乳腺CAD系统嵌入式方案设计*蒋志峰邢晓芬周丰乐肖跃（华南理工大学电信学院 510640）摘要：国外乳腺CAD产品都为基于通用电脑平台的系统，有不少缺点：占空间、成本高，稳定性不强。
本文介绍了基于PXA270平台及开源软件设计的乳腺CAD嵌入式实现方案。
分析了系统主要需求，提出了解决方案，包括嵌入式硬件平台设计，本地数据库存储，高分辨率显示，人机交互界面。
提出了数字乳腺病变X光图像数据库的维护、同步策略。
乳腺CAD系统为放射科乳腺医生尤其是缺乏经验的初、中级医生提供临床辅助诊断，提高诊断的准确率。
乳腺CAD系统嵌入式一体化、小型化设计，可以节约设备所占空间，提高稳定性，降低成本。
关键词：乳腺病变；计算机辅助诊断；嵌入式方案实现；数据库同步维护CAD System for Breast Lesions Based on Embedded PlatformJIANG Zhi-feng XING Xiao-fen ZHOU Feng-le XIAO Yue(School of Electronics and Information, South China University of Technology, China, 510640)Abstract: The CAD systems overseas are all based on general computer platform, and have some shortcomings: take too much space, expensive and unstable. To overcome the shortcomings, this paper analysis the need of CAD system design and the main difficulties, and presents a scheme based on PXA270 platform and open-source public software. The scheme consists of design of high volume data storage, high resolution display and graphic user interface. More over, a strategy for maintenance and synchronization of database is introduced. The system can enhance the diagnosis accuracy for breast lesions, It will be a good assistant, especially for doctors without rich experiences.The Keywords：Breast lesions; CAD; Embedded platform scheme; Database design中图分类号：TP391.5 文献标志码：B0 引言乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤，近年来，全世界每年乳腺癌发病人数达120万，年死亡人数约为50万，且发病率正逐年提高。
另据中国抗癌协会的数据显示，目前中国妇女每10000人中约有35～45人患有乳腺癌，而乳腺病变方面的专家严重缺乏。
因此，对能够临床应用的乳腺病变辅助诊断（CAD）系统的需求也越来越迫切。
国外已有多种乳腺CAD商业化产品面世。
美国的R2 Technology 公司，是行业开拓者和领导者，开发了一系列的乳腺CAD产品，最早于1998年获美国国家食品与药品管理局（FDA）认证。
其乳腺CAD系列产品包括包括以下几种：胶片输入如ImageChecker LX，数字乳腺图片输入如ImageChecker D，双模包括胶片和数字图片输入如ImageChecker DM。
这些产品都是基于通用电脑平台，安装了CAD软件。
另一家著名的医学CAD公司美国ICAD，也有一系列乳腺CAD产品投放市场，包括SecondLook200,300,700, 输入为胶片，SecondLook Digital输入为数字图片，皆为基于通用电脑平台。
国外乳腺计算机辅助诊断（CAD）系统多为基于通用电脑平台运行，其优点是基于通用平台便于开发，便于软件升级，但也有缺点：占空间，稳定性不强，成本高。
我国目前的乳腺癌CAD 技术研究仍处于起步阶段，市场上未见有国产系统。
因此，本文提出基于嵌入式实现的乳腺CAD系统，分析了系统需求、设计难点及解决方法。
1 系统分析及实现架构*资金项目：广东省科技计划项目：（编码2005B10201052）广州市科技计划项目：（编码2006Z3－D0381）一台功能完善的CAD 系统包括：显示设备，可工放射工作者人工阅片；存储：本地大容量数据库存储，可以保存一定数量患者图文资料档案；报告系统：可以生成病历和报告，以供本地或网络打印；基本控制设备，键盘，鼠标或者触摸屏。
系统的设计难点是嵌入式硬件平台搭建，和适合存储乳腺图文数据的数据库设计。
图1为 乳腺病变CAD 系统架构图。
系统运行Linux 操作系统和GUI 图形界面。
系统通过可编程CPLD 芯片扩展大容量存储设备，用于存储的患者图文资料。
可来产生硬盘读写时序，数据线和地址线直接连接硬盘。
为了方便医生查看医学图像，需要配备高分辨率显示器，本系统采用台湾慧荣公司SM502 2D 图形加速芯片，专为嵌入式场合使用，和PXA27X 芯片无缝连接，使得最高分辨率可达1280*1024。
GUI 图形界面采集使用者临床信息输入，输入完毕后在数据库建立一个记录，系统根据患者输入临床信息加上乳腺图像分析结果，做作出具有参考价值的病情诊断。
系统网络模块用于输入数字乳腺图像，也用于对乳腺核心训练数据库进行维护，同步。
图1 基于PXA270实现的乳腺病变CAD 系统架构图2 系统原理如图2所示，该图给出了本系统CAD 算法原理模块构架，本系统采用模块化设计思想，有较好的灵活性和可扩展性，主要包括自检模块、乳腺X 光图像采集模块、预处理模块、检测模块、概率判决模块、诊断结果输出模块及数据库模块。
当有新病例到来时，自检模块主要负责收集病人临床信息，患者可自己按照软件中的自检帮助或在医生的指导下完成，该模块实现乳腺病变的初判并为后续判决模块提供确认信息；乳腺X 光图像采集模块具备两种接口，一种可连接医学图像扫描仪器或者CR 、DR 设备的 DICOM 标准接口，读取并分析DICOM 格式数据，读出出图像数据以供处理；另一种可读取非DICOM 接口输入的普通数字X 光图片。
如果是DICOM 接口需要移植DICOM 协议，用来和PACS 网络无缝连接。
检测模块通过提取预处理模块后的图像数据特征并对其融合选择，后运用机器学习技术实现乳腺X 光图像直接征象的检测；概率判决模块是通过综合分析检测模块中的特征的统计特性和自检模块所得的临床信息，建立概率判决模型实现判决；此外，检测模块和概率判决模块通过和数据库模块交互，实现检测和判决所需数据和的读取，同时将处理后的结果及其诊断信息存入数据库模块中，便于系统的检索、自学习等方面功能的扩展。
高分辨率 显示器 键盘触摸屏 GPIO系统总线图2 乳腺病变CAD系统原理及软件流程图图文数据库包含两个字数据库，一是训练库，用于机器分析新输入图像时参考的图文集，具有代表性，可以囊括绝大部分的病理特征。
测试库的质量直接影响到系统性能。
另一个子数据库是测试库，用于保存患者图文资料。
具有代表性的理想测试库样例可以加入训练库。
由于训练库的代表性关系到CAD系统的准确度，需要资深专家经常维护和升级，因此，设置一台核心数据库服务器专门用于升级位于位置分散的CAD系统。
2.1 操作系统及人机界面设计操作系统采用Linux 2.6内核，可定制用于满足系统需要。
人机图形界面设计基于Qtopia Core框架，Qtopia Core是著名的Qt 库开发商Trolltech 公司开发的面向嵌入式系统的Qt 最新版本, 开发人员多为K D E 项目的核心开发人员。
Qt Core是多平台的C++图形用户界面应用程序框架，丰富的控件资源和良好的可移植性是其优势, 使用X 下的开发工具Qt Designer 可以直接开发基于Qt Core的UI(用户操作接口)界面[3]。
人机界面用于输入患者临床信息，也用于医生编辑病历、报告。
2.2 数据库设计是一个可运行于多种系统平台的对象关系型数据库。
开源，免费，可在多种操作系 PostgreSQL统上运行包括各种unix，linux，以及windows。
支持几十种硬件平台，包括x86，ARM。
本文选择PostgreSQL，可在ARM平台上移植。
PostgreSQL功能强大, 支持一系列关键特性：支持分布式的事务处理；支持外键功能，以及所有的SQL 99的连接类型、触发器；支持用户自定义的对象数据类型和操作；支持子查询、部分索引和表达式索引，支持多种语言产生的存储过程，提供多种编程接口。
由于DICOM3.0标准中的服务是针对信息对象（IOD）的，不管信息的存储还是不同设备间信息的交换都是以IOD 实例来进行, 所以数据库的设计尽量保持IOD 的完整性，据库还应体现IOD 之间的关系,从而可以按照患者、研究、系列和图像四个层次来进行检索和管理, 保持数据的完整性[1，2].作为对象关系型数据库，PostgreSQL适合用于这种多媒体混合格式的信息对象模型。
在国外，有很多符合DICOM3.0标准的数据库是使用PostgreSQL搭建的[4-6]2.3 跨平台数据库访问本地数据库只为存储使用本机器上的患者信息资料和核心训练库和测试库，在调阅他种数据库图文资料的情况下，本地机器需要相应的接口来访问不同的数据库。
很多DICOM格式文件数据库采用SQL Server 2000，本文采用FreeTDS开源包提供的接口。
FreeTDS是一个专为Unix、Linux等平台上的程序访问SQL Server 2000、Sybase database数据库的函数库集。
它提供了dblib, ODBC, libTDS 等三种API来访问数据库，本文采用dblib API，可访问位于其他机器上的SQL Server 2000数据库。
在嵌入式Linux平台使用FreeTDs，需要交叉编译，首先下载最新版本FreeTDS-0.65，最新版本支持交叉编译，编译配置为：./configure –prefix=/usr/local/freetds –host=arm-linux –enable-msdblib –with-tdsver=8.0然后make，make install，完成安装，生成动态库。