1、醫學影像成像原理第八章圖像存儲與傳輸 韓立 天津醫科大學第一節 醫院影像信息系統概述第二節 PACS 標準第三節 PACS 結構與工作流程第四節 PACS 應用與管理第一節 醫院影像信息系統概述一、 PACS概念 1.PACS定義圖像存儲與通信系統 (Picture Archiving and Communication System，PACS)： 醫院影像科室中用于存儲、傳輸和管理X線、CT、磁共振、超聲、核醫學等各種數字醫學影像通過通信網絡實現互聯傳輸的信息系統。2.PACS 基本組成條件能連接多臺醫學影像設備，不同標準的設備間可互通信息，符合數字醫學影像和數據通信標準；快速存取，海量管理

2、和長期保存醫學影像數據；通過多個顯示輸出系統，醫生可以提取、觀察、分析所存的醫學影像圖像進行日常診斷工作。3.PACS 優越性減少物料成本；減少管理成本；提高工作效率；提高醫院的醫療水平；充分利用我國醫院的綜合資源；為醫院提供資源積累和信息優化；快速存取，海量管理和長期保存醫學影像數據；通過多個顯示輸出系統，醫生可以提取、觀察、分析所存的醫學影像圖像進行日常診斷工作。第二代PACS: 20世紀90年代初期90年代末期： 第二代PACS通常稱為中型PACS，廣泛采用了工業標準傳輸協議/因特網互聯協議(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，

3、TCP/IP)、 ACR-NEMA協議、衛生信息交換標準(Health Level Seven, HL7)等協議，可以實現與醫院其他科室互聯，實現跨平臺運行，并半自動化的提供醫學影像指定服務，但仍然沒有形成統一標準的工作流程和數據協議。PACS發展趨勢 區域化的PACS服務與集團化醫院的相互協作；智能化的PACS可實現醫學影像的智能管理和計算機輔助診斷；大數據化的PACS可加快傳輸速度，提高了圖像質量，實現了海量數據基礎上的三維重建和多模態影像分析。一、 PACS標準化進程 1983年，美國放射學院(ACR)和美國國家電器制造商協會(NEMA)成立了數字成像標準聯合委員會。目標是：研究如何制定

4、統一的標準來保證不同廠家的影像設備能夠信息互聯。宗旨是：促進數字圖像信息間的通信，而不論提供這些信息的設備由何廠制造，也不論信息以何種數據格式來表達；便于進一步開發和擴展PACS系統，使與醫院中的其它信息系統連接；建立診斷信息數據庫，讓分布在各地的各種設備訪問共享。1.1983年，制定出了一套數字化醫學影像的格式標準ACR-NEMA300。2.1985年，正式發布了ACR-NEMA300-85標準，既ACR-NEMA1.0版本。3.1988年，升級成為ACR-NEMA300-88標準，也就是ACR-NEMA2.0版本。4.1993年，增加了網絡通信方面的規范，同時按照影像學檢查信息流特點的E-

5、R模型重新修改了圖像格式中部分信息的定義，發布了3.0版本并正式更名為DICOM 3.0標準。1983年，由美國放射學院(ACR)和美國國家電器制造商協會(NEMA)成立的數字成像標準聯合委員會，制定。智能化的PACS可實現醫學影像的智能管理和計算機輔助診斷；大數據化的PACS可加快傳輸速度，提高了圖像質量，實現了海量數據基礎上的三維重建和多模態影像分析。二、 PACS標準化進程-標準簡介 1. DICOM3.0醫學數字成像與通信標準(Digital Imaging and Communication in Medicine, DICOM)：涵蓋了醫學數字影像的采集、歸檔、通信、顯示及查詢等信

6、息交換的協議；以開放互聯的架構和面向對象的方法定義了醫學診斷圖像及其相關的分析、報告等信息的對象集；定義了用于信息傳遞、交換的服務類與命令集，以及消息的標準響應；詳述了唯一標識各類信息對象的技術；提供了應用于網絡環境服務支持；結構化地定義了制造廠商的兼容性聲明。特點是：它可用于網絡環境；它詳細聲明了兼容設備之間的命令和數據交換方式；它詳述了兼容性的等級；它把每個圖像定義為信息對象；通過數據字典唯一確定性標識任何信息對象；信息安全性規則。三、PACS功能規范 基于醫院信息系統已成為現代化醫院必不可少的重要基礎設施與支撐環境。原衛生部為了積極推進信息網絡基礎設施的發展，加快醫院信息化建設和管理，制

7、定了醫院信息系統基本功能規范。其中包括了醫學影像信息分系統。1.醫學影像信息分系統是實現各種醫學影像信息的采集、存儲、報告、輸出、管理、查詢的計算機應用程序。2.醫學影像信息分系統必須符合國家及地方有關法律、法規、規章制度的要求：符合DICOM3.0國際標準；符合國際疾病分類標準。第三節 PACS 結構與工作流程一、 PACS 的類型按照系統規模和應用功能分類1.Mini PACS 是小型科室級PACS，實現了各種數字化醫學設備影像的連接，可以在影像科范圍內進行圖像的數字化存儲和網絡傳輸。2.Full PACS 是中型院級整體化PACS，連接Mini PACS,實現了影像科與臨床各科室之間的醫

8、學影像數據的網絡傳輸、信息共享和數字化診斷。3.Enterprise PACS 是大型企業級PACS，是在院級PACS的基礎上，通過Internet將各個醫院或城市間的PACS進行連接。PACS的系統結構分類 (a)集中管理模式；(b)分布管理模式二、 PACS 的結構一個PACS的基本系統結構包括圖像獲取子系統、PACS控制子系統和圖像處理顯示子系統，子系統又可以細分成醫學圖像采集、大容量數據存儲、數據庫管理、圖像顯示和處理、用于傳輸圖像的通信網絡等五個組成單元。同時，PACS又包括了與醫院信息系統 (hospital information system, HIS)及放射科信息系統（rad

9、iology information system, RIS)互聯的接口。PACS的系統組成結構1. 醫學圖像采集單元：數字圖像采集：即成像設備本身產生的就是數字圖像，可以直接取出并遵循 DICOM3.0標準。視頻圖像采集：醫療圖像檢查設備的輸出信號都是視頻信號，通過圖像采集卡A/D轉換將模擬信號變為數字信號并編碼為DICOM數據并存儲。對已有膠片圖像采集：這類圖像可使用激光數字化儀、CCD數字化儀等設備，將光學信號轉換為電信號，再將模擬信號轉換為數字信號，產生數字化的圖像，輸入計算機。2. 大數據存儲單元：PACS控制子系統的主要功能有：圖像接收、圖像存檔、圖像路由、數據庫更新、與HIS/R

10、IS 連接、數據壓縮等。大容量數據存儲單元是PACS控制子系統的核心組成之一，包括了信息數據庫和圖像存儲庫。圖像存儲庫是由存檔服務器、圖像數據庫和存檔庫組成。采集計算機從成像設備獲得的圖像首先送到服務器，然后存儲在光盤庫，最后傳送到顯示工作站。2. 大數據存儲單元：（1）存檔服務器：是圖像存儲庫的中心，管理圖像數據在PACS系統中的流動，實現圖像的存儲、檢索、提取、編組等操作。（2）圖像數據庫：采用大型關系數據庫技術，具有鏡像服務器備份，保證數據庫能不間斷地運行。（3）存檔庫：用于中、長期存檔。在線存儲使用光盤庫和磁帶庫，光盤庫由多個光驅和磁盤控制器組成，允許在多個光驅同時進行存檔和檢索，盤片

11、采用CD-R、MO、DVD盤。3. 數據庫管理單元：數據庫管理單元也是PACS控制子系統的核心組成之一，負責數據存儲的管理和信息查詢。此單元實現對短期、中期和長期病患信息和圖像存檔數據的分級管理。系統要保證數據的完整性，從成像設備獲得的圖像信息不能被丟失；要提高系統效率，縮短顯示工作站對數據的訪問時間。4. 圖像處理和顯示單元：圖像處理顯示子系統負責對數據存儲單元的圖像進行查詢、分析和處理等，并把處理結果輸出到影像顯示工作站。硬件由圖像處理器、緩存、顯示器和存儲器組成，通過通信網絡和應用軟件與PACS控制器交換信息。圖像工作站有如下幾種用途分類：影像顯示工作站；影像處理工作站；圖像分析工作站；

12、質量保證工作站。5. 通信網絡單元：通信網絡單元是PACS中各種數字化圖像和相關信息交換和傳輸的路徑和通道。醫學數據交換標準主要有HL7和DICOM，前者主要用于文本數據交換，在HIS/RIS中使用；后者用于圖像數據交換，在PACS中使用。PACS 的通信網絡可由低速的以太網、中速的光纖分布式數據接口網(FDDL)和高速的異步傳輸模式網（ATM)構成。三、 PACS工作流程由醫學影像設備產生受檢體的診斷圖像及相關信息，通過圖像采集單元獲得標準格式圖像數據，通信網絡將圖像數據傳輸到PACS控制子系統，在數據庫管理單元的控制和協調下，以不同的形式保存到大容量數據存儲單元，根據查詢或預設命令，特定的

13、圖像和相關信息被送到指定的圖像處理和顯示單元，并可通過網絡和外部接口獲取HIS/RIS信息或者將檢索的圖像信息傳輸到其他遠程醫學影像服務網絡構成。第四節 PACS 應用與管理一、 PACS 應用PACS應用的目標是：實現放射科室及整個醫院的醫學影像的管理和診斷無膠片化、 無紙化、計算機化、網絡化和信息化；提高醫院信息資源的共享率；縮短病患在醫院的非診療時間成本；提高診療質量和醫院效率；優化醫院運營成本。一、 PACS 應用(一)PACS與傳統膠片的應用比較：傳統放射科的工作流程包括了十二個步驟，其中病人在沖洗膠片和臨床借片時需要等待較長的非診療時間，同時由于手工存儲會導致膠片丟失。而具有PAC

14、S系統的放射科以上流程可以縮減，因為病患的醫學影像和診斷報告被數字化的自動存儲和傳輸到臨床醫生客戶端，所以病人只在醫生診斷和報告時進行了等待，而且計算機存儲影像數據消除了膠片丟失的可能性。一、 PACS 應用(二)PACS圖像數據的應用：1.PACS的重要應用是實現了圖像的高效儲存、圖像的有效管理和圖像的分析處理。2.PACS采用了三級存儲方式：在線存儲、近線存儲和離線存儲，保證了醫學影像數據完整性。3.PACS使用了醫學影像數據的數據庫管理，通過數據復制產生圖像副本，不需要進行傳統的膠片沖洗，減少了膠片制作、存儲和耗材的費用，提高了管理效率。4.PACS使用的數字化圖像含有豐富的信息，圖像的

15、后處理可以更詳盡的觀察醫學影像，更有效的挖掘影像的潛在信息，更完善的進行量化分析。一、 PACS 應用(三)PACS與HIS/RIS的集成：PACS和HIS/RIS的融合與集成又進一步的提高了醫院的工作和管理效率。醫院信息系統（HIS）是指利用計算機軟硬件技術、網絡通信技術等現代化手段，對醫院及其所屬各部門的人流、物流、財流進行綜合管理，對在醫療活動各階段中產生的數據進行采集、存儲、處理、提取、傳輸、匯總、加工生成各種信息，從而為醫院的整體運行提供全面的、自動化的管理及各種服務的信息系統。一、 PACS 應用(四) PACS應用的基本業務流程：檢查信息登記輸入；工作清單服務；影像獲取；非DIC

16、OM轉換；圖像調閱；報告編輯；一、 PACS 應用(五) PACS的系統建設與軟件應用：為了實現應用，醫院在PACS設計階段就應當明確所建設信息系統的具體規模與應用范圍。預先確定好所建的PACS是實現影像科室的影像存儲與調閱，還是全院規模的影像調閱，需要界定普通放射、CT、MR、超聲、內窺鏡、核醫學、放射治療科等是否全部納入PACS的范圍內，而后精心設計系統構架，最終達到預定的應用目標，完成PACS的建立。在我國PACS的建設中一般遵循由小到大、分布實施、量體裁衣、分期到位的總原則。二、 PACS 管理1.目的(一)PACS的穩定性與安全性（1）系統維護（2）合法用戶和權限設置（3）防范計算機

17、病毒(二)PACS工作流程的優化 能夠有效地提高工作效率，降低患者就診時間。(三)PACS的管理保障 培養PACS技術保障人員；制訂PACS管理制度三、遠程放射學1.定義與目的遠程放射學(Tele-radiography)是將數字化的醫學影像和病人相關信息通過遠程通信網絡從影像采集地傳輸到一個遠程地點，由遠端的放射科醫生進行診斷或多點會診的學科。因此遠程放射學可以分別在兩地實現檢查和診斷，從而解決醫療資源的不平衡及放射科醫學專家相對集中的問題,同時降低了病患或醫生跨地域診療的出行成本。三、遠程放射學2.服務模式遠程診斷：放射檢查完成后，將圖像和相關信息傳送到遠端專家所在地進行診斷，該過程不要求立即執行，可以在圖像收到后一天內完成；遠程會診：病人可以在醫院等候結果，要求兩地或多地專家的共同診斷意見在半小時內完成。遠程咨詢：需要實時操作圖像，病人可能在檢查臺上，醫生要求立即得到異地專家的指導意見，以便作進一步檢查。三、遠程放射學3.系統類型低速、窄帶遠程放射系統：以普通的PSTN為基礎，以多媒體PC為平臺。速率（144Kbps 到366Kbps)中速遠程放射系統：以ISDN為骨干