1、第八章第八章图像存档及通信系统图像存档及通信系统知识点介绍图像存档与通信系统，Picture Archiving and Communication System，简称PACS。本节将介本节将介绍绍 PACS概念。概念。随着医学图像技术的发展和PACS的出现，需要在同一终端上显示不同设备的图像，建立统一的图像显示和传输标准，即DICOM标准标准。本节还将介绍本节还将介绍 PACS的关键技术及的关键技术及PACS系统结系统结构与功能。构与功能。第一节第一节 PACSPACS概念及目标概念及目标pPACSPACS的定义的定义PACS(Picture Archiving and Communicat
2、ion PACS(Picture Archiving and Communication Systems)Systems)中文全称为图像存档及通信系统，它是中文全称为图像存档及通信系统，它是专门为图像管理而设计的包括图像存档、检索、专门为图像管理而设计的包括图像存档、检索、传送、显示、处理和拷贝或打印的硬件和软件的传送、显示、处理和拷贝或打印的硬件和软件的系统。其目的是为了有效的管理和利用医学图像系统。其目的是为了有效的管理和利用医学图像资源。资源。第一节 PCS概念及目标PACSPACS相关的医学图像知识相关的医学图像知识总结医学诊断的发展历程，只有获得了精确反映病人状态的信息，才有可能做出
3、正确的诊断；有了正确的诊断，才能制定正确的治疗方案，客观的评价治疗结果。人体的信息可以用数值、曲线、图像等多种形式表示，但在大多数场合，图像所包含的信息量远远超过数值和曲线，所以，图像的应用越来越广泛。医学图像成像和处理是专门的研究领域，内容丰富，这里仅简述与PACS相关的医学图像知识，以帮助读者阅读理解本章内容。医学图像成像从显微镜到从显微镜到1895年的年的X线的发明，近线的发明，近100多年的历多年的历史证明，医学图像成像技术的每一重大进展都给史证明，医学图像成像技术的每一重大进展都给医学诊断和治疗技术带来极大的改变和发展，医医学诊断和治疗技术带来极大的改变和发展，医学图像的成像方式也不
4、断增加，而计算机技术和学图像的成像方式也不断增加，而计算机技术和数字图像处理技术的迅速发展和普及，则进一步数字图像处理技术的迅速发展和普及，则进一步扩大了医学图像的应用范围。扩大了医学图像的应用范围。经由计算机的医学图像成像有多种方法，但它们经由计算机的医学图像成像有多种方法，但它们之间的相似之处是先用某种能量通过人体，与人之间的相似之处是先用某种能量通过人体，与人体相互作用后对该能量进行测量，然后用数学的体相互作用后对该能量进行测量，然后用数学的方法估计出该能量与人体组织相互作用（吸收、方法估计出该能量与人体组织相互作用（吸收、衰减、核磁扰动等）的二维、三维分布，并产生衰减、核磁扰动等）的二
5、维、三维分布，并产生图像。图像。医学图像成像由于人体生命现象特殊的复杂性和多样性，由于人体生命现象特殊的复杂性和多样性，医学图像涉及从分子到人体（微观到宏观），医学图像涉及从分子到人体（微观到宏观），从结构到功能，从静态到动态等多个领域和从结构到功能，从静态到动态等多个领域和方式，目前的各种医学成像设备只能反映人方式，目前的各种医学成像设备只能反映人体某一方面的信息，且对人体内大到组织、体某一方面的信息，且对人体内大到组织、小到分子原子各有不同的灵敏度和分辨率，小到分子原子各有不同的灵敏度和分辨率，因而有着各自的适用范围和局限性。下面介因而有着各自的适用范围和局限性。下面介绍几种主要的医学图像
6、。绍几种主要的医学图像。光的发现者伦琴X线图像及成像设备(1)X线图像：利用人体器官和组线图像：利用人体器官和组织对织对X线的衰减不同，透射的线的衰减不同，透射的X线的强度也不同这一性质，检线的强度也不同这一性质，检测出相应的二维能量分布，并测出相应的二维能量分布，并进行可视化转换，从而可获取进行可视化转换，从而可获取人体内部结构的图像。人体内部结构的图像。与常规胶片图像的形成过程相比，X线数字成像系统形成数字图像所需的X线剂量较少，能用较低的X线剂量得到清晰图像。可利用计算机图像处理技术对图像进行一系列处理，从而改善图像的清晰度和对比度等性能，挖掘更多的可视化诊断信息。计算机计算机X线摄影（
7、线摄影（computed radiography，CR)是是X线平线平片数字化的比较成熟的技术。片数字化的比较成熟的技术。CR系统是使用可记录并由系统是使用可记录并由激光读出激光读出X线成像信息的成线成像信息的成像板（像板（imaging plate，IP）作为载体，经作为载体，经X线曝光及信线曝光及信息读出处理，形成数字式平息读出处理，形成数字式平片图像。片图像。数字数字X线摄影线摄影(digital radiography，DR）是在）是在X线影像增强器电视系统线影像增强器电视系统的基础上，采用模的基础上，采用模/数转换数转换器将模拟视频信号转换成器将模拟视频信号转换成数字信号后送入计算机
8、系数字信号后送入计算机系统中进行存储、分析、显统中进行存储、分析、显示的技术。数字示的技术。数字X线摄影线摄影包括硒鼓方式、直接数字包括硒鼓方式、直接数字X线摄影（线摄影（direct digital radiography，DDR）和电）和电荷藕合器件（荷藕合器件（charge coupled device，CCD）摄）摄像机阵列方式等。像机阵列方式等。数字减影血管造影（数字减影血管造影（Digital Subtraction Angiography，DSA）是）是利用数字图像处理技术中的图像几何利用数字图像处理技术中的图像几何运算功能，将造影剂注入前后的数字运算功能，将造影剂注入前后的数字
9、化化X线图像进行相减操作，获得两帧线图像进行相减操作，获得两帧图像的差异部分图像的差异部分被造影剂充盈的被造影剂充盈的血管图像。血管图像。目前目前DAS有时间减影（有时间减影（temporal subtraction）、能量减影（）、能量减影（energy subtraction）、混合减影（）、混合减影（hybrid Subtraction）和数字体层摄影减影）和数字体层摄影减影（digital tomography subtraction）等类型。等类型。(2)X线线CT图像图像（Computerized TomographyComputerized Tomography，CTCT）是以测
10、定）是以测定X X射线在人体内的衰减系数为物理基础，采用投影图像重建的射线在人体内的衰减系数为物理基础，采用投影图像重建的数学原理，经过计算机高速运算，求解出衰减系数数值在人数学原理，经过计算机高速运算，求解出衰减系数数值在人体某断面上的二维分布矩阵，然后应用图像处理与显示技术体某断面上的二维分布矩阵，然后应用图像处理与显示技术将该二维分布矩阵转变为真实图像的灰度分布，从而实现建将该二维分布矩阵转变为真实图像的灰度分布，从而实现建立断层图像的现代医学成像技术。概括地说，立断层图像的现代医学成像技术。概括地说，X X线线CTCT图像的本图像的本质是衰减系数成像。质是衰减系数成像。与传统的X线检查
11、手段相比，CT具有以下优点：能获得真正的断面图像，具有非常高的密度分辨率，可准确测量各组织的X线吸收衰减值，并通过各种计算进行定量分析。影像成像图 螺旋螺旋CTCT机是目前世界机是目前世界上最先进的上最先进的CTCT设备之一，设备之一，其扫描速度快，分辨率高，其扫描速度快，分辨率高，图像质量优。用快速螺旋图像质量优。用快速螺旋扫描能在扫描能在1515秒左右检查完秒左右检查完一个部位，能发现小于几一个部位，能发现小于几毫米的病变，如小肝癌、毫米的病变，如小肝癌、垂体微腺瘤及小动脉瘤等。垂体微腺瘤及小动脉瘤等。其功能全面，能进行全身其功能全面，能进行全身各部检查，可行多种三维各部检查，可行多种三维
12、成像，如多层面重建、成像，如多层面重建、CTCT血管造影、器官表面重建血管造影、器官表面重建及仿真肠道、气管、血管及仿真肠道、气管、血管内窥镜检查。可进行实时内窥镜检查。可进行实时透镜下的透镜下的CTCT导引穿刺活检，导引穿刺活检，使用快捷、方便、准确。使用快捷、方便、准确。医学影像成像操作磁共振血管造影(Mgnetic Resonnce ngiogrphy，MR)的研究也取得了重要进展，利用MR可以发现血管的疾病，与三维显示技术相结合能够为诊断提供更多的可视化立体信息。(3)磁共振图像（Mgnetic Resonnce Imging，MRI）系统通过对处在静磁场中的人体施加某种特定频率的射频
13、脉冲，使人体组织中的氢原子受到激励而发生磁共振现象，当中止RF脉冲后，氢原子在驰豫过程中发射出射频信号而成像的。目前MRI成像技术的进一步研究仍主要集中在如何提高成像速度方面。另外，功能性MRI的出现进一步扩大了磁共振影像的临床应用范围。磁共振波谱分析(Mgnetic Resonnce Spectroscopy，MRS)亦是MRI技术研究的热门课题，借助MRS技术，有可能在获得病人解剖结构信息的同时又得到功能信息，将MRS与MRI进行图像融合,能够获得更多的有价值的诊断信息。(4)超声US图像频率高于频率高于2000020000赫兹的声波称为超赫兹的声波称为超声波。超声成像声波。超声成像(Ul
14、trasound(Ultrasound System,US)System,US)就是利用超声波在人就是利用超声波在人体内部传播时组织密度不连续性体内部传播时组织密度不连续性形成的回波进行成像的技术。形成的回波进行成像的技术。依据波束扫描方式和显示技术的依据波束扫描方式和显示技术的不同，超声图像可分为：不同，超声图像可分为：A A型显示、型显示、M M型显示、断层图像的型显示、断层图像的B B型显示和型显示和多普勒多普勒D D型显示等。型显示等。可能会给医学影像领域带来巨大可能会给医学影像领域带来巨大影响的新的超声成像技术研究，影响的新的超声成像技术研究，是三维超声成像。三维超声影像是三维超声成
15、像。三维超声影像具有图像立体感强、可以进行具有图像立体感强、可以进行B B超超图像中无法完成的三维定量测量、图像中无法完成的三维定量测量、能够缩短医生诊断所需的时间等能够缩短医生诊断所需的时间等特点，是一种极具发展前景的超特点，是一种极具发展前景的超声成像技术。声成像技术。(5)放射性核素图像放射性核素成像技术是通过将放射性示踪药物引入放射性核素成像技术是通过将放射性示踪药物引入人体内，使带有放射性核的示踪原子进入要成像的人体内，使带有放射性核的示踪原子进入要成像的组织，然后测量放射性核素在人体内的分布来成像组织，然后测量放射性核素在人体内的分布来成像的一种技术。放射性核素成像技术能够反映人体
16、内的一种技术。放射性核素成像技术能够反映人体内的生理生化过程，能够反映器官和组织的功能状态，的生理生化过程，能够反映器官和组织的功能状态，可显示动态图像，是一种基本无损伤的诊断方法。可显示动态图像，是一种基本无损伤的诊断方法。按照放射性核素种类的不同，放射性核素图像可以按照放射性核素种类的不同，放射性核素图像可以分为单光子发射成像分为单光子发射成像(Single Photon Emission(Single Photon Emission TomographyTomography，SPECT)SPECT)和正电子发射成像和正电子发射成像(Positron(Positron Emission T
17、omographyEmission Tomography，PET)PET)。因为因为SPECTSPECT和和PETPET都都是对从病人体内发射的是对从病人体内发射的射线成像，所以统称为射线成像，所以统称为ECTECT。(5)放射性核素图像(6)医用红外图像 人体是天然热辐射源，利用人体是天然热辐射源，利用红外线探测器检测人体热源深度红外线探测器检测人体热源深度及热辐射值，并将其转变为电信及热辐射值，并将其转变为电信号，送入计算机进行成像。红外号，送入计算机进行成像。红外图像用来诊断与温度有关的疾病。图像用来诊断与温度有关的疾病。系统根据正常异常组织区域系统根据正常异常组织区域的热辐射差，得出细
18、胞新陈代谢的热辐射差，得出细胞新陈代谢相对强度分布图，即功能影像图，相对强度分布图，即功能影像图，用于对浅表部位肿瘤、乳腺癌及用于对浅表部位肿瘤、乳腺癌及皮肤伤痛等疾病的诊断。皮肤伤痛等疾病的诊断。(7)内窥镜图像内窥镜是一种直接插入人体的腔管内进行实时观内窥镜是一种直接插入人体的腔管内进行实时观察表面形态的光学诊断装置。光纤内窥镜使用的察表面形态的光学诊断装置。光纤内窥镜使用的纤维束有两种，一种是传递光源以照明视场的导纤维束有两种，一种是传递光源以照明视场的导光束；另一种是回传图像的传像束。光束；另一种是回传图像的传像束。电子内窥镜的发明为内窥镜影像的临床应用提供电子内窥镜的发明为内窥镜影像
19、的临床应用提供了一种新的技术，具有轮廓清晰、可以定量测量了一种新的技术，具有轮廓清晰、可以定量测量等特点，三维立体内窥镜系统还可产生逼真的立等特点，三维立体内窥镜系统还可产生逼真的立体图像。体图像。(8)显微图像显微图像一般是指利用显微显微图像一般是指利用显微镜光学系统获得的关于细胞、镜光学系统获得的关于细胞、组织切片的二维影像。目前组织切片的二维影像。目前处理和分析显微图像的主要处理和分析显微图像的主要工具是图像分析仪，它应用工具是图像分析仪，它应用数字图像处理技术、计算机数字图像处理技术、计算机技术和形态计量学方法，实技术和形态计量学方法，实现对细胞、组织的定量分析，现对细胞、组织的定量分
20、析，并可进行三维重组和动态显并可进行三维重组和动态显示。示。医学影像成像设备qPACSPACS的作用的作用 PACS系统是利用计算机信息技术，将不同型号、系统是利用计算机信息技术，将不同型号、类别、地点的设备产生的图像，在统一的数字图像类别、地点的设备产生的图像，在统一的数字图像格式标准下，进行存储，按用户需求检索、调阅，格式标准下，进行存储，按用户需求检索、调阅，用户可以在自己的终端上对图像作各种处理，辅助用户可以在自己的终端上对图像作各种处理，辅助诊断和治疗。诊断和治疗。图像保存的传统介质采用的是胶片、照片或纸张等，图像保存的传统介质采用的是胶片、照片或纸张等，其缺点是成本高，效率低；保存
21、场地需不断增加，其缺点是成本高，效率低；保存场地需不断增加，保管不易；需防蛀、霉变、丢失；图像复制、传递保管不易；需防蛀、霉变、丢失；图像复制、传递不便，历史图像检索困难。不便，历史图像检索困难。PACS彻底改变了传统彻底改变了传统的图像保存和传递方式，数字图像保存在磁盘、磁的图像保存和传递方式，数字图像保存在磁盘、磁带、光盘上，占地小，成本低，保存时间长。带、光盘上，占地小，成本低，保存时间长。利用计算机信息技术可以高速、高效的检索、利用计算机信息技术可以高速、高效的检索、复制、传递图像，真正实现了医学图像信息资复制、传递图像，真正实现了医学图像信息资源的共享。图像的跨科室、医院、地区流动，
22、源的共享。图像的跨科室、医院、地区流动，减少了等待检查结果的时间，方便了医生检索减少了等待检查结果的时间，方便了医生检索相关图像，有利于迅速诊断和治疗，无损、高相关图像，有利于迅速诊断和治疗，无损、高效的图像传输，提高了远程会诊的质量。效的图像传输，提高了远程会诊的质量。计算机强大的图像处理功能，可以在读片终端计算机强大的图像处理功能，可以在读片终端上对图像做各种处理，进行更细致的观察，具上对图像做各种处理，进行更细致的观察，具有更多的图像显示方式：三维重建、虚拟内窥有更多的图像显示方式：三维重建、虚拟内窥镜、图像融合等等，提供了更多的信息。将人镜、图像融合等等，提供了更多的信息。将人类在利用
23、医学图像诊断和治疗上的知识积累，类在利用医学图像诊断和治疗上的知识积累，转变为计算机软件，使医学图像诊断治疗技术转变为计算机软件，使医学图像诊断治疗技术走向更深的层次。在图像信息越来越多的今天，走向更深的层次。在图像信息越来越多的今天，让计算机成为图像的第一读者，也将成为可能。让计算机成为图像的第一读者，也将成为可能。pPACSPACS的发展历史及当前的发展状况的发展历史及当前的发展状况从从PACS的技术发展来看，可分为三个阶段的技术发展来看，可分为三个阶段第一阶段（第一阶段（80年代中期年代中期-90年代中期）年代中期）第二阶段（第二阶段（90年代中期年代中期-上世纪末）上世纪末）第三阶段（
24、上世纪末第三阶段（上世纪末-现在）现在）第一阶段（第一阶段（80年代中期年代中期-90年代中期）年代中期）L计算机自身性能有限，计算机自身性能有限，CPU主频仅几十兆，内存主频仅几十兆，内存只有只有64兆字节，而且价格昂贵。研究主要集中在兆字节，而且价格昂贵。研究主要集中在如何用有限的计算机资源处理大容量的数字图像，如何用有限的计算机资源处理大容量的数字图像，如用各种算法优化、硬件加速等。而显示技术也如用各种算法优化、硬件加速等。而显示技术也不能保证图像显示的一致性。因为没有统一的标不能保证图像显示的一致性。因为没有统一的标准，不同设备的图像交换困难，准，不同设备的图像交换困难，DICOM标准
25、开标准开始出现。始出现。L这一时期的这一时期的PACS系统以单机为主，速度慢，功系统以单机为主，速度慢，功能单一，基本上没有能单一，基本上没有RIS(Radiology Information System),显示质量不高，人们普遍认为不可能用显示质量不高，人们普遍认为不可能用软拷贝代替胶片。软拷贝代替胶片。PACS显然不能满足临床的需显然不能满足临床的需要。要。第二阶段（第二阶段（90年代中期年代中期-上世纪末）上世纪末）K计算机技术、网络技术的发展，特别是计算机技术、网络技术的发展，特别是PC机性机性能的大大提高，使能的大大提高，使PACS用户终端的速度和功能用户终端的速度和功能加强了。加
26、强了。K而显示技术的发展和显示质量控制软件的出现，而显示技术的发展和显示质量控制软件的出现，图像显示质量基本达到读片要求，图像显示质量基本达到读片要求，PACS的诊断的诊断价值开始得到临床的认可。应诊断报告和信息价值开始得到临床的认可。应诊断报告和信息保存的要求，保存的要求，RIS系统出现。系统出现。K临床的应用使人们关注工作流的问题，即在检临床的应用使人们关注工作流的问题，即在检查登记、图像获取、存储、分发、诊断等等的查登记、图像获取、存储、分发、诊断等等的步骤中步骤中PACS如何与如何与RIS沟通，提高工作效率。沟通，提高工作效率。第三阶段（上世纪末第三阶段（上世纪末-现在）现在）JDIC
27、OM标准被广泛接受，标准被广泛接受，PACS、RIS开始与开始与HIS全面整合，全面整合，PACS被用于远程诊断。显示被用于远程诊断。显示质量控制软件技术的进一步发展，新的显示质量控制软件技术的进一步发展，新的显示设备的出现，淡化了温度、寿命对显示器显设备的出现，淡化了温度、寿命对显示器显示质量的影响。示质量的影响。JPACS系统中引进临床专用软件，以利于辅助系统中引进临床专用软件，以利于辅助诊断和治疗。诊断和治疗。J无胶片化的进程，促使人们开始研究无胶片化的进程，促使人们开始研究PACS系系统的安全性。统的安全性。pPACS 建设目标建设目标为医学影像管理服务为临床诊断服务为远程医疗服务pP
28、ACS的相关标准的相关标准 、DICOM标准标准 早期的医学图像设备所产生的图像格式早期的医学图像设备所产生的图像格式是由生产厂商各自定义的，无统一标准是由生产厂商各自定义的，无统一标准并相互保密。随着医学图像技术的发展并相互保密。随着医学图像技术的发展和和PACS的出现，需要在同一终端上显示的出现，需要在同一终端上显示不同设备的图像，建立统一的图像显示不同设备的图像，建立统一的图像显示和传输标准。和传输标准。医学数字成像和通信标准医学数字成像和通信标准(Digital Imaging and Communication in Medicine，DICOM)是由美国是由美国放射学院（放射学院（
29、American College of Radiology，ACR）和美国国家电器制造学会（和美国国家电器制造学会（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）组成的联）组成的联合委员会，于合委员会，于1982年开始研制，并逐渐完善和发年开始研制，并逐渐完善和发展所形成的医学数字图像及传输标准。展所形成的医学数字图像及传输标准。目的是为推动在不同设备、型号或生产厂家之间目的是为推动在不同设备、型号或生产厂家之间的、开放式的医疗数字影像的传输与交换，促使的、开放式的医疗数字影像的传输与交换，促使PACS的发展并和其他各种医院信息系统的整合
30、，的发展并和其他各种医院信息系统的整合，允许所产生的信息能广泛地经由不同的设备来访允许所产生的信息能广泛地经由不同的设备来访问。问。该标准于该标准于19851985年公布年公布1.01.0版（版（ACR-NEMA V1.0ACR-NEMA V1.0）,1988,1988年公布年公布2.02.0版（版（ACR-NEMA V2.0ACR-NEMA V2.0），），19891989年因增加与年因增加与HIS/RISHIS/RIS联接的内容而改名为联接的内容而改名为DICOMDICOM。随着技术和应用的发展，随着技术和应用的发展，DICOMDICOM标准也在不断扩充和标准也在不断扩充和更新，现在已公布
31、的更新，现在已公布的DICOM3.0DICOM3.0版，内容从只提供点版，内容从只提供点对点的通信标准，扩充到开放式系统互联对点的通信标准，扩充到开放式系统互联OSI(Open OSI(Open System InterConnection)System InterConnection)以及以及TCP/IPTCP/IP等计算机网络等计算机网络的工业标准，从只支持放射图像到支持内窥镜、病的工业标准，从只支持放射图像到支持内窥镜、病理等其他图像。理等其他图像。DICOM 标准内容标准内容第第1部分部分 给出了标准的设计原则。给出了标准的设计原则。第第2部分部分 介绍了介绍了DICOM标准的一致性概
32、念。标准的一致性概念。第第3部分部分 描述了信息对象的定义方法。描述了信息对象的定义方法。第第4部分部分 服务类的说明。服务类的说明。第第5部分部分 数据结构及语意。数据结构及语意。第第6部分部分 数据字典。数据字典。第第7部分部分 消息消息(message)交换。交换。第第8部分部分 消息交换的网络通讯支持。消息交换的网络通讯支持。第第9部分部分 说明说明DICOM如何支持点对点消息通信的服务和协议。如何支持点对点消息通信的服务和协议。第第10、11、12部分部分 定义了定义了DICOM文件的存储方式。文件的存储方式。第第13部分部分 DICOM打印管理的点对点通信支持。打印管理的点对点通信
33、支持。第第14部分部分 说明了灰度图像的标准显示功能。说明了灰度图像的标准显示功能。第1部分 给出了标准的设计原则，定义了标准中使用的一些术语，对标准的其它部分作了简要概述。第2部分 介绍了DICOM标准的一致性概念，如何制订并描述DICOM产品。包括选择什么样的信息对象(information object)、服务类(service class)以及消息传递（massage transfer）等。一致性是指遵守DICOM标准的设备能够互相连接、互相操作的能力。第3部分 描述了信息对象的定义方法，对数字医学图像存储和通信方面的信息对象提供了抽象的定义。第4部分 服务类的说明。服务类可简单地理解
34、为DICOM提供的命令或提供给应用程序使用的内部调用函数。第5部分 数据结构及语意。描述怎样对信息对象和服务类进行构造和编码。第6部分 数据字典。这样在DICOM设备之间进行消息交换时，消息中的内容具有明确的无歧义的编号和意义，可以相互理解和解释。第7部分 消息(message)交换。消息是两个符合DICOM标准的应用实体(application entity，AE)之间进行通讯的基本单元。该部分定义了DICOM命令的结构(该命令若结合相关数据即组成子一个DICOM消息)，同时也定义了在医学图像环境中的应用实体用于交换消息的协议握手(association negotiation)方式。第8部
35、分 消息交换的网络通讯支持。说明了在网络环境下的通讯服务和支持DICOM应用、进行消息交换的上层协议。第9部分 说明DICOM如何支持点对点消息通信的服务和协议。第10、11、12部分 定义了DICOM文件的存储方式，包括可移动存储介质、DICOM文件集、文件存储格式等。第13部分 DICOM打印管理的点对点通信支持。第14部分 说明了灰度图像的标准显示功能。现在，越来越多的医疗设备厂商宣布支持DICOM标准，遵从DICOM标准生产的设备，可以方便地与其他设备和系统进行通信和交换产生的图像。而PACS系统以DICOM标准为基础，才能具有更好的开放性和扩展性。第10、11、12部分 定义了DIC
36、OM文件的存储方式，包括可移动存储介质、DICOM文件集、文件存储格式等。第13部分 DICOM打印管理的点对点通信支持。第14部分 说明了灰度图像的标准显示功能。现在，越来越多的医疗设备厂商宣布支持DICOM标准，遵从DICOM标准生产的设备，可以方便地与其他设备和系统进行通信和交换产生的图像。而PACS系统以DICOM标准为基础，才能具有更好的开放性和扩展性。2、HL7 1987年由SmSchultz博士在宾夕法尼亚州大学医院主持的一次会议促成了HL7组织和通信标准的诞生。由美国国家标准局（NSI）授权的标准开发机构Helth Level Seven Inc.研究开发的一个专门规范医疗机构
37、用于临床信息、财务信息和管理信息电子信息交换的标准。该标准适用于医疗卫生机构及医用仪器、设备的数据信息信息传输，特别适用于解决不同厂商开发的医院信息系统、临床实验室系统及药学信息系统之间互联问题。HL7的宗旨是开发和研制医院数据信息传输协议和标准，规范临床医学和管理信息格式，降低医院信息系统互连的成本，提高医院信息系统之间数据信息共享的程度。Hl7 Hl7内容包括：内容包括：v病人个人信息管理病人个人信息管理v病人入出转信息管理病人入出转信息管理v各类医疗服务（如手术、检验、检查、用药、各类医疗服务（如手术、检验、检查、用药、医用材料等）管理医用材料等）管理v财务信息、病人帐户、收费、医疗保险
38、理赔、财务信息、病人帐户、收费、医疗保险理赔、支付支付v检验检查报告检验检查报告v医疗文书管理医疗文书管理v医疗服务预约管理医疗服务预约管理v转院病人的信息交换转院病人的信息交换 HL7HL7传输格式：传输格式：在在HL7HL7通信协议中，消息通信协议中，消息(Message)(Message)是数据交换的是数据交换的基本单位。共归纳了基本单位。共归纳了8484种信息类型，每种信息类型种信息类型，每种信息类型用于定义信息的目的和用途，每条信息有若干个信用于定义信息的目的和用途，每条信息有若干个信息段组成。息段组成。信息段，信息段，HL7HL7规定了规定了110110个信息段，有相应的名称，个信
39、息段，有相应的名称，用于界定其功能或内容。由数据字段组成。用于界定其功能或内容。由数据字段组成。字段是一个字符串，定义位置，长度，类型等字段是一个字符串，定义位置，长度，类型等 表分为表分为HL7（118个）标准表和用户自定义表个）标准表和用户自定义表（185个）两种。个）两种。PACS系统在物理结构上采用各种网络将不系统在物理结构上采用各种网络将不同类型的计算机连接起来，包括医学成像设备、同类型的计算机连接起来，包括医学成像设备、图像采集计算机、图像采集计算机、PACS控制器控制器(包括数据库和存包括数据库和存档管理档管理)、以及图像显示工作站。下图为、以及图像显示工作站。下图为PACS系系
40、统的组成及数据流。统的组成及数据流。第二节第二节 PACS的组成及功能的组成及功能HIS/LIS成像成像系统系统图像采集图像采集计算机计算机PACS控制器控制器图像图像显示显示q数据和图像的获取数据和图像的获取 图像采集工作站主要任务包括图像采集工作站主要任务包括:从成像设备获取图像数从成像设备获取图像数据，将图像数据转换成据，将图像数据转换成PACSPACS标准的格式，并将其送往标准的格式，并将其送往PACSPACS控控制器。制器。临床医学图像包括静止图像和运动图像。静止图像可以分临床医学图像包括静止图像和运动图像。静止图像可以分为三类为三类:v 符合符合DICOM3.0DICOM3.0的数
41、字数据的数字数据;可以直接与采集计算机相连。可以直接与采集计算机相连。v 非标准的数字数据非标准的数字数据;设计者必须获得设备生产厂商关于数据设计者必须获得设备生产厂商关于数据结构和接口协议的详细说明，才能设计应用软件，从设备的结构和接口协议的详细说明，才能设计应用软件，从设备的串行口或并行口读取非标准数据，并转换为标准化数据。动串行口或并行口读取非标准数据，并转换为标准化数据。动态医学图像态医学图像(如超声心动图和血管造影如超声心动图和血管造影)包括一系列随时间变包括一系列随时间变化的图像，通常采用帧捕捉的方式将其转换成数字图像。化的图像，通常采用帧捕捉的方式将其转换成数字图像。v 非数字数
42、据非数字数据(如胶片、视频图像等如胶片、视频图像等)：一种方法是使用专用扫：一种方法是使用专用扫描仪直接得到数字图像。另一种则用摄像头获得模拟输出，描仪直接得到数字图像。另一种则用摄像头获得模拟输出，然后用帧捕捉的方式将其转换成数字图像，这种方法也适用然后用帧捕捉的方式将其转换成数字图像，这种方法也适用于从医疗设备的监视器输出获得的数字图像。于从医疗设备的监视器输出获得的数字图像。q图像处理图像处理v图像预处理图像预处理v图像压缩图像压缩 图像数据压缩技术包括有损和无损压缩。图像数据压缩技术包括有损和无损压缩。1)1)无损压缩：能实现由压缩图像到原始图像的无损压缩：能实现由压缩图像到原始图像的
43、完全恢复，因此也称为可逆压缩。其特点是：在压完全恢复，因此也称为可逆压缩。其特点是：在压缩过程中不会丢失重要信息，但压缩比小，一般在缩过程中不会丢失重要信息，但压缩比小，一般在2-32-3倍之间。倍之间。2)2)有损压缩：不能实现由压缩图像到原始图像有损压缩：不能实现由压缩图像到原始图像的完全恢复，压缩过程不可逆。其出发点是以图像的完全恢复，压缩过程不可逆。其出发点是以图像部分损失为代价换取高压缩比，得到视觉上可以接部分损失为代价换取高压缩比，得到视觉上可以接受的图像。能得到较高的压缩比，一般在受的图像。能得到较高的压缩比，一般在10-5010-50倍倍或更高。或更高。q网络系统网络系统 数字
44、通信网络设计中要考虑以下五个因数字通信网络设计中要考虑以下五个因素素:通信速度、通信标准、容错性、安全性以通信速度、通信标准、容错性、安全性以及网络建设和维护费用。及网络建设和维护费用。主要有以下三类主要有以下三类:(1)低速低速(=155Mb/s)异步传输模式异步传输模式(ATM)。q图像存储管理系统图像存储管理系统 图像存储管理系统能够实现对短期、中期和长图像存储管理系统能够实现对短期、中期和长期图像存档数据的分级管理。系统设计中的两个核期图像存档数据的分级管理。系统设计中的两个核心问题是数据完整性和系统效率。数据完整性是指心问题是数据完整性和系统效率。数据完整性是指PACS系统从成像设备
45、获得的图像数据不能被丢失，系统从成像设备获得的图像数据不能被丢失，系统效率是指要缩短显示工作站对图像数据的访问系统效率是指要缩短显示工作站对图像数据的访问时间。时间。PACS存档系统是存档系统是PACS系统的核心，主要由四系统的核心，主要由四部分构成部分构成:存档服务器、数据库系统、光盘库以及存档服务器、数据库系统、光盘库以及通信网络。采集计算机和显示工作站通过网络与存通信网络。采集计算机和显示工作站通过网络与存档系统连接。采集计算机从各种成像设备获得的图档系统连接。采集计算机从各种成像设备获得的图像首先被送到存档服务器，然后存储到光盘库，最像首先被送到存档服务器，然后存储到光盘库，最后送到指
46、定的显示工作站。后送到指定的显示工作站。一家医院一天的图像数据总量至少几个一家医院一天的图像数据总量至少几个G，医，医疗资料安全长期保存的要求使疗资料安全长期保存的要求使PACS系统的存储方系统的存储方案设计非常重要，高可靠性、超大容量和低成本的案设计非常重要，高可靠性、超大容量和低成本的图像存储方式是追求的目标。图像存储方式是追求的目标。为了平衡投资与应用之间的关系，为了平衡投资与应用之间的关系，PACS系统系统的图像存储通常都分层次存储，如按图像产生时间的图像存储通常都分层次存储，如按图像产生时间分为在线、近线、离线三类。分为在线、近线、离线三类。SCSI磁盘或磁盘阵列存取速度快，但目前容
47、量磁盘或磁盘阵列存取速度快，但目前容量有限（数百个有限（数百个G），用于存储在线图像。），用于存储在线图像。近线图像多采用光盘库、磁带库、近线图像多采用光盘库、磁带库、NAS和和SAN。网络接入存储（网络接入存储（Network-Attached Storage，简称，简称NAS）和存储区域网络（）和存储区域网络（Storage Area Network，简称简称SAN）q显示工作站显示工作站 显示工作站包括通信、数据库、显示、资源管显示工作站包括通信、数据库、显示、资源管理和处理软件。目前常用的显示设备是理和处理软件。目前常用的显示设备是CRTCRT监视器，监视器，根据每屏的扫描线数，可将显
48、示器分成根据每屏的扫描线数，可将显示器分成512512显示器、显示器、1K1K显示器、显示器、2K2K显示器几种，其扫描线分别为显示器几种，其扫描线分别为512512线、线、10241024线和线和20482048线。线。(1)(1)诊断工作站诊断工作站 (2.5k(2.5k2k);2k);(2)(2)回顾工作站回顾工作站 (1k(1k1k);1k);(3)(3)图像分析工作站图像分析工作站;(4)(4)高分辨率硬拷贝打印工作站。高分辨率硬拷贝打印工作站。每个工作站具有一个本地数据库用于管理当前每个工作站具有一个本地数据库用于管理当前病案，也可以从病案，也可以从PACSPACS数据库获取历史图
49、像。数据库获取历史图像。目前，显示工作站一般都具备数字图目前，显示工作站一般都具备数字图像管理和图像处理功能，图像处理会提高像管理和图像处理功能，图像处理会提高图像的诊断价值，主要包括以下处理工具图像的诊断价值，主要包括以下处理工具:v图像勾边图像勾边(Outling)(Outling)、v边界检测边界检测(Boundary Detection)(Boundary Detection)、v去模糊去模糊(Deblurring)(Deblurring)、v消除噪声消除噪声(Noise Cleaning)(Noise Cleaning)v滤波滤波(Filtering)(Filtering)。显示工作
50、站还具有图像显示和测量功能显示工作站还具有图像显示和测量功能以辅助医生诊断，包括以辅助医生诊断，包括:v缩放和移动缩放和移动(Zoom and Scroll)(Zoom and Scroll)，v窗口和灰阶窗口和灰阶(Window and Level)(Window and Level)调整，调整，v直方图修正直方图修正(Histogram Modification)(Histogram Modification)，v图像反转图像反转(Image Reverse)(Image Reverse)及距离、面积和平均灰及距离、面积和平均灰度测量度测量(Distance(Distance，AreaAr
