客服部系统业务培训-PACS

中科美伦科技客服部PACS业务培训我们仅仅专注于数字医疗的前沿技术2022/10/21一、医学影象系统概述二、医学影像系统的开展历史概况三、当前在PACS中应用的主要设备四、PACS系统存储模式五、PACS中RIS的作用六、PACS类型及特征七、PACS系统的建设八、医院为何要上PACS系统九、PACS开展趋势十、PACS相关的标准学习要点

一、医学影象系统概述医学影像系统通常称为医学影像计算机存档与传输系统〔PictureArchivingandCommunicationSystem简称PACS〕，是医院信息系统中的一个重要组成局部，是使用计算机和网络技术对医学影像进行数字化处理的系统，其目标是用来代替现行的模拟医学影像体系。它主要解决医学影像的采集和数字化，图像的存储和管理，数字化医学图像的高速传输，图像的数字化处理和重现，图像信息与其它信息的集成五个方面的问题。医学数字成像和通信标准(DigitalImagingandCommunicationinMedicine，DICOM)。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PACS的开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问。第一阶段20世纪80年代中期～90年代中期这一时期的系统以单机为主，速度慢，功能单一，基本上没有RIS，PACS不能满足临床的需要。第二阶段20世纪90年代中期～90年代末期随着计算机技术、网络技术发展，特别是PC机性能的大大提高，使PACS用户终端速度和功能加强了。第三阶段20世纪末～现在DICOM标准被广泛接受，PACS、RIS开始与HIS全面\整合，PACS被用于远程诊断。二、医学影像系统的开展历史概况目前，一些主要的医疗仪器公司，如GE、PHILIPS、西门子、柯达等，所生产的大型影像检查设备都配有支持DICOM标准的通讯模块或工作站，也有许多专门制造影像系统的公司生产支持DICOM标准的影像处理、显示、存储系统。

随着应用的不断开展，DICOM标准也在不断的更新，它所支持的医学影像种类也不断地增加，已经从原来ACR-NEMA标准只支持放射影像扩展到支持内窥镜、病理等其他影像。也有学者在研究处理医学图形、声音等信息，同时也有人研究DICOM与其他医学信息传输标准的沟通，如HL7〔HealthLevelSeven〕等。人们已经认识到医学影像系统应该是医院信息系统中的一个重要组成局部，PACS应该与其他系统相互沟通信息，形成一个医院信息的整体。三、当前在PACS中应用的主要设备我国的医院信息系统开展较晚，现在所使用的信息系统平台、网络技术都能够支持信息系统的应用和PACS。因此，重要的一点就是需要做好医院信息化建设的整体规划，使信息系统能够和今后逐步建立的各个系统顺利地连接，防止国外系统所遇到的麻烦。尽量采用通用的信息交换标准，模块化设计，尽可能与信息系统一体化是PACS建设时在技术上要认真考虑的问题。CR〔ComputedRadiography，CR〕DR〔直接数字化X线成像，DR〕DSA〔DigitalSubtractionAngiography〕MRI〔MagneticResonanceImaging〕CT〔ComputedTomography〕US(UltrasoundSystem,US)计算机X线摄影〔computedradiography，CR)是X线平片数字化的比较成熟的技术。CR系统是使用可记录并由激光读出X线成像信息的成像板〔imagingplate，IP〕作为载体，经X线曝光及信息读出处理，形成数字式平片图像。

计算机X线摄影数字X线摄影(digitalradiography，DR〕是在X线影像增强器－电视系统的根底上，采用模/数转换器将模拟视频信号转换成数字信号后送入计算机系统中进行存储、分析、显示的技术。数字X线摄影包括硒鼓方式、直接数字X线摄影〔directdigitalradiography，DDR〕和电荷藕合器件〔chargecoupleddevice，CCD〕摄像机阵列方式等。

数字X线摄影数字减影血管造影〔DigitalSubtractionAngiography，DSA〕是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化X线图像进行相减操作，获得两帧图像的差异局部——被造影剂充盈的血管图像。目前DAS有时间减影〔temporalsubtraction〕、能量减影〔energysubtraction〕、混合减影〔hybridSubtraction〕和数字体层摄影减影〔digitaltomographysubtraction〕等类型。数字减影血管造影X线CT图像〔ComputerizedTomography，CT〕是以测定X射线在人体内的衰减系数为物理根底，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，从而实现建立断层图像的现代医学成像技术。概括地说，X线CT图像的本质是衰减系数成像。与传统的X线检查手段相比，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。X线CT图像螺旋CT机是目前世界上最先进的CT设备之一，其扫描速度快，分辨率高，图像质量优。用快速螺旋扫描能在15秒左右检查完一个部位，能发现小于几毫米的病变，如小肝癌、垂体微腺瘤及小动脉瘤等。其功能全面，能进行全身各部检查，可行多种三维成像，如多层面重建、CT血管造影、器官外表重建及仿真肠道、气管、血管内窥镜检查。可进行实时透镜下的CT导引穿刺活检，使用快捷、方便、准确。螺旋CT图像磁共振血管造影(MagneticResonanceAngiography，MRA)的研究也取得了重要进展，利用MRA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〔MagneticResonanceImaging，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脉冲，使人体组织中的氢原子受到鼓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(MagneticResonanceSpectroscopy，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。磁共振图像超声US图像频率高于20000赫兹的声波称为超声波。超声成像(UltrasoundSystem,US)就是利用超声波在人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。依据波束扫描方式和显示技术的不同，超声图像可分为：A型显示、M型显示、断层图像的B型显示和多普勒D型显示等。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，是三维超声成像。三维超声影像具有图像立体感强、可以进行B超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特点，是一种极具开展前景的超声成像技术。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察外表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光束；另一种是回传图像的传像束。电子内窥镜的创造为内窥镜影像的临床应用提供了一种新的技术，具有轮廓清晰、可以定量测量等特点，三维立体内窥镜系统还可产生逼真的立体图像。显微图像显微图像一般是指利用显微镜光学系统获得的关于细胞、组织切片的二维影像。目前处理和分析显微图像的主要工具是图像分析仪，它应用数字图像处理技术、计算机技术和形态计量学方法，实现对细胞、组织的定量分析，并可进行三维重组和动态显示。四、PACS系统存储模式2．PACS系统存储模式〔1〕在线存储在线存储用来保存随时会被调用的图像，如住院病人的图像和用作诊断参考的图像。〔2〕近线存储用于保存近期内可能需要查询调阅的图像，但使用频率没有在线存储的数据使用率高。〔3〕离线存储离线存储用于保存要永久保存的资料，可将其存放于光盘，磁盘阵列等。17五、PACS中RIS的作用放射科信息系统〔RadiologyInformationSystem，RIS〕是具有管理影像科室内所有患者资料和科室日常工作的综合管理信息系统，也是高水平、高效率进行科研、教学、学术交流，全面提高科室医疗水平的现代化信息平台。可以对现代医院放射检查的过程进行规范管理，提高放射检查工作的效率，让设备充分发挥作用以提高经济效益、放射医生的工作质量、检查的准确性，对于医院整体的医疗质量和效益具有非常重要的作用。18RIS系统目标放射科的工作过程可以分为两个阶段:第一个阶段是拍片并获得图像数据信息的过程第二个阶段是医生读片进行医学图像后处理操作并做出诊断的过程。RIS系统的目标可归纳为：1.放射科室管理2.经济管理3.影像诊断报告处理4.对工作质量与工作量进行管理19RIS的工作流程放射信息系统的工作流程一般有以下几个步骤：申请影像诊断、科室预约与安排、影像诊断确认、书写报告、报告传送归档。如图RIS工作流程示意图20RIS与HIS系统互连在医院中，RIS需要和PACS及临床科室相连，如下图。RIS/PACS/HIS连接示意图21六、PACS类型及特征PACS系统按规模和应用功能可以分为四类：1、MiniPACS2、DigitalPACS3、HospitalPACS4、EnterprisePACS

七、PACS系统的建设建立PACS的一个目标是方便图像的存取，使临床医生能够随时随地读取所需要的图像。另一个目标是建立无胶片化医院，通过减少胶片的使用降低医院的消耗，提高经济效益。1.PACS系统建设规划对于PACS系统的建设，医院应该进行全面统一的规划，充分考虑PACS与其他系统的信息沟通。要到达满足医院实际工作需要的目标，应该从影像质量、存储图像的数量、影像采集方式、显示设备的配备数量和范围等方面进行认真的论证。同时PACS系统作为医院信息系统中的一局部，其与HIS系统中也应该能够进行很好的融合和连接。231.PACS系统建设规划PACS系统建设与规划中涉及到的主要技术如下：〔1〕标准化技术在PACS建立过程中关系重大，它关系到PACS与其他系统的信息交换和各个不同厂商设备的连入。目前，DICOM标准已经成为业界实际采用的工业标准。〔2〕当前计算机技术的开展为PACS建设提供了技术根底。〔3〕由于医学影像系统中图像的质量关系到诊断和治疗的准确性，PACS系统对图像质量有很高的要求，对图像质量产生较大影响的主要因素是胶片图像的采集过程。PACS系统的建设242.PACS设计方案及模式PACS设计方案及其模式的选择主要基于医院放射科设备现状与投资力度及前景规划。2.1．医院放射科设备现状是确定PACS方案和设计模式的根底〔1〕考虑医学影像设备是否支持DICOM标准。〔2〕考虑医学影像设备的分布及工作管理流程。2.2．根据可获得投资力度确定PACS规模及实现方式在总体投资水平足够和投资规划可能的前提下，推荐采用标准框架模式设计，因该模式可提供更大的开展潜力、更好的系统稳定性和顺应性以及系统运行效率。PACS系统的建设253.根据影像科室及医院开展前景，确定PACS的升级及扩展范围及能力PACS方案的设计规划应有必要的前瞻性考虑，为影像科室和医院未来的开展预留必要的升级和扩展空间。为此，应注意以下几方面问题：〔1〕放射科及医院新影像设备的引进。〔2〕与其他医学信息系统的整合。特别是实现PACS-RIS-HIS三大医院信息系统的通讯和交流，其内容包括DICOM-HL7接口系统以及DICOM和HL7与非标准系统的接口的设计考虑。〔3〕医疗效劳范围扩展所必需的影像网络支持。5PACS系统的建设265.3PACS系统设计1. PACS系统设计原那么〔1〕实用性与开放性PACS系统应能够满足临床应用和科研现实需要，同时充分考虑到医院未来开展后所产生的可能需求，预留接口。〔2〕经济性与科学性充分利用医院现有根底设施、设备和信息技术资源，同时还要采用成熟的、先进的、开放的及符合国际标准的系统结构、计算机技术和网络技术，遵循PACS建设的一般规律。〔3〕整体性与一致性遵循医院信息化建设整体性和一致性原那么，PACS系统应作为医院信息化工作的一个组成局部，使之能够与医院信息系统〔HIS〕实现完美融合。5PACS系统的建设275.3PACS系统设计2. PACS系统网络结构网络架构设计为集中式路由交换结构，主干网络采用10000Mbps光纤以太网络，100M到桌面。3. PACS效劳器配置采用企业级效劳器，要求可支持多路处理器，内存容量4GB以上，具备SCSI通道，可以方便地连接磁盘阵列等高性能存储设备。支持关键部件在线更换，热插拔硬盘、热插拔PCI插槽、热插拔冗余风扇，热插拔冗余电源，保证系统高可用性。采用了多总线的设计原那么，提高整体系统的可靠性，要求即使出现单点故障，也不会影响系统其他局部正常工作。5PACS系统的建设285.3PACS系统设计4. 存储设备医学影像的数据量很大，常规一次CT扫描为10MB数量级，而X光机的胸片可以到20MB。存储与管理影像为PACS系统的一个重要功能，可分为在线、近线和离线三种存储状态。〔1〕在线存储在线存储用来保存随时会被调用的图像，如住院病人的图像和用作诊断参考的图像。〔2〕近线存储用于保存近期内可能需要查询调阅的图像，但使用频率没有在线存储的数据使用率高。〔3〕离线存储离线存储用于保存要永久保存的资料，可将其存放于光盘，磁带等。5PACS系统的建设29影像、报告信息共享PACS影像系统实施效果检查医师技师部门管理人员病人临床医师医院管理人员部门护士信息人员呼叫/导医预约减少工作量提高工作效率提高工作质量减少等待时间提高诊断质量院内会诊、远程会诊资料方便获取远程管理数据集中容错恢复系统监控快速参照检查影像和报告提升医院档次，扩大影响，提高竞争力节约胶片相关本钱提高医疗质量，提高病人满意程度加快诊断速度，提高工作效率加强科学研究能力大量节约与胶片有关费用改善和标准工作流程，提高工作效率图像的后处理功能，提高诊断质量.减轻工作疲劳，减轻工作量标准诊断报告，图文报告，生成电子病历实现资料统计的自动化，对于科研分析胶片管理到影像管理，减少胶片相关工作，提高胶片工作效率。提高影像检查的效率真正的无胶片医院30八、医院为何要上PACS系统节约本钱的需要节约胶片和药水的费用 医院实施PACS系统后，最直接的效益表达在节约胶片上。影像科室的传统工作模式下，每个患者需打印2套胶片，一套医院留底保存，另一套患者取走。例如，针对医院的CT检查，假设每天的病人例数为100人，按每个病人医院保存2张胶片，按医院保存病人每张胶片费用约为20元计算，采用PACS系统存储病人图像，每年合计节约的胶片费用为： 〔100人*365天*2张*20元/张〕=146万元节约存放胶片所需空间的费用医院为何要上PACS系统管理和效率提高的需要防止发生胶片丧失;缩短放射科影像和会诊报告时的需要时间;防止胶片长期保存带来的质量问题;不同地方的医生要同时使用同一病人的影像;需建立整个医院(甚至区域)范围内完全的电子病案;医院为何要上PACS系统医学科研的需要：医学科研需要对静态图像和实时的动态影像来互相参照比较，定义各种病症的影像统计特性、定量分析。影像管理的需要：随着时间增长，各医院所存胶片日益增多，其保存、管理、查找都要花去大量人力与物力。变质的影像质量下降；影响复诊的再读性。诊疗的需要：诸如Ｂ超、DSA、数字X光机等需要动态、静态的观察、保存、疗效判断和影像再现(1)提高系统互连性:如采用ACR-NEMA/DICOM标准;

(2)提高整个系统的智能化和协同处理能力:通用信息处理模型研究;

(3)医学信息库:包括医学图像数据库管理和效劳器结构、高性能图像分析工作站、基于内容的医学图像检索、分布式计算及图像和记录的真实性验证等;

(4)提高系统负载:采用高速网络、大容量存储设备、多级存储算法、数据压缩算法及快速计算;

(5)简化系统维护:使用图形化计算机辅助软件工程工具，包括处理模型和系统设计;

(6)提高系统可靠性:研究中心系统监视和恢复软件;

(7)提高临床可操作性:临床质量控制。九、PACS开展趋势十、PACS相关的标准DICOM是DigitalImagingandCommunicationsinMedicine的英文缩写，即医学数字成像和通信标准。它以开放式连结系统〔OSI〕参考模式为根底定下七层协议。DICOM是一种应用标准，存在于七层之间〔最上一层〕。DICOM标准以计算机网络的工业化标准为根底，为影像、公用信息、应用效劳及通讯协议提供了一种标准模式。它能帮助更有效地在医学影像设备之间传输交换数字影像，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。见图9-1。图9-1DICOM应用范围从1995年开始，医学影像设备的生产商〔主要是美国电子制造业协会NEMA的会员〕与DICOM标准的潜在用户〔主要是美国放射学会ACR的会员〕就联合起来着手建立起这个标准，在这个过程中他们还得到了全球范围内其他标准化组织和保健机构的参与支持，这种广泛的合作最终保证了DICOM标准的成功。目前，世界医学影像设备的主要供给商都宣布支持DICOM标准。无论在提高医疗诊断水平方面，还是在提高与医学影像及其信息有关的经济效益方面，DICOM标准的出现为医疗机构带来全新的时机。1、DICOM标准的开展背景〔1〕DICOM标准简介DICOM〔DigitalImagingandCommunicationinMedicine〕标准是由ACR〔AmericanCollegeofRadiology〕及NEMA〔NationalElectricalManufacturersAssociation〕所形成的联合委员会，于1983年以后陆续开展而成的医疗数位影像及传输标准。简言之，DICOM是医学图像及其相关信息的通讯标准。此标准建立的目的为：推动开放式与厂牌无关的医疗数位影像的传输与交换。促使影像储存与传输系统PACS〔PictureArchivingandCommunicationSystems〕的开展与各种医院信息系统HIS〔HospitalInformationSystems〕的结合。允许所产生的诊疗资料库能广泛地被不同地方的设备来访问。DICOMVersion3.0，发表于1992年，原自ACR-MEMA两次发表的标准，分别为：CR/NEMAPSNo.300-1985，Version1.0，发表于1985年，1986年十月颁为标准；CR/NEMAPSNo.300-1988，Version2.0，1988年1月颁为标准，涵盖Version1.0。DICOM基于开放式互联参考模型，这是一种世界范围的通讯标准，定义了七层协议模型，分别是物理层、数据链、网络、传输、会议层、表达层、应用层。DICOM属于第七层即应用层范围，也就是同Email软件或文件传送〔ftp〕等软件一样，属于一种软件范畴的东西。因此，DICOM接口与设备中其它的接口〔如高压注射器接口〕是有区别的。其它设备的接口包括一些硬件，当然也有相应的软件，但软件必须基于特定的硬件才能实现其功能。而DICOM那么是一种纯软件的标准，不管在任何设备的计算机上，只要嵌入了DICOM软件，就能实现DICOM功能〔即拥有的DICOM接口〕。DICOM是一种面向对象的架构〔或称之为环境〕，在这个环境中信息〔数据〕处理功能或操作程序〔方法〕是通过简便的便于维护的信息包〔称为对象〕方式组合起来。此方式的重要性在于由此产生的软件，相对于通过功能模块或编程生成的软件，运行简单而不复杂。网络中各台设备均有各自的地址，对象互相通讯中通过明确定义的消息，完成相应的功能就称为效劳。例如CT的计算机需要将图像打印到胶片上，只需要发一个消息到代表具有DICOM功能的激光相机的地址，得到回应的消息后，再将图像按一定的方式〔DICOM格式〕发送到此地址，即可由这台激光相机完成打印效劳。在DICOM的环境中，可以按照是提供效劳或者是使用效劳而把设备分为DICOM效劳提供者和DICOM效劳使用者，如CT，MRI，DSA等即为效劳使用者，激光相机是效劳提供者，也有既是效劳者又是使用者的设备，如影像工作站。DICOM标准是图像格式的标准，也是图像通讯的标准，DICOM2.0它适用于点到点环境，DICOM3.0那么适用于WEB形式的网络环境。符合DICOM标准的设备能够作为独立的节点连入PACS网络，与其它符合DICOM标准的节点进行信息交换。然而在我国，由于历史的原因，各医院里真正符合DICOM3.0标准的影像设备只占所有影像设备的一局部〔尽管这个比例越来越大〕。大量的老式影像设备往往只能输出胶片，或者只有普通的视频输出，或者使用专用的图像格式。因此，目前在建设PACS的时候必须考虑到这一点。为了使现有的大量不符合DICOM的影像设备进入PACS网络，需要使用一个通用的DICOM格式转换工具包。〔2〕DICOM3.0与NEMA2.0中的差异目前DICOMVersion3.0是完全根据ACR/NEMAPS3.1-1992由ACR验证，NEMA发表的标准，并新增加了局部功能：由原来只提供点到点〔PointtoPoint〕的通讯环境，扩充到像开放式系统互联OSI〔OpenSystemInterConnection〕及TCP/IP〔TransmissionControlProtocol/Internetprotocol〕工业标准的通讯环境。可以宣告系统或设备本身所提供标准的一致性，包括它所用的指令及资料格式的异动。为了配合未来新增订的内容能迅速地纳入标准，DICOM3.0的文件体系以多局部的结构所制成，藉由ISO的规定，DICOM3.0的文件已完全依照其标准的结构来建立。增加了一些除了影像图形之外的讯息控件，如：学术研究、诊断报告等。为每个唯一的讯息控件赋予一个可以运用的处理技术，如：DICOM定义了一系列操作和通知，叫做DICOM消息效劳元素。信息对象与这些效劳的复合叫做效劳器-对象对SOP〔ServiceObjectPair〕，这样当这些讯息控件通过网络来处理时，它们彼此之间的关联性才不致于混淆。DICOM标准与ACR-NEMA标准的最大差异在于建立标准的模型不同。ACR-NEMA标准的前两个版本建立在隐式的放射科信息模型根底上，数据元素是根据标准制订者的经验确定的。相比之下，DICOM标准基于一组显式的实体－关系模型〔Entity-Relationshipmodel，简称E-R模型〕，这些模型详细地描述了事物〔包括病人、图像和记录等〕在放射科内部的操作与相互关系。使用这些模型有助于制造商和用户理解DICOM标准中的数据结构，因为它们清楚地说明了实际应用中所需要的数据元素以及这些元素之间的关系。〔3〕DICOM3.0标准的开展现况近年来由于ACR与NEMA在医疗数位影像传输标准的开展与努力，DICOM3.0已成为北美、欧洲及日本各国在HealthCareInformatics影像应用的标准。这些协会除了ANSI、ISO外，还包括欧洲的EuropenCommitteeforStandardizationTechnicalcommitteeonMedicalInformatics〔CENTC251〕及日本的JapanIndustriesofAssociationforRadiationApparatus〔JIRA〕。1994年，在美国芝加哥所举办的RSNA年会上，就已经有40个以上的厂商参与DICOM的成果展示，他们利用DICOM3.0的标准，透过网络与各医院连线，进行医学影像传输及处理的功能显示，主题包括：CR，CT，MRI，US等各类型医学影像资料。2、DICOM标准文件内容概要第一局部：引言与概述，简要介绍了DICOM的概念及其组成。提供了整个DICOM标准的综述。包括历史、范围、目标和标准的结构，对标准的各局部都有简要的描述。第二局部：兼容性，精确地定义了声明DICOM要求制造商精确地描述其产品的DICOM兼容性，即构造一个该产品的DICOM兼容性声明，它包括选择什么样的信息对象、效劳类、数据编码方法等，每一个用户都可以从制造商处得到这样一份声明。第三局部：利用面向对象的方法，定义了两类信息对象类：普通型、复合型。普通型的信息对象种类只包括那些现实中实体表现出的固有的属性。复合的信息对象种类可以扩展的包括那些与现实中实体相关的但不是固有的属性。第四局部：效劳类，说明了许多效劳类，效劳类详细论述了作用与信息对象上的命令及其产生的结果。一个效劳类通过一个或多个命令控制一个或多个信息对象。效劳种类标准声明了命令元的需求以及应用于信息对象的命令执行结果。效劳种类标准既声明了供给者的需求又声明了通讯效劳使用者的需求。第五局部：数据结构及语意，描述了怎样对信息对象类和效劳类进行构造和编码。第六局部：数据字典，描述了所有信息对象是由数据元素组成的，数据元素是对属性值的编码。第七局部：消息交换，定义了进行消息交换通讯的医学图像应用实体所用到的效劳和协议。第八局部：消息交换的网络通讯支持，说明了在网络环境下的通讯效劳和支持DICOM应用进行消息交换的必要的上层协议。第九局部：消息交换的点对点通讯支持，说明了与ACR—NEMA2.0兼容的点对点通讯的效劳和协议。DICOM标准还在不断地更新，目前已有14局部及许多补充局部。表3-1显示了DICOM标准的组成局部图。表9-1DICOM组成部分图3、DICOM实现策略〔1〕引言DICOM利用面向对象的技术，基于详细的信息模型〔实体-关系模型〕，给出了DICOM标准中的数据结构-信息对象定义〔InformationObjectDefinitions，IODs〕，以及对这些信息对象的操作-DICOM消息效劳单元〔DICOMmessageserviceelements;DIMSE〕；同时还定义了消息〔包含医学图像或相关信息以及对他们的操作〕交换的网络及点对点通讯的支持。应用这一标准的数字图像医疗设备以及PACS只需进行一些简单的参数设置就可以交换医学图像及其相关信息。通过对DICOM标准的设计模型和设计思想的分析可以看出，关系－实体模型和面向对象方法是其突出特点。例如，DICOM标准关于数据元素的抽象定义与分组有利于软件设计中的模块化。〔2〕DICOM实现策略实现DICOM标准往往是根据实际情况的需要，实现DICOM定义的某些特定功能而不是全集。例如，DICOM同时定义了网络传输和点对点通讯对DICOM消息交换的支持，实际应用中往往只选择一种通讯方式。所以，每个DICOM的具体实现是不尽相同的。虽然如此，实现DICOM还是有一定规律可循的。DICOM格式转换软件的设计中突出了面向对象的方法，以最大限度地与DICOM标准的设计思路相一致。主要具有以下功能：①DICOM格式与通用图像格式〔如BMP、TIFF、GIF、JPEG等〕之间的相互转换；②直接从标准视频输入获取图像数据并存为DICOM格式；③直接从扫描仪获取图像并存为DICOM格式。其中第一项功能使得非DICOM应用程序能够读取、显示、处理DICOM图像，第二项功能使得一些不具备DICOM接口的老式影像设备能够连入PACS网络，第三项功能使现有的胶片通过扫描就直接进入PACS。层次性由表9-1可见，DICOM是一种有层次的医学图像传输标准，它根据医学图像的传输以及面向对象的要求，将标准按层次定义，因此，DICOM的实现就应对应DICOM的各局部分层次实现。一般情况下实现DICOM要分以下三个层次进行。①DICOM消息交换的网络支持层〔DICOM第八局部〕。这局部是最低层次，是其它层次的根底。这局部主要定义了医学图像及相关信息的网络传输协议，它对应着开放系统互连〔OpenSystemsInterconnection，OSI〕定义的网络传输中的会话层、表示层及连接控制效劳单元，图9-2显示了DICOM标准的网络层次结构。②DICOM消息效劳〔DICOM第四、五、七局部〕。这几局部详细定义了DIMSE及对医学图像相关信息的操作，包括医学图像相关信息的查询、存储、打印等效劳，是对信息对象的操作。③DICOM信息对象〔DICOM第三、六局部〕。这两局部利用面向对象技术定义了信息对象定义及数据字典。它们是实现DICOM的最高层次。面向对象DICOM应用消息交换医学图像应用DICOM支持TCP/IP的上层协议TCP标准网络物理层〔Ethernet,FDDI,ISDN等〕OSI连接控制效劳单元IPOSI表示层OSI会话层OSI传输层OSI网络层链路层DICOM会话/传输/网络层〔STN〕DICOM数据链路DICOM物理层点对点环境

面向对象方法是一种系统设计的常用方法，要遵循几个原那么：数据抽象，数据封装，模块化，层次化。使用面向对象方法进行软件设计有助于增强软件模块的可重用性，提高系统对设计变化的适应能力，并且在结构上清晰易懂。DICOM标准的实体－关系模型与面向对象方法有机地结合在一起。在DICOM标准中，对象是由模型定义的实体〔或实体集〕，属性描述了对象的特性。这些对象被称为信息对象，而该模型以及属性表〔属性的集合〕被称为信息对象定义〔IODs〕。模型中的实体是抽象的，在其属性有了具体的值之后，该实体就成为一个实例〔Instance〕。由于面向对象技术在DICOM标准中的广泛应用，利用面向对象的编程语言来实现DICOM标准就成为理所当然的了。利用诸如C++、Smalltalk、Java等面向对象语言实现DICOM标准，将有利于工作的顺利开展。面向对象方法不仅描述了信息本身，同时说明了处理这些信息的方法。DICOM标准将一些操作〔如“存储图像〞〕定义为效劳，这些效劳由不同的DICOM消息效劳元素〔DIMSE〕组成。信息对象与特定效劳的组合构成了效劳－对象对〔SOP〕。同一信息对象与多个效劳相联系，形成了SOP类。SOP类是DICOM标准的根本功能单位，由参与效劳的双方构成：效劳类提供者〔SCP〕与效劳类使用者〔SCU〕。易于扩展DICOM是一个开放的、不断开展的标准。它从1993年至今已从九个局部开展到十四个局部，而且每局部都有所更正和补充，尤其是IODs不断增加，使DICOM标准不仅适用于放射学领域，而且扩展到其它医学信息学领域，其应用范围不断扩展。基于DICOM的易扩展性，实现DICOM就应注意使其能够充分扩展，适应DICOM开展的需要。层次性实现方式有利于DICOM实现的扩展。代码平台独立DICOM主要应用于各种不同的医疗设备之间进行医学图像及相关信息的交换，所以往往运行于各种操作平台。因此，实现通用的DICOM标准需要代码平台独立性。实现DICOM消息交换网络支持DICOM消息交换网络支持的实现是分两个层次实现的〔如图3-3〕。首先要实现平台独立的TCP/IP常用接口Berkeley标准套接字〔BSDsocket〕；其次，对DICOM定义的消息传递机制进行封装。图中，上层的DICOM消息传递机制通过调用封装后的TCP/IP套接字通过网络进行信息交换。①DICOM标准第八局部定义了通过TCP/IP传输DICOM对象的标准。它对应于OSI定义的网络传输中的会话层、表示层及连接控制效劳单元。这局部底层的信息交换，采用了TCP/IP常用接口BSD套接字。由于BSD套接字在不同平台上的接口有些不同，所以采用了面向对象技术对BSD套接字进行了封装，以实现代码平台独立。②DICOM标准第八局部定义了建立、结束网络连接及传送DICOM对象的消息机制。在这里，第八局部定义的所有消息均被封装为对应它们名字的C++对象中，〔3〕用C++实现DICOMSOCKET类OpenAcceptListenReadBinarySendBinaryCloseGethostbyname…AAssociateRQAAssociateACAAssociateRJPdataTFAReleaseRQAReleaseRSPAAbortRQ目前国际上，DICOM标准已成为医学图像通讯界的工业标准。而我国目前在医学影像设备和PACS的开展上，往往无视标准化问题。为解决这一问题，已有一些公司借鉴了国外在实现DICOM上的一些经验，独立对DICOM作了多方面工作，已取得初步成果。其中之一就是利用C++实现了平台独立的基于TCP/IP的DICOM标准。完成DIMSE效劳实现了DICOM消息交换网络支持后，就应该完成更高层次的DICOM支持，这就是DIMSE效劳。DIMSE效劳包括DIMSE-C效劳和DIMSE-N效劳。DIMSE-C效劳允许一个DICOM应用实体要求另一DICOM应用实体对复合信息对象进行操作。DIMSE-N效劳仅用于一个DICOM应用实体通知另一DICOM实体某种事件的发生。SOP类与信息对象定义是结合在一起的，但它是通过DIMSE效劳来进行操作的。操作是主要由DICOM第四局部定义的，而信息对象定义是由DICOM第三局部定义的。实现DIMSE效劳关键是按DICOM的层次结构实现操作与信息对象定义的别离。这是通过实现抽象类来实现的，这些抽象类包括AbstractStorage，AbstractQuery，AbstractRetrieve。这些抽象类可以被继承生成特定的SOP类。这样做可以减少代码重复从而减少错误发生并且易于增加新的IOD从而扩展适用范围。而抽象SOP类是由DICOM定义的DIMSE-C效劳类抽象定义的。完成信息对象定义DICOM的信息对象定义是由模块组成的，每个模块是一个由一系列属性组成的数据结构。这样定义信息对象有利于DICOM应用范围的扩展。例如，要在DICOM中增加适用于牙科的信息对象定义，没有必要再重新定义病人对象〔PatientObject〕、研究对象〔StudyObject〕和系列对象〔SeriesObject〕，只需要定义那些DICOM中未定义的牙科图像特有的属性。根据DICOM构成信息对象定义的方式，将每个组成模块定义为一个基类，由分别继承相应基类的方式就可以组成信息对象。我们利用面向对象的方法，分三个层次实现了DICOM标准。这三个层次是紧密相连的，上一个层次需要继承下一个层次的类或调用下一个层次的函数，下一个层次返回数据给上一个层次。在实现过程中，采用了各种方法来保证代码的平台独立性，如封装了BSD套接字及一些操作系统敏感的函数。由于采用了层次实现方法，使得系统更易于扩展，既在每个层次上都可以建立自己的高层次应用。例如，可根据具体情况，基于第一层建立自己的DIMSE效劳；在各个层次的实现中也注意到使代码容易扩展，如第二层建立的抽象效劳类等。数据集〔DataSet〕与对这个数据集的操作〔即命令〕组成了消息〔Message〕，消息是影像设备之间相互交换的信息。消息的组成单位是数据元素〔DataElement〕，其按照逻辑关系分成不同的组，由相应的组号标识。同一组内不同的元素具有不同的元素号，组号与元素号构成了数据元素的标志〔Tag〕。Tag后面是类型表示〔valuerepresentation，简称VR〕，这是一个可选的域，是否出现由传输语法决定。其后是数据元素的长度与值。例如，病人的姓名就表示为表3-2〔十六进制数〕。组号元素号长度值00100010000E000012字节4A6F686E736F6E5D526F62657274〔Johnson^Robert〕〔4〕DICOM格式转换软件的设计与实现DICOM数据格式

DICOM格式转换软件中有以下几个值得注意的问题：①字节顺序〔byteordering〕字节顺序同样有传输语法决定。不同的计算机系统有以下两种字节顺序： A、LittleEndian:低位地址低位字节顺序； B、BitEndian:低位地址高位字节顺序。 DICOM格式转换软件的输入/输出流模块应该能正确地进行字节交换。 ②嵌套数据集〔nesteddataset〕 嵌套数据集中数据元素的值又是由零个或多个数据元素构成的。这样的数据集称为条目〔item〕，往往用于重复的简单数据集，或者构成复杂IOD的folder。条目的VR〔类型表示〕为SQ〔sequenceofitems〕。如果条目中的数据元素的VR也是SQ，那么构成了递归嵌套。 ③压缩图像数据〔encapsulatedpixeldata〕 图像数据可以是非压缩的〔nativeformat〕，也可以是压缩的〔encapsulatedformat〕。图像的编码方式也是由传输语法规定的。DICOM目前支持两种压缩方式： A、JPEG压缩，包括基于离散余弦变换〔DCT〕的有损〔lossy〕压缩和基于差分脉冲编码调制的无损〔lossless〕压缩。 B、游程编码〔RLElossless〕。 ④光度表示〔photometricinterpretation〕 光度表示规定了图像的显示特性，常见的值有： A、MONOCHROME1：灰度图像，象素最小值显示为白色； B、MONOCHROME2：灰度图像，象素最小值显示为黑色； C、RGB：RGB彩色图像； D、HSV：HSV彩色图像； E、PALLETECOLOR：使用调色板的彩色图像。 此外还有ARGB、CMYK、YBR－FULL等。格式转换软件在输出图像数据时，必须根据光度表示进行调整。 Windows〔95/98/NT〕操作系统，VisualC++开发环境，因为其支持面向对象编程。整个设计的核心是一组对DICOM数据集进行编码与解码的C++类，它们完成了主要的工作。为了进一步方便使用，将这些核心类封装在一组应用程序编程接口〔ApplicationProgrammingInter-face，简称API〕之内，最终的DICOMAPI以动态连接库〔DLL〕的形式提供，可供Windows平台的各种开发系统使用。参加DICOMAPI这一中间层在很大程度上简化了访问DICOM数据的方法，因为应用程序开发者无须了解DICOM标准的细节，而可以将主要精力集中在较高层次的设计上。

软件结构

①核心类根据DICOM数据元素编码/解码的流程，设计了以下的C++类来完成从DICOM数据元素到输入/输出流的转换。其中Ccodec类提供了一个可扩展的压缩/解压缩模块接口，使得新的压缩算法可以很容易地参加，而无须对其余局部作修改。②APIAPI是通过调用核心类实现的，因此具有很大的灵活性，可以根据具体的需求进行定制。这里采用Windows标准DLL形式，以方便各种编程语言调用。③视频捕捉由于大多数视频捕捉设备都符合VideoforWindows〔VFW〕标准，所以这里通过VFW接口实现视频捕捉。先将视频〔单帧、多帧和连续〕图像存为AVI，再通过核心类将AVI文件转换成为DICOM格式。④扫描图像通过TWAINAPI获取扫描图像，然后转换成DICOM格式。(5)实现DICOM应注意的问题由于DICOM是新兴的且不断开展的，在实现DICOM的过程中会遇到许多问题，在这里我们讨论两个常见的对DICOM概念理解的错误。软件实现应用名称〔ApplicationName〕人们易犯的错误是同一DICOM应用程序在网络上两个不同节点上运行时使用同一应用名称，认为应用名称是程序的一局部。这显然是不正确的。DICOM标准中是这样定义应用名称的：DICOM应用名称在网络上唯一标志一个效劳或应用。况且C-MOVE效劳的一个参数就是移动的目的地的应用名称。如果在一个网络上有两个应用名称，C-MOVE将不知道将信息对象移动到何处。查询格式DICOM标准定义了基于三个信息模型的层次查询方法。如果要在某一个层次进行查询，必须提供这个层次以上所有层次的唯一关键字。只给出往上一层的唯一关键字是不正确的。另外，在某一层次进行查询只能查询该层次的属性，不能查询低层次的属性。DICOM格式转换软件在设计和实现中使用了面向对象方法和编程语言，与DICOM标准的面向对象特点相符合，增加了软件结构的清晰性、灵活性和软件模块的可重用性；通过参加DICOMAPI这一中间层，提供了简便的编程接口。用该软件包进行了两个方面的测试：从DICOM图像格式到通用图像格式的转换和相反方向的转换。首先从Internet下载了大量全球各大医学影像设备制造商〔包括GE、Picker、ATL、Philips、Siemens、Toshiba等〕的DICOM图像，成像模式包括CT、MRI、CR、XA、NM和超声等，图像大小从数十kB到数十MB，压缩方法包括JPEG和RLE，光度表示包括MONOCHROME1、MONOCHROME2、RGB和PALLETECOLOR，传输语法包括ImplicitVR和ExplicitVR。实验结果证明本软件能够顺利地翻开所有这些图像并将结果存为通用图像格式，而一些常见的DICOM共享软件〔如CTN、OSIRIS、DICOM2、DICOM3和HIPAX等〕那么往往无法识别某类图像。反之，利用本软件反向转换〔从通用格式到DICOM格式的转换〕功能得到的符合DICOM标准的图像，上述共享软件都能够正确读取。〔6〕结论然后把利用DICOMAPI编写的程序集成到以病人为中心的多媒体数据库中。在该系统中，通过HIS/RIS获取病人的一般信息，然后将非DICOM格式的图像〔视频捕捉或扫描仪输入〕转换成DICOM格式的图像。这样得到的DICOM文件中的病人ID与HIS/RIS中的病人ID是完全一致的，有利于将来这几个系统的集成。DICOM标准已成为业界公认的工业标准，在医学图像传输领域使用DICOM标准已成为大趋势。目前国际上，DICOM已经成为普遍适用的标准，即大局部医学图像设备及PACS系统都使用DICOM作为其互连标准。而目前国内在这方面的工作开展得还不够，即大局部国内生产的医学图像设备、PACS系统都是非标准化〔也是非DICOM〕接口的。这是一个鲜明的比照，说明了我国医学图像设备生产商及