PACS系统的关键技术及应用

仇建云 桂朝伟 唐晓薇 姜 山

当前，很多医院由于资金的困扰及仪器的设备水平限制，都没有考虑图像设备的储存和传输功能。随着医疗行业信息化进程的不断推进, 将会有越来越多的医院采用PACS系统,未来几年,PACS也许会成为评价现代化医院的必备标准之一。

1 PACS产生及发展

1982年，柏林技术大学的 Heinz U.Lemke教授首次提出了数字放射系统(digital radiology system,DRS)的概念，并讨论了数字医学图像的传输和显示问题。

在我国，为了提高医院的现代化管理水平和工作效率，各级医疗机构对医疗信息系统 (health care information system，HIS)给予了极大地关注和支持，许多医院已经建立了不同规模的医疗信息系统。我国的医疗信息系统多数属于HIS的范畴，主要针对医院人员和财务管理，而同样是数字化医院环境重要组成部分的PACS却发展相对迟缓。

目前，PACS应用逐步从数字化医院迈向开发区域化、全局性的PACS系统，以适应快速发展的远程医疗诊断服务，实时、快速地调用医学图像，为各种医疗活动提供服务，已成为医院卫生保健一体化流程中的一个重要组成部分。PACS作为医院局域网上运行的系统之一,它还应该与其它信息系统进行数据交换和融合,如与医院信息系统(HIS)、放射信息系统(RIS)和临检信息系统(LIS)等的信息交换和融合。

2 PACS的基本构成和关键技术

PACS是指包括医学图像采集、存储、传输和显示等过程的全数字化系统。主要是指将医院内的各类 X射线、CT、MRI以及超声等医学图像数字化以后，输入到计算机中进行分类处理，并通过计算机网络进行传输，使医院内各个科室和部门能够进行医学图像信息的共享，或通过远程网络传输进行远程医疗服务，使医学图像信息得到最大限度的利用。

依据需要解决问题的不同，目前存在着各种各样PACS系统结构的设计方案，但它们的基本构成是一致的。为了更清楚地了解PACS的构成和应用功能，下面分别从系统控制功能与软件功能两个角度介绍其组成结构，并对实现PACS的关键技术进行分析。

2.1 PACS系统结构

PACS系统从控制功能角度看，分为数字图像获取系统、PACS控制器和图像显示系统，其结构如图1所示。

图1 PACS系统功能结构图

2.1.1 图像获取系统

图像获取系统包括成像设备和图像获取接口两部分。PACS的成像设备包括医院内所有用于诊疗的成像设备，如：X射线、CR、DR、CT、MRI、超声设备、放射荧光检查(radiofluoroscopic) 等，其模式如图2所示。

图2 图像获取转换模式图

如图2所示，常规X射线通过影像增强器、DR或CR系统的信息转换，使PACS应用系统和成像设备间进行快速通信，图像获取接口与成像设备进行通信，获得图像数据，进行预处理和信息格式的转换(如转换成ACR/NEMA格式、DICOM3.0格式),将图像数据发送给PACS控制器，图像获取接口的功能由计算机控制完成。

2.1.2 PACS控制器

PACS控制器由数据流控制器、数据库服务器和图像存档系统组成。数据流控制器对图像数据进行智能化管理；数据库服务器为已经存档的文本文件与图像文件建立索引，提供查询服务，还可以通过HL-7接口与HIS和RIS进行数据交换；存档系统是PACS的核心，也是所有PACS实现中需要考虑的关键因素。存档系统针对具体的存档策略，可使用多种存储介质，如磁盘(RAID)、磁光盘(MO)、光盘(WORM)等。

PACS控制器的功能包括：从图像获取接口得到图像，提取其中的文本信息；更新网络数据库；存档图像文件；对数据流进行控制；使数据在适当的时间发往要求的显示系统；自动从存档系统中获取对照信息；执行从显示工作站或其他控制器发出的文档读写操作。

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2.1.3 图像显示系统

图像显示系统包括显示预处理器、显示工作站缓存以及显示工作站。显示预处理器依照显示工作站的特性参数，将从PACS控制器获取的图像数据进行预处理，或者根据操作者的指令，进行各种图像处理和特征参数计算，将处理结果通过显示系统显示，显示工作站缓存用于存储近期的图像数据，包括预处理前后的图像数据；显示工作站是显示系统的核心，有时显示系统只由显示工作站构成，显示工作站是通向PACS环境的窗口。显示工作站应能充分利用PACS的资源并处理，同时提供良好的用户操作界面。

图像显示系统还包含多种软件包，如通信组件、数据库、显示组件、资源管理组件及图像处理组件等。图像显示系统的功能包括：从PACS控制器获取信息；提供PACS数据库查询接口；数据库查询结果显示；图像组织；图像增强处理；图像测量和标注；文档编辑和报告生成。

3 PACS的软件结构

软件系统由图像服务器、热备份服务器、医院HIS服务器及若干个医学图像采集点、医生工作站组成，经过中心集线器构成医院内部局域网。通过和Internet的专用接口可以实现图像的远程传输。PACS中的数据分为图像的辅助信息(文本文件)和数据(图像文件)两部分。前者包括病人基本描述信息、医生信息、诊断分析等文本信息；后者是指所有类型的医学图像数据。图像处理在PACS中起重要作用，整个系统以无损压缩为基础，图像采集点的数据经过压缩后，通过专用的传输软件上传到图像服务器中。图像管理软件负责图像数据的存档、检索、备份和恢复。各医生工作站通过授予的权限，可检索相应的图像。图像在本地解压后，通过处理软件和高精度显示软件就可进行分析和处理了。由于采用无损压缩技术，可以大大降低系统的存储空间，还可以提高图像的传输效率。

PACS是一个基于网络通信的开放式的系统，它涉及医学领域中众多制造商的各种数字图像设备，为了图像信息的共享和交互，必须制定和遵循图像通信接口和数据存储格式的标准。

DICOM（Digital Image and Communication inMedicine，医学数字成像和通讯标准）是由美国放射大学（ACR）和国际电子产品制造商联合会（NEMA）共同研究推出的一种不同电子设备之间传输医学影像和信息的工业标准。随着DICOM标准被众多医疗设备生产商所接受，并在医疗仪器中得到普遍应用，从而促进了PACS系统的发展。

医学影像数字化及其计算机处理，为逐步或完全取代胶片，建立无胶片医学图像系统创造了条件。PACS的未来将是区域PACS的形成：组建本地区、跨地区广域网的PACS网络,实现全社会医学影像的网络化。

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