医学影像设备学 图像存储与传输系统课件

医学影像设备学第九章图像存储与传输系统

医学影像设备学第九章重点难点PACS系统的主要功能DICOM标准的基本概念、基本内容DICOM文件格式PACS系统的分类情况DICOM标准的应用范围及领域、网络结构、接口与通讯远程放射学系统HIS与RIS、PACS的完全融合重点难点PACS系统的主要功能2第一节概述

第一节概述目录一、发展简史与发展趋势二、主要功能三、分类目录一、发展简史与发展趋势4第一节概述一、发展简史与发展趋势

（一）发展简史

PACS在国际上兴起于20世纪80年代初。1982年1月

举行了第一次关于PACS的国际会议（美国），1982年7月召开了第一次国际讨论会（日本）；1983年开始实施与PACS相关的研究计划（美国）；1989年医学数字图像和通信（digitalimagingandcommunicationsinmedicine，DICOM）标准3.0出台后，PACS得到了迅速发展。第一节概述一、发展简史与发展趋势1982年1月举行了第5第一节概述（一）发展简史

第一代PACS：1991年，以加利福尼亚州洛杉矶大学（UniversityofCaliforniaLosAngeles，UCLA）医学院研制的PACS为代表。它只是放射科专用系统，开发技术、标准均不统一。PACS的发展经历了三个时代：第一节概述（一）发展简史第一代PACS：PACS的6第一节概述（一）发展简史

第二代PACS1996年，以加利福尼亚州旧金山大学（UniversityofCaliforniaSanFrancisco，UCSF）医学院研制的PACS为代表。它可向医院其他临床科室提供医学图像服务，可与HIS/RIS集成，结构开放，广泛使用了工TCP/IP协议，ACR/NEMA，HL7等协议，系统可跨平台运行，部分采用DICOM3.0，但仍未形成统一的工作流程和数据流程协议。第一节概述（一）发展简史第二代PACS7第一节概述（一）发展简史

第三代PACS

从1998年开始，以广泛使用DICOM和医疗卫生综合标准（IHE）为代表的PACS，图像传输都采用DICOM3.0标准，具有开放性和扩展性；系统结构可跨平台（Unix/Linux/Windows）操作，具有较好的安全性、可靠性、稳定性和伸缩性；系统结构模块化，具有较好的容错性；在遵从HL7、DICOM和IHE标准和协议下，与RIS/HIS集成；具有自动监控系统，可对PACS各单元和工作数据流程进行监控和管理。第一节概述（一）发展简史第三代PACS从19988第一节概述（二）发展趋势

PACS是一项技术含量高且应用前景十分广阔的高新技术，它的发展与普及不仅对影像医学，而且对临床医学的发展都起到了重大的推动作用。其发展趋势为：①提高速度和存储量；②提高图像质量；③三维重建、多影像融合和计算机辅助诊断；④区域影像中心等。第一节概述（二）发展趋势PACS是一项技术含量高且应用前9第一节概述二、主要功能

（一）图像的获取与传输（二）图像管理（三）图像处理与显示（四）影像报告（五）图像存储第一节概述二、主要功能（一）图像的获取与传输10第一节概述（一）图像的获取与传输PACS的首要任务是获得符合DICOM标准的图像数据，即接收由影像设备产生的图像信息：1．直接接收符合DICOM标准的数字图像2．间接接收模拟图像和非DICOM标准的数字图像3．图像传输

具有多目的地发送能力，可通过网络将已获取的指定图像或全部图像，按照DICOM通讯标准传送给呼叫主机。4．采集标准

纳入PACS的图像必须符合DICOM标准，且图像清晰度能满足临床诊断、教学、浏览等不同层次的要求。5．图像传输速度

图像传输速度与图像大小、网络带宽、用户多少、资料库大小、服务器性能、工作站性能和存储硬盘速度等有关。第一节概述（一）图像的获取与传输PACS的首要任务是获得11第一节概述（二）图像管理它是对已获取的图像进行查询、修改、删除等操作。其主要任务是：提高图像文件的存档和回取的速度和效率，对调用图像的订单（order）安排轻重缓急的顺序，发放用户进入（entry）许可，对不同用户要求编制相应的时间表，对特殊用户要求做出快速响应并给以明确答复。第一节概述（二）图像管理它是对已获取的图像进行查询、修改12第一节概述（三）图像处理与显示图像处理与显示工作站：

可支持多屏幕显示；

可支持同一检查多序列图像同窗口显示；

支持对图像的调节功能：如调节亮度/对比度、调节窗宽/窗位、局部放大、翻转、导航等；

支持对图像的测量功能：CT值测量、定位测量、感兴趣区的面积、长度、角度测量等；

支持对图像的标注功能：可对感兴趣区进行标注、测量、截取、遮盖等；

支持转换：伪彩色转换、灰阶转换；

支持电影回放：播放速度可任意调节。另外，三维重建、多影像融合和计算机辅助诊断也是PACS制造商的研发热点。第一节概述（三）图像处理与显示图像处理与显示工作站：13第一节概述（四）影像报告可根据用户的权限，读取、书写或确定医学影像报告。在书写医疗影像报告时，用户可调用与当前影像类型相同或接近的报告模板，快捷、方便地给出影像报告。也可查阅患者既往的报告，用作病情对比。第一节概述（四）影像报告可根据用户的权限，读取、书写或确14第一节概述（五）图像存储

图像存储方式有三级：在线、近线、离线。图像存储参数：1．响应时间2．权限和范围3．访问优先级第一节概述（五）图像存储图像存储方式有三级：在线、近15第一节概述三、分类据PACS的覆盖范围，可将其分为科室级、全院级、区域级三种类型。（一）科级PACS它是指影像科室范围内的图像传输网络，即miniPACS。（二）院级PACS将PACS能够提供的所有影像服务扩展到医院的每一个科室、每一个部门、每一个角落，既与HIS相融合的PACS。（三）区域级PACS其特点是图像传输要借助公用通信网在广域网上进行。远程放射学正是在区域PACS的基础上发展起来的，远程诊断将成为PACS的重要功能之一。第一节概述三、分类据PACS的覆盖范围，可将其分为科室级16第二节数字图像和通信标准第二节目录一、应用范围和领域二、主要内容三、文件格式四、网络结构五、接口与通讯六、现代医学影像设备体系的建立七、我国医学影像设备发展简况目录一、应用范围和领域18第二节数字图像和通信标准一、应用范围和领域DICOM标准是医学影像设备之间数字图像信息交换的保证，DICOM标准的应用范围很广，与PACS、RIS、HIS等系统均有重叠：从HIS和RIS中直接获得可避免重复输入，减少错误发生。书写诊断报告或复查时，工作站在可显示病人图像，同时可显示HIS和RIS中病人的各种临床记录。第二节数字图像和通信标准一、应用范围和领域DICOM标准19第二节数字图像和通信标准一、应用范围和领域临床医生也可以在HIS中看到病人的各种影像检查图像，达到信息共享。做影像检查时，病人资料从HIS和RIS中传输到PACS；对于曾有过影像检查的病人（复诊病人），利用病人信息检索功能，PACS能将长期保存的数字图像调出，传输到书写报告的工作站，以便医生前后对照。检查完成后，图像和诊断报告随即传回到HIS和RIS，临床医生能立即看到。临床医生的工作站也有图像分析处理功能。第二节数字图像和通信标准一、应用范围和领域临床医生也可以20第二节数字图像和通信标准二、主要内容（一）基本概念1．属性2．命令元素3．命令流4．信息对象类5．信息对象实例6．服务类（serviceclass）7．服务类用户（serviceclassuser，SCU）8．服务类提供者（serviceclassprovider，SCP）第二节数字图像和通信标准二、主要内容（一）基本概念1．属21第二节数字图像和通信标准（一）基本内容DICOM标准经过多年的丰富和发展，目前主要包括以下15项内容。1．概述2．兼容性3．信息对象定义4．服务类5．数据结构和语义6．数据字7．消息交换8．消息交换的网络支持9．消息交换的点对点通信支持10．介质交换的介质存储和文件格式11．介质存储应用12．介质交换的物理介质和介质格13．点对点通信支持的打印管理14．灰度图像的标准显示功能15．安全性概述（securityprofiles）第二节数字图像和通信标准（一）基本内容DICOM标准经过22第二节数字图像和通信标准三、文件格式（一）文件头它包含标识数据集合的相关信息。每个文件都必须包括该文件头。文件头由前言开始，接下来是前缀，它是一个长度为4的字符串“DICM”，可以根据该值来判断一个文件是不是DICOM文件。第二节数字图像和通信标准三、文件格式（一）文件头它包含标23第二节数字图像和通信标准三、文件格式（二）数据集合DICOM数据集合代表一个实际的DICOM信息对象的实例，由一组数据元素（dataelement）构成。D

ICOM文件结构模型

第二节数字图像和通信标准三、文件格式（二）数据集合24第二节数字图像和通信标准四、网络结构（一）信息交换的网络支持DICOM的网络传输协议是与开放系统互连（OSI）协议相对应的。OSI参考模型有7层。DICOM/OSI模型结构图

（1）物理层（2）数据链路层（3）网络层（4）传输层（5）会话层（6）表示层（7）应用层第二节数字图像和通信标准四、网络结构（一）信息交换的网络25第二节数字图像和通信标准五、接口与通讯两台计算机进行通讯，需要请求DICOM给以支持，首先要进行通讯的起始设定。1．起始信息的交换2．图像信息存储（storage）3．工作列表（worklist）4．打印（print）包装解包回答第二节数字图像和通信标准五、接口与通讯两台计算机进行通讯26

第三节应用第三节应用目录一、医院信息系统简介二、全院PACS的规划与建设三、HIS与RIS、PACS的完全融合四、远程放射学系统目录一、医院信息系统简介28第三节应用一、医院信息系统简介（一）医院信息系统功能划分

医院信息系统划分为以下五部分：

①临床诊疗部分；

②药品管理部分；

③经济管理部分；

④综合管理与统计分析部分；

⑤外部接口部分。其中，临床诊疗部分基本上包括了临床信息系统CIS所有功能模块。

第三节应用一、医院信息系统简介（一）医院信息系统功能划分29第三节应用（二）医院信息系统体系结构

随着系统的大型化、复杂化，传统的“主机/终端”模式或两层C/S模式已不能满足人们的要求，于是就产生了新的分布式应用系统：三层结构系统。三层C/S模式就是对两层C/S模式的进一步任务细分和功能划分，即在客户层与数据库服务器之间增加了一层或几层中间件（mid-ware）或称为应用服务器，由中间件处理应用系统的业务逻辑，客户端程序只处理界面的显示，由中间层与数据库通讯，客户端因为不需要与数据库通讯，所以不需要安装数据库的客户端程序和数据库驱动程序，使客户端程序变得更小、更快，便于客户端的维护和升级。第三节应用（二）医院信息系统体系结构随着系统的大型化、30第三节应用一、医院信息系统简介（三）医院信息系统的信息整合、系统集成

在信息系统设计时必须考虑以下几方面问题：1．信息的整合2．数据库性能的优化3．信息系统应留有外部接口4．信息交换的标准化问题第三节应用一、医院信息系统简介（三）医院信息系统的信息整31第三节应用（四）医学信息的标准化

信息标准化定义：

狭义的信息标准化是指信息表达上的标准化，实质上就是在一定范围内人们能共同使用的对某类、某些、某个客观抽象的描述与表达。医学信息的标准化是特指信息标准化在医学领域的具体应用。

广义的信息标准化不仅涉及信息元素的表达，而且涉及整个信息处理：包括信息传递与通讯、数据流程、信息处理的技术与方法、信息处理设备等等。

第三节应用（四）医学信息的标准化信息标准化定义：32第三节应用二、全院级PACS的规划和建设

对全院级PACS的理解第三节应用二、全院级PACS的规划和建设对全院级PAC33第三节应用三、HIS与RIS、PACS的完全融合（一）融合的必然性（二）HIS-PACS融合面临的问题（三）集成方法与原则（四）HIS-PACS融合需求分析

第三节应用三、HIS与RIS、PACS的完全融合（一）融34第三节应用三、HIS与RIS、PACS的完全融合（四）HIS-PACS融合需求分析

PACS与HIS的双向信息整合第三节应用三、HIS与RIS、PACS的完全融合（四）H35第三节应用四、远程放射学系统远程放射学系统（teleradiologysystem）是PACS在空间的延伸，可包含在PACS之内，也可自成系统。通常意义下，PACS是指局限于医院内或放射科室内的图像存储和传输系统，属于局域网（LAN）通信；而远程放射学系统是通过多媒体通讯技术和医学信息（如高分辨力的静态和动态图像、声音、数据和文字等）相结合而产生的一种新的医学科学。利用各种诸如卫星线路、公用数据网、因特网和电话线路等通讯介质作为载体，可以进行远程的多种医疗卫生活动，如：远程医疗、远程放射学、远程病理学、远程教育等。

第三节应用四、远程放射学系统远程放射学系统（teler36小结PACS系统的主要功能。DICOM标准的基本概念、基本内容及DICOM文件格式。PACS系统的分类情况。远程放射学系统。小结PACS系统的主要功能。37医学影像设备学图像存储与传输系统课件医学影像设备学第九章图像存储与传输系统

医学影像设备学第九章重点难点PACS系统的主要功能DICOM标准的基本概念、基本内容DICOM文件格式PACS系统的分类情况DICOM标准的应用范围及领域、网络结构、接口与通讯远程放射学系统HIS与RIS、PACS的完全融合重点难点PACS系统的主要功能40第一节概述

第一节概述目录一、发展简史与发展趋势二、主要功能三、分类目录一、发展简史与发展趋势42第一节概述一、发展简史与发展趋势

（一）发展简史

PACS在国际上兴起于20世纪80年代初。1982年1月

举行了第一次关于PACS的国际会议（美国），1982年7月召开了第一次国际讨论会（日本）；1983年开始实施与PACS相关的研究计划（美国）；1989年医学数字图像和通信（digitalimagingandcommunicationsinmedicine，DICOM）标准3.0出台后，PACS得到了迅速发展。第一节概述一、发展简史与发展趋势1982年1月举行了第43第一节概述（一）发展简史

第一代PACS：1991年，以加利福尼亚州洛杉矶大学（UniversityofCaliforniaLosAngeles，UCLA）医学院研制的PACS为代表。它只是放射科专用系统，开发技术、标准均不统一。PACS的发展经历了三个时代：第一节概述（一）发展简史第一代PACS：PACS的44第一节概述（一）发展简史

第二代PACS1996年，以加利福尼亚州旧金山大学（UniversityofCaliforniaSanFrancisco，UCSF）医学院研制的PACS为代表。它可向医院其他临床科室提供医学图像服务，可与HIS/RIS集成，结构开放，广泛使用了工TCP/IP协议，ACR/NEMA，HL7等协议，系统可跨平台运行，部分采用DICOM3.0，但仍未形成统一的工作流程和数据流程协议。第一节概述（一）发展简史第二代PACS45第一节概述（一）发展简史

第三代PACS

从1998年开始，以广泛使用DICOM和医疗卫生综合标准（IHE）为代表的PACS，图像传输都采用DICOM3.0标准，具有开放性和扩展性；系统结构可跨平台（Unix/Linux/Windows）操作，具有较好的安全性、可靠性、稳定性和伸缩性；系统结构模块化，具有较好的容错性；在遵从HL7、DICOM和IHE标准和协议下，与RIS/HIS集成；具有自动监控系统，可对PACS各单元和工作数据流程进行监控和管理。第一节概述（一）发展简史第三代PACS从199846第一节概述（二）发展趋势

PACS是一项技术含量高且应用前景十分广阔的高新技术，它的发展与普及不仅对影像医学，而且对临床医学的发展都起到了重大的推动作用。其发展趋势为：①提高速度和存储量；②提高图像质量；③三维重建、多影像融合和计算机辅助诊断；④区域影像中心等。第一节概述（二）发展趋势PACS是一项技术含量高且应用前47第一节概述二、主要功能

（一）图像的获取与传输（二）图像管理（三）图像处理与显示（四）影像报告（五）图像存储第一节概述二、主要功能（一）图像的获取与传输48第一节概述（一）图像的获取与传输PACS的首要任务是获得符合DICOM标准的图像数据，即接收由影像设备产生的图像信息：1．直接接收符合DICOM标准的数字图像2．间接接收模拟图像和非DICOM标准的数字图像3．图像传输

具有多目的地发送能力，可通过网络将已获取的指定图像或全部图像，按照DICOM通讯标准传送给呼叫主机。4．采集标准

纳入PACS的图像必须符合DICOM标准，且图像清晰度能满足临床诊断、教学、浏览等不同层次的要求。5．图像传输速度

图像传输速度与图像大小、网络带宽、用户多少、资料库大小、服务器性能、工作站性能和存储硬盘速度等有关。第一节概述（一）图像的获取与传输PACS的首要任务是获得49第一节概述（二）图像管理它是对已获取的图像进行查询、修改、删除等操作。其主要任务是：提高图像文件的存档和回取的速度和效率，对调用图像的订单（order）安排轻重缓急的顺序，发放用户进入（entry）许可，对不同用户要求编制相应的时间表，对特殊用户要求做出快速响应并给以明确答复。第一节概述（二）图像管理它是对已获取的图像进行查询、修改50第一节概述（三）图像处理与显示图像处理与显示工作站：

可支持多屏幕显示；

可支持同一检查多序列图像同窗口显示；

支持对图像的调节功能：如调节亮度/对比度、调节窗宽/窗位、局部放大、翻转、导航等；

支持对图像的测量功能：CT值测量、定位测量、感兴趣区的面积、长度、角度测量等；

支持对图像的标注功能：可对感兴趣区进行标注、测量、截取、遮盖等；

支持转换：伪彩色转换、灰阶转换；

支持电影回放：播放速度可任意调节。另外，三维重建、多影像融合和计算机辅助诊断也是PACS制造商的研发热点。第一节概述（三）图像处理与显示图像处理与显示工作站：51第一节概述（四）影像报告可根据用户的权限，读取、书写或确定医学影像报告。在书写医疗影像报告时，用户可调用与当前影像类型相同或接近的报告模板，快捷、方便地给出影像报告。也可查阅患者既往的报告，用作病情对比。第一节概述（四）影像报告可根据用户的权限，读取、书写或确52第一节概述（五）图像存储

图像存储方式有三级：在线、近线、离线。图像存储参数：1．响应时间2．权限和范围3．访问优先级第一节概述（五）图像存储图像存储方式有三级：在线、近53第一节概述三、分类据PACS的覆盖范围，可将其分为科室级、全院级、区域级三种类型。（一）科级PACS它是指影像科室范围内的图像传输网络，即miniPACS。（二）院级PACS将PACS能够提供的所有影像服务扩展到医院的每一个科室、每一个部门、每一个角落，既与HIS相融合的PACS。（三）区域级PACS其特点是图像传输要借助公用通信网在广域网上进行。远程放射学正是在区域PACS的基础上发展起来的，远程诊断将成为PACS的重要功能之一。第一节概述三、分类据PACS的覆盖范围，可将其分为科室级54第二节数字图像和通信标准第二节目录一、应用范围和领域二、主要内容三、文件格式四、网络结构五、接口与通讯六、现代医学影像设备体系的建立七、我国医学影像设备发展简况目录一、应用范围和领域56第二节数字图像和通信标准一、应用范围和领域DICOM标准是医学影像设备之间数字图像信息交换的保证，DICOM标准的应用范围很广，与PACS、RIS、HIS等系统均有重叠：从HIS和RIS中直接获得可避免重复输入，减少错误发生。书写诊断报告或复查时，工作站在可显示病人图像，同时可显示HIS和RIS中病人的各种临床记录。第二节数字图像和通信标准一、应用范围和领域DICOM标准57第二节数字图像和通信标准一、应用范围和领域临床医生也可以在HIS中看到病人的各种影像检查图像，达到信息共享。做影像检查时，病人资料从HIS和RIS中传输到PACS；对于曾有过影像检查的病人（复诊病人），利用病人信息检索功能，PACS能将长期保存的数字图像调出，传输到书写报告的工作站，以便医生前后对照。检查完成后，图像和诊断报告随即传回到HIS和RIS，临床医生能立即看到。临床医生的工作站也有图像分析处理功能。第二节数字图像和通信标准一、应用范围和领域临床医生也可以58第二节数字图像和通信标准二、主要内容（一）基本概念1．属性2．命令元素3．命令流4．信息对象类5．信息对象实例6．服务类（serviceclass）7．服务类用户（serviceclassuser，SCU）8．服务类提供者（serviceclassprovider，SCP）第二节数字图像和通信标准二、主要内容（一）基本概念1．属59第二节数字图像和通信标准（一）基本内容DICOM标准经过多年的丰富和发展，目前主要包括以下15项内容。1．概述2．兼容性3．信息对象定义4．服务类5．数据结构和语义6．数据字7．消息交换8．消息交换的网络支持9．消息交换的点对点通信支持10．介质交换的介质存储和文件格式11．介质存储应用12．介质交换的物理介质和介质格13．点对点通信支持的打印管理14．灰度图像的标准显示功能15．安全性概述（securityprofiles）第二节数字图像和通信标准（一）基本内容DICOM标准经过60第二节数字图像和通信标准三、文件格式（一）文件头它包含标识数据集合的相关信息。每个文件都必须包括该文件头。文件头由前言开始，接下来是前缀，它是一个长度为4的字符串“DICM”，可以根据该值来判断一个文件是不是DICOM文件。第二节数字图像和通信标准三、文件格式（一）文件头它包含标61第二节数字图像和通信标准三、文件格式（二）数据集合DICOM数据集合代表一个实际的DICOM信息对象的实例，由一组数据元素（dataelement）构成。D

ICOM文件结构模型

第二节数字图像和通信标准三、文件格式（二）数据集合62第二节数字图像和通信标准四、网络结构（一）信息交换的网络支持DICOM的网络传输协议是与开放系统互连（OSI）协议相对应的。OSI参考模型有7层。DICOM/OSI模型结构图

（1）物理层（2）数据链路层（3）网络层（4）传输层（5）会话层（6）表示层（7）应用层第二节数字图像和通信标准四、网络结构（一）信息交换的网络63第二节数字图像和通信标准五、接口与通讯两台计算机进行通讯，需要请求DICOM给以支持，首先要进行通讯的起始设定。1．起始信息的交换2．图像信息存储（storage）3．工作列表（worklist）4．打印（print）包装解包回答第二节数字图像和通信标准五、接口与通讯两台计算机进行通讯64

第三节应用第三节应用目录一、医院信息系统简介二、全院PACS的规划与建设三、HIS与RIS、PACS的完全融合四、远程放射学系统目录一、医院信息系统简介66第三节应用一、医院信息系统简介（一）医院信息系统功能划分

医院信息系统划分为以下五部分：

①临床诊疗部分；

②药品管理部分；

③经济管理部分；

④综合管理与统计分析部分；

⑤外部接口部分。其中，临床诊疗部分基本上包括了临床信息系统CIS所有功能模块。

第三节应用一、医院信息系统简介（一）医院信息系统功能划分67第三节应用（二）医院信息系统体系结构

随着系统的大型化、复杂化，传统的“主机/终端”模式或两层C/S模式已不能满足人们的要求，于是就产生了新的分布式应用系统：三层结构系统。三层C/S模式就是对两层C/S模式的进一步任务细分和功能划分，即