PACS系統的關鍵技術及應用

仇建云 桂朝偉 唐曉薇 姜 山

當前，很多醫院由于資金的困擾及儀器的設備水平限制，都沒有考慮圖像設備的儲存和傳輸功能。隨著醫療行業信息化進程的不斷推進, 將會有越來越多的醫院采用PACS系統,未來幾年,PACS也許會成為評價現代化醫院的必備標準之一。

1 PACS產生及發展

1982年，柏林技術大學的 Heinz U.Lemke教授首次提出了數字放射系統(digital radiology system,DRS)的概念，并討論了數字醫學圖像的傳輸和顯示問題。

在我國，為了提高醫院的現代化管理水平和工作效率，各級醫療機構對醫療信息系統 (health care information system，HIS)給予了極大地關注和支持，許多醫院已經建立了不同規模的醫療信息系統。我國的醫療信息系統多數屬于HIS的范疇，主要針對醫院人員和財務管理，而同樣是數字化醫院環境重要組成部分的PACS卻發展相對遲緩。

目前，PACS應用逐步從數字化醫院邁向開發區域化、全局性的PACS系統，以適應快速發展的遠程醫療診斷服務，實時、快速地調用醫學圖像，為各種醫療活動提供服務，已成為醫院衛生保健一體化流程中的一個重要組成部分。PACS作為醫院局域網上運行的系統之一,它還應該與其它信息系統進行數據交換和融合,如與醫院信息系統(HIS)、放射信息系統(RIS)和臨檢信息系統(LIS)等的信息交換和融合。

2 PACS的基本構成和關鍵技術

PACS是指包括醫學圖像采集、存儲、傳輸和顯示等過程的全數字化系統。主要是指將醫院內的各類 X射線、CT、MRI以及超聲等醫學圖像數字化以后，輸入到計算機中進行分類處理，并通過計算機網絡進行傳輸，使醫院內各個科室和部門能夠進行醫學圖像信息的共享，或通過遠程網絡傳輸進行遠程醫療服務，使醫學圖像信息得到最大限度的利用。

依據需要解決問題的不同，目前存在著各種各樣PACS系統結構的設計方案，但它們的基本構成是一致的。為了更清楚地了解PACS的構成和應用功能，下面分別從系統控制功能與軟件功能兩個角度介紹其組成結構，并對實現PACS的關鍵技術進行分析。

2.1 PACS系統結構

PACS系統從控制功能角度看，分為數字圖像獲取系統、PACS控制器和圖像顯示系統，其結構如圖1所示。

圖1 PACS系統功能結構圖

2.1.1 圖像獲取系統

圖像獲取系統包括成像設備和圖像獲取接口兩部分。PACS的成像設備包括醫院內所有用于診療的成像設備，如：X射線、CR、DR、CT、MRI、超聲設備、放射熒光檢查(radiofluoroscopic) 等，其模式如圖2所示。

圖2 圖像獲取轉換模式圖

如圖2所示，常規X射線通過影像增強器、DR或CR系統的信息轉換，使PACS應用系統和成像設備間進行快速通信，圖像獲取接口與成像設備進行通信，獲得圖像數據，進行預處理和信息格式的轉換(如轉換成ACR/NEMA格式、DICOM3.0格式),將圖像數據發送給PACS控制器，圖像獲取接口的功能由計算機控制完成。

2.1.2 PACS控制器

PACS控制器由數據流控制器、數據庫服務器和圖像存檔系統組成。數據流控制器對圖像數據進行智能化管理；數據庫服務器為已經存檔的文本文件與圖像文件建立索引，提供查詢服務，還可以通過HL-7接口與HIS和RIS進行數據交換；存檔系統是PACS的核心，也是所有PACS實現中需要考慮的關鍵因素。存檔系統針對具體的存檔策略，可使用多種存儲介質，如磁盤(RAID)、磁光盤(MO)、光盤(WORM)等。

PACS控制器的功能包括：從圖像獲取接口得到圖像，提取其中的文本信息；更新網絡數據庫；存檔圖像文件；對數據流進行控制；使數據在適當的時間發往要求的顯示系統；自動從存檔系統中獲取對照信息；執行從顯示工作站或其他控制器發出的文檔讀寫操作。

這位號稱娛樂圈大姐大的王京花，在為范冰冰接的眾多戲中，就包括馮小剛執導的賀歲電影《手機》。范冰冰也因為飾演女主角武月，獲得第27屆大眾電影百花獎最佳女主角獎。

2.1.3 圖像顯示系統

圖像顯示系統包括顯示預處理器、顯示工作站緩存以及顯示工作站。顯示預處理器依照顯示工作站的特性參數，將從PACS控制器獲取的圖像數據進行預處理，或者根據操作者的指令，進行各種圖像處理和特征參數計算，將處理結果通過顯示系統顯示，顯示工作站緩存用于存儲近期的圖像數據，包括預處理前后的圖像數據；顯示工作站是顯示系統的核心，有時顯示系統只由顯示工作站構成，顯示工作站是通向PACS環境的窗口。顯示工作站應能充分利用PACS的資源并處理，同時提供良好的用戶操作界面。

圖像顯示系統還包含多種軟件包，如通信組件、數據庫、顯示組件、資源管理組件及圖像處理組件等。圖像顯示系統的功能包括：從PACS控制器獲取信息；提供PACS數據庫查詢接口；數據庫查詢結果顯示；圖像組織；圖像增強處理；圖像測量和標注；文檔編輯和報告生成。

3 PACS的軟件結構

軟件系統由圖像服務器、熱備份服務器、醫院HIS服務器及若干個醫學圖像采集點、醫生工作站組成，經過中心集線器構成醫院內部局域網。通過和Internet的專用接口可以實現圖像的遠程傳輸。PACS中的數據分為圖像的輔助信息(文本文件)和數據(圖像文件)兩部分。前者包括病人基本描述信息、醫生信息、診斷分析等文本信息；后者是指所有類型的醫學圖像數據。圖像處理在PACS中起重要作用，整個系統以無損壓縮為基礎，圖像采集點的數據經過壓縮后，通過專用的傳輸軟件上傳到圖像服務器中。圖像管理軟件負責圖像數據的存檔、檢索、備份和恢復。各醫生工作站通過授予的權限，可檢索相應的圖像。圖像在本地解壓后，通過處理軟件和高精度顯示軟件就可進行分析和處理了。由于采用無損壓縮技術，可以大大降低系統的存儲空間，還可以提高圖像的傳輸效率。

PACS是一個基于網絡通信的開放式的系統，它涉及醫學領域中眾多制造商的各種數字圖像設備，為了圖像信息的共享和交互，必須制定和遵循圖像通信接口和數據存儲格式的標準。

DICOM（Digital Image and Communication inMedicine，醫學數字成像和通訊標準）是由美國放射大學（ACR）和國際電子產品制造商聯合會（NEMA）共同研究推出的一種不同電子設備之間傳輸醫學影像和信息的工業標準。隨著DICOM標準被眾多醫療設備生產商所接受，并在醫療儀器中得到普遍應用，從而促進了PACS系統的發展。

醫學影像數字化及其計算機處理，為逐步或完全取代膠片，建立無膠片醫學圖像系統創造了條件。PACS的未來將是區域PACS的形成：組建本地區、跨地區廣域網的PACS網絡,實現全社會醫學影像的網絡化。

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