医学图像处理系统PACS建设与应用

医学图像处理系统PACS建设与应用第9章PACS建设与应用9.1医学影像系统基础9.5PACS系统的建设9.2PACS系统的组成9.3HIS中RIS的作用与组建9.4PACS的相关标准应用2023/6/2129.1医学影像系统基础9.1.1医学影像系统PACS概述医学影像系统称为医学影像存储与传输系统（简称PACS），是医院信息系统中的一个重要组成部分，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，主要解决医学影像的采集和数字化，图像的存储和管理，数字化医学图像高速传输图像的数字化处理和重现，图像信息与其它信息集成五个方面的问题。

2023/6/2139.1.1医学影像系统PACS概述图9-1PACS医学影像与传输系统RISI/F获取医疗影像影像数据服务器存储器RIS打印输出患者检查预约登记OCS/HISWITHOCS/HISDB影像工作站诊断报告CommunicationSystemPictureArchiving通讯与传输计算机系统数字医学影像获取与存储2023/6/214PACS系统的优势与主要意义在于：降低了影像资料保存和管理的费用。节约胶片开支及管理的费用。利于会诊教学与远程诊断，可以克服时间和地域上的限制，使医护人员能为各类患者提供及时的诊断、治疗。

便于图像传递和交流，实现了信息共享，适合开展复合影像诊断、多学科会诊。

降低了漏费现象，促进医院管理水平的提高。

提高工作效率。

提高了检查准确性。9.1.1医学影像系统PACS概述2023/6/2159.1.2医学影像系统的发展概况建立PACS的想法是由两个主要因素引起的：一个是数字化影像设备的产生使得医学影像能够直接从检查设备中获取；另一个是计算机技术与网络技术、多媒体数据库、数字图像处理技术的发展。从PACS的技术发展来看，可分为三个阶段。1、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。2、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。3、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。2023/6/2169.1.3PACS系统的分类及特征PACS系统按规模和应用功能可以分为三类：1、以影像设备之间的图像通讯和存储为系统建设目标而构建的PACS。这是一种局限于单一医学影像部门或影像子专业单元范围内的PACS系统；也称为微型PACS（MiniPACS）或设备级PACS；目前的CR/PACS、DR/PACS均属于这一类。2、以实现影像科室的数字化诊断为建设目标而构建的PACS。这一层次的PACS系统将一个影像科室内所有影像设备连接，对其图像做集中存储，实现科室内影像数字化诊断与不同设备的图像资源及相关信息的共享。也称为数字化PACS（DigitalPACS）3、为满足以数字化诊断为核心的医院整个影像工作管理全过程而构建的PACS。称之为FullPACS，又称为HospitalPACS（全院整体化PACS）。2023/6/2179.1.4PACS系统管理结构模式PACS系统在设计、实施与使用中可根据不同需求和情况选择不同的管理结构模式。目前PACS的系统管理结构模式可以分为以下二种：1．集中管理模式：由1个功能强大的中央管理系统（服务器）及中央影像存储系统服务于所有PACS设备和影像，提供集中全面的系统运行和管理服务。2．分布式管理模式：PACS由多个相对独立的子系统组成，将影像数据和其他病人数据分散存储和管理，每个子系统都具有独立的局部数据存储设备，通常应具有一个逻辑上的中央管理系统/平台。可以在控制下，将影像数据预先传送给提出请求的地方。该模式也可由多个Mini-PACS整合形成。分布式管理模式有利于减轻网络负荷，但对资源和服务的管理、利用效率可能不及集中模式高。2023/6/2189.2PACS系统的组成PACS系统包括的主要内容有影像采集、传输存储、处理、显示以及打印

9.2.1影像采集系统（Modalities）影像采集系统构成了医学数字影像进入PACS的一个电子入口，医学数字影像源主要包括模-数转换设备与数字化成像设备两大类。其中模-数转换设备是指能够将模拟影像转换为数字影像的一类装置或设备，如胶片数字化仪(FilmDigitizer)和视频转换系统(包括视频捕获卡和配套的软件系统)。数字化成像设备为可以直接输出数字影像的设备如CR、DR、CT、MRI、DSA、US、PET等。2023/6/2199.2.1影像采集系统1．在影像采集系统中，获取图像的主要方法有：（1）X胶片数字化技术在放射科检查中的大部分检查结果会保存在X线胶片上。（2）直接从检测设备获得数字化图像的技术由于X线胶片数字化过程时间长、效率低，因此，需要一种不经过胶片数字化过程的数字操作，直接从检测设备获得数字化图像。最简单的实现方法是使用胶片视频扫描系统，直接从监视器获得模拟输出，然后用帧捕捉方式将其转化为数字图像。（3）计算机断层扫描术计算机断层扫描术通过计算机重建图像，因此，可以直接输出数字图像。2023/6/21109.2.1影像采集系统2．图像采集应用举例可以通过高速医学图像采集卡将视频设备的影像信息采集传输到工作站，采集过程如下：（1）在进入图像采集界面后，首先弹出［检查记录单］窗体，如图所示。图9-4“检查记录单”的窗体2023/6/21119.2.1影像采集系统2．图像采集应用举例（2）图像采集的主界面,屏幕最左边的上半部分为采集操作区，下半部分为显示控制区，屏幕上方从左至右依次为图像浏览区、缩略图列表和病人信息操作界面，屏幕中部较大的区域为图像预览监控区。图9-5图像采集界面2023/6/21129.2.1影像采集系统2．图像采集应用举例（3）采集方式系统允许用户自由选择图像单帧采集或连续采集两种方式，如图9-6与图9-7。单帧采集中又分为普通采集和降噪采集图9-6“单帧图像采集方式”窗口 图9-7“设置连续采集方式”窗口2023/6/21139.2.2影像存储管理系统1．PACS系统常用存储介质（1）电子存储：是利用电子元件的记忆功能作为存储介质。通常有只读存储器（ROM）和读写存储器（RAM）两种。（2）磁存储：常见的磁存储设备有磁盘陈列和磁带（3）光介质存储：光介质存储是利用激光的热效应来记录信息，同时利用低能量激光的反射来读取信息。主要有可一次写入、多次读取的光盘CD-R和多次写入、多次读取的CD-RW。CD-RW具有SCSI接口，兼容性强，稳定性高。2023/6/21149.2.2影像存储管理系统2．PACS系统存储方式存储方式分为短期存储（实时调用）和长期存储（分时查询）两种。（1）短期存储单元构成：一般由具有容错结构的磁盘阵列（通常采用RAID-5）与NAS或SAN技术所构成。（2）长期存储单元构成：利用具有自动装载和控制能力的大容量库类存储设备（如CD/DVD光盘塔、磁带阵列库等）执行海量存储管理，以便能同时提供医学影像数据长期保存和自动查询/读取的功能。长期存储单元的功能主要是提供医学影像数据永久备份与资源共享的能力。2023/6/21159.2.3影像工作站系统（ImageWorkstations）PACS影像工作站系统大致可以分为影像诊断工作站、影像后处理工作站与影像浏览工作站三类。1.影像诊断工作站影像诊断工作站为诊断提供执行医学影像诊断过程操作的人机界面和影像软拷贝显示界面，其最关键性的要求是显示分辨率和工作站配置结构选择两个问题。在工作站配置结构的选择上，由于医学影像诊断的执行和完成过程同时涉及PACS和RIS系统的的操作，即PACS和RIS系统工作流程在此环节需要被物理地集成在同一位置。2023/6/21169.2.3影像工作站系统2.影像后处理工作站影像后处理工作站可以对医学影像进行后处理操作，作为影像诊断或科研过程的辅助和支持，为影像科室医生提供病情诊断辅助工具。如图9-8与图9-9。图9-8影像处理功能示意图2023/6/21179.2.3影像工作站系统2.影像后处理工作站图像编辑功能图像反白处理图像分格功能图像缩放功能2023/6/21189.2.3影像工作站系统2.影像后处理工作站组织透镜功能伪彩色功能图9-9影像后处理工作站部分功能演示2023/6/21199.2.3影像工作站系统3.影像浏览工作站图9-10B/S模式的影像浏览工作站影像浏览工作站是应用于非诊断过程中，以医学影像浏览为目的的工作站，例如应用于非医学影像学检查科室，如外科、手术室等执行医学影像浏览的工作站，如图9-10。2023/6/21209.2.4影像硬拷贝输出系统（ImageHardcopyOutputing）图9-11胶片打印功能影像硬拷贝输出是PACS系统的重要功能之一，由各种数字医疗设备生成的医学图像，最终要保存在系统服务器中。但有时为了满足各医院联合会诊或根据患者要求，需要PACS系统内的影像有一个硬拷贝输出方式，能够以胶片的形式打印患者的诊断图像2023/6/21219.2.5网络及通讯系统PACS主要是一个基于局域网的网络体系，只有通过各种层次的网络才能将PACS中的图像采集、存贮、显示以及医疗数据的管理等单元连为一体。PACS系统主要采用客户机/服务器模式组网。一个完整的PACS系统应具有两个服务器，一个是PACS档案服务器，另一个是PACS数据库服务器。为了保证医学图像和医疗数据在传输过程中的稳定性和可靠性，采用较多的是工作站退出或接入不影响正常工作的星形网络拓扑结构。PACS系统使用网络协议标准为TCP/IP与DICOM，DICOM通讯主要是基于TCP/IP通讯基础之上的上层通讯，由于TCP/IP是一个被广泛应用的跨平台通讯协议，因而可以很好地解决DICOM应用通讯中的硬件兼容问题。2023/6/21229.2.6PACS与其他系统的信息交换技术建立PACS系统的目的是为医生提供医疗、教学和科研所需要的信息。因此，将PACS与医院其他信息系统结合并进行信息交换是很重要的。近年来，随着医疗数据交换标准HL7（HealthLevelSeven）和DICOM的制定和推广，大大地促进了医疗信息系统间的集成。HL7标准规定了进行系统之间交换的医疗信息字符数据格式。DICOM标准则从面向对象的观点出发，规定了医学图像及其相关信息的交换方法和交换格式，可以实现各种医学图像设备、图像归档和通讯系统以及其他信息系统之间的图像及相关数据的交换。基于HL7或DICOM标准开发的医疗信息系统具有良好的开放性，系统不需要知道其他异构系统的技术细节，就能通过标准接口与其他系统进行数据交换。2023/6/21239.3HIS中RIS的作用与组建放射科信息系统（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。2023/6/21249.3.1RIS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2023/6/21259.3.2RIS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9-12图9-12RIS工作流程示意图2023/6/21269.3.2RIS的工作流程影像科室的工作流程可归纳如下：（1）患者预约信息输入患者信息一经录入，其他工作站可直接从系统数据库检查主记录中自动提取，无需重新录入。（2）影像采集影像采集工作站收到确认申请单后，进行影像采集，自动在PACS系统中获取患者历史影像。（3）影像发送影像采集结束后，获取到的患者影像信息会自动送往影像科室诊断工作站（4）图像处理（5）书写影像诊断报告（6）图像调阅2023/6/21279.3.3RIS的功能组成和作用放射科信息系统（RIS）主要由预约、登录、安排影像检查、书写影像诊断报告、查询检索、统计分析、系统管理等部分组成：1.患者影像检查预约及修改图9-13门诊登记处检查申请与预约登记界面图9-14医生工作站检查申请与预约登记界面2023/6/21289.3.3RIS的功能组成和作用2.患者影像检查预约确认在患者影像检查预约时可以通过设置进行自动确认，也可以手工找到患者影像检查预约信息进行手工预约，患者检查完成后图像会自动发送到PACS系统中，如图9-15。图9-15检查、预约确认界面3.划价收费可以通过设置自动进行划价并在自动划价的基础上进行影像检查项目的价格调整操作。2023/6/21299.3.3RIS的功能组成和作用4.书写影像诊断报告当影像科医生对医学图像的观测工作结束后，需要对病人进行报告书写及打印，由此进入影像诊断报告管理界面，如图9-16所示。图9-16影像诊断报告管理界面2023/6/21309.3.3RIS的功能组成和作用5.影像检查结果查询影像检查结果查询功能可以设置多种查询条件进行查询，如图9-19所示图9-19病例查询界面2023/6/21319.3.3RIS的功能组成和作用6．发射科室信息统计功能发射科室信息统计功能可以统计的信息包括：（1）某一发射科医生在某一时间内的影像诊断检查量和收入情况。（2）某一科室在某一时间内的影像诊断检查量和收入情况。（3）某一段时间内门诊患者和住院患者的影像诊断检查量。（4）某一时间内某一工作人员所录入影像诊断检查预约的数量。（5）对医生的影像诊断报告量进行统计。（6）对医生的确认影像诊断报告量进行统计。（7）对ICD10国际标准的某一疾病在某一段时间内的发病情况进行统计。（8）分别统计在某一时间内阳性和阴性的检查量2023/6/21329.3.3RIS的功能组成和作用7.字典管理程序数据字典是为了规范RIS系统中使用到的数据和出于便于数据交换的目的编制的，主要建立相关数据的编号、名称及其它信息的对应关系，在数据字典的实际使用过程中，可以容易地进行调用，在字典管理程序中可以对RIS系统用到的字典进行维护，方便用户使用RIS系统。8.权限管理RIS对用户的权限进行了严格的控制，包括定义和分配如下使用权限：浏览报告、初步报告、修改报告、确认报告、报告打印、检查预约、更改检查信息、字典管理、用户管理等。2023/6/21339.3.4RIS与HIS系统互连医院中各部门及其工作都是一个整体，实现以EMR（电子病历）为载体的全程数据记录与HIS的信息共享。目前RIS与HIS集成首先要达到的目标是：（1）数字化申请，即门诊和住院医生直接通过连在网络上的医生工作站向放射科发送检查申请，放射科根据工作安排预约并核算出基本检查/治疗费返回给申请医生处要求患者交费或划帐；对于在检查中发生的附加费用就地登录到HIS费用中。（2）发放数字化报告，即将放射科完成的检查/治疗结果与报告和图像通过网络传回到申请医生的工作站上，以备医生调阅。其中各级医生都只能根据自己的权限和密码查看相应的患者信息。2023/6/21349.3.4RIS与HIS系统互连在医院中，RIS需要和PACS及临床科室相连，如图9-21所示。图9-21RIS/PACS/HIS连接示意图2023/6/21359.4PACS的相关标准应用国际上和PACS有关的行业标准是DICOM和HL7。这两个名字既是国际组织，也是国际标准。9.4.1医学数字图像通讯（DICOM）标准的应用DICOM是DigitalImagingandCommunicationsinMedicine的英文缩写，即医学数字成像和通信标准在DICOM标准中详细定义了影像及其相关信息的组成格式和交换方法，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/输出工作。2023/6/21369.4PACS的相关标准应用9.4.2HL7标准的应用HL7（HealthLevelSeven）是一种医院管理信息系统的通讯标准，它包含从保险清算、患者管理、治疗安排、病历记录等很多方面的内容，是一个覆盖范围很大的协议。HealthLevelSeven组织成立于1987年，它主要目的是要发展各种医疗信息系统间，如临床、银行、保险、管理、行政及检验等各项电子资料的标准。2023/6/21379.4PACS的相关标准应用9.4.2HL7标准的应用1.HL7标准应用

HL7标准协议是一种数据交换协议。在数据通讯方面，有两种层次的数据交换应用。第一层次数据交换应用，是对现有信息进行处理，只是“交换”现有的系统中存在的信息数据。第二种层次的是基于不同系统之间进行整合的数据通讯，其目的达到不同系统之间的无缝连接而进行的数据通讯和数据交换应用。2023/6/21389.4PACS的相关标准应用9.4.2HL7标准的应用2．HL7信息传输格式HL7信息由以下几部分组成：（1）信息（Message）：HL7共归纳了84种信息类型（Messagetype），每种信息类型用于定义信息目的和用途。（2）信息段（Segment）：HL7共有110个信息段，每个信息段由到组数据字段（Datafield）组成（3）字段（Fields）：是一个字符串。（4）表（Table）：分为HL7标准表和用户自定义表两种。2023/6/21399.4PACS的相关标准应用9.4.2HL7标准的应用3．提高信息传输可靠性的措施HL7采取以下措施以保证数据传输的可靠：（1）可分别在发送和接收端设定发送和接收的信息内容和格式，按设定内容和格式发送和接收信息（2）数据传输前自动检测接收端的状态。（3）接收端按约定内容和格式接收信息后自动判定接收信息的质量，并根据情况分别返回接收正确、错误和拒绝三种信息，后两种情况下通知信息发送端重新发送。2023/6/21409.4PACS的相关标准应用9.4.3DICOM与HL7标准接口与应用当我们在影像获取设备、影像扫描设备、影像存储设备、影像后处理工作站等设备之间交换影像时，为了实现设备的互联，需要各个设备都支持一个标准，如DICOM标准，这样各个设备就可以自由的交换数据;如果设备支持不同的标准，如分别支持DICOM和HL7，则要求在DICOM和HL7之间建立接口。1．DICOM和HL7之间的接口2.通过DICOM与HL7网关实现PACS和HIS的接口2023/6/21419.5PACS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。9.5.1PACS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。要达到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部分，其与HIS系统中也应该能够进行很好的融合和连接。2023/6/21429.5PACS系统的建设9.5.1PACS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）当前计算机技术的发展为PACS建设提供了技术基础。（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。2023/6/21439.5PACS系统的建设9.5.2PACS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。1．医院放射科设备现状是确定PACS方案和设计模式的基础（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．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发展潜力、更好的系统稳定性和顺应性以及系统运行效率。2023/6/21449.5PACS系统的建设9.5.2PACS设计方案及模式3．根据影像科室及医院发展前景，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发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）医疗服务范围扩展所必需的影像网络支持。2023/6/21459.5PACS系统的建设9.5.2PACS设计方案及模式4．在制定医院信息系统总体规划的前提下，探讨PACS的发展模式如下：（1）建立小规模PACS或部分PACS（2）实现基于B/S和WWW技术的示教式的PACS（3）用以进行医学影像会诊的PACS（4）PACS与不同传输速率组合，构成不同类型的远程放射学信息系统。一般可分为三个类型：①低速、窄带远程放射学信息系统②中速远程放射学信息系统③高速、宽带远程放射信息系统（5）PACS与RIS和HIS（医院信息系统）以及个人健康档案卡相结合，提供面向社会的远程医学信息服务2023/6/21469.5PACS系统的建设9.5.3PACS系统设计PACS系统应采用DICOM3.0和HL-7等国际标准设计，以高性能服务器、网络及存储设备构成硬件支持平台，以大型关系型数据库作为数据和图像的存储管理工具，以医疗影像的采集、传输、存储和诊断为核心。以满足影像科室的诊断，支持全院所有临床科室的影像浏览，提高医院影像综合管理水平，构建数字化医院为目标。下面以某具备200个以上点（用户）的医院为案例，从PACS系统设计原则、网络结构、服务器配置、存储设备、软件平台功能五方面来介绍PACS系统设计方案。2023/6/21479.5PACS系统的建设9.5.3PACS系统设计1. PACS系统设计原则（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发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基础设施、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则，PACS系统应作为医院信息化工作的一个组成部分，使之能够与医院信息系统（HIS）实现完美融合。2023/6/21489.5PACS系统的建设9.