PACS系统介绍

踏雪寻梅

PACS系统简介
1．PACS系统的构成
PACS系统一般可以划分为六个部分：DICOM服务器，成像采集设备，显示设备，存储设备、打印服务器和通信设备。其中，DICOM服务器是PACS的核心，也是影像设备和PACS之间的网关，同时也是其他应用程序的接口部分，实现DICOM文件的传送、接收、转发、调度等服务功能。成像采集设备包括各类断层扫描成像系统和各种射线照相技术形成的胶片等硬拷贝数字化扫描采集设备。显示设备包括各种图像终端、图像工作站。存储设备包括软硬磁盘、磁带以及光盘等。打印服务器用来将DICOM文件通过PACS网络在打印机上打印，减少实际所需的打印机的数目。通讯设备包括调制解调器、网卡、电话交换系统、计算机局部网、广域网、公用数据网等有关软硬件通信模块和设备。
2．PACS系统的功能
PACS的主要功能可以分为四个部分：图像的采集、存储与管理、调用与后处理以及与不同设备的通信。
1)图像的采集
采集是指PACS获取医学影像的数字信号及其辅助信息的技术与功能，目前主要采用的采集方法有两种：一是通过成像设备的数字接口按照DICOM标准进行数字图像采集，这种方式主要针对提供有数字接口的成像设备，如B超、彩超、CT、MRI等。另一种采集方法是通过医学专用胶片扫描仪遵循TWAIN标准进行胶片的数字化，由于目前国内的X光机大多没有图像的数字接口，所以对于X光片的数字化主要都采用扫描的方式。图像辅助信息的采集，主要是指以其他媒体的方式记录的，对当前图像进行标识或说明的相关信息，如以字符媒体记录的拍片病人姓名、拍片日期、部位、诊断意见等。
2)存储与管理功能
管理是指医学影像及其相关信息的数据维护、归档与查询功能，维护功能主要包括系统用户的登录、增删、系统数据字典的组织与词汇的添加，诊断报告的录入、增加、修改与显示，归档卷标的组织、添加与设置等。归档主要是影像及其相关信息的归档，其中影像的归档要设计数字图像的压缩技术。查询功能主要包括：影像查询、病例相关查询、病人相关查询及查询索引的增删、组织与设置和诊断案例的增删、组织与设置等。
医学影像的数据量通常很大，常规一次CT扫描为10MB量级，而X光机的胸片可以到20MB，心血管造影的图像可达80MB以上。存储与管理影像为PACS系统的一个重要功能。小型的PACS可以用十几GB到几十GB的服务器来存储图像，并用光盘刻录机来将图像永久保存。大中型的PACS则用不同类型的存储设备来实现不同的要求。可以用以下几种存储方式：
在线存储(On-line)：用于存储随时使用的图像，如住院病人的图像和用作诊断参考的图像。该类设备常用硬盘阵列和光盘塔来实现，通常存储能力为几十GB到几百GB。要求能容纳医院在30天左右产生的图像。
近线存储(Near-line)：用于存储不常用的图像。通常指的是磁带库之类容量很大，速度相对较慢的设备。容量常为几TB以上。
离线存储(Off-line)：用于存储要永久保存的资料，如存放于光盘，磁带等。这一类型的存储资料通常要通过人工操作才能进入PACS系统，如将光盘装入计算机。其存储容量理论上讲是无限止的。
3)调用与后处理功能
所有PACS图像资料最终目的都是为了对其进行调用和处理。数字化图像可直接在计算机的显示器上显示出来。监视器的分辨率、对比度、亮度、噪声及失真等性能直接影响数字化图像的质量，从而影响着最终诊断结果。一般来说能满足准确诊断需要的象素最小数字化程度大小为0.2mm（2048×2048），当达到12bit/象素时图像的对比度为最佳，能充分表现出传统X线片的光密度范围。所以，用非专业性的扫描仪来扫读影像胶片和用达不到此显示模式的监视器来阅读图像，就会影响到读片的准确性。
处理功能主要包括对医学影像的调整、标注、测量、滤波及转换等，调整包括对图像的位置调整（如平移、旋转、镜像等）、直方图调整（如明暗度、对比度、灰度均衡、伪彩色等）及比例调整（如整体缩放、放大镜观察等）。标注包括文字的标注和图形标注，标注操作不影响影像库中的原始数据，可用于资料交换和教学、出版等目的。测量功能包括图形测量、角度测量、单位制转换及标尺等功能，以代替传统的用直尺直接在胶片上测量的方式，并提供准确、快速的测量数据。滤波功能主要包括高通滤波、低通滤波、双极高通滤波等。转换是指存储的图像压缩格式之间的转换功能。
由于医学图像信息量大，为了便于存贮和传输，提高PACS的效率，有必要对图像进行压缩处理，特别是对高分辨率的彩色图像更有必要压缩。压缩算法有多种，分无损型数据压缩和有损型数据压缩。无损压缩指压缩后的数据经解压缩还原后得到的数据与原始数据完全相同，但无损压缩的压缩率不高；而有损压缩后的数据经解压缩后还原得到的数据与原始数据不完全相同，但只要所损失的信息不影响医学研究和临床诊断，应该是允许的。
4)通讯功能
通讯功能是指在TCP/IP通讯协议下实现图像及其相关信息的远程传输能力，主要包括FTP及TCP协议下的二进制图像传输与接受UPD协议下的数据报文的传输与接受两个方面，其中数据报文的通讯是为了简捷地传输与图像有关地文本信息，如病人信息、诊断报告等。通讯功能涉及对等网络功能地建立、Socket编程接口、在一台工作站上同时实现FTP客户端及服务器端的功能及与TCP、IP、FTP、UDP等协议有关地一系列Internet RFC文档标准的实现。
为了能将影像设备联网，其先决条件是将影像本身数字化。目前，新生产的CT、MR、数字X光机、核医学设备上都有DICOM图像输出接口，可以直接与PACS联接。对于那些没有DICOM接口的设备，接入PACS的方式则较为复杂，要用专门的设备将起影像转换为DICOM标准后再接入PACS。
通讯功能的另一方面为将PACS接入医院信息管理系统（HIS）和放射学信息管理系统（RIS）的能力。
3．PACS系统的优点
传统的医学图像保存和处理方式存在着许多的问题，主要有以下几个方面：
保存胶片需要很大的存放空间。影像科需要建立胶片库来贮存数量庞大的胶片，管理难度与数量同步增长，耗费大量财力、物力、空间。
胶片库手工管理效率低，资料的查询速度慢，图像的传递需要大量时间，不能满足临床需要，如遇急诊问题就更严重。
传统胶片不能进行实时或快速异地会诊，不便实现多人共享。
胶片的丢失、片损和变质所引起的信息丢失，即使一个管理制度十分完善的医院，由于借出、会诊等，胶片的丢失也不可避免。给资料的再次利用和科研工作带来极大的不便。
把CT、MRI等图像硬拷贝到胶片上，保留的只是操作医师认为有用的信息，图像无法后处理，固定的窗宽、窗位已经丢失了大部分原始信息。
常规X线摄影沿用胶片-增感屏系统，成像后由胶片记录，需暗室冲洗，在显影、定影、冲洗、烘干、归档等环节上要耗费大量的人力和财力。

比较起来PACS具有以下的优点：
便于图像传递和交流，实现数据共享，从而能够在整体上提高医院的诊断质量、效率和教学、科研水平。
解决了胶片和磁带的变质问题，从而节约了胶片开支及其管理费用，进入无胶片时代。
它可快速、方便地在临床、急诊科室随时调阅胶片图像进行读片与诊断，提高了工作效率，避免了胶片在传递过程中丢失。
开展复合影像诊断、开展多学科会诊，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、治疗和护理。
可提供一些传统手段无法具备的辅助诊断功能。如：调节窗宽窗位，对比度，进行旋转，移动，放大等。
减少了管理胶片的工作人员费用。
提高医疗质量、缩短患者在医院的滞留时间，从而为医院和患者带来显著的经济效益和社会效益。

（待续－－－）