实现数字医学影像的一致性输出或显示：IHE CPI集成模型

实现数字医学影像的一致性输出或显示：

IHE CPI集成模型

在一个基于医学影像而对患者实施的诊疗过程中，医学影像的显示和呈现状态的一致性，是确保对患者医学影像建立一致性的解释和诊断、以及确保患者诊疗过程正常和顺利施行的关键因素。在传统的基于胶片的医学影像发布模式中，患者在医学影像学检查过程产生的影像被承载于胶片媒质上作为唯一的医学影像发布方式，藉此保证了医学影像在发布过程中的一致性显示和呈现。但是，在信息化环境中，医学影像可能通过多种不同的媒质发布和呈现，譬如通过网络发布和传递的数字影像拷贝可能在不同配置和分辨率的显示器上呈现；同样也可能将数字影像输出为胶片硬拷贝影像进行传递和处理，等等，因此，在信息化环境中，建立医学影像在不同发布方式和承载媒质的一致性显示和呈现状态，即成为了关系患者诊疗质量的重要问题。针对这一问题的解决之道，IHE定义了CPI集成模型(Consistent Presentation of Images Profile)作为应对之策。

1.  IHE CPI集成模型基本定义及应用特点

    IHE CPI集成模型定义了一套transactions，用于确保灰阶影像及其显示状态信息(诸如注释、显示区域、影像旋转、放大与缩小等信息)在不同的输出环境(如工作站屏幕、胶片打印机等)获得一致性的表达和呈现。此外，CPI还定义和引用了一个标准对比度曲线和灰阶标准显示函数(Grayscale Standard Display Function，GSDF)，不同类型的影像显示设备和影像硬拷贝输出设备可以基于此建立准直，由此，CPI提供了对影像的硬拷贝和软拷贝输出一致性、以及两者混合操作的环境中影像信息表达和呈现一致性的支持。

    CPI集成模型所规范的操作，是对医学影像学科提供的基本服务内容即医学影像的软拷贝和硬拷贝输出状态的控制。CPI详细定义了对DICOM标准的Grayscale Standard Display Function (GSDF, DICOM标准P3.14)和DICOM Grayscale Softcopy Presentation State (GSPS)的执行过程，其目标是确保在不同的影像输出和浏览环境，如胶片(读片灯观测)、影像诊断工作站或普通PC机上等均能获得相似的呈现状态和一致性的观察结果。这一能力的实现对医学临床诊疗过程意义较大，例如在基于电子影像软拷贝进行远程(网络)讨论和会诊的情形，同一影像的特征在不同地点的不同显示设备上获得一致性的重现，对于这类影像学会诊和讨论的结果可能是至关重要的。

CPI集成模型的执行对无胶片化(filmless)放射科管理亦有重要意义。在胶片基的放射科管理模式中，胶片的质控管理过程是一个确保不合格影像不被发布的重要管理环节，但是，在无胶片化操作环境中，胶片影像的发布管理和控制过程可能不再存在，放射科医师的诊断操作均基于软拷贝影像完成，因而物理的胶片打印输出过程及影像输出质量可能不再被严格地实施控制，这类情形将可能导致质量和显示状态不合格的影像硬拷贝被发布出去。作为解决方案，在放射科工作流中应用和支持CPI集成模型，以确保软拷贝显示与硬拷贝输出呈现的一致性，即可能避免这类情形的发生。

     IHE CPI集成模型执行的结果或目的可以大致归纳为以下几点：

●    保证数字医学影像在不同的软拷贝显示设备上观测的一致性。这一目的主要基于DICOM GSPS实现。

●    保证数字医学影像在不同的硬拷贝输出设备上，例如来自不同提供商的胶片打印机上，输出结果保持一致性。此结果通常可以通过执行支持Presentation LUT选项的DICOM Basic Print SOP实现。

●    保证数字医学影像在软拷贝输出设备和硬拷贝输出设备输出影像的观测结果一致性。这一目的的实现需要基于DICOM GSDF定义建立影像显示设备的准直过程。

2.    IHE CPI集成模型工作流及其基本内容

     IHE CPI集成模型主要定义医学影像的一致性处理和呈现相关的过程，其涉及的信息系统主要为PACS及其相关系统。因此，CPI定义的工作流主要由与影像软、硬拷贝操作相关的信息系统单元构成，其定义的关键Transactions主要为保证医学影像信息一致性呈现状态的事务处理能力。

 

1)    CPI工作流中关键的actors

IHE CPI集成模型所定义的actors主要包括与影像产生、管理和输出有关的信息系统角色，如Acquisition Modality、Evidence Creator、Image Archive、Image Display、Print Composer 和Print Server，由这些actors分别构成了影像的存储流程(Acquisition Modality/Evidence Creator与Image Archive之间)、影像的应用流程(Image Archive与Image Display之间)以及影像的打印输出流程(Print Composer与Print Server之间)。上述actors中需要略加说明的是：Evidence Creator代表了除Acquisition Modality之外的其它能够产生证据对象的信息系统功能模块，譬如影像后处理工作站的处理模块；Print Composer这个actor通常为影像工作站或影像采集设备信息系统中内嵌的一个功能模块，而Print Server则为产生影像硬拷贝物理输出的打印设备等。此外的其它的Actors均在SWF等多个集成模型中已定义，在此即不赘述了。

2)    CPI工作流中关键的Transactions

由于CPI集成模型主要应用于证据对象呈现状态的操作和处理任务，因此，其关键transactions与信息对象呈现状态的传递、处理、查询和获取等操作相关，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，与在SWF集成模型中的定义相同，请参考SWF相关文档。以下对CPI集成模型中关键的transactions予以简单介绍：

●    Creator Presentation States Stored/Modality Presentation States Stored：这一组transactions发生在Evidence Creator/Acquisition Modality与Image Archive间，即影像对象的存储流程中，所执行的功能相同，即产生并提供影像呈现状态相关的证据对象伴随影像对象本身一并在存储过程中提交和处理。这一组transactions主要执行GSPS对象的产生以及向Image Archive传递的行为。GSPS对象包括了其所关联影像和影像集的所有灰阶处理操作、空间位置操作和图形操作信息，如对比度设置、旋转、文本标注信息等，GSPS对象与其关联伴随的影像(集)应该拥有同样的UID属性(如Study Instance UID)，使GSPS对象与其关联的影像对象在Image Archive(如PACS服务器)系统中能够被同步执行存储管理。IHE定义的Creator Presentation States Stored/Modality Presentation States Stored执行机制主要引用DICOM标准的Storage SOP类和GSPS Storage SOP类实现。

●     Query Presentation States/Retrieve Presentation States：这一组transactions发生于Image Display和Image Archive之间，即影像的应用发布处理流程中，执行由Image Display提出的对GSPS对象的查询和调取请求，其行为类似于针对影像IOD的Query Images/Retrieve Images处理，惟其操作对象为GSPS IOD。在实际的应用中，GSPS的Query/Retrieve行为常常与其关联影像对象的Query/Retrieve过程同时进行，或在影像对象Query/ Retrieve完成后执行，获取GSPS的目的是确保其关联影像对象的提交和显示状态的一致性。Query Presentation States/Retrieve Presentation States执行机制基于DICOM标准的Query/Retrieve SOP类和GSPS Storage SOP类实现。

●      Print Request with Presentation LUT：此Transaction应用于由Print Composer和Print Server构成的影像打印输出流程之间，即在传递影像数据打印输出请求的同时，伴随传递Presentation LUT设定信息，用以确保Print Server侧信息系统在执行从影像数据的像素信息至设备输出的灰阶显示信息转换过程的一致性。Presentation LUT的输出形式是近似于人类视觉感知响应的P值(P-Values)信息，通常被应用于调制影像像素数据在支持DICOM GSDF定义的设备(如显示器或打印机)上实现软拷贝或硬拷贝的一致性输出表现。实现IHE定义的Print Request with Presentation LUT，需要涉及的DICOM标准定义和机制包括基础的Print Management SOP类和作为可选项的Presentation LUT SOP类，而作为打印输出设备本身(如影像胶片打印机)还需要支持DICOM标准的相关GSDF定义。

3.   IHE CPI集成模型工作流的应用

     IHE技术架构(IHE Technical Framework)在CPI集成模型中定义了一类特殊的集成功能，用以确保在医院信息化应用环境中，对医学影像的访问读取和医学影像的采集及产生过程在影像数据的呈现和表示状态方面充分的一致性。这种一致性的影像访问读取过程，可以发生在医学影像学科室或部门内部，如影像的常规诊断性访问读取过程；也可以发生在医学影像学科室或部门之间，如超声科室和放射科在各自执行影像诊断报告过程中的影像互访和参考；或者发生在医学影像学科室以外的医院其它科室和部门对医学影像的访问读取过程。

   通过对CPI集成模型的执行，可以进一步改善医院医学影像应用和操作流程中对影像及其相关的数据对象(诸如GSPS、KO或SR等)的浏览和观测过程及其结果。这类可以应用CPI集成模型处理功能的临床医学影像操作工作流过程包括：

●      医学影像科室的诊断医师执行医学影像的初始或复核诊断浏览过程中，希望保留影像浏览的操作参数(如窗宽/窗位值等)以及影像的病变特征注释等。

●      临床科室的医师，基于患者的ID信息，希望查询和访问患者近期执行的医学影像学检查的影像对象序列。

●      临床科室的医师在浏览患者的医学影像学诊断报告时，希望访问和浏览诊断报告所关联的关键影像。

●      临床医师进行患者的医学影像浏览或影像学会诊时，希望被浏览/会诊的影像保持影像科医师执行诊断浏览时相同的影像显示和呈现状态。

●      检查技师在执行影像检查前，希望提取患者既往执行的相关影像检查以确保患者检查定位的一致性，如肿瘤患者的影像学随访和复查。

●      影像诊断医师在执行当前影像学检查的诊断操作时，希望与患者既往相关检查的影像进行比较操作(如肿瘤患者的影像学随访和复查)；或对一个在既往的影像学检查过程已经建立诊断结论的患者，执行新的影像学检查诊断浏览操作时，有必要再次访问和读取既往检查的影像。

●      外科医师在制定手术计划过程中需要执行患者影像的3维重建和容积分析。

4.   IHE CPI集成模型工作流所应用的DICOM标准处理简述

通常的状况下，灰阶数字影像在不同的软拷贝显示设备和硬拷贝输出设备上的显示和呈现状态是不一致的，IHE技术架构定义CPI集成模型致力于解决这一问题，其实现所基于的DICOM标准的相关定义和机制主要为下述3方面：

1)    Grayscale Standard Display Function (GSDF)：

     DICOM GSDF(DICOM标准P3.14) 通过定义一个标准曲线，应用于医学影像在不同类型的软拷贝显示设备和硬拷贝输出设备上建立呈现状态的准直过程。人类的视觉感知对不同亮度水平(luminance，流明)的应答是非线性的，其对影像的亮区和暗区的亮度变化敏感度存在着差别，DICOM GSDF定义了一种代表人眼对亮度变化敏感性状态的标准显示特征曲线，即JND(Just Noticeable Differences)曲线，其将非线性的人类视觉luminance水平感知状态转换为视觉感知线性JND曲线(图2)，而JND曲线则对应于反应人类视觉感知响应的P-Value，从而实现在不同的影像输出或显示设备上影像象素数据转换为灰阶显示水平状态的一致性。

 

2)    Grayscale Softcopy Presentation State (GSPS)：

     这是DICOM标准定义的一个用于存储和交流有关影像显示参数的数据对象，在这个数据对象中，包含有应用于其关联影像呈现属性的各类变换处理信息：如执行各类灰阶对比变换(如Modality LUT、VOI LUT等)、空间变换(如旋转、翻转、显示选择的兴趣区等)、影像及显示野的相关注释(包括图像或文本注释以及Overlay)等，GSPS对象同样支持Presentation LUT变换，即输出对应于P-Volue的灰阶序列值。

3)   支持Presentation LUT属性的Basic Print Management SOP：

通过执行包含对Presentation LUT支持的DICOM Basic Grayscale Print Management SOP类，实现医学影像的打印输出，从而使同一影像(集)在所有的打印设备中均以相同的P-Value序列数据转换为灰阶显示序列值输出，保证打印输出影像呈现状态的一致性。在DICOM标准的打印相关SOP定义中，Presentation LUT SOP为可选项，不包含在DICOM标准的Basic Print Management SOP定义中，因此，仅仅支持标准的Basic Grayscale Print Meta SOP的打印输出设备不能够实现对CPI集成模型的支持，即建立影像硬拷贝输出流程对IHE CPI集成模型遵从的基础是这类硬拷贝输出设备提供对Presentation LUT SOP这一可选项属性的支持。

5.    CPI集成模型所关联的其它主要IHE工作流

IHE CPI集成模型工作流的发生主要与医学影像的产生、软拷贝应用和硬拷贝输出相关流程伴行，因此，在PACS系统逻辑流程中，任何与医学影像的产生、存储、发布和输出处理过程都可能被要求提供CPI支持，凡包含这类处理过程的其它IHE工作流也都可能与CPI集成模型工作流相关联，其中，关联最为密切者为SWF和KIN集成模型工作流：

1)   SWF集成模型(Scheduled Workflow Profile)

IHE SWF集成模型代表了医学影像学科的影像学检查工作流，其定义了影像对象的产生、传递、归档存储和应用操作等过程，而CPI流程中的GSPS对象的产生、传递、归档存储和应用操作的过程与影像的逻辑流程是紧密伴行的，因此，可以将CPI集成模型工作流视为一个与SWF工作流完全重叠，并作为其补充和扩展的附属流程处理行为。在应用实践中，CPI定义的功能处理并不需要完整地覆盖其所关联的SWF流程，其完全可以分别独立地发生于影像产生和存储流程或影像的应用发布流程中。

2)   KIN集成模型(Key Image Note Profile)

KIN集成模型流程中的KO对象与CPI集成模型的GSPS对象类似，均属于依附影像对象而存在并伴随影像对象一同发布的证据对象，因此，KIN集成模型工作流与CPI集成模型工作流的大部完全重合，CPI不过是进一步包含了影像硬拷贝输出流程。CPI的GSPS对象与KIN的KO对象两者与影像对象的关系、关联和操作方式都存在着许多共同点，同时，GSPS与KO对象间也存在着相互关联，即在影像发布和应用操作过程可以分别或同步调用与影像对象关联的GSPS对象和KO对象；在产生、调用和操作KO对象时也可以同时获得相关的GSPS对象对KO关联的影像(集)的呈现状态进行处理。

 

 转载自：http://www.med-informatics.cn/Myarticles/show_pages/IHE_CPI.htm