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pacs,pacs,第四军医大学唐都医院介入科,李文献,什么是pacs,picture archiving and communication systems,pacs,图象归档与传输系统,pacs 系统采用的标准,dicom,digital imaging and communications in medicine,pacs兴起过程,现代信息技术发展之初，人们就已考虑各种媒体的存档和通信技术，研究重点集中在文本、语音和图像三种常见的媒体。然而，发展最慢的就是图像存档和通信系统，主要原因是图像数据量特别大，从而导致其存档和通信速度难以达到实用程度。,随着计算机网络和通信技术的发展，语音和文本的存档及通信系统在计算机网络，尤其在internet网的普及已经实现，人们对图像存档和通信系统需求越来越迫切。近年来，随着图像编码和压缩、计算机可视化、网络通信和分布式存档技术等方面的发展使得实用化图像存档和通信系统得以实现。,图像存档和通信系统能够延伸到医学领域，其重要原因在于dicom协议的诞生和发展，并得到众多医学影像设备厂商的支持。,pacs是系统工程,pacs只是就一些通性的图像存储和管理方面的内容在dicom标准中进行了定义。而一套pacs系统的应用必须结合医院的具体情况。可以说世界上没有两家医院的pacs系统完全相同。,建设pacs系统是一个项目的实施，是系统工程而非产品。,pacs的复杂性决定了它的顺利实施不可能由某一个生产商或集成商来独立完成。它必须由计算机设备、接口设备提供商、设备集成商和医院各个部门共同完成。,大大小小的医院，各种各样的科室，千差万别的影像设备，使得我们在建设医院pacs系统时，不得不照顾到方方面面，这就形成了各式各样的医院pacs系统。,由多家单位共同完成,pacs系统各式各样,pacs系统的设计原则,必须具有很好的可扩展性和继承性,必须具有很高的可靠性和数据完整性,系统必须具有较好的交互性,系统必须能够为更多的用户提供更多的可共享资源,必须符合医院的业务流程，与his/ris系统相结合,可扩展性和继承性,系统必段具有很好的可扩展性和继承性。也就是说，系统设计必须符合医院当前和将来的需求或者隐含的需求,因为在系统设计时，用户一般都很难全面的、清楚的提出自己的需求，往往需要靠系统设计者与医院不断的沟通交流才能了解，同时一些隐含的需求可能医院也没有意识到。另外，随着各方面环境的改变，新的用户需求也可能被提出。因此在系统设计初期只能构造一个系统的原型，通过一定时期的改进与磨合，系统才能进一步满足医院的需求。这就要求系统原型科学，结合合理，所采用的研发管理模式和技术先进。,数据可靠性和完整性,pacs系统的一大优点是可以为医生、患者提供可靠全面的各种信息资源（图象、数据、语音），因此系统必须具有很高的数据可靠性和完整性。,数据完整性,所谓数据完整性，就是说所提供的数据必须是属于一个实体的全面的、能反应其数据主要（关键）特征的数据，是不同于其他实体的数据。,举例来讲，就是说访问某个患者的信息时，所得到的结果必须是由该患者在就医过程中本身产生。,数据的可靠性,pacs的存取方式：在线方式和离线方式。这种方式是否高效合理，是否能够很快的给用户提供所需信息以及相关信息的线索，是需要注意的问题。,两个决定因素,数据存储设备,数据存储方案,对于第一点，可借鉴大公司的方案，根据医院的具体情况来配置，一般不存在太多的问题。,系统的交互性,所谓交互性，就是说厂家所提供的pacs系统直接面向用户的模块应该具有人性化和智能化。这包括两个方面：其一、符合用户的习惯。譬如显示工作站的窗口界面形式，按钮位置的排放，快捷键盘的易操作性，窗宽/窗位的调整，诊断报告的录入等等。其二，系统能够给用户提供智能查询手段，比如模糊查询，相似图象匹配查询等。,为更多的用户提供更多的可共享资源,这里的用户不但指医生、专家，也包括患者。这些用户不仅包括本地的用户，还应该包括不同地域的用户，因此这个原则就要求系统应该具有很好的开放性和安全性。所开放性，其含义包括：遵循关于pacs系统的国际通用标准（dicom3.0）,提供安全开放的接口。具体讲实际是指pacs系统是否能够在科室内部、科室之间、甚至不同地域之间，并且可能是不同厂家的pacs系统或者his/ris系统，提供信息交流和信息共享。,必须符合医院的业务流程,dicom标准提供了图像信息交流的基准，只是为了实现不同厂商影像设备之间的图像信息交流与通讯。但具体应用到实际环境中，必须符合医院的业务流程，会涉及到各方面的因素（比如医院相关的业务、患者病人的其他信息等），因此必须与his/ris系统相结合。,pacs的网络组成,pacs的主要作用是使医学影像能够在线地为网络用户所使用。基于这一点,pacs应该做到能够从各种影像设备上获取和存储图像,并能够在计算机网络中传送和调度图像，在此基础上最终完成图像存档并建立影像数据库(mapbase)。所以，一个完整的pacs具备下图所示的基本组成单元。,pacs网络结构图,pacs系统的主要内容,图像传输网络,图象采集系统,图象显示系统,数据处理系统,图像存储系统,影像打印输出系统,影像采集系统,从各种数字化成像设备获取医学影像的数据资料,数据处理系统,承担各种影像数据和相关信息的管理、分配；连接放射学数据信息管理系统（ris）和医院数据信息管理系统（his），并实现与相应影像的整合。,影像传输网络,实现在pacs局域网的节点间传递影像数据资料,1,3,2,影像显示系统,医学影像高分辨灰阶显示，即所谓软拷贝（softcopy）。,影像存贮系统,实现影像数据短期或长期归档存贮（archiving）,影像打印输出系统,输出硬拷贝影像记录（胶片影像记录）,5,4,6,pacs数据库和存档服务器,pacs的核心（唯一的）,其它单元分布式地配置在医院局域网上,pacs中的其它单元未必要遵循dicom标准进行通信，但是，如果 保持它们研制过程上的独立性，最好也应按照dicom标准设计。,将dicom不兼容的影像设备上的图像采集下来，并转换成dicom兼容的文件,图像采集的接口单元,两者的作用,医学影像工作站 面向影像诊断医生 intranet web服务器 面向院内临床医生 tele web服务器 面向院外用户,只要是局域网络用户和远程用户，通过普通的网络浏览器浏览医学图像并可以使用pacs上的资源。,pacs作为医院局域网上运行的系统之一，它还应该与医院信息系统(his)、放射信息系统(ris)和临检信息系统(lis)等之间的信息交换和融合。这就需要dicom与hl7接口进行数据交换和融合的转换器(gateway)来实现。,his与pacs的融合,dicom gateway,详解pacs的主要功能,clinical excellence,影 像 采 集,医学影像采集的3类接口,非数字化接口,数字化但非dicom3.0接口,标准dicom3.0接口,非数字化接口,非数字化影像设备接口,采集影像,网关,his,dicom影像服务器,ris,网关,网关,单向发送,标准dicom3.0接口,生成新的dicom文件,dicom影像设备,本地dicom影像服务器,his服务器,dicom/hl7网关服务器,查询病人对应检查记录,dicom影像服务器,dicom影像信息流,数字化但非dicom3.0接口,数字化但非dicom3.0接口设备,ftp接口,采集工作站,dicom/hl7网关服务器,his服务器,生成新的dicom文件,查询病人对应检查记录,dicom影像服务器,影像存储,pacs的3种影像存储方式,在线存储,近线存储,离线存储,在线存储,在线存储设备,在线存储影像信息,在线存储影像信息保存地方,影像科室、病人所在科室的影像工作站中,近线存储,离线存储,由于医院影像信息量非常大，完全靠在线和近线存储是不可能的，影像还必须离线保存。,存储设备,cd-rom光盘库,海 量磁带库,影像传输,pacs系统成败的关键问题,影像的传输速度,pacs影像传输的关键问题,通常pacs系统是客户浏览影像时才到服务器调阅，为了能快速浏览影像，就必须要求影像的传输速度非常快，因此影像的传输速度对整个pacs系统的成败有着非常重要的影响。,医学影像传输速度的解决,增加网络带宽,影像服务器设在影像楼,服务器采用多网卡,影像后台自动传输,分级调度管理,增加网络带宽,检查科室和临床医生工作站的网络带宽 采用100m,服务器采用多网卡,增加服务器带宽,影像后台自动传输,这样要调阅病人影像时其影像已在本地机器，从而提高医生浏览速度。,分级调度管理,其一作为分中心,影像服务器,影像信息分发,其余工作站,这样既保证了医生能在任一台工作站上调阅病人影像，又减轻了影像服务器压力，从而提高了影像传输速度。,影像处理,1 丰富的图像和数据后处理功能：如直方图均衡、图像平滑处理、边缘增强、窗宽、窗位的预设和连续调整、正负像旋转、漫游，长度、角度、面积测量等。,2 具有无级缩放和放大镜功能。,3 多幅图像同屏显示, 显示矩阵可由用户自定义。,4 支持图像黑白反转,伪彩色等显示功能.,5 支持动态电影回放，并可同屏显示同一病人不同设备检查的多个动态电影图像；,6 同一屏幕可分格显示病人的不同影像供诊断比较;,7 图像上可以添加任意形式的图形或文字标注，并可在激光相机上输出。,8 多途径的图像查询和调阅（根据病人姓名、住院号、检查号、id号、检查科室、检查医生、影像设备等多种条件）。,数据安全机制,采用raid5技术保证在某个硬盘出现故障时不会丢失数据,每天定时把数据迁移到离线存储设备（磁带机）,定期把数据拷贝到另一盘磁带，并取出磁带机异地保存。,这样所有影像信息均有两份拷贝并异地保存，从而保证了数据的安全性。,什么是dicom,digital imaging and communications in medicine,它是让不同厂商互相交流的语言,dicom,acr (american college of radiology),nema (national electrical manufacturers association),共同制定的标准,即医学数字成像和通信标准,dicom标准,利用这个标准，人们可以在影像设备上建立一个接口来完成影像数据的输入/输出工作。,在dicom标准中详细定义了影像及其相关信息的组成格式和交换方法,dicom标准以计算机网络的工业化标准为基础，它能使医学影像设备之间传输交换数字影像更加有效。,这些设备不仅包括ct、mr、dsa、核医学和超声，而且还包括cr、胶片数字化系统、视频采集系统和hisris信息管理系统等。,dicom标准发展简史,1982年美国放射学会(american college of radiology ，acr) 和美国国立电器制造协会(national electrical manufacturers association ，nema)联合成立了一个委员会,制定了dicom标准(digital imaging and communications in medicine)。,1985 - 公布1.0版本(acr-nema v1.0) 1988 - 公布2.0版本(acr-nema v2.0) 1989 - 开始同his/ris 系统连接的网络工作名字改称dicom以表示本质区别于原先的标准。,1991 - 公布dicom的1至8章 1992 - rsna展示第8章 1993 - dicom的1-9章通过，rsna展示了全部的9个部分 1994 - 增加第10章： media storage and file format 1995 - 增加第11章、12章、13章及补充章节,dicom 3.0 96版，基于服务器/客户端的网络结构，采用oop方式进行分析和设计。 dicom 3.0 98版，若干不明确的规定、一些错误的修正，网络打印补充，控制事件补充，接纳二次采集图像。 dicom 3.0 99版，考虑增加化验室设备的定义，考虑专向三层结构，为同his系统进行更多的信息共享做准备。,目前，世界医学影像设备的主要供应商都宣布支持dicom标准。无论在提高医疗诊断水平方面，还是在提高与医学影像及其信息有关的经济效益方面，dicom标标准的出现为医疗机构带来了全新的机会。,通讯协议的主要制定与参与者,一般用户机构，如：hl7 相关国际组织，如：nema，ieee 美国政府机构，如：ansi，nist 其他国家政府机构，如：cen 联合国的相关组织，如：iso，ccitt 美国放射学会acr （american college of radiology） 美国国家电器制造商协会nema（national electrical manufacturers association ）,1 一个通过网络进行通讯的标准方式,dicom标准的三大特点,a厂商存档系统,b厂商存档系统,2一个打印图像的标准方式,允许一个厂商通过另一个厂商的打印机打印影像,3一个存储信息的标准方式,允许一个厂商与另一个厂商使用标准媒体（例如cd）交换信息,提供一个标准的文件格式.它指定影像和病人数据应该如何存储.,使用dicom的理由,1 是开放的和标准化的。 2 它给您在未来选择购买不同厂商pacs产品的自由。 3 它被新生产设备厂商广泛支持。 4 每年都会增加新的特点。,pacs的优势,1高质量保存图像,2高质量快速传输图像,3检索简捷,4随时调阅,5节约开支,6节省存储空间,7无限制复制图像,8微机可以观察图像,9远程会诊,10方便教学,11规模灵活,1高质量保存图像,由存储介质存储的是图像矩阵或原始数据，保存了图像的全部有用信息，无论何时调阅，图像质量都不会降低。并可使用各种后处理功能，包括三维处理，分析诊断疾病。,2高质量快速传输图像,用光纤或电话线传输图像，速度快；由于传输的是数据，不管传输多长距离，接收到的图像没有任何质量下降。,3检索简捷,由于病人信息同时归档，包括姓名、性别、出生年月日、检查序号、住院号、检查部位等。可以用多种检索方式讯速查到病人资料。节省大量人力和时间。,4随时调阅,影像科可以方便地将病人的各种检查图像集中显示，便于分析、比较，有利于提高诊断准确率；医院其他科室也可随时得到需要的图像，及时处理病人。,5节约开支,免去处理胶片所需的暗室、冲洗设备、药液、水电及胶片本身费用，实现了无胶片影像科。,6节省存储空间,由于省去了胶片这一占据大量存储空间的介质，图像存储空间大大缩小。以光盘存储为例，一张光盘可存储512512矩阵的图像2400幅。10241024矩阵的图像600幅。以心脏检查为例：每年400例病人，每病人做5各序列1024矩阵采集，每秒25帧，每年需85张光盘，一个抽屉足矣。,7无限制复制图像,可以无限制复制原始图像，不会发生照片丢失和归错档现象。对于教学、科研尤为方便。,8微机可以观察图像,存储在光盘的图像可在微机上进行观察，便于交流。夜间急诊病例可将图像传输到医生家中的微机上进行诊断，医生不必为此跑到医院。,9远程会诊,由于图像可以方便、高保真地远距离传送，并且可以对图像进行各种后处理，为随时远程会诊提供了方便条件。即使边远地区，只要具备这一条件，就能享受到最优秀的医疗服务。,东软pacs,10方便教学,医学院校及教学医院可以很容易得到各种教学图像，甚至看到正在进行检查的图像。,东软pacs,11规模灵活,pacs可以用积木式搭建，逐渐扩大范围。连接的设备和存储规模可以视需要随时增减。,hl7标准,总部设在密执安州ann arbor的hl7是ansi授权的在卫生领域的几个标准开发组织（sdo）之一，负责临床教据管理。 其主要负责hl7标准的制定。,（healthcare level 7）,hl7（healthcare level 7）主要作用,通信,dicom与hl7的异同,hl7标准,hl7/dicom网关,dicom标准,当前国内国外pacs状况,当前国内所谓的pacs厂商，基本都在做工作站，大多是一些模拟视频工作站。对于采用dicom接口或ftp接口的工作站，也有几家。但真正基于网络的pacs，却很少,有很多都不走dicom标准道路，兼容性很差。,国外厂商在pacs上已经有10多年的经验，产品也比较成熟，技术上属于领先地位。同时国外的pacs都按照标准做，兼容性较好。但是不能完全符合中国人的习惯。,国内还有些系统集成商,通过代理国外的pacs,没有开发维护能力。pacs需要的是本土化、具体化。,pacs的发展阶段,简单拼凑,功能模块标准化,功能和人员管理相结合,将工作站通过共享数据简单拼凑成一个简单网络,按各部分功能进行划分，形成数据交换标准化的功能块，通过这些功能块形成pacs网络,将各个功能和人员管理相结合，形成办公自动化，使其功能集成于工作中,没有标准，效率低下，扩展性差。,实现了标准化,结合了人员活动，同时使得信息发布自动化。,pacs的3种类型,基于激光相机的pacs,基于pc的pacs,基于web的pacs,对影像设备dicom的兼容性较低,对dicom的兼容性要高,web应用范围更广,小型pacs,中型pacs,大型pacs,pacs按规模分类,小型pacs,北京盈美智科技发展有限公司,中型pacs,大型pacs采用多服务器方案,对于大规模的pacs应用，采用多服务器方案，配备多个图像服务器和光盘库服务器。多服务器之间负载自动均衡，适应大负载对pacs系统的要求。,为了与his交换信息，需要安装hl7网关服务器。,为了能够通过浏览器访问图像和报告信息，需要配备web服务器。,hl7网关服务器,web服务器,图 浪潮医疗系统网络拓扑图,国外对pacs的另一种分法,3 图像自己路由到指定的人。,1 人工获取图像。,2 图像自己路由到指定的地点。,人工获取图像,就是说工作人员如果需要图像需要自己到指定地点获取。这是一种原始的方式，要求工作人员清楚图像的存储过程。,图像自己路由到指定的地点,通过配置，使得图像能够自动存储到需要它的地方。这种半自动化的方式对于定点工作比较合适。一旦工作地点改变，系统配置需要变化。这种方式不适合以后的流动工作方式，并且人员效率明显没有下面说的第三种高。,图像自己路由到指定的人,通过配置，和人员工作管理结合起来，能够形成工作流，最大简化工作过程，提高工作效率。 在信息化社会，大多数工作都是信息的发布和收集的过程，面对庞大的影像数据，如何使这些数据的收集和发布自动化是pacs的任务。以上两种分法都体现了这一思想。,国内外 pacs的局限性,主要体现在pacs还不能面向整个医院的影像设备、临床用户和统一管理。甚至，一些科室和影像设备还独立于网络之外，如病理科、核医学科、眼科等科室还没有数字化获取图像的设备与网络相连，以及新型的重要影像设备也在独立地使用。,pacs建设需重点解决的问题,应用层,四个方面,物理层,用户/管理层,网络环境,物 理 层,1. 数字和模拟设备都共同使用，而且比例相当,2. dicom和非dicom标准的影像设备共存,3. 激光相机网络和计算机网络共存，而且采用不同传输媒体和通信协议；,物 理 层,4. 少数影像设备还独立使用；,6. 设备扩展成本也过大，且非少数厂家完成。,5. 现有设备更新成全数字和dicom标准成本太大，几乎无法接受；,解决这些问题是实施完整的pacs方案的必要条件,应 用 层,pacs和his/ris等信息系统之间的数据融合(data fusion)是关键技术之一。该技术难点在于pacs和his/ris没有统一的信息交换标准。国内的his/ris开发没有统一的标准,也没有采用美国的hl7 (health level 7), 从而无法采用现有的dicom-hl7网关(gateway), 因此，解决该问题需要pacs开发者和his开发者合作解决。,用户/管理层,目前，医院的医学影像科室大多包括放射科、介入科、超声科、核医学科、心内科、消化科、呼吸科、病理科和眼科等，这些科室彼此分割，其管理相对独立。所以，图像归档、服务器管理和维护、pacs耗材和成本核算无法统一管理和集中使用，为此需要在各个科室建设好pacs子网，然后再将它们连成一个整体，各个子网使用和管理相对独立，各个pacs子系统采用互操作的分布式存储和管理方式。,网 络 环 境,一、只有当医院具备一完整、可靠和安全的计算机网络（intranet, 企业网）之后，才能实现真正意义上的pacs系统。,二、影像服务器和客户机：医院还需要装备足够的用于影像显示的计算机终端，供医务人员在其工作场所获取所需要的影像数据。,三、医务人员还应具备使用pacs的操作能力，否则，pacs也只能为少数人所拥有。,pacs自身需解决的技术问题,图像压缩和通信技术的研究,图像存储过程中，占用空间大，因而需大量的存储介质，如硬盘、光盘和磁带等。为提高传输速度、节省存储空间，需要重点研究图像压缩技术，它可以几十到几百倍地节省存储容量。图像压缩后传输，极大地降低了通信过程中的数据流量，从而提高了图像传输速度。,海量存储和搜索技术的研究,在图像获取过程中，人们遇到的另一个问题是，图像数据的检索问题，因为日积月累的影像数据有海量之称，如何从中得到医生所需的资料是一个困难的问题。寻找有效的海量存储和搜索策略，这是目前急需研究的课题，随着网络容量的增大，光盘阵列的分布式配置，这个问题更需注意。,医学影像计算机可视化技术的研究,尽管pacs是一个图像存档和通信系统，但是不能可视化和利用这些图像，它将会形同虚设。因此，研究医学图像的显示、三维重建仍是pacs中的影像工作站的关键技术。目前，三维重建方法有marching cubes, 最大强度投影(mip)、基于表面的三维显示、基于体积绘制的三维显示、内表面绘制的虚拟内窥镜等方法，这些方法在医学影像领域有着广泛的应用。,语音通信、图形交换、指令传输在pacs中的应用研究,为了扩大pacs的应用领域，研究语音通信、图形交换、指令传输在网上会