医学影像信息学课件：2-影像存档及通讯系统(PACS)

1、第三章 影像存档及通讯系统Picture Archiving and Communication System,讲授内容,PACS系统的基本概念 PACS 的基本组成及亚系统结构 PACS 相关的其它亚系统、功能结构及概念,PACS基本概念定义,PACS (Picture Archiving and Communication Systems)，即影像归档存储和通信系统。是一个专业化的医学信息管理系统， (Medical Image Information Management System，MIIMS)。主要由影像采集、传输、存储、显示以及网络等部分构成。是数字化影像科的基础，是医院信息系统

2、的重要组成成分。 主要的任务是把的各种医学影像通过各种接口（模拟，DICOM，网络）以数字化的方式海量保存起来，当需要的时候在一定的授权下能够很快的调回使用，同时具有辅助诊断和管理功能。 其关键技术是标准化。,为什么要搞PACS？,降低成本：图像采用数字化存储，节省了胶片，存片库。 提高效率：图像随处可得，医师、病人等待时间缩短，单位时间内可处理更多病人。 提高医疗水平：更多的图像细节，更方便的病史查阅，远程会诊。 资源积累更有效：图像资料保存查阅更容易，无失真、老化。 资源共享：通过远程医疗，可以促进医院之间的技术交流，同时互补互惠互利，促进双方发展。,概念,西南医院PACS,PACS系统分

3、类,按照规模 影像中心PACS 全院PACS 院际PACS,Mini PACS Mass PACS,概念,放射科PACS,概念,超声/内镜/病理科PACS,概念,全院PACS,概念,院际PACS,概念,PACS 的基本组成及亚系统结构,影像采集亚系统 (Modalities 或Image acquisition sub-system) b. 影像存储管理亚系统 (Archiving & management sub-system) 影像工作站亚系统 (Image workstations sub-system) DICOM 标准 (Digital Imaging Communication i

4、n Medicine) 影像硬拷贝输出亚系统 (Hardcopy outputting sub-system) f. 网络基础结构 (Network infrastructure),（一）影像采集亚系统Modalities Image acquisition sub-system,主要指影像采集设备与PACS 系统连接的通讯模块和应用软件，是各类医学影像在完成采集过程后，进入PACS 系统的入口 数字化成像设备 模-数影像转换设备,影像采集设备与PACS 的通讯和数据交换必须遵从DICOM 通讯标准,（二）影像存储管理亚系统 Archiving management sub-system,亦称

5、PACS 数据管理服务器或影像管理服务器 是对PACS 系统的网络通讯、影像数据的归档存储和影像通讯的工作流实施管理的核心单元,1、存储系统的基本任务,影像存储通讯：安全可靠的接收图像 影像的归档存储：影像信息的数据库更新 影像数据文件的存储管理和操作 为系统提供影像的软拷贝 为应用过程提供支持 工作流管理 Archiving =影像管理服务器执行长期存储和备份管理的过程，常代表具有DICOM Server功能的节点,接收存储送出,存储,2、PACS 服务器的影像存储通讯过程,影像从影像采集设备经网络传送到PACS 服务器的过程，称为影像存储通讯(Storage) 关键：确保每一台影像采集设备

6、建立与PACS 服务器的有效连接，确认采集到的每帧图均已成功传至服务器,存储,Storage是存储通讯过程，可以发生在设备和PACS服务器之间，也可以发生在影像工作站之间或影像工作站与PACS服务器之间,注意：Achiving storage区别,3、PACS 服务器的影像归档存储过程,将影像文件按一定的组织和结构，物理的存储到设定的存储媒质空间 将DICOM 影像文件头(Image header)内包含的信息写入PACS 数据库,存储,患者信息 检查信息 影像文件的物理存储位置 操作参数,存储的类型： 短期、长期 在线、近线、离线,4、影像数据工作流管理,概念： 借助某些自动执行的软件，使特

7、定的影像根据用户预设的参数，被提前迁移和传送至指定的影像诊断或操作的位置 不同存储单元间的影像数据的自动维护和迁移,存储,4、影像数据工作流管理,方式： 自动路由(Auto-routing)：S送到C 影像预载(Pre-loading)：C到S中取 影像预取(Pre-fetching)：C将数据预取到能快速反应的部位（如近线在线）,存储,（三）影像工作站亚系统(Image workstations sub-system),PACS 系统的应用前端，人机交互界面 系统装备数量较大，对分辨率和应用构型存在特殊要求,1、工作站分类,（1）诊断工作站： 其最关键性的要求是影像工作站的显示分辨率 大矩阵

8、：2048 x 2048 像素矩阵(2.5LP/mm 空间分辨率)，影像显示分辨率深度应 10bits (1024 灰阶分辨层次)。显示CR、DR 以及胶片数字化仪等影像设备产生的影像 小矩阵：512 x 512 x 8 bits (256 灰阶)，显示CT、MR、RF、DSA、超声及核医学影像,影像,1、工作站分类,（2）浏览工作站：应用于非诊断性过程的医学影像浏览目的工作站，普通的PC 显示器即可满足需求。 （3）后处理工作站：往往是作为影像检查设备如CT 或MR 配套的影像设备，为这类影像提供进一步操作和影像后处理能力。,影像,2、影像工作站基本配置需求,硬件： 医学影像工作站： 灰阶显

9、示器 深度(depth)分辨率 1024(10 bits)， 空间分辨可 20482560(2K2.5K) 普通PC 影像工作站：彩色显示器 深度分辨256 (8 bits) ， 空间分辨率 16001200,影像,2、影像工作站基本配置需求,软件 诊断工作站：应该具有下列功能： 影像操作和处理功能 影像测量和标注功能 影像导入/导出及转换功能 DICOM 通讯功能：,放大/缩小,对比度/灰度调节,直方图显示,灰度曲线显示,空间变换（旋转、倒像、负片、镜面映射）,阈值设定,几十种滤波器,计数、标识,伪彩色、颜色自动分离。,常规图像分析和处理功能：,高级图像分析和处理功能：,动态图像实时播放,选

10、区分析与处理,数字减影,一维或二维空间的手动/自动校准和定量分析（点、线、面积、角度、形态等）,光密度的手动/自动校准和定量分析,目标的手动/自动分割与识别,三维重构与分析等,2、影像工作站基本配置需求,影像浏览工作站：可调窗宽/位调节、基本测量，支持IE或DICOM浏览软件，efilm, Xiphoid 影像后处理工作站：影像减影、3D 重建、仿真内窥镜显示、骨密度测定、影像融合、3D 手术模拟、3D 手术计划显示等 问题：什么是软拷贝？多拷贝？什么是空间分辨率，表达方法，什么是深度分辨率？,（四）DICOM 标准 Digital Imaging Communication in Medic

11、ine,概念： DICOM标准委员会1993 年正式颁布的，涉及大量的术语、信息结构、数据编码、网络通讯规范以及医学影像数据通讯的标准方法等领域的详细而严格的定义和规范。,（四）DICOM 标准 Digital Imaging Communication in Medicine,遵从DICOM的价值： 不必担忧影像设备的多源性和多样性而导致系统实现障碍，以及系统将来扩展和升级换代的困难； 不必依赖于特定的PACS 系统提供商； 确保投资的可靠性和持续有效性，不至于会因为影像设备和系统的淘汰、改变或升级过程而失效,（五）影像硬拷贝输出亚系统 (Hardcopy outputting sub-sy

12、stem),激光胶片打印机/常规激光打印机（胶片或纸拷贝输出）/打印服务器 网络打印机，服务端为具备网络通讯能力和DICOM 通讯能力的激光胶片打印机，客户端主要包括各类医学数字化成像设备、影像工作站等，客户端通过执行DICOM 通讯将影像直接传送至服务端实现影像的打印输出任务。,（五）影像硬拷贝输出亚系统 (Hardcopy outputting sub-system),打印服务器 内置电子病历诊疗报告书写器 报告模板可自定义，方便报告书写编辑和打印 可输出图文一体化报告 提供DICOM影像打印功能 可通过DICOM相机输出胶片 提供DICOM光盘浏览、刻录功能,（六）网络基础结构 (Net

13、work infrastructure),通常为局域网 通讯量大，带宽要求高， 网络拓扑结构为星形(Star)或星形总线(Star-Bus)结构的快速以太网(Fast Ethernet)和千兆以太网(GB Ethernet)， 网络协议：TCP/IP协议,分析网络拓扑和带宽,二、PACS 相关的其它亚系统、功能结构及概念,远程放射 Teleradiology PACS 系统接口模块与集成模式（HIS/RIS的集成）,（一）远程放射学,指服务于诊断和/或会诊目的的异地传输数字医学影像的过程 涉及的主要技术： 影像获取技术 影像操作及处理技术 广域传输网络(WAN)技术,（一）远程放射学,影像获取

14、技术： 数字化成像设备，如CT、MR、DSA、CR、DR 等。可提供无衰减的、12 bits 以上(4096 灰阶)的原始医学影像数据 DICOM图像格式,（一）远程放射学,影像操作及处理技术 影像压缩：DICOM 标准定义的JPEG 或Wavelets压缩方式。 无损压缩(Lossless compression)：压缩率通常为1.5:1-3:1； 有损压缩(Lossy compression)，文献中报道可达到20:1 的倍率而无肉眼可分辨的诊断信息的明显丢失,（一）远程放射学,网络传输技术 静态图像为主，不必一定宽带 一定的交互能力：电话、IP电话、视频,（二） HIS/RIS的集成,PACS 仅为HIS的一部分，必须与HIS集成 集成（接口和通讯）过程发生在各层面,影像采集设备 影像诊断工作站 PACS 服务器,（二） HIS/RIS的集成,在影像采集设备、诊断环节：,RIS 或HIS,患者的ID 信息： 姓名年龄/性