医学图像存储与传输系统概述培训ppt课件

医学图像存储与传输医学图像存储与传输系统概述系统概述医学图像存储与传输系统概述1一、一、医学影像医学影像PACS系统概述系统概述二、二、医学影像系统的发展历史概况医学影像系统的发展历史概况三、三、当前在当前在PACS中应用的主要技术和设备中应用的主要技术和设备四、四、医学影像系统建设应采取的策略医学影像系统建设应采取的策略五、五、PACS的影像存储和传递形式的影像存储和传递形式六、六、PACS系统的组成系统的组成七、七、PACS类型及特征类型及特征八、八、PACS系统管理结构模式系统管理结构模式九、九、PACS目前存在的问题目前存在的问题十、十、PACS的发展趋势的发展趋势十一、十一、医学数字图像通讯（医学数字图像通讯（DICOM）标准）标准2医学图像存储与传输系统概述一、医学影像PACS系统概述2医学图像存储与传输系统概述2 一一.医学影象系统概述医学影象系统概述 医学影像医学影像系统通常称为医学影像计算机存档与传输系统（Picture Archiving and Communication System 简称PACS），是使用计算机和网络技术对医学影像进行数字化处理的系统。其目标目标目标目标是用来代替现行的模拟医学影像体系。它主要解决医学影像的采集和数字化图像的存储和管理数字化医学图像的高速传输，图像的数字化处理和重现图像信息与其它信息的集成3医学图像存储与传输系统概述 一.医学影象系统概述 医学影像系统通常称为医学影像计算3根据医学影像实际应用的不同目的，数字化的影像可分为三个精度等级三个精度等级：影像做为医疗诊断的主要依据时，数字化后的影像必须反映原始图像的精度；作为医疗中的一般参考时，数字化影像可进行一定的压缩，以减少对信息资源的占用；作为教学参考时，数字化影像只要能够保留影像中教学所需要的部分内容，允许对数字化的影像有比较大幅度的有损压缩。4医学图像存储与传输系统概述根据医学影像实际应用的不同目的，数字化的影像可分为三个精度等4不同的医学影像对数字化的精度精度精度精度要求也不同，常见有：对光胸片、乳腺片影像光胸片、乳腺片影像，几何精度要求为以上，灰阶分辨率为1024级至4096级；对、影像对、影像，几何精度为512512，灰阶分辨率为4096级；对超声、内窥镜影像对超声、内窥镜影像，几何精度为320级-512级，灰阶为256级彩色影像，这类影像还需要是1630幅/秒连续的动态影像；对病理影像对病理影像，几何精度为512512或1K1K，具有灰阶分辨率为256级的彩色图像。5医学图像存储与传输系统概述不同的医学影像对数字化的精度要求也不同，常见有：5医学图像存5随着光检查、超声、胃肠镜、血光检查、超声、胃肠镜、血光检查、超声、胃肠镜、血光检查、超声、胃肠镜、血管造影管造影管造影管造影等影像学检查的应用也越来越普遍。在传统传统传统传统的医学影像系统中，影像的存储介质是胶片、磁带胶片、磁带胶片、磁带胶片、磁带等。例如例如例如例如图像存储介质所占的空间不断增加，给存放和查找带来了严重的问题；各种不同检查的图像分别存放，临床医生要同时参考同一病人不同检查所产生的影像时往往借阅困难；传统图像存储和管理的独占性使得图像的丢失概率增加，利用率下降，异地会诊困难等。6医学图像存储与传输系统概述随着光检查、超声、胃肠镜、血管造影等影像学检6由于由于医学图像数据量大，需要大容量的存储设备，高数据量大，需要大容量的存储设备，高性能的显示设备和高速的计算机网络性能的显示设备和高速的计算机网络，高昂的费用曾经是建立PACS的主要障碍。随着计算机技术的发展，计算机和通讯设备的性能价格比迅速提高，高性能的计算机设备的价格已经可以逐步为一些经济条件较好的医院所接受。这为数字化医学影像存储和传输奠定了基础这为数字化医学影像存储和传输奠定了基础。在经济上和医疗质量上不断增长的要求下，使医院对PACS的需求也不断提高。7医学图像存储与传输系统概述由于医学图像数据量大，需要大容量的存储设备，高性能的显示设备7二、医学影像系统的发展历史概况二、医学影像系统的发展历史概况PACS的概念提出于80年代初。建立PACS的想法主要是由两个主要因素两个主要因素引起的：一是数字化影像设备一是数字化影像设备，如CT设备等的产生使得医学影像能够直接从检查设备中获取；另一个是计算机技术的发展另一个是计算机技术的发展，使得大容量数字信息的存储、通讯和显示都能够实现。8医学图像存储与传输系统概述二、医学影像系统的发展历史概况PACS的概念提出于80年代8在在80年代初期年代初期，欧洲、美国等发达国家基于大型计算机的医院管理信息系统已经基本完成了研究阶段而转向实施，研究工作在研究工作在80年代中就逐步转年代中就逐步转向为医疗服务的系统向为医疗服务的系统，如临床信息系统，PACS等方面。在欧洲、日本和美国等相继建立起研究PACS的实验室和实验系统。随着技术的发展，到90年代初期已经陆续建立起一些实用的PACS。9医学图像存储与传输系统概述在80年代初期，欧洲、美国等发达国家基于大型计算机的医院管理9在在80年代中后期年代中后期所研究的医学影像系统主要采用的是专用设备专用设备，整个系统的价格非常昂贵。到到90年代中期年代中期，计算机图形工作站的产生和网络通讯技术的发展，使得PACS的整体价格有所下整体价格有所下降降。进入进入90年代后期年代后期，微机性能的迅速提高，网络的高速发展，使得PACS可以建立在一个能被较多医院接受的水平上。10医学图像存储与传输系统概述在80年代中后期所研究的医学影像系统主要采用的是专用设备，整10 1982 1982年美国放射学会放射学会（ACR）和电器制造电器制造协会协会（NEMA）联合组织了一个研究组，1985年制定出了一套数字化医学影像的格式标准，即ACR-NEMA1.0标准标准，随后在1988年完成了ACR-NEMA2.0。11医学图像存储与传输系统概述 1982年美国放射学会（ACR）和电器制造协会（NEM11随着网络技术网络技术的发展，人们认识到仅有图像格式标准还不够，通讯标准通讯标准在PACS中也起着非常重要的作用。随即在1993年由ACR和NEMA在ACR-NEMA2.0标准的基础上，增加了通讯方面的规范；同时按照影像学检查信息流特点的E-R模型重新修改了图像格式中部分信息的定义，制定了DICOM 3.0标准。12医学图像存储与传输系统概述随着网络技术的发展，人们认识到仅有图像格式标准还不够，通讯标12目前目前，一些主要的医疗仪器公司，如GE、PHILIPS、西、西门子、柯达门子、柯达等，所生产的大型影像检查设备都配有支持DICOM标准标准的通讯模块或工作站，也有许多专门制造影像系统的公司生产支持DICOM标准的影像处理、显示、影像处理、显示、存储系统存储系统。13医学图像存储与传输系统概述目前，一些主要的医疗仪器公司，如GE、PHILIPS、西门子13DICOM标准也在不断的更新更新，它所支持的医学影像种类也不断地增加，已经从原来原来ACR-NEMA标准只标准只支持放射影像扩展支持放射影像扩展到支持内窥镜、病理等其他影像支持内窥镜、病理等其他影像。也有学者在研究处理医学图形、声音等信息。同时也有人研究DICOM与其他医学信息传输标准的沟通，如HL7（Health Level Seven）等14医学图像存储与传输系统概述DICOM标准也在不断的更新，它所支持的医学影像种类也不断地14三、三、当前在当前在PACS中应用的主要技术和设备中应用的主要技术和设备我国我国的医院信息系统发展较晚较晚，现在所使用的信息系统平台、网络技术都能够支持信息系统的应用和PACS。因此，重要的一点就是需要做好医院信息化建设的整体规划整体规划，使信息系统能够和今后逐步建立的各个系统顺利地连接，避免国外系统所遇到的麻烦。尽量采用通用的信息交换标准，模块化设计，尽尽量采用通用的信息交换标准，模块化设计，尽可能与信息系统一体化可能与信息系统一体化是PACS建设时在技术上要认真考虑的问题。15医学图像存储与传输系统概述三、当前在PACS中应用的主要技术和设备我国的医院信息系151、标准化技术、标准化技术标准化技术标准化技术的应用在建立PACS中是非常重要的，使用工业标准能够使所建系统充分利用各种先进的设备，并能够充分集成各个公司所开发的采集系统、图像管理系统、显示系统、打印系统等。DICOM标准是医学影像数据交换的主要标准标准是医学影像数据交换的主要标准，其核心内容是：（1）定义了包括病人信息、检查信息和相关图像参数的图像头数据以及图像本身数据的图像格式。16医学图像存储与传输系统概述1、标准化技术16医学图像存储与传输系统概述16（2）定义了图像通过用点对点方式、网点对点方式、网络方式、文件方式络方式、文件方式等进行交换的方法和规范。DICOM标准采用了面向对象的方法，将真实世界的模型抽象成为不同层次的对象模型，使图像的采集、存储、通讯采集、存储、通讯更加便于计算机进行处理。它目前有14章，同时DICOM采用分章节更新的方法，能够随应用的发展而不断发展。17医学图像存储与传输系统概述（2）定义了图像通过用点对点方式、网络方式、文件方式等进行交17、PACS与其他系统的信息交换问题与其他系统的信息交换问题医院信息系统医院信息系统是一个整体，我们建立PACS的主要目的主要目的也是为医生提供医疗、教学和科研所需要的信息。医生在看检查图像的同时，也非常需要了解检查报告、病人的病历等其他信息。因此，将PACS与医院其他信息系统结合是非常重要的。18医学图像存储与传输系统概述、PACS与其他系统的信息交换问题18医学图像存储与传输系18国外国外一些发达国家在处理这个问题时遇到了很大很大的麻烦的麻烦。一方面一方面由于欧美等发达国家原来已经建立了基于大型机的集中式医院管理信息系统，这在技术上与现在的图形工作站系统连接存在一定难度。另一方面另一方面由于在早期系统设计时并未考虑到要与这些新的系统交换信息，在整体规划上没有一个统一的信息交换标准，造成了各个系统之间连接难题。一些医院为了解决这个问题，或采取在医生面前放置多台设备的方法，或专门设计一些接口供系统之间进行信息交换和同步。19医学图像存储与传输系统概述国外一些发达国家在处理这个问题时遇到了很大的麻烦。一方面由于19、图像预取技术、图像预取技术医学图像医学图像因其数据量大数据量大，传输需要占用很宽的网络带宽资源。而医院工作的特点特点是对图像数据的突发性要求高对图像数据的突发性要求高。例如在病人刚入院时需要调用大量的病历数据，也包括图像数据，而平时则主要局限于使用住院病人的资料。在这样的环境下，信息系统网络的平均带宽需求与高峰时的需求差距非常大。20医学图像存储与传输系统概述、图像预取技术20医学图像存储与传输系统概述20要想既满足医疗的需要又降低整个系统的既满足医疗的需要又降低整个系统的成本成本，使用图像预取技术使用图像预取技术是能够充分利用信息系统网络资源的办法。预取技术预取技术的核心就是根据根据病人入出院以及预约的信息，利用利用网络通讯的低谷时间将所需要的病人图像事先传输到医生所需要的地方，以减少网络高峰时间的压力，同时同时也提高医生存取图像时的速度。要实现图像预取的基础要实现图像预取的基础是PACS必须与医院的其他系统能够很好地进行信息沟通进行信息沟通，同时也要研究一个合理的预测算法。21医学图像存储与传输系统概述要想既满足医疗的需要又降低整个系统的成本，使用图像预取技术是21、图像压缩技术、图像压缩技术 医学图像医学图像数据量之大是惊人的，建立PACS中的许多技术困难技术困难都与之有关，象图像的存储、传输、显示存储、传输、显示等。如何能够对医学图像进行压缩如何能够对医学图像进行压缩，是多年来图像处理技术中的一个重点研究的问题重点研究的问题。随着计算机多媒体技术的发展，已经制定了许多图像压缩的标准算法标准算法，如静态图像的JPEG标准，动态图像的MPEG1、MPEG2、MPEG4算法等。这些算法在娱乐、游戏、INTERNET上得到了广泛的应用。22医学图像存储与传输系统概述、图像压缩技术 22医学图像存储与传输系统概述22但是但是，由于医学图像关系到医学诊断的可靠性，影响非常之大。因此，对于医学图像的有损压缩问题一般都讳莫如深。例如例如我们在INTERNET上常见JPEG图像压缩是一种有损的压缩算法，它是将HUFFMAN变换和数字余弦变换（DCT）相结合，得到了几十分之一到几十分之一到上百分之一上百分之一这样很高的压缩比。而在DICOM标准中目前常用的也只是无损压缩的标准算法，即仅使用无损的使用无损的JPEG压缩算法压缩算法。这样医学图像的压缩比的通常只能达到三分之一三分之一左右。23医学图像存储与传输系统概述但是，由于医学图像关系到医学诊断的可靠性，影响非常之大。因此23、当前建立、当前建立PACS使用的主要设备使用的主要设备医学图像医学图像的采集设备采集设备是PACS图像质量的第一关，除了象CT、MRI、CR、DSA等数字化影像设备的图像可以直接从机器中采集外，目前大量使用的胶片图像需要使用胶片扫描仪输入到PACS中。大容量大容量的数据存储设备数据存储设备是图像管理系统的一个核心部件核心部件，通常大容量的硬磁盘通常大容量的硬磁盘阵列是进行在线存储的首选设备首选设备，一般可以使用RAID的方式的方式将数个硬盘组成具有一定冗余的硬盘系统，它具有速度高、存取方便、可靠性好、价速度高、存取方便、可靠性好、价格较低格较低的特点。通常每兆字节的存储费用仅在0.2元元左右。24医学图像存储与传输系统概述、当前建立PACS使用的主要设备24医学图像存储与传输系统24激光照相机激光照相机也是PACS中常用的设备，国内很多大医院已经为CT、MRI等大型设备配备了激光照相机用于产生胶片，这些设备同样可以与PACS连接。在医院建立的PACS所使用的其他设备其他设备，如微机、微机、图形工作站、网络交换机图形工作站、网络交换机等等，都是目前通用的计算机和通讯设备。目前计算机的高速发展高速发展，通用设备的性能也越来越高，已经能够满足大部分建设PACS的需求。25医学图像存储与传输系统概述激光照相机也是PACS中常用的设备，国内很多大医院已经为CT25四、医学影像系统建设应采取的策略四、医学影像系统建设应采取的策略建立建立PACS的一个目标一个目标是方便图像的存取，使临床医生能够随时随地读取所需要的图像。另一个目标另一个目标是建立无胶片化医院，通过减少胶片的使用降低医院的消耗，提高经济效益。对于医学影像系统的建设，医院应该进行全全面统一的规划面统一的规划，充分考虑PACS与其他系统的信息沟通。26医学图像存储与传输系统概述四、医学影像系统建设应采取的策略建立PACS的一个目标是方26要达到上述两个主要目标要达到上述两个主要目标，满足医院实际工作的需要，应该从影像质量、存储图像影像质量、存储图像的数量、影像采集方式、显示设备的配备的数量、影像采集方式、显示设备的配备数量和范围数量和范围等方面进行认真的论证。通常通常需要有高质量的图像采集系统图像采集系统，要在临床科室配备大量的图像显示设备图像显示设备，有十十几个几个TB（1TB=1024GB）的在线存储容量在线存储容量和高速度的网络通讯能力高速度的网络通讯能力，才能够使系统替代传统胶片。27医学图像存储与传输系统概述要达到上述两个主要目标，满足医院实际工作的需要，应该从影像质27医院医院应该加强加强信息系统建设的统一规划统一规划。医学影像系统管理的是医院信息中的一个重要部分，由于其数据量巨大，对计算机系统、网络系统和存储等都带来了许多问题。因此，产生了许多应用技术应用技术，如如图像的预取技术、图像压缩技术等图像的预取技术、图像压缩技术等。然而，作为医院信息系统中的一部分，图像信息与其他信息能够很好融合和连接是PACS建设中一个不能忽视的问题。各个医院通过做好统一规划，避免PACS与医院其他系统出现信息交换问题。28医学图像存储与传输系统概述医院应该加强信息系统建设的统一规划。医学影像系统管理的是医院28普及普及PACS应用技术应用技术。近年来近年来，一些医院陆续建立起医院管理信息系统，完善了医院计算机网络，许多医院计划建立医学影像管理系统（PACS）。然而然而，由于我国PACS研究工作开展比较晚，许多医院急需比较全面和完整地了解相关的技术，需要通过各种形式的工作使医院能够正确认识PACS技术的应用目标、应用目标、作用和建立方法作用和建立方法等问题。建立建立医学影像系统的标准和规范标准和规范。在数字影像的采集采集、显示，远程医疗显示，远程医疗等方面我国尚没有相应的标准尚没有相应的标准，这不这不利于利于保障数字化影像在医疗工作中的可靠性和安全性。专业委员会力图通过积极组织研究、引进国外标准等方法，建立起适合我国PACS系统、远程医疗应用的技术标准和规范。29医学图像存储与传输系统概述普及PACS应用技术。近年来，一些医院陆续建立起医院管理信息29五、五、PACS的影像存储和传递形式的影像存储和传递形式医学影像医学影像的类型可以分成8bit黑白、黑白、12bit黑白、黑白、24bit彩色彩色等。8bit黑白和24bit彩色可以使用WINDOWS标准的文件存储格式，而12bit黑白图像则无法用任何现有的文件格式表达，也无法使用标准的图像浏览软件观看。在PACS系统内部，影像通常是按自定义格式存放的文件。30医学图像存储与传输系统概述五、PACS的影像存储和传递形式医学影像的类型可以分成8b30医学影像的传递医学影像的传递。DICOM规定了影像文件传递和存储的标准，包括标准的存储介质和标准的包括标准的存储介质和标准的网络通讯网络通讯。标准的存储介质叫作DICOM STORAGE，是一种文件系统的结构标准。主要是用于在UNIX/MAC/WINDOWS等不同平台的PACS系统之间直接兼容存储介质。这种介质可以是CD、MO，也可以是DVD或者TAPE。31医学图像存储与传输系统概述医学影像的传递。DICOM规定了影像文件传递和存储的标准，31DICOM网络通讯标准主要用于局域网内的通讯。网络通讯标准主要用于局域网内的通讯。在网络上在网络上，DICOM3.0十分类似于十分类似于TCP/IP，不管两端的机器和操作系统如何，都可以透明地进行影像传递。DICOM网络通讯有缺乏安全认证的缺点，所以只适用于局域网中。DICOM存储和通讯中的影像可以按约定的方式进行压缩，但不是所有的PACS系统都支持这些压缩，所以大部分DICOM存储和通讯中的影像数据都是完全展开的，占据很大的空间。32医学图像存储与传输系统概述DICOM网络通讯标准主要用于局域网内的通讯。32医学图像存32为了为了解决存储和节省空间，PACS系统内部通常使用自己独特的文件格式。这并不影响系统的兼容性，因为到了网上，大家都用DICOM协议通讯协议通讯。就如同各个国家有自己的货币，但是作国际贸易时都使用美元一样。支持支持PACS的数据库系统比较简单。只有病人检查序列号和诊断、登记信息放在数据库中，大小不一的影像存储成文件交给文件系统去管理。为了保证图像的可浏览性为了保证图像的可浏览性，各PACS通常提供了独特的小程序，用于在自己的文件结构上进行影影像检索、浏览和图像处理。像检索、浏览和图像处理。33医学图像存储与传输系统概述为了解决存储和节省空间，PACS系统内部通常使用自己独特的文33理想理想中的PACS影像信息全部存在SERVER上，进行集中备份和管理集中备份和管理。但是海量存储设备和管理软件的费用太高，所以目前还不能进入普及阶段。替代方案替代方案是分布存储，即在每个采集工作站上进行光盘刻录，独立进行检索。影像数据影像数据允许分布储存在不同机器的不同数据库中，不同目录中，不同结构的文件中。PACS的的用途用途就是屏蔽掉系统的复杂性，使得不同地方存储的影像在安全机制认可的前提下自由地流动。34医学图像存储与传输系统概述理想中的PACS影像信息全部存在SERVER上，进行集中备份34六、六、PACS系统的组成系统的组成一个PACS系统，主要包括的内容有图像采集、传图像采集、传输存储、处理、显示以及输存储、处理、显示以及打印打印。硬件硬件主要有接口设备、存储设备、主机、网络设备和显示系统。软件软件的功能包括功能包括通讯、数据库管理、存储管理、任务调度、错误处理和网络监控等。35医学图像存储与传输系统概述六、PACS系统的组成35医学图像存储与传输系统概述351、图像采集、图像采集图像采集图像采集是本系统的“根”，是系统能够正常运行的基本点。只有采集到图像后，才能进行后续的显示、处理等工作，采集的图像质量决定PACS系统是否可用以及是否具有实际意义。36医学图像存储与传输系统概述1、图像采集36医学图像存储与传输系统概述36图像的采集可分为两种类型两种类型：一是静态图像静态图像，主要是单帧图片，例如例如腹部超声发现的结石图像；二是动态图像动态图像，为一段或多段连续的图像系列，如心脏超声可以采集一个或多个心动周期的图像。根据超声仪器的特点，决定了其图像采集的方式，目前大体有两种方式两种方式：数字图像数字图像以及视频图像视频图像的采集。37医学图像存储与传输系统概述图像的采集可分为两种类型：37医学图像存储与传输系统概述37（1）数字图像采集）数字图像采集数字图像数字图像直接通过网络实现图像采集。以超声仪器为例，该方式的前提前提：一是一是超声仪器为数字化超声仪，二是二是其图像支持国际医学图像标准如国际医学图像标准如DICOM（Digital Imaging and Communication in Medicine）或其它标准，三是三是开发支持对应格式的图像存贮、显示等软件。该方式实现起来比较简单，只要超声仪通过网络与图像存贮设备例如图像存贮工作站连接即可。该方式要求超声仪器本身支持DICOM或其它标准，但它是超声图像采集的最终最终方式方式，将来很可能是超声仪器的基本配置基本配置。38医学图像存储与传输系统概述（1）数字图像采集38医学图像存储与传输系统概述38（2）视频图像采集）视频图像采集视频图像视频图像的采集采集是将超声仪器输出的视频视频信号信号通过计算机转化为数字信号数字信号。具体是通过图像采集卡将超声仪器的图像采集到工作站，然后保存到存贮设备中。该方式目前基本满足于所有的仪器，实现的条件也比较成熟。39医学图像存储与传输系统概述（2）视频图像采集39医学图像存储与传输系统概述392、传输存储、传输存储图像图像的传输存储过程传输存储过程是将采集到的位于超声工作站上的图像按一定的格式、一定的组织原则存贮到物理介质上，如服务器、光盘等，以备使用。必须考虑的问题：存贮格式、存贮空间、存贮介质等问题。可以使用的存贮格式为：TIF、TGA、GIF、PCX、BMP、AVI、MPEG、JPEG、DICOM，我们选择比较通用的AVI格式或格式或DICOM格式格式。40医学图像存储与传输系统概述2、传输存储40医学图像存储与传输系统概述40图像压缩方法很多，但医学图像必须保证图像能完全还原为原图式样。也就是说，必须为无失真压缩（或称无损压缩，相对于有失真压缩）。目前几种实用标准为ISO（国际标准化组织）和ITU（国际电信联盟）制定的如下三种：JPEG、H.261以及MPEG等。常用存储介质常用存储介质：（1 1）硬磁盘）硬磁盘用于临时存贮采集的图像或显示的图像，在图像采集工作站上或者专门的图像服务器上皆配备该设备。（2 2）光盘存储器）光盘存储器即CD-R盘片，一张盘片存贮量可达到650MB或更大，多张光盘可组成光盘塔、光盘阵，以实现大量数据的存贮。（3 3）流磁带（库）。）流磁带（库）。41医学图像存储与传输系统概述图像压缩方法很多，但医学图像必须保证图像能完全还原为原图式样413、显示、显示图像图像的显示必须满足(1)不依赖于硬件，也就是说通过软件实现图像显示；(2)动态图像可以动态显示，也可以静态显示；(3)图像方便地在院区网的工作站（如医生工作站）上显示，采集的图像能充分共享，以达到图像采集的目的。42医学图像存储与传输系统概述3、显示42医学图像存储与传输系统概述424、处理、处理图像处理目前包括图像放大缩小、灰度增强、锐度调整、开窗以及漫游等，图像面积、周长、灰度等的测量。5、打印、打印生成规范的、包括图像的超声诊断报告单。图像打印时用户可以选择一到四幅图像，呈方阵排列，如果配备彩色激光或喷墨打印机则可打印非常漂亮、艳丽、基本满足医学需要的报告单。43医学图像存储与传输系统概述4、处理43医学图像存储与传输系统概述43七、七、PACS类型及特征类型及特征按规模和应用功能将按规模和应用功能将PACS分为三类：分为三类：1、全规模、全规模PACS（full-service PACS）：涵盖全放射科或医学影像学科范围，包括所有医学成像设备、有独立的影像存储及管理子系统、足够量的图像显示和硬胶片拷贝输出设备，以及临床影像浏览、会诊系统和远程放射学服务。44医学图像存储与传输系统概述七、PACS类型及特征按规模和应用功能将PACS分为三类442、数字化、数字化PACS（digital PACS）：包括常规X-线影像以外的所有数字影像设备（如CT、MRI、DSA等），常规X线影像可经胶片数字化仪（film digitizer）进入PACS。具备独立的影像存储及管理子系统和必要的软、硬拷贝输出设备。45医学图像存储与传输系统概述2、数字化PACS（digital PACS）：包括常规X-453 3、小型、小型PACSPACS（mini-PACSmini-PACS）：局限于单一医学影像部门或影像子专业单元范围内，在医学影像学科内部分地实现影像的数字化传输、存储和图像显示功能。具备医学数字影像传输（DICOM）标准的完全遵从性，是现代PACS不可或缺的基本特征。在近年的文献中提出了“第二代PACS”（Hi-PACS，Hospital integrated PACS）的概念，其基本定义即指包括了模块化结构、开放性架构、DICOM标准、整合医院信息系统/放射信息系统（HIS/RIS）等特征的full-service PACS范畴。46医学图像存储与传输系统概述3、小型PACS（mini-PACS）：局限于单一医学影像部46八、八、PACS系统管理结构模式系统管理结构模式PACEPACE系统管理结构模式可以分为以下两种：系统管理结构模式可以分为以下两种：1 1、集中管理模式（、集中管理模式（Central ManagementCentral Management）：由1个功能强大的中央管理系统（服务器）及中央影像存储系统（Central Archiving）服务于所有PACS设备和影像，提供集中的、全面的系统运行和管理服务。该模式有利于对系统资源和服务实施进行有效的管理，但该模式对网络带宽及传输速率、管理系统设备软件和（或）硬件性能及稳定性要求较高。47医学图像存储与传输系统概述八、PACS系统管理结构模式PACE系统管理结构模式可以分472 2、分布式管理模式（、分布式管理模式（Distributed Distributed ManagementManagement）：PACS由多个相对独立的子单元（系统）组成，每一子单元有独立的存储管理系统。可以设或不设中央管理服务器，但通常应具有一个逻辑上的中央管理系统/平台。该模式也可以由多个mini-PACS整合形成。分布式管理模式有利于减轻网络负荷，但对资源和服务的管理、利用效率可能不及集中模式高。48医学图像存储与传输系统概述2、分布式管理模式（Distributed Manageme48九、九、PACS目前存在的问题目前存在的问题标准化技术标准化技术的应用在PACS建立过程中关系重大，它关系到PACS与其他系统信息交换和各个不同厂商设备的连入。当前，有美国的美国的ACRACR和和NEMANEMA两个组织共同制定两个组织共同制定DICOMDICOM标准已经标准已经成为业界实际采用的工业标准。成为业界实际采用的工业标准。这个标准使得各个医疗影像仪器生产厂的数字化检查设备能够容易地连接在一起。49医学图像存储与传输系统概述九、PACS目前存在的问题标准化技术的应用在PACS建立过49 由于由于医学影像系统中图像的质量关系到诊断和治疗的准确性，因此系统应该对图像质量有很高的要求，对图像质量产生较大影像的主要因素主要因素是胶片图像的采集过程。在诊疗中，通常对X胶片的影像质量、图像的几何分辨率、光密度、噪声等都有较高的要求，需要使用专用的胶片激光扫描仪进行图像的采集，而目前在很多远程医疗系统使用普通办公用扫描系统采集的图像往往达不到要求。50医学图像存储与传输系统概述 由于医学影像系统中图像的质量关系到诊断和治疗的准确性50当前计算机技术的发展为PACS建设提供了技术基础。大容量的磁盘已经大大降低了图像存储的费用。使用CD-R、光盘柜、光盘塔等设备，使系统的离线存储非常可靠与方便，同时费用也能够为广大医院所接受。不同检查所产生的医学影像，在图像分辨率、光密度等方面有非常大的差别。大多数种类的检查影像是中低分辨率的。这些影像能够使用常用的通用微机设备进行处理和显示，只有少数种类的影像需要高分辨率的设备来处理。我们可以充分利用这个特点，在PACS建设中分阶段实施，逐步实现医院影像处理的自动化和无胶片化。51医学图像存储与传输系统概述当前计算机技术的发展为PACS建设提供了技术基础。大容量的磁51十、十、PACS的发展趋势的发展趋势PACSPACS是临床医学、医学影像学、数字化图像技术临床医学、医学影像学、数字化图像技术与计算机技术、网络通讯技术与计算机技术、网络通讯技术结合的产物。它将医学影像资料转化为计算机能识别处理的数字形式，通过计算机及网络通讯设备，完成对医学影像信息及其相应信息（资料）的采集、存储、处采集、存储、处理及传输理及传输等功能，使医学信息资源共享，并得到充分的利用。从临床医师的角度，PACS也可理解为多媒体（电子）病案管理系统的主要组成部分。52医学图像存储与传输系统概述十、PACS的发展趋势PACS是临床医学、医学影像学、数字52 在确定PACS发展模式时，应根据实际情况制定总体规划，循序渐进，分步实施；遵循遵循DICOM DICOM 3.03.0标准标准，并基于Internet 的浏览器/服务器体系，采用模块化结构去建设PACS及探讨PACS的发展模式和实施策略。53医学图像存储与传输系统概述 在确定PACS发展模式时，应根据实际情况制定总体规划，循序53选择选择基于浏览器浏览器/服务器（服务器（B/SB/S）体系的模块化结构组建PACS，在于充分利用WWWWWW技术设计PACS。B/S体系结构，从分布式数据库管理系统角度来说，它是Client/Server（C/S）模式的扩展，是基于超链接Hyperlinks、HTM描述语言的多级C/S体系结构，易于解决跨平台问题，通过标准浏览器访问多个平台。54医学图像存储与传输系统概述选择基于浏览器/服务器（B/S）体系的模块化结构组建PACS54B/S的客户端为标准的浏览器，环境单一，界面统一，易学易操作，易提高工作效率，版本更新易维护。由于B/S体系结构的代码分布不象C/S结构那样，要分布在客户端和服务器端，B/S结构在版本更新时，只需考虑服务器端代码，降低运行成本和软件开发的工作压力。同时B/S可便于实现业务的分布式处理与代码的集中式维护，以利于目前医院缺乏高质素计算机技术人员的条件下，建立集中管理的网络中心，对医学信息系统的各种应用系统的服务器群、网络核心交换设备、网络使用情况的监控设备，以及有关医院管理和临床诊疗信息的海量存取系统等，进行及时而全面的维护和管理，以提高医院信息系统的实用性，以及对付突发事件的应变能力。55医学图像存储与传输系统概述B/S的客户端为标准的浏览器，环境单一，界面统一，易学易操作55在上述制定医院信息系统总体规划的前提下，在上述制定医院信息系统总体规划的前提下，探讨探讨PACSPACS的发展模式：的发展模式：（1）建立小规模建立小规模PACSPACS（mini-PACSmini-PACS）或部分）或部分PACSPACS（Partial PACSPartial PACS）。应用DICOM 3.0标准为设备接口，将数字化成像的医学影像设备连接入网，实现医学影像部门信息资源共享。（2）通过医院局部网络，实现基于通过医院局部网络，实现基于B/SB/S和和WWWWWW技技术的示教式的术的示教式的PACSPACS。其PACS工作站显示器分辨率为10241024，10Bit，供各临床科室作非医学影像诊断的浏览（阅读）医学图像（如CT、MRI、超声和X光线）。它具有院内图像分配系统（IHIDS）的雏型。56医学图像存储与传输系统概述在上述制定医院信息系统总体规划的前提下，探讨PACS的发展模56（3）面向医学影像学专业医师，用以进行医面向医学影像学专业医师，用以进行医学影像会诊的学影像会诊的PACSPACS。具有完善的图像采集功能，除能通过DICOM 3.0接口从CT、MRI、DSA、CR、DR等直接采集数字化图像外，还可通过数字化仪（Digitizer），将胶片上记录的模拟信息数字化，间接采集图像信息。应用公认的图像压缩标准，如：“JPEG”（联合图片专家组）无失真压缩算法，将数字化医学影像压缩存储。按DICOM 3.0标准建立医学影像信息库，并通过高速网络传输，实现医学影像中心和各个影像部门在网上共享高质量的影像输出设备和影像信息资源；57医学图像存储与传输系统概述（3）面向医学影像学专业医师，用以进行医学影像会诊的PACS57（4 4）PACSPACS与不同传输速率组合，构成不同类型与不同传输速率组合，构成不同类型的远程放射学信息系统（的远程放射学信息系统（Tele-Radiology Tele-Radiology Information SystemInformation System，RISRIS）。）。一般可分为三个三个类型类型：低速、窄带远程放射学信息系统以公共电话网（PSTN）为基础，用Modem（传输速率在56Kbps之下）相连接的多媒体PC为平台，提供CT、MR、静态超声图像以及个别体位的X线片的中低分辨率（1K1K，10Bit）医学影像的远程会诊服务。58医学图像存储与传输系统概述（4）PACS与不同传输速率组合，构成不同类型的远程放射学信58中速远程放射学信息系统以ISDN或DSLAM为骨干，采用高分辨率监视器（2K2K，12bit）的图形工作站，以64Kbps至768Kbps传输速率传输图像信息，除提供CT、MRI、静态超声影像的远程会诊外，还包括几乎所有部位X线片及动态超声心动图、CT心血管图像的远程会诊服务。高速、宽带远程放射信息系统 采用ATM、卫星线路或E1电信专用线，其传输速率均在1Mbps以上，甚至可高达2400Mbps，提供包括实时动态医学影像会诊在内的涉及远程医学应用所有领域的远程信息服务。59医学图像存储与传输系统概述中速远程放射学信息系统59医学图像存储与传输系统概述59（5）PACSPACS与与RISRIS和和HISHIS（医院信息系统）以（医院信息系统）以及个人健康档案卡相结合，提供面向社会及个人健康档案卡相结合，提供面向社会的远程医学信息服务的远程医学信息服务。我们应在总体规划下，结合实际，采用模块化结构，密切注视标准和高新技术，循序渐进；切忌忽视医院需求和具备的条件，片面追求技术领先和高速发展，否则欲速不达，造成人力财力浪费。60医学图像存储与传输系统概述（5）PACS与RIS和HIS（医院信息系统）以及个人健康档60十一、医学数字图像通讯（十一、医学数字图像通讯（DICOM）标准）标准DICOM是Digital Imaging and Communications in Medicine的英文缩写，即医学数字成像和通信标准。它以开放式连结系统（OSI）参考模式为基础定下七层协议。DICOM是一种应用标准，存在于七层之间。图9-1DICOM应用范围61医学图像存储与传输系统概述十一、医学数字图像通讯（DICOM）标准DICOM是Digi61 DICOM标准标准以计算机网络的工业化标准为基础，为影像、公用信息、应用服务及通讯协议提供了一种标准模式。它能帮助更有效地在医学影像设备之间传输交换数字影像，这些设备不仅包括CT、MR、核医学和超声检查，而且还包括、核医学和超声检查，而且还包括CR、胶片数字化系统、视频采集系统和、胶片数字化系统、视频采集系统和HIS/RIS信息管理系统等。信息管理系统等。见图9-1。62医学图像存储与传输系统概述 DICOM标准以计算机网络的工业化标准为基础，为影像、公用62从1995年开始，医学影像设备的生产商（主要是美国电子制造业协会NEMA的会员）与DICOM标准的潜在用户（主要是美国放射学会ACR的会员）就联合起来着手建立起这个标准，在这个过程中他们还得到了全球范围内其他标准化组织和保健机构的参与支持，这种广泛的合作最终保证了DICOM标准的成功。63医学图像存储与传输系统概述从1995年开始，医学影像设备的生产商（主要是美国电子制造业631、DICOM标准的发展背景（1）DICOM标准简介DICOM（Digital Imaging and Communication in Medicine）标准是由ACR（American College of Radiology）及NEMA（National Electrical Manufacturers Association）所形成的联合委员会，于1983年以后陆续发展而成的医疗数位影像及传输标准。简言之，DICOM是医学图像及其相关信息的通讯标准。64医学图像存储与传输系统概述1、DICOM标准的发展背景64医学图像存储与传输系统概述64此标准建立的目的为此标准建立的目的为：推动开放式与厂牌无关的医疗数位影像的传输与交换。促使影像储存与传输系统PACS（Picture Archiving and Communication Systems）的发展与各种医院信息系统HIS（Hospital Information Systems）的结合。允许所产生的诊疗资料库能广泛地被不同地方的设备来访问。DICOM Version3.0，发表于1992年，原自ACR-MEMA两次发表的标准，分别为：CR/NEMA PS No.300-1985，Version 1.0，发表于1985 年，1986年十月颁为标准；CR/NEMA PS No.300-1988，Version 2.0，1988年1月颁为标准，涵盖Version1.0。65医学图像存储与传输系统概述此标准建立的目的为：推动开放式与厂牌无关的医疗数位影像的传输65DICOMDICOM基于开放式互联参考模型，这是一种世界范围的通讯标准，定义了七层协议模型七层协议模型，分别是物理层、数据链、网络、传输、会议层、表达层、应用层。DICOM属于第七层即应用层范围，也就是同Email软件或文件传送（ftp）等软件一样，属于一种软件范畴的东西。DICOM接口与设备中其它的接口（如高压注射器接口）是有区别的。其它设备的接口包括一些硬件，当然也有相应的软件，但软件必须基于特定的硬件才能实现其功能。而DICOM则是一种纯软件的标准，不管在任何设备的计算机上，只要嵌入了DICOM软件，就能实现DICOM功能（即拥有的DICOM接口）。66医学图像存储与传输系统概述DICOM基于开放式互联参考模型，这是一种世界范围的通讯标准66 DICOM是一种面向对象的架构（或称之为环境），在这个环境中信息（数据）处理功能或操作程序（方法）是通过简便的便于维护的信息包（称为对象）方式组合起来。此方式的重要性重要性在于由此产生的软件，相对于通过功能模块或编程生成的软件，运行简单而不复杂。网络中各台设备均有各自的地址，对象互相通讯中通过明确定义的消息，完成相应的功能就称为服务。例如例如CT的计算机需要将图像打印到胶片上，只需要发一个消息到代表具有DICOM功能的激光相机的地址，得到回应的消息后，再将图像按一定的方式（DICOM格式）发送到此地址，即可由这台激光相机完成打印服务。67医学图像存储与传输系统概述 DICOM是一种面向对象的架构（或称之为环境），在这个环境67在在DICOMDICOM的环境中的环境中，可以按照是提供服务或者是使用服务而把设备分为DICOM服务提供者和DICOM服务使用者，如CT，MRI，DSA等即为服务使用者，激光相机是服务提供者，也有既是服务者又是使用者的设备，如影像工作站。DICOMDICOM标准标准是图像格式的标准，也是图像通讯的标准，DICOM2.0它适用于点到点环境，DICOM3.0则适用于WEB形式的网络环境。符合DICOM标准的设备能够作为独立的节点连入PACS网络，与其它符合DICOM标准的节点进行信息交换。68医学图像存储与传输系统概述在DICOM的环境中，可以按照是提供服务或者是使用服务而把设68然而在我国，由于历史的原因，各医院里真正符合DICOM 3.0标准的影像设备只占所有影像设备的一部分（尽管这个比例越来越大）。大量的老式影像设备往往只能输出胶片，或者只有普通的视频输出，或者使用专用的图像格式。因此因此，目前在建设PACS的时候必须考虑到这一点。为了使现有的大量不符合DICOM的影像设备进入PACS网络，需要使用一个通用的DICOM格式转换工具包。69医学图像存储与传输系统概述然而在我国，由于历史的原因，各医院里真正符合DICOM 3.69（2 2）DICOM3.0DICOM3.0与与NEMA2.0NEMA2.0中的差异中的差异目前DICOM Version3.0是完全根据ACR/NEMA PS3.1-1992由ACR验证，NEMA发表的标准，并新增加了部分功能：由原来只提供点到点（Point to Point）的通讯环境，扩充到像开放式系统互联OSI（Open System InterConnection）及TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet protocol）工业标准的通讯环境。可以宣告系统或设备本身所提供标准的一致性，包括它所用的指令及资料格式的异动。为了配合未来新增订的内容能迅速地纳入标准，DICOM3.0的文件体系以多部分的结构所制成，藉由ISO的规定，DICOM3.0的文件已完全依照其标准的结构来建立。70医学图像存储与传输系统概述（2）DICOM3.0与NEMA2.0中的差异70医学图像存70增加了一些除了影像图形之外的讯息控件，如：学术研究、诊断报告等。为每个唯一的讯息控件赋予一个可以运用的处理技术，如：DICOM定义了一系列操作和通知，叫做DICOM消息服务元素。信息对象与这些服务的复合叫做服务器-对象对SOP（Service Object Pair），这样当这些讯息控件通过网络来处理时，它们彼此之间的关联性才不致于混淆。71医学图像存储与传输系统概述增加了一些除了影像图形之外的讯息控件，如：学术研究、诊断报告71DICOM标准与ACR-NEMA标准的最大差别最大差别在于建立标准的模型不同。ACR-NEMA标准的前两个版本建立在隐式的放射科信息模型基础上，数据元素是根据标准制订者的经验确定的。相比之下，DICOM标准基于一组显式的实体关系模型（Entity-Relationship model，简称E-R模型），这些模型详细地描述了事物（包括病人、图像和记录等）在放射科内部的操作与相互关系。使用这些模型有助于制造商和用户理解DICOM标准中的数据结构，因为它们清楚地表明了实际应用中所需要的数据元素以及这些元素之间的关系。72医学图像存储与传输系统概述DICOM标准与ACR-NEMA标准的最大差别在于建立标准的72（3）DICOM3.0标准的发展现况标准的发展现况近年来近年来由于ACR与NEMA在医疗数位影像传输规范的发展与努力，DICOM3.0已成为北美、欧洲及日本各国在Health Care Informatics影像应用的标准。这些协会除了ANSI、ISO外，还包括欧洲的Europen Committee for Standardization Technical committee on Medical Informatics（CENTC 251）及日本的Japan Industries of Association for Radiation Apparatus（JIRA）。73医学图像存储与传输系统概述（3）DICOM3.0标准的发展现况73医学图像存储与传输系731994年，在美国芝加哥所举办的RSNA年会上，就已经有40个以上的厂商参与DICOM的成果展示，他们利用DICOM3.0的标准，透过网络与各医院连线，进行医学影像传输及处理的功能显示，主题包括：CR，CT，MRI，US等各类型医学影像资料。74医学图像存储与传输系统概述1994年，在美国芝加哥所举办的RSNA年会上，就已经有40742 2、DICOMDICOM标准文件内容概要标准文件内容概要第一部分第一部分：引言与概述，简要介绍了DICOM的概念及其组成。提供了整个DICOM标准的综述。包括历史、范围、目标和标准的结构，对标准的各部分都有简要的描述。第二部分第二部分：兼容性，精确地定义了声明DICOM要求制造商精确地描述其产品的DICOM兼容性，即构造一个该产品的DICOM兼容性声明，它包括选择什么样的信息对象、服务类、数据编码方法等，每一个用户都可以从制造商处得到这样一份声明。75医学图像存储与传输系统概述2、DICOM标准文件内容概要75医学图像存储与传输系统概述75第三部分第三部分：利用面向对象的方法，定义了两类信息对象类：普通型、复合型。普通型的信息对象种类只包括那些现实中实体表现出的固有的属性。复合的信息对象种类可以扩展的包括那些与现实中实体相关的但不是固有的属性。第四部分第四部分：服务类，说明了许多服务类，服务类详细论述了作用与信息对象上的命令及其产生的结果。一个服务类通过一个或多个命令控制一个或多个信息对象。服务种类规范声明了命令元的需求以及应用于信息对象的命令执行结果。服务种类规范既声明了供应者的需求又声明了通讯服务使用者的需求。第五部分第五部分：数据结构及语意，描述了怎样对信息对象类和服务类进行构造和编码。76医学图像存储与传输系统概述第三部分：利用面向对象的方法，定义了两类信息对象类：普通型、76 第六部分第六部分：数据字典，描述了所有信息对象是由数据元素组成的，数据元素是对属性值的编码。第七部分第七部分：消息交换，定义了进行消息交换通讯的医学图像应用实体所用到的服务和协议。表9-1 DICOM组成部分图77医学图像存储与传输系统概述 第六部分：数据字典，描述了所有信息对象是由数据元素组成的，77第八部分第八部分：消息交换的网络通讯支持，说明了在网络环境下的通讯服务和支持DICOM应用进行消息交换的必要的上层协议。第九部分第九部分：消息交换的点对点通讯支持，说明了与ACRNEMA2.0兼容的点对点通讯的服务和协议。DICOM标准还在不断地更新，目前已有14部分及许多补充部分。表3-1显示了DICOM标准的组成部分图。78医学图像存储与传输系统概述第八部分：消息交换的网络通讯支持，说明了在网络环境下的通讯服783 3、DICOMDICOM实现策略实现策略（1 1）引言）引言DICOMDICOM利用面向对象的技术，基于详细的信息模型（实体-关系模型），给出了DICOM标准中的数据结构-信息对象定义（Information Object Definitions，IODs），以及对这些信息对象的操作-DICOM消息服务单元（DICOM message service elements;DIMSE）；同时还定义了消息（包含医学图像或相关信息以及对他们的操作）交换的网络及点对点通讯的支持。应用这一标准的数字图像医疗设备以及PACS只需进行一些简单的参数