医学图像存档及通信系统

       图像存档及通信泵统(picture archiving and communication system，PACS)是近几年来 随着数字成像技术、计算机技术和网络技术的进步而迅速发展起来的，旨在全面解决医学图像的获取、显示、处理、存储、传输、检索和管理的综合系统。PACS更强调的是以数字化诊断为核心的整个影像管理过程。 
       PACS的主要功能和应用包括：①用计算机服务器来管理和保存图像，以取代传统胶片 库；②医生用影像工作站来看片，以取代传统的胶片与胶片灯；③通过DICOM( digital ima-ging and communications in medicine，医学数字成像和通信标准)国际医疗影像通信标准和 诊断工作站将全院各科室临床主治医师、放射科医师和专科医师以及各种影像、医嘱和诊断报告联成一网；④用Web、E-mail等现代电子通信方式来做远程诊断和专家会诊，以取代传统的胶片邮寄和电话、书信等；⑤用专业二维、三维分析软件辅助诊断；⑥用专业医疗影像诊断报告软件以取代传统录音和纸笔。 
       1．PACS的主要组成 PACS的基本结构主要由图像采集部分、图像的存储和管理、图像的传输部分、图像的显示和处理部分以及图像的远程服务系统组成，如图11-5所示。 (l) 图像采集部分：通过影像采集工作站将影像设备产生的患者影像信息采集到计算 机。进入PACS的图像必须是符合DIC()M 3．0标准的数字化图像，而对于非数字化的图 像必须经过数字化处理并转换成符合DIC()M 3．0标准的图像格式。
 

图11-5 PACS组成原理

       PACS的图像采集通常有如下4种方式：①符合DICOM3.O标准的图像采集：对于新 的数字化成像设备，都有符合DICOM3.0的标准接口，可以直接与PACS连接，以通信方式获取文档，数据无损，这类数字设备是目前接入PACS的主流设备，它可以与PACS之间实 现双向数据传输；②非DICOM标准的数字图像的采集：对于早期的影像设备输出的图像格式是模拟的或者是非标准的DICOM数字图像，这些图像必须经过DICOM重建器转换成DICOM图像，并结合患者的其他文字信息形成统一的格式存放到数据库，这种方法能保证 图像的质量，数据的完整性也较好，但价格较高；③无数字接口的图像采集，即模拟信号源的采集：模拟接口首先要通过视频图像捕捉卡采集图像，然后通过各工作站上的静态／动态 DICOM重建器，使其转换为符合DICOM 3.0标准的文件，这种方法适合于一些传统的医 用影像设备所产生的模拟视频信弓源；④胶片的数字图像转换：使用高分辨率、快速、多页的数字化扫描仪将传统的胶片转换为数字图像，用于将放射影像储片库中的已有图片资料转 换成数字化图像进行保存、处理、传输及阅读。 目前可连接的影像设备有：各种传统X线机、数字肠胃机、DSA、数字X线成像设备 (CR、DR)、X线CT、MRI、核医学成像设备(SPECT、PET)、超声设备、显微镜图像、内镜（纤 维内镜、电子内镜、超声内镜）、体表成像设备等。

       (2) 影像服务器部分：影像服务器用来存储和管理医学影像，实现DICOM影像文件的 存储、传送、接收、分发、调度等功能，它是PACS的核心部件。 图像资料的存储可以根据使用的频率分为三类：①长期资料：超过一年的图像资料，一般以磁带、DVD或CD-R等介质存储，需手工检索；②中期资料：对于半年至一年的图像资 料，采用磁光盘或CD-RW盘存储；③近期资料：图像的存储需要解决在线浏览30天左右的所有住院患者图像，一般以大容量的阵列硬盘作为存储介质，保存在各设备的硬盘上供随时调用。 图像数据库管理对PACS非常重要。需要具有安全、可靠、稳定和兼容性好的大型的数据库系统如Oracle、SQL server等。对医学图像数据库应用管理程序的设计应根据工作 流程、数据类型、分类、患者资料等需求做到高效、安全、稳定、易于使用。同时和HIS、RIS进行良好的整合，实现真正的资源共享。

       (3) 图像的传输部分：PACS的目标是实现医学图像在医院内外的迅速传递和分发，使医生和患者能随时随地获得需要的图像，因此在PACS中传输系统对数字化图像信息的输 入、检索、处理等起着桥梁作用。影像数据的传输通过局域或广域网络进行，网络的构成成 分主要包括：①网络拓扑结构：PACS的建立可以采用不同的网络拓扑结构，如总线型、星型、环型网络结构，但为了网络结构的稳定性和易管理性一般采用星型结构。②网络传输介 质：根据数据流量的大小确定网络的速度，以便于各终端能及时获得信息，再根据不同的网速要求确定传输介质。一般可采用普通电缆和光纤，光纤具有较高速和低误码率，另外，通 过无线电或微波的网络连接方式正日益得到广泛的应用，但抗干扰性和安全性较差。③网 络标准与传输协议：为实现不同系统的实体包括用户应用程序等之间的通信，网络必须采用 标准网络协议知TCP／IP。 总之图像传输要求标准化、结构开放、扩展性好、可连接性好、稳定性好。需要IOOM高 速以太网以上的连接带宽，使DICOM图像传输速度符合临床应用的要求。同时根据需要 配置Web服务器与Internet连接，作为远程会诊的窗口。

       (4) 图像的显示和处理部分：图像的显示和处理主要由图像显示工作站来完成，图像馒示工作站是控制图像显示的主计算机，用户通过它实现图像及其相关信息的查询和显示。 图像软拷贝是PACS的一个重要部件，有时也需要实现图像硬拷贝，即将图像通过激光相机打印在胶片上。 图像显示工作站可以根据应用分为六大类，即诊断工作站、回顾工作站、图像分析工作 站、数字化和打印工作站、交互式教学工作站以及图像编辑和研究用工作站。图像显示工作 站的硬件由图像缓存和处理器、显示器及存储器三个部分组成，通过通信网络和应用软件实现与PACS影像服务器相连。

       图像的显示和处理的软件系统应包括：①图像处理功能：自定义显示图像的相关信息，如姓名、年龄、设备型号等参数。提供缩放、移动、镜像、反相、旋转、滤波、锐化、伪彩、播放、 窗宽窗位调节等功能。②测量功能：提供ROI值、长度、角度、面积等数据的测量；以及标 注，注释功能。③管理功能：支持设备间影像的传递，提供同时调阅患者不同时期、不同影像 设备的影像及报告功能。支持DICOM的打印输出，支持海量数据存储、迁移管理。④远程医疗功能：支持影像数据的远程发送和接收。⑤系统参数设置功能：支持用户自定义窗宽窗 位值、显示文字的大小、放大镜的放大比例等参数。 (5)图像的远程服务系统：为了能让医师远程用Web浏览器或其他软件看图诊断，例如通过普通的Internet浏览器进行影像数据的访问。PACS的Web服务器具备如下特点：缩略图管理器服务程序、影像显示服务器组件以及影像浏览器客户插件等。

       2．PACS规模特点 按规模和应用功能将PACS分为三类： (l)全规模PACS(full-service PACS)：涵盖全放射科或医学影像学科范围，包括所有 医学成像设备、有独立的影像存储及管理亚系统、足够量的软拷贝显示和硬拷贝输出设备， 以及临床影像浏览、会诊系统和远程放射学服务。采用模块化结构、开放性架构与医院信息系统／放射信息系统( HIS/RIS)整合良好。图11-6给出了一个含HIS、RIS的典型PACS示意图。

图11-6 一个典型的含HIS、RIS的PACS

        (2) 数字化PACS(digital-PACS)：包括常规X线影像以外的所有数字影像设备（如 CT、MRI、DSA等），常规X线影像可经胶片数字化仪进入PACS。具备独立的影像存储及 管理亚系统和必要的软、硬拷贝输出设备。
        (3) 小型PACS( mini-PACS)：局限于单一医学影像部门或影像亚专业单元范围内，在 医学影像学科内部分地实现影像的数字化传输、存储和软拷贝显示功能。如超声心脏科、心导管影像、ECT和PET有各自的mini-PACS或工作站产品。