1、图像存储与传输系统图像存储与传输系统请选择：重点难点教学目的教学内容学习技巧直接进入课程直接进入课程教学内容：概述组成及工作原理功能及相关问题临床应用及评价教学目的：v1、认识什么是PACS。v2、了解PACS在临床的应用。重点难点：v重点：定义、组成、优势。v难点：PACS的组成。学习技巧：v1、联系现阶段的医学影像技术的发展趋势及相关的计算机应用技术。v2、理解PACS的概念。v3、掌握PACS的各组成部分。v4、认识PACS的优势前言vPACS 是近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，应现代化、网络化、数字化医院(e-hospital)要求而产生的、旨在全面
2、解决医学图像的获取、显示、存贮、传送和管理的综合系统，是应用于放射科、医院和更大范围的医学图像信息系统。其特点是信息化、网络化，以及图像传输的高质量无失真、影像信息可共享等。vPACS是医学信息系统的一个重要组成部分，它与放射信息系统RIS(radiology information system)、医院信息系统HIS(hospital information system)共同组成一个医院完整的信息环境。PACS系统在医院中应用发展极快，在未来医院管理中，PACS系统将处于非常重要的位置。PACS可实现信息时代的数字化，改善影像诊断环境，从整体上提高我国的诊断质量和效率。PACS概述v一、一
3、、PACS的定义的定义PACS(picture archiving and communication system)即影像存档和通讯系统，是医院用于即影像存档和通讯系统，是医院用于管理医疗设备如管理医疗设备如CT、MRI、X-RAY（包括（包括CR、DR）、）、DSA、核医学、核医学、B超等产生的医学影像超等产生的医学影像的信息系统。的信息系统。它利用先进的计算机技术、图像压缩功能和网络传输技术，最终实现医学图像信息的数字化存储、传送和处理。v二、二、PACS的产生与发展的产生与发展1、PACS产生的原因：随着现代医学成像技术的发展，大量新型的医学影像设备迅速投入到临床中，如CR、DR、CT
4、、E-CT、MRI和US等，为临床医生对疾病的诊断和治疗提供了更多的信息，大大提高了影像学科及临床的整体医疗水平，但与此同时所产生的大量的影像资料对科室和医院的管理提出了更高的要求 传统的胶片备份，人工管理的方法不仅要耗费大量的资金、场地和人力，而且存在着工作效率低、资料易丢失、查找困难、图像传递时间长、存储时间短、胶片易发黄变质等问题。PACSPACS的发展历程经历了的发展历程经历了3 3个阶段：个阶段：v第一阶段PACS的特点是“用户查找数据库”，即人工获取图像方式人工获取图像方式。当数据库进入PACS后，终端用户需要给出查询条件，才能在系统中查询相应的图像及相关数据。这是一种原始的方式，
5、需要大量的人工参与。v第二阶段PACS的特点“数据查找设备”，即图像主动路由到指定的地点图像主动路由到指定的地点。PACS具有“自动路由”、“预提取”等功能，PACS中的数据可根据用户预先设定的规则或来自HIS/RIS等的外部信息，将图像自动送达指定的工作站点。这种模式减少了人工参与，形成半自动化模式。v第三阶段PACS的特点是“图像信息与文本信息主动寻找到用户”，即图像主图像主动寻找用户，路由到指定的人动寻找用户，路由到指定的人。PACS的数据可根据用户预先设定的规则及来自HIS/RIS等外部信息，将图像及文本信息自动送达指定设备并分配给具体授权用户。这种模式实现了PACS工作流的自动化，是
6、迄今为止最先进的模式。三、三、PACSPACS的分类的分类v按结构形式分类v集中式集中式v以中央服务器为主，负责所有图像信息的接受、存储和网络管理，任何终端工作站均从中央服务器中查询和调阅患者的信息。此方式能较好地进行控制，但对服务器的要求较高，多个工作站同时调阅时对速度有一定影响。v分布式分布式v在主服务器下另设多个相对独立的服务器，各个服务器负责相应部门的资料管理工作，与各工作站用局域网连接，合法用户可共享网络所有资源。此方式分担了服务器的工作负荷，能提高速度和网络系统的可靠性，系统扩展性较大，是常用的结构形式，但较复杂，且成本较高。v按规模大小分v按规模的大小和应用功能，PACS系统可分
7、为四类：v小型PACS(Departmental PACS)，局限于单一影像部门或科内。v院内图像发布系统(Inte-Hospital Image Distribution,IHID，是影像科范围内的图像传输网络，包括影像科各种数字化影像设备。v 整个医院内实施的完整PACS系统（Full Hospital PACS)，是医院内所有科室的数字化图像设备或影像科与临床科间的图像传输网络。v基于全院PACS的远程放射医学系统(Full Hospital PACS/Teteradiology)。各医院的PACS间借助公用通讯网络在广域网上进行信息的交换。v根据医院的实际要求，一个实际的PACS系统可
8、能包含了上述四类应用中的一类或多类。四、国际标准化协议四、国际标准化协议v目前用于实现医学信息共享的医学数据交换标准主要有DICOM 3.0和HL7。vDICOM 3.0技术标准v DICOM 3.0包括标准化数据格式及通讯协议，主要用于图像数据交换。PACS产生初期遇到了一个最大的障碍，那就是各个厂家生产的设备所产生的数据格式互不兼容，各个厂家拥有自己独立的标准和格式，数据不能共享。DICOM标准的产生为各个厂家提供了国际统一标准，为PACS系统的发展铺平了道路。vDICOM 3.0详细定义了包括病人信息、检查信息和相关图像参数和图像格式，图像点对点方式、网络方式、文件方式等进行交换的方法和
9、规范。利用这个标准人们可以在影像设备上建立一个接口来完成影像数据的输入与输出工作，能更有效地在医学影像设备之间实现传输交换数字影像。这些设备不仅包括CT.MR、核医学和超声检查，而且还包括CR、胶片数字化系统、视频采集系统和HIS/RIS信息管理系统等。目前，DICOM 3.0已经成为医学影像设备的标准通信协议。vHL7技术标准 vHL7（Health Level 7）医疗第七层对医院和医学的常用信息的各种格式和操作给出相应编码，主要用于文本数据交换。HL7协议被目前的HIS和RIS广泛应用。PACS的组成及工作原理v一、一、PACS的组成的组成vPACS主要由图像数据的输入图像数据的输入、图
10、像数据库图像数据库、传输网传输网络络、显示工作站显示工作站四部分组成。v图像数据的输入v所有图像均需符合DICOM格式才能输入到PACS中，这是PACS关键的第一步，关系到整个图像系统中影像的质量。图像数据可分为DICOM标准及非DICOM标准两大类。vDICOM标准 目前新生产的CT、MR、数字X线机（CR、DR、乳腺机等）、数字胃肠机、核医学设备上都有DICOM图像输出接口，可以直接与PACS联接。对于旧型号的CT、MR、DSA等，一般使用厂家提供的专用接口或设备来完成转换。v非DICOM标准 包括B超、内窥镜、X线胶片、申请单等。对于B超、内窥镜等视频信号，常用的转换方式是视频捕捉(sc
11、reen capture)，即将其视频信号转换为DICOM图像，X线胶片、申请单等可用CCD透射扫描仪、高象素数码相机及专用胶片扫描仪进行数字化转换，前两种方法图像信息有部分丢失，后一种扫描精度高，速度快，但价格昂贵。v图像数据库v即图像及其相关信息的管理和存储，是PACS的核心。其管理包括：1、从图像获取计算机得到图像，提取图像文件中的文本描述信息；2、更新网络数据库；3、归档图像文件；4、对数据流进行控制；5、使数据在适当的时间发往要求的显示工作站；6、自动从归档系统中获取必要的对照信息；7、执行从显示工作站或其它控制器发出的对文档的读写操作。v数据库中的图像需压缩存储，目前常用的存储介质
12、主要有硬盘、光盘、磁带、磁盘阵列等。v按存储时间可分为在线存储、近线存储和离线存储，以容量大小形成金字塔式结构。v在线在线(On-line)存储存储：该方式用于存储随时调用的图像，如住院和门诊的病人图像需多次的复查和参考对比。一般常用硬盘阵列和光盘塔来实现，通常存储能力为几十GB到几百GB，调用速度较快。一般要求能容纳医院在30天左右产生的图像。v近线近线(Near-line)存储存储：用于存储不常用的图像。一般使用磁带库、光盘库等容量较大、速度相对较慢的设备。容量常为几TB以上。v离线离线(Off-line)存储存储：用来存储要永久保存的资料，一般使用光盘，磁带等。这一类型的存储资料通常放于
13、资料库。其存储容量理论上讲是无限制的。v传输网络v传输网络是PACS系统中数字化图像及相关信息的输入、检索、显示的通道。vPACS的数字通讯网络可由低速(10-100Mbit/s)的以太网、中速(100Mbit/s)的光纤分布式数据接口网(FDDl)和高速(155Mbit/s)的异步传输模式网(ATM)构成v网络结构的设计取决于数据吞吐量要求和价格之间的权衡。目前医院内部由于距离较短，一般采用局域网（以太网），局域网具有在医院内部范围内传输速率高、误码率低、实时传输等优点。v实现PACS与HIS的集成，可充分利用HIS原有的网络资源。此外，为了在计算机系统中两个实体间实现通讯、互相交换信息，必
14、须遵循网络协议。传输网络协议大多选用标准协议，如TCP/IP，即传输控制协议（Transmiss ion control protocol）和网际协议（Internet protocol）。v显示工作站v是数据库图像及信息经检索、查询后调阅显示的终端。PACS显示工作站按用途可分为：v影像诊断工作站 设于各影像科室内，用于图像的分析诊断，由于作诊断的图像要求高，一般为无损压缩的原始图像，计算机的配置应适当提高，有利于加快图像调阅与图像处理的速度。工作站还应设有图像后处理功能，如图像窗宽窗位调节、缩放、移动、旋转、反色、边缘增强、测量等，以及智能诊断报告的生成。v临床浏览工作站 设于临床各科室，
15、便于临床医生检索、调阅和会诊，同时查阅与图像相关的所有信息。v管理工作站 包括图像质量管理和报表统计、工作量统计、人员管理等。v打印工作站 包括图像的显示、后处理优化、打印排版，连接激光打印机。v二、二、PACS的工作原理的工作原理vPACS的工作原理可概括为：由不同来源的成像设备产生病人的诊断图像及相关信息，通过网络（如局域网）把图像传送到数据库，图像在数据库的管理和控制下以不同形式存储，通过自动路由或预提取，将图像自动送达指定的工作站点，或通过网内不同工作站以一定的方式查询、检索，图像从存储数据库中通过网络传送至终端显示器，即可观看到同一病人的一幅图像或同时观看来自不同成像设备的多幅图像。
16、PACS的功能及相关问题v一、一、PACS的功能的功能v存储与管理功能v是PACS最重要的功能，由于图像数据量十分巨大，PACS采用大容量存储设备对大量的图像实行压缩、分级方式等有效存储，以顺应医院业务日益增长的需要，同时有效杜绝病人医疗资料的丢失。高效的管理保证了PACS的正常运行。v图像调阅及后处理功能v显示工作站通过在PACS的检索、查询等操作能快速、方便地显示图像及相关信息，提供的后处理功能适应诊断医师和临床医师不同的需要。v简化胶片的复制。v由于图像是按数字方式存储的，因而只需投照一次，以后可以通过打印工作站在激光打印机上重新输出打印，与以前投照一次只能得一张胶片比较，打印的胶片可多
17、份复制，方便、快速且不会损失任何信息，便于与未具备PACS的医院间的会诊和交流。另外，工作站可将一些珍贵的图像以通用的图像格式（如bmp）存储,便于进行教学和学术交流。v联接功能v 除联接所有的影像设备外，PACS开放的接口通过HL7协议方便地与HIS、RIS集成。v在PACS平台上实现临床、教学、科研的有机结合，推动医院的发展和经济、社会效益的提高。v实现远程会诊与交流。v二、二、PACS与与HIS/RIS的集成的集成vHIS（Hospital Information System）v 即医院信息系统医院信息系统。HIS系统可分为医院管理信息系统(Hospital Management In
18、formation System,HMIS)和临床信息系统(Clinical Information System,CIS)。HMIS包括医院的行政管理与事务业务，如人事系统、财务系统、药品库管理系统、设备供应系统等。CIS包括医护人员的临床活动，收集和处理病人的临床医疗信息，如医嘱处理系统，临床检查系统，临床检验系统。HIS中所有的资料以电子信息的形式保存，借助于计算机网络来传递，使信息可以在较大的范围内快速、准确地共享。vRIS（Radiology Information System）v即放射科信息系统放射科信息系统，是HIS在放射科的缩影。它主要围绕影像诊断所需的各项业务活动的管理、科
19、室业务综合统计，以及典型疾病资料库的产生、维护、检索，智能影像诊断报告的生成，以及常用报告模板的管理、维护等。RIS包含病人安排系统、放射科管理系统、放射科子系统。vPACS与HIS/RIS的集成是必然趋势vPACS主要是图像数据的交换，HIS/RIS主要是文本信息的交换，一般情况下，它们之间是不能相互交流的，而对病人的诊治过程中，有许多情况是既需要图像数据又需要文本信息的。如图像获取、作诊断报告、查看病人医疗记录等时候。因而在HIS/RIS中，PACS是诊断图像的主要来源；当作诊断报告或回溯时，医学图像工作站在显示PACS中存储的图像的同时，也应能够提供存储在HIS/RIS中的病人医疗记录，
20、同时也避免了病人信息的重复录入，提高工作效率。另外，PACS工作站需要各种HIS/RIS的功能，如查询病人医疗记录、查询诊断报告、检查预约等，这些都需要在PACS工作站上完成；同时，HIS/RIS也需要一些PACS的功能，如HIS/RIS中需要的查看图像和一些简单的图像处理功能。以上PACS与HIS/RIS之间的交互需求，使PACS与HIS/RIS的集成成为必然。v由于病人数据主要存储在HIS/RIS中，而图像及相关数据存储在PACS中，为了实现信息交互，PACS系统应当遵循HL7标准。PACS系统能否与HIS/RIS集成，是衡量PACS成功与否的重要指标，只有实现无缝连接，才能真正有效利用信
21、息资源，充分发挥PACS的优势。v三、医学图像的压缩三、医学图像的压缩v随着大容量存储设备的出现，医学图像得到了有效的存储和管理，然而医学图像的信息量非常巨大，如一个病人常规胸部正侧位约为16MB，一个CT检查约为20MB，医院一天生成的图像信息量可达几十到几百GB，日益增长的信息量将加重存储负荷，同时对网络传输速度也有一定影响，因而图像的压缩存储非常必要。目前公认的图像压缩标准有JPEG(joint photographic expert group，联合图片专家组)和MPEG(moving picture expert group，运动图像专家组)，它们分别适用于静止图像和运动图像的压缩编
22、码。医学图像大多为静止图像，应根据JPEG标准实施压缩。JPEG不仅可以压缩数字X线图像，而且适用于CT,MRI,DSA及超声等一切灰度图像及真彩色图像的压缩。v图像压缩技术分为有损压缩和无损压缩两类。前者有较高的压缩比，但相应会丢掉部分的图像信息，后者压缩比较低，可保留图像原有细节。由于医学影像关系到医学诊断的可靠性，应根据实际情况来选择，如肺部及乳腺等层次丰富、结构细微的组织，应采用无损压缩。v四、四、PACS系统的稳定性和安全性系统的稳定性和安全性v系统维护系统维护v PACS是一庞大的系统，结构复杂，难于集中管理，医院应配备专业技术人员定期进行设备、网络的检查和维护，使用不间断电源防止
23、意外断电，维持系统的稳定性，确保PACS系统正常运作。v合法用户和权限设置合法用户和权限设置v PACS系统应设置用户登陆，只有合法用户才能进入系统使用。同时影像科室的使用权限应高于其他科室，防止对病人资料的删除、修改，保证医疗资料的准确性。此外还应防止用户对计算机系统软件、程序的修改。v防范计算机病毒防范计算机病毒v 一旦受到病毒感染，网络系统将会瘫痪，特别是与HIS接合时，整个医院的运作将受到影响，医疗数据也会受到破坏。有效的措施是安装病毒防火墙，定时查杀病毒，经常更新杀毒程序，尽量将工作站上的软驱、光驱及USB接口撤消，做好数据的备份工作。临床应用及评价v一、一、PACS的优势的优势v数
24、字图像代替了胶片，实现无胶片化，减少了胶片及药液的支出；图像能存储在计算机上，减少存储空间，数据能有效的进行管理，杜绝丢失。v能随时、随处，快速、准确地在PACS任一显示工作站调阅图像和诊断结果，可以在不同的场所由许多医生讨论同一病人的影像信息，还可以检索出不同时期病人不同病人的影像信息进行综合参考，便于对照和比较，从而免除了繁琐、费时的借阅片程序，提高了工作效率。v对已存储图像通过激光打印机进行多份拷贝变得直接且简单，可排版打印更节约了胶片的费用。v后处理功能适应了医生不同的诊断需要，提高了医生的满意度和诊断水平。v资源共享使病人避免在不同医院看病而需进行的重复检查。v医院管理最优化，带来更
25、高的经济效益和社会效益。v二、远程放射学二、远程放射学v远程放射学是PACS在空间的延伸，包括远程诊断、远程会诊、远程咨询三种模式，通过公共交换电话网（PSTN）、综合业务数据网（ISDN）、异步传输模式（ATM）、T-1或E-1专用线、混合光纤同轴网（HFC）和卫星通信等远距离的图像传输，也可以通过国际互联网（internet）传送图像。远程放射学把周边的成像中心与放射医学咨询中心相连，能为患者提供更加优质的服务，还可为边远地区或乡村提供远程会诊，帮助提高医疗诊治水平。远程放射学的发展依托于现代高效的通讯工具和电讯网络。随着信息高速公路的发展，网络通讯的速度会越来越高，远程放射学也将得到飞速发展。本章重点：v1、PACS的定义和功能v2、PACS的组成v3、PACS与HIS/RIS的关系v4、PACS的优势
