醫學影像紙介質打印系統原理與應用

胡寅進，鄭芳，何勝洪，陳春新 南京軍區鼓浪嶼療養院 影像科，福建 廈門 361002

隨著醫院數字化成像技術的逐漸普及和傳輸標準DICOM應用技術的發展，影像圖像的紙介質打印系統在歐美一些醫院已從實驗性研究發展到逐漸推廣應用階段，一種新型、實用、經濟環保的紙質打印輸出系統逐步出現[1]。紙介質打印系統集成高分辨率激光打印機和打印服務器，可以實現高速連續打印，且可打印彩色和黑白圖像，這是一套目前醫院影像科很好解決成本高、環境污染、速度慢等問題的理想解決方案[2]。本文根據激光打印機的工作特點，淺談影像紙介質打印系統的工作原理和使用注意事項，以使該系統能更好地應用于臨床。

1 激光打印機基本結構和功能

從功能結構上，激光打印機分為打印引擎和打印控制器2大部分。打印引擎由激光掃描器、反射棱鏡、感光鼓、碳粉盒、熱轉印單元和走紙機構等幾大部分組成。它由Canon、Minolta、Xerox等少數幾個引擎生產廠商提供，打印機廠商則是向引擎廠商購買或者定制打印引擎，根據引擎設計控制器和打印驅動，從而完成整個打印機的設計和生產。

打印控制器實際上是一臺功能完整的計算機，它包括了通訊接口、內存、處理器和控制接口4大基本功能模塊，一些高端機型還配有硬盤等大容量存儲器。通訊接口負責與計算機進行數據通訊；內存用以存儲接收到的打印信息和解釋生成的位圖圖像信息；處理器是控制器的核心，所有的數據通訊、圖像解釋和引擎控制工作都由處理器完成，而控制接口負責引擎中的激光掃描器、電機等部件的控制和打印機面板的輸入輸出信息控制。

在激光打印機中，打印控制器的作用是與計算機通過接口或網絡進行通訊，接收計算機發送的控制和打印信息，同時向計算機傳送打印機的狀態。打印引擎在打印控制器的控制下將接收到的打印內容轉印到打印紙上[3-4]。

2 激光打印機基本原理

無論是黑白激光打印機還是彩色激光打印機，其基本工作原理是相同的。激光打印機的工作原理如靜電復印，所不同的是靜電復印是采用對原稿進行可見光掃描形成潛像，而激光打印機是用計算機輸出的信息經過調制后的激光束掃描形成潛像。具體來說：首先，計算機把需要打印的內容轉換成數據序列形式的原始圖像，然后再把這些數據傳送給打印機。打印機中的微處理器將這些數據破譯成點陣的圖樣，破譯后的點陣圖樣被送到激光發生器，激光發生器根據圖樣的內容迅速作出開與關的反應，把激光束投射到一個經過充電的感光鼓上，鼓的表面凡是被激光照射到的地方電荷都被釋放掉，而那些激光沒有照到的地方卻仍然帶有電荷，通過帶電電荷吸附的碳粉轉印在紙張上從而完成打印[5]。由于碳粉容易脫落，最后經預熱板及高溫熱滾定影使碳粉緊密地吸附在紙上，即在紙上熔凝出文字及圖像[6]。

彩色激光打印機則是在普通單色激光打印機的黑色碳粉基礎上增加了黃、品紅、青3色碳粉，并依靠感光鼓感光4次，分別將各色碳粉轉移到轉印硒鼓上，轉印硒鼓再將圖形轉印到打印紙上面，達到輸出彩色圖形的結果。正是因為彩色激光打印機有一個重復4次的步驟，所以彩色打印的速度明顯慢于黑白打印的速度。如今一些高端彩色激光打印機采用了所謂“一次成像”技術。這一技術的關鍵是把激光發光管做得足夠小，在現有一個發光管的位置上放下對應于4種顏色的4個發光管，大大提高了彩色打印的速度。

3 紙介質打印系統的應用價值

醫學信息技術及影像傳輸與通訊系統（PACS）的發展使得不同影像設備產生的圖像實現傳遞，滿足了醫療、遠程會診和教學科研等多方面的需求，而一些西方國家的醫院即使實現了PACS，由于PACS要面對不斷采集涌入的影像數據流，大量查詢調閱影像數據的請求，通信帶寬和存儲容量的限制，影像的反復和隨機調用，都降低了PACS系統性能及運行效率，成為遠程放射學和PACS的實現瓶頸。在德國的一些醫院，即使實施了PACS，很多醫生仍會使用影像的硬拷貝作為信息載體，通常其影像檢查量，超過20%仍選擇膠片打印圖像[6]，而我國目前幾乎都還采用激光膠片打印。隨著醫療需求日益增長，面臨醫療成本不斷上升、資源匱乏、金屬銀及石油化工介入、廢料的回收處理及存檔空間成本、二次感光問題、整個產業鏈屬高能耗、高碳排放等等[8-11]。在德國，一張膠片影像成本為1.6～2.2歐元，紙質影像僅需0.1～0.15歐元，成本節約超過93%[7]，這就決定了以膠片為主流的存檔傳送方式必然被數字化的PACS或其他影像介質存檔所取代，紙介質影像打印方案作為硬拷貝的一種新品種，其顯示特點及環保優越性相對膠片而言均有其無可比擬的優勢[12]。

（1）先進性。這是一個開放的DICOM打印系統，能根據需要集成不同的影像設備或工作站，且可打印彩色和黑白影像，輸出的紙介質圖像分辨率高，又不會污染環境。

（2）經濟性。一臺紙介質打印系統可以連接醫院所有的DICOM影像設備，通過節省膠片及相應洗片藥水的消耗來降低成本，低成本的紙張更可帶來可觀的經濟效益。

（3）可靠性。打印服務器與DICOM影像設備直接連接，保證了圖像的直接傳輸，各影像設備分別定義其打印格式，各系統間工作互不干擾，具有較高的穩定性。

（4）易用性。采用觸摸屏式的操作界面，操作簡單、便捷，可以按照醫生的要求自動選擇輸出版式、紙張尺寸等，系統響應速度快，圖像打印即時可取。

4 紙介質打印系統的應用特點

醫學影像數據是DICOM格式，從技術角度講DICOM影像設備無法直接驅動通用打印機直接打印，所以，在影像設備和打印機之間需用DICOM打印服務器進行轉接，這也直接影響了打印速度和效果。而從結構及原理上也可以看出來，紙介質打印系統與干式激光膠片打印系統有著本質上的不同。后者采用熱銀鹽反應成像的技術，和傳統X線膠片比較接近，具有銀鹽還原的理化過程。所以與紙介質打印系統相比，成本高、打印速度慢、不夠環保、膠片受保存環境溫度條件和包裝袋材質類型的影響很大[13]，而紙介質打印系統很好地解決了以上問題，因此歐美一些醫院已廣泛接受紙介質圖像,膠片壟斷的市場將被打破。下面以泰立醫用影像紙質激光打印系統為例說明紙質打印系統的應用特點

4.1 數據連接與傳輸

泰立紙質打印系統采用自主知識產權的DICOM打印服務器，可將所有DICOM影像設備直接連接，并將DICOM打印指令工作轉向任何基于Windows的打印機，且可調整影像質量輸出設置，如影像的亮度、對比度、灰階度等，做到成像速度快、圖像分辨率高。通訊端口采用網絡接口，通訊協議是DICOM3.0，配有500G的硬盤。可通過PACS網絡集成醫院所有的DICOM設備，當多臺設備同時傳來數據時，可預設它們的先后進行打印。打印系統還可以對近期打印過的影像進行存儲，若有需要可重新調出影像打印不需重新拍攝。

4.2 打印影像質量與速度

該打印系統不但能以近乎膠片水平的質量將醫學影像打印在紙介質上，而且可將來源于任何影像設備的圖像，打印到指定激光打印設備上，并形成打印數據庫，尤其是可以打印彩色圖像，這是干式激光膠片無法做到的。成像幅面 ：8"×10"、11"×14"、13"×17"、14"×17"、A4、A3；分辨率：2400×2400 dpi;像素值﹥500萬像素；輸出灰階：256色度灰階；色彩閾值：8～12位；平均色差≤2.0，參數性能明顯優于國外文獻中的相關設備。

在打印速度方面，與干式激光相機比占有明顯優勢，系統響應速度快，圖像打印即時可取。首頁輸出時間：黑色≤5 s，彩色≤8 s，尺寸為14"×17"、重量250 gsm 的紙張，每分鐘10頁的高速打印（ppm）。

4.3 紙介質特性與保存

由于干式激光膠片對熱的敏感性較高，易發生再次顯影[14]，紙質膠片在這方面有明顯的優越性。介質特性：防水、高光度顯影；介質防水閾值≥48 h；介質保存時間≥30年（避光、常溫常濕環境）。

4.4 打印負荷與穩定性

因影像科打印量大，打印負荷力也是一個非常重要的參數。泰立打印系統每個月的平均打印量（70%彩色30%黑白）為22000頁，每月最大打印負荷量300000張，平均每天可承受近10000張的打印量，而且能夠呈現始終如一的影像質量。

該系統采用觸摸屏式的操作界面，操作簡單。影像工作站與打印服務器直接相連，保證了圖像的直接傳輸，打印服務器可以分別為影像設備設立打印格式，各子系統間工作互不干擾，打印具有較高的穩定性，可以在不關機的情況下連續工作，且打印機在一定時間內沒有收到任務指令下會進入待機模式。設備內部提供雙套墨粉，防止墨粉供應中斷而影響工作，打印張數進行精確計數，可隨時跟蹤耗材的使用情況[15]，堆疊輸出紙盤支持最多3000張尺寸為14"×17"、重量250 gsm 的紙張。

4.5 打印系統工作環境與要求

供電要求：AC220～240 V，50 Hz、10 A；耗電量：工作時≤2.4 kW,休眠時≤2 W。

操作環境：通風良好、避免陽光直射、遠離灰塵、避免潮濕、遠離熱源和冷源。溫度：5～30℃；濕度：10%～80% RH。

5 激光打印機使用注意事項

作為醫學影像紙介質打印系統使用的一般都是高檔的激光打印機，由于各單位工作環境和使用人員素質不同，使用過程中一定要注意以下事項。

（1）放置激光打印機的的房間要注意通風，不要把打印機放在陽光直射、過熱、潮濕或有灰塵的地方。

（2）打印服務器最好進行穩壓保護以防止對服務器的損害和可能導致的額外宕機。在電壓不穩或易停電的地區，建議安裝不間斷電源（UPS）。

（3）電氣或機械故障要由專業的人員進行維修。

（4）不要觸摸感光鼓，這可能會永久地破壞它的表面并會直接影響打印質量。

（5）不要去摸碳粉，也不要讓碳粉進入眼中。

（6）切勿遮蓋通風口。

6 小結

以上是對醫學影像紙介質打印系統的具體介紹，該輸出方案是針對醫院的實際流程和應用需求所建立的真正有利于醫院及患者的實用技術[16]，而且隨著激光相機及計算機技術的發展，它的空間分辨率和灰階等級越來越高，成像效果完全可與干式激光相機相媲美，使該系統真正成為醫院醫學影像資料打印的最佳選擇。

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