你我健康网(http://www.05jk.com)特别报道:PACS系统中的关键技术!!R>20世纪80年代以来成像技术迅猛发展,如核磁共振、CT扫描、超声波等,这些新技术设备产生的医学影像给我们带来了更为精确的诊断,但同时也使我们面临一个新的问题: 如何处理这些设备制作出来的堆积如山的有价值的信息。另一方面,各类图像常常需要在科室内部、科室之间、医院之间甚至地区之间进行传递,以供医疗诊断、治疗、远程会诊和教学的需要。但大部分图形是显示在******屏幕上或保存在胶片上,这就出现了需要高速检索、及时调用及有效利用图像资源与人工检索速度慢、传送效率低之间的矛盾。有时图片在传递过程中会发生丢失、存档出错而无法查找。因此有效地管理和及时提供这些医学影像是PACS系统要解决的问题。
PACS(Picture Archiving and Communication Systems)的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、传送、显示、处理和拷贝或打印的硬件和软件的系统。
PACS系统的建立对医学图像的管理和疾病诊断具有重要意义。它实现了无胶片的电子化医学图像的管理,解决了迅速增加的医学影像的存储、传送、检索和使用问题; 利用计算机对图像进行处理,为计算机辅助诊断敞开了大门; 并可接入远程医疗系统实现远程会诊; 分布式医学图像数据库便于实现医学数据共享,从而提高医院的工作效率和诊断水平。
PACS系统研究始于80年代,针对当时不同的成像设备设计实现了用PACS模块来管理不同放射部门的图像。由于这些模块之间缺乏联系,当医院的PACS模块越来越多时,在维护、协同工作、容错和系统扩展方面面临许多困难。第一代PACS系统是将数字化成像设备集成在一起的网络,用于获取、存储、管理和显示病人的图像及相关诊断和文字信息。这些PACS系统规模小,一般应用于1至2个成像设备; 它是一个封闭系统,需要专门的软件和网络,与其它的医学信息系统无联系; 被设计成一个集中管理系统,即图像和数据存储在中央数据库中并分发给提出请求的周边工作站; 没有标准的通用数据交换格式和通信协议,因此临床使用困难。
第二代PACS系统克服了第一代PACS系统的缺点,采用分布式数据库,使存储在网络不同地方的图像和数据可以被网络中的其他部分获取。它具有开放结构、互联网络、标准化接口和软件通用的特点。目前PACS系统中的四个重要研究领域为: 系统结构设计、网络通信、数据库集成和访问、数据和知识的获取。系统设计中要注重系统的标准化、开放性、互连性、可靠性和安全性。
PACS系统发展受多种技术因素的影响,包括: 计算机技术、通信技术、存储介质、数据获取方法、图像显示技术、图像数据压缩技术、人工智能(AI)、光电设备、软件技术、标准化医学图像通信接口和标准化图像和数据交换方式、系统集成及其与RIS(放射信息系统)、HIS(医院信息系统)和远程放射学的连接。
二 PACS系统组成
PACS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、图像采集计算机、PACS控制器(包括数据库和存档管理)、以及图像显示工作站。图1为PACS系统的组成及数据流。
1. 数据和图像的获取
PACS系统中最困难的任务是从各种成像设备及时可靠地获取图像及相关的文字信息(如病人信息、研究描述、图像采集参数和有关的图像处理等),原因在于:
(1) 相当一部分成像设备输出为胶片,必须转化为数字图像;
(2) 各厂家生产的数字成像设备不符合ACR-NEMA和DICOM工业标准。
为克服这一困难,必须在成像设备和PACS其他部分之间设置一台图像采集工作站,通过图像采集工作站实现成像计算机与PACS系统的隔离。图像采集工作站主要任务包括: 从成像设备获取图像数据,将图像数据转换成PACS标准的格式,并将其送往PACS控制器。
2. PACS控制器
图像及病人的相关信息从图像采集工作站、医院信息系统(HIS)和放射科信息系统(RIS)送往PACS控制器。PACS控制器是PACS系统的核心,它包括数据库服务器和存储管理系统两大部分。PACS控制器的基本操作包括:
(1) 接收图像采集工作站送来的医学图像;
(2) 提取接收图像的相关文字信息;
(3) 通过网络更新数据库管理系统中的数据;
(4) 确定图像显示的显示工作站所在位置;
(5) 从分布式光盘存取系统中自动提取可比较的图像;
(6) 确定图像显示的最佳对比度和亮度参数;
(7) 完成图像的数据压缩;
(8) 将新的研究报告存到光盘库中;
(9) 将已存储的图像数据从远端图像采集工作站中删除;
(10) 为其他工作站和控制器提供图像存取服务。
3. 显示工作站
PACS显示工作站要充分利用PACS系统的网络资源和处理能力。显示工作站包括通信、数据库、显示、资源管理和处理软件。
在实际应用中,显示工作站根据应用的不同可分为四类:
(1) 用于最初诊断的高分辨率******(2.5k×2k);
(2) 用于相关医生和会诊系统的中分辨率******(1k×1k);
(3) 医生桌面工作站(512);
(4) 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病案,也可以从PACS数据库获取历史图像。
4. 网络系统
计算机网络的一个基本功能是对最终用户(如放射科大夫和门诊医生)提供一条路径使其能访问位于不同地方的信息(如图像和报告)。在系统设计中最重要的网络数据包括每个节点的位置和功能,两个节点间信息交换频率,不同速度网络节点间传输费用,通信可靠性需求和吞吐能力需求。设计参数包括网络拓扑结构,通信线容量和流量分配。
网络的设计既要考虑建网及通信费用和计算机资源,同时要满足图像传输速率的要求,因此目前常用几种不同网络来构成,主要有以下三类:
(1) 低速(<10Mb/s)以太网;
(2) 中速(100Mb/s)光纤分布数据接口(FDDI);
(3) 高速(>=155Mb/s)异步传输模式(ATM)。
网络必须采用标准网络协议如TCP/IP。由于成像是一件费时的处理过程,因此采用低速网络连接成像设备和图像采集工作站。根据数据交换量和传送费用来确定是采用中速或是高速网络。由于几台图像采集工作站可能同时向PACS控制器传送大量图像文件,因此在图像采集工作站和PACS控制器间一般采用高速网络。三 PACS设计中的关键技术
1. 图像数据获取
由于计算机工作平台、成像设备和生产厂家的不同,使得图像格式、传输方式千差万别,很难实现医学信息的共享。为了解决这个问题,人们规定了一系列医学电子数据的交换标准,这些标准主要定义了用于传输的医学信息的格式(即数据打包)。借助这些标准,用户只需将自己的请求按标准打包送出,服务器一端接收到数据后按标准将数据解包为自己能识别的格式,然后将处理后的结果再按标准打包送回。这样,用户端和服务器端都只需开发一套自己系统与交换标准的接口,就可以实现数据共享。
目前正在使用的用于实现医学信息共享的医学数据交换标准主要有HL7 (Health Level Seven)数据交换标准和医学数字成像和通信标准DICOM(Digital Imaging Communication in Medicine),其中HL7在ISO/OSI的应用层上定义了一组数据交换的编码格式,对医院和医学的常用信息的各种格式和操作都给了一个相应的编码,主要用于文本数据交换; 而DICOM则包括标准化图像数据格式及通信协议,定义了一个应用消息交换和通信协议,支持OSI和TCP/IP,定义了命令和交换数据的标准响应和兼容水平,引入了图像、分析、报告等信息,主要用于图像数据交换。
目前,HIS和RIS广泛使用HL7标准。PACS系统将DICOM3.0作为图像文件标准,采集计算机从成像设备获得的图像文件需编码成标准图像文件,然后存储到PACS图像数据库中。这些标准图像也可以被解码成非标准的内部格式。例如,显示工作站为了快速显示图像,需要将标准格式图像转化为非标准的内部格式,其内部处理器会自动将图像再转换成标准格式后送往其它地方。
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:
(1) 符合DICOM3.0的数字数据;
(2) 非标准的数字数据;
(3) 非数字数据(如胶片、视频图像等)。
对于符合DICOM3.0的数字图像,可以直接与采集计算机相连。对于胶片这类非数字图像,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,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******输出获得的数字图像。最困难的是对非标准数字图像的处理,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(如超声心动图和血管造影)包括一系列随时间变化的图像,这些设备一般没有数字化视频输出,通常采用帧捕捉的方式将其转换成数字图像。
数字图像的大小对于诊断的准确性至关重要。不同的成像设备对图像有不同的精度要求,如X射线胸片为2048×2048×12bit,超声图为512×512×8bit,乳腺摄影为4096×4096×12bit。因此,数字化设备必须提供具适当分辨率的图像(包括空间分辨率和灰度等级)以符合国(你我健康网<A href="http://www.05jk.com/" target=_blank>http://www.05jk.com</A>) 报道:PACS系统中的关键技术!!
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