医学影像纸介质打印系统原理与应用

胡寅进，郑芳，何胜洪，陈春新 南京军区鼓浪屿疗养院 影像科，福建 厦门 361002

随着医院数字化成像技术的逐渐普及和传输标准DICOM应用技术的发展，影像图像的纸介质打印系统在欧美一些医院已从实验性研究发展到逐渐推广应用阶段，一种新型、实用、经济环保的纸质打印输出系统逐步出现[1]。纸介质打印系统集成高分辨率激光打印机和打印服务器，可以实现高速连续打印，且可打印彩色和黑白图像，这是一套目前医院影像科很好解决成本高、环境污染、速度慢等问题的理想解决方案[2]。本文根据激光打印机的工作特点，浅谈影像纸介质打印系统的工作原理和使用注意事项，以使该系统能更好地应用于临床。

1 激光打印机基本结构和功能

从功能结构上，激光打印机分为打印引擎和打印控制器2大部分。打印引擎由激光扫描器、反射棱镜、感光鼓、碳粉盒、热转印单元和走纸机构等几大部分组成。它由Canon、Minolta、Xerox等少数几个引擎生产厂商提供，打印机厂商则是向引擎厂商购买或者定制打印引擎，根据引擎设计控制器和打印驱动，从而完成整个打印机的设计和生产。

打印控制器实际上是一台功能完整的计算机，它包括了通讯接口、内存、处理器和控制接口4大基本功能模块，一些高端机型还配有硬盘等大容量存储器。通讯接口负责与计算机进行数据通讯；内存用以存储接收到的打印信息和解释生成的位图图像信息；处理器是控制器的核心，所有的数据通讯、图像解释和引擎控制工作都由处理器完成，而控制接口负责引擎中的激光扫描器、电机等部件的控制和打印机面板的输入输出信息控制。

在激光打印机中，打印控制器的作用是与计算机通过接口或网络进行通讯，接收计算机发送的控制和打印信息，同时向计算机传送打印机的状态。打印引擎在打印控制器的控制下将接收到的打印内容转印到打印纸上[3-4]。

2 激光打印机基本原理

无论是黑白激光打印机还是彩色激光打印机，其基本工作原理是相同的。激光打印机的工作原理如静电复印，所不同的是静电复印是采用对原稿进行可见光扫描形成潜像，而激光打印机是用计算机输出的信息经过调制后的激光束扫描形成潜像。具体来说：首先，计算机把需要打印的内容转换成数据序列形式的原始图像，然后再把这些数据传送给打印机。打印机中的微处理器将这些数据破译成点阵的图样，破译后的点阵图样被送到激光发生器，激光发生器根据图样的内容迅速作出开与关的反应，把激光束投射到一个经过充电的感光鼓上，鼓的表面凡是被激光照射到的地方电荷都被释放掉，而那些激光没有照到的地方却仍然带有电荷，通过带电电荷吸附的碳粉转印在纸张上从而完成打印[5]。由于碳粉容易脱落，最后经预热板及高温热滚定影使碳粉紧密地吸附在纸上，即在纸上熔凝出文字及图像[6]。

彩色激光打印机则是在普通单色激光打印机的黑色碳粉基础上增加了黄、品红、青3色碳粉，并依靠感光鼓感光4次，分别将各色碳粉转移到转印硒鼓上，转印硒鼓再将图形转印到打印纸上面，达到输出彩色图形的结果。正是因为彩色激光打印机有一个重复4次的步骤，所以彩色打印的速度明显慢于黑白打印的速度。如今一些高端彩色激光打印机采用了所谓“一次成像”技术。这一技术的关键是把激光发光管做得足够小，在现有一个发光管的位置上放下对应于4种颜色的4个发光管，大大提高了彩色打印的速度。

3 纸介质打印系统的应用价值

医学信息技术及影像传输与通讯系统（PACS）的发展使得不同影像设备产生的图像实现传递，满足了医疗、远程会诊和教学科研等多方面的需求，而一些西方国家的医院即使实现了PACS，由于PACS要面对不断采集涌入的影像数据流，大量查询调阅影像数据的请求，通信带宽和存储容量的限制，影像的反复和随机调用，都降低了PACS系统性能及运行效率，成为远程放射学和PACS的实现瓶颈。在德国的一些医院，即使实施了PACS，很多医生仍会使用影像的硬拷贝作为信息载体，通常其影像检查量，超过20%仍选择胶片打印图像[6]，而我国目前几乎都还采用激光胶片打印。随着医疗需求日益增长，面临医疗成本不断上升、资源匮乏、金属银及石油化工介入、废料的回收处理及存档空间成本、二次感光问题、整个产业链属高能耗、高碳排放等等[8-11]。在德国，一张胶片影像成本为1.6～2.2欧元，纸质影像仅需0.1～0.15欧元，成本节约超过93%[7]，这就决定了以胶片为主流的存档传送方式必然被数字化的PACS或其他影像介质存档所取代，纸介质影像打印方案作为硬拷贝的一种新品种，其显示特点及环保优越性相对胶片而言均有其无可比拟的优势[12]。

（1）先进性。这是一个开放的DICOM打印系统，能根据需要集成不同的影像设备或工作站，且可打印彩色和黑白影像，输出的纸介质图像分辨率高，又不会污染环境。

（2）经济性。一台纸介质打印系统可以连接医院所有的DICOM影像设备，通过节省胶片及相应洗片药水的消耗来降低成本，低成本的纸张更可带来可观的经济效益。

（3）可靠性。打印服务器与DICOM影像设备直接连接，保证了图像的直接传输，各影像设备分别定义其打印格式，各系统间工作互不干扰，具有较高的稳定性。

（4）易用性。采用触摸屏式的操作界面，操作简单、便捷，可以按照医生的要求自动选择输出版式、纸张尺寸等，系统响应速度快，图像打印即时可取。

4 纸介质打印系统的应用特点

医学影像数据是DICOM格式，从技术角度讲DICOM影像设备无法直接驱动通用打印机直接打印，所以，在影像设备和打印机之间需用DICOM打印服务器进行转接，这也直接影响了打印速度和效果。而从结构及原理上也可以看出来，纸介质打印系统与干式激光胶片打印系统有着本质上的不同。后者采用热银盐反应成像的技术，和传统X线胶片比较接近，具有银盐还原的理化过程。所以与纸介质打印系统相比，成本高、打印速度慢、不够环保、胶片受保存环境温度条件和包装袋材质类型的影响很大[13]，而纸介质打印系统很好地解决了以上问题，因此欧美一些医院已广泛接受纸介质图像,胶片垄断的市场将被打破。下面以泰立医用影像纸质激光打印系统为例说明纸质打印系统的应用特点

4.1 数据连接与传输

泰立纸质打印系统采用自主知识产权的DICOM打印服务器，可将所有DICOM影像设备直接连接，并将DICOM打印指令工作转向任何基于Windows的打印机，且可调整影像质量输出设置，如影像的亮度、对比度、灰阶度等，做到成像速度快、图像分辨率高。通讯端口采用网络接口，通讯协议是DICOM3.0，配有500G的硬盘。可通过PACS网络集成医院所有的DICOM设备，当多台设备同时传来数据时，可预设它们的先后进行打印。打印系统还可以对近期打印过的影像进行存储，若有需要可重新调出影像打印不需重新拍摄。

4.2 打印影像质量与速度

该打印系统不但能以近乎胶片水平的质量将医学影像打印在纸介质上，而且可将来源于任何影像设备的图像，打印到指定激光打印设备上，并形成打印数据库，尤其是可以打印彩色图像，这是干式激光胶片无法做到的。成像幅面 ：8"×10"、11"×14"、13"×17"、14"×17"、A4、A3；分辨率：2400×2400 dpi;像素值﹥500万像素；输出灰阶：256色度灰阶；色彩阈值：8～12位；平均色差≤2.0，参数性能明显优于国外文献中的相关设备。

在打印速度方面，与干式激光相机比占有明显优势，系统响应速度快，图像打印即时可取。首页输出时间：黑色≤5 s，彩色≤8 s，尺寸为14"×17"、重量250 gsm 的纸张，每分钟10页的高速打印（ppm）。

4.3 纸介质特性与保存

由于干式激光胶片对热的敏感性较高，易发生再次显影[14]，纸质胶片在这方面有明显的优越性。介质特性：防水、高光度显影；介质防水阈值≥48 h；介质保存时间≥30年（避光、常温常湿环境）。

4.4 打印负荷与稳定性

因影像科打印量大，打印负荷力也是一个非常重要的参数。泰立打印系统每个月的平均打印量（70%彩色30%黑白）为22000页，每月最大打印负荷量300000张，平均每天可承受近10000张的打印量，而且能够呈现始终如一的影像质量。

该系统采用触摸屏式的操作界面，操作简单。影像工作站与打印服务器直接相连，保证了图像的直接传输，打印服务器可以分别为影像设备设立打印格式，各子系统间工作互不干扰，打印具有较高的稳定性，可以在不关机的情况下连续工作，且打印机在一定时间内没有收到任务指令下会进入待机模式。设备内部提供双套墨粉，防止墨粉供应中断而影响工作，打印张数进行精确计数，可随时跟踪耗材的使用情况[15]，堆叠输出纸盘支持最多3000张尺寸为14"×17"、重量250 gsm 的纸张。

4.5 打印系统工作环境与要求

供电要求：AC220～240 V，50 Hz、10 A；耗电量：工作时≤2.4 kW,休眠时≤2 W。

操作环境：通风良好、避免阳光直射、远离灰尘、避免潮湿、远离热源和冷源。温度：5～30℃；湿度：10%～80% RH。

5 激光打印机使用注意事项

作为医学影像纸介质打印系统使用的一般都是高档的激光打印机，由于各单位工作环境和使用人员素质不同，使用过程中一定要注意以下事项。

（1）放置激光打印机的的房间要注意通风，不要把打印机放在阳光直射、过热、潮湿或有灰尘的地方。

（2）打印服务器最好进行稳压保护以防止对服务器的损害和可能导致的额外宕机。在电压不稳或易停电的地区，建议安装不间断电源（UPS）。

（3）电气或机械故障要由专业的人员进行维修。

（4）不要触摸感光鼓，这可能会永久地破坏它的表面并会直接影响打印质量。

（5）不要去摸碳粉，也不要让碳粉进入眼中。

（6）切勿遮盖通风口。

6 小结

以上是对医学影像纸介质打印系统的具体介绍，该输出方案是针对医院的实际流程和应用需求所建立的真正有利于医院及患者的实用技术[16]，而且随着激光相机及计算机技术的发展，它的空间分辨率和灰阶等级越来越高，成像效果完全可与干式激光相机相媲美，使该系统真正成为医院医学影像资料打印的最佳选择。

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