重合，CPI不過是進一步包含了影像硬拷貝輸出資料流程。CPI的GSPS對象與KIN的KO對象兩者與影像對象的關係、關聯和操作方式都存在著許多共同點，同時，GSPS與KO對象間也存在著相互關聯，即在影像發布和應用操作過程可以分別或同步調用與影像對象關聯的GSPS對象和KO對象；在產生、調用和操作KO對象時也可以同時獲得相關的GSPS對象對KO關聯的影像(集)的呈現狀態進行處理。

 

 轉載自：http://www.med-informatics.cn/Myarticles/show_pages/IHE_CPI.htm