数字化医院中的PACS系统

数字化医院中的PACS系统 上海医疗器械高等专科学校 毕业设计( 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 ) 课题名称: 数字化医院中的PACS系统 专 业: 医学影像 班 级: 02放射1班 0203030 学 号: 姓 名: 池光怡 指导教师: 王洪志 二??五 年 6月 2日 1 目 录 摘要 P4-5 引言 P6-8 一 数字化医院PACS系统带来医学影像诊断革命 P9-14 1.1 降低成本 提高效益 改善服务 P9 1.2 传统胶片影像的局限 P9 1.3 数字化医院PACS效益清晰可见 P10-14 二 数字化医院PACS建设中的存储技术 P15-23 2.1 PACS中的存储 P15 2.2 PACS中常用存储设备 P15 2.2.1 SCSI硬盘 P15-16 2.2.2 IDE 硬盘 P16 2.2.3 SATA硬盘 P16-17 2.2.4 RAID硬盘 P17 2.2.5 IDE RAID硬盘 P17 2.2.6 简易 RAID硬盘 P18 2.2.7 光盘库(塔) P18 2.2.8 磁带库 P18 2.3 架构性存储技术 P19 2.3.1 DAS P19 2.3.2 NAS P19-20 2 2.3.3 SAN P20-21 2.4 PACS存储策略 P21 2.4.1 集中存储策略 P21-22 2.4.2 分布存储策略 P22 2.4.3. 逻辑上集中的分布存储 P22-23 2.4.4 逻辑上分布的集中存储 P23 三 数字化医院中的PACS系统定位 P24-25 3.1 PACS的发展和相关 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 P25-27 3.2 PACS建设的理念 P27-29 3.3 PACS系统诊疗工作站软件的功能定位 P29-31 3.4 图像处理和分析方面的新技术应用 P31-34 3.5 自主开发及自主知识产权的重要性 P34 四 总结 P35 五 参考资料 P35 3 摘 要 PACS系统是建设数字化医院的核心工作之一，也是医院信息系统建设中投资较大的系统，只有具备影像临床应用功能，能为诊疗提供服务，符合国际标准的PACS才能在未来的数字化医院建设中发挥更大的作用，也是数字化医院建设的基础与关键。 关键词:数字化医院 PACS 4 Abstract PACS system is one of the cores work in the construction of digital hospital ,and the information syetem is the constuction in investment in the hospital too. It is not only the ability of function in the clincial the PACS is played an Vedio,but also can afford to serve in the diagnosis . important role in the constrution of the digial hospital come up with the standard of international in the future .and it also basis and key in the constrution of the digial hospital Key Word: DegitelHospital PACS 5 引言 随着计算机技术及网络通讯等信息技术的不断发展和深入应用，人们对医院医疗保健水平的要求不断提高，医院信息化建设将成为必然的发展趋势，也是医院在市场经济大潮中提高竞争力的迫切需要。在医院信息系统建设中，涉及到多方面的应用，从最初的人事管理、工资管理和财务管理，到后来的收费管理，住院管理，门诊管理，药房管理，可以说，在每个医院都有计算机技术的应用，从原来功能单一的应用到后来的医院综合管理系统的建立，为计算机在医院中的应用打下良好的基础。 在医院的信息中，大体可以划分为管理信息和医疗信息，在医疗信息中，还有许多不同媒介的信息，如医嘱，诊断等一维信息，也有医学影像等二维或多维信息，更有多媒体信息，如何有效利用这些信息提高医院的管理水平和诊疗水平，已经不止是管理型系统所能解决的问题，如何为患者提供高效的诊断技术和治疗技术是医院信息系统建设的重点，也是未来数字化医院所追求的目标。 国内医院信息化建设的现状和发展需求 6 过近十年的努力，我国超过50%的综合性医院已实现或部分实现了医院管理的计算机化(即传统的HIS系统)(Hospital Information System)，其中，经济较发达的华东地区已超过80%，这已接近欧美国家的水平。传统的HIS主要包括门诊管理(有些系统设计有门诊预约功能)、药品管理、病房管理(主要为病床调度)、财务管理等，这些关系到医院的日常运行的多个方面，而且引入计算机管理后提高了管理水平，提升了医院的形象，同时也起到了增收节支的作用，所以医院对此抱有很大的兴趣，但是这些系统一般只解决了医院在管理方面的一些需求，提高了医院的管理水平，而在提高医院的诊治水平方面没有多少体现,并没有为临床医生提供实质性的应用。 作为医院信息化建设的一个方面，许多医院建设了PACS(Picture Archiving and Communication Sysytem)系统，然而，多数PACS系统仍停留在影像的传输和存储归档及通讯上，在应用上，使用计算机软阅片代替了灯箱阅片，但对于大量的历史医学影像和病人历史资料，并没有更有效的应用手段，病人转诊往往需要重新检查或拍片，离数字化医院中诊疗信息的数字化要求相距较远，所以，国内并没有真正意义上的数字化医院。 在2002中国医院信息化管理国际研讨会上，专家们根据医疗系统的信息化水平划分，将医院信息化发展划分为三个阶段:医院管理信息化(HIS)阶段、临床管理信息化(Clinic Information System )阶段、局域医疗卫生服务( GMIS Globe Medical Information Service sanitation)阶段。我国医院信息化的现状大多数还停留在管理阶段， 7 真正的医疗业务还很少能参与到信息化建设中，只有具备临床应用信息化的医院才能称得上“数字化医院”。如何有效提高医院已有信息在诊疗方面的应用，提高诊疗效率和临床质量，科学诊断及计算机辅助治疗将成为以后医院信息化建设的重点。为此，国家科技部、卫生部和信息产业部等都已明确表示要给予大力扶持。卫生部发布的《全国卫生信息化发展规划纲要2003,2010》为进一步推进医疗服务信息化建设向更深、更广、更高方向发展提出了明确的远景规划。 8 一 数字化医院PACS系统带来医学影像诊断革命 1.1 降低成本 提高效益 改善服务 网络和影像处理科技的快速发展，带动了医学影像技术的普及和应用。医疗图像存档与通信系统(Picture Archiving and Communications System，PACS)就是计算机网络技术与影像处理技术在临床医学中高度融合的产物，它将医学影像资料转化为计算机能够识别的数字信息，通过计算机和网络通讯设备对医学影像资料(图形和文字)进行采集、存储、处理及传输等，使医学影像资源达到充分共享。有人称PACS为国际医学影像诊断领域的一场革命，一点都不为过。 1.2 传统胶片影像的局限 按照传统的方式，X线图像、CT与MRI成像后由胶片 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 ，需暗室冲洗。为了提高胶片的利用率，影像科不得不花费大量的人力、物力、财力建立胶片库，贮存数量庞大的胶片，这就是所谓的“存档”，即对胶片的管理。传统医学影像存取及摄影方式存在诸多弊端: 9 1) 存放胶片需要大量的空间，常常发生归错档的事情，管理难度与胶片数量同步增长，耗费大量财力、物力、空间; 2) 资料查询、传递速度慢。调用放射科影像和会诊报告时需等待很长时间，不能满足临床工作和科研的需要; 3) 超声、内窥镜、X线透视等检查项目不保留检查的原始影像，临床医生只能凭影像科医生的报告来建立对某器官或组织的认识; 4) 胶片丢失、片损和变质所引起的信息丢失，是一个难以解决的问题; 5) 不同地方的医生不能同时使用同一病人的影像; 6) 远程医疗无法实现。 实施PACS大势所趋势为了使图像高效率使用，并能安全保存，人们提出了用另一种方式存放与传输图像，那就是建立PACS，实现影像共享，从而替代传统的胶片。PACS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等五个方面的问题。 具体的来说，PACS在医学信息领域主要提供五方面的功能: 1) 用计算机来完成病历与图像的在线安全存储与备份(以取代传统胶片库); 2) 医生可以在诊断、报告、会诊和远程工作站上观察任意时间、任意病人的临床与图像病历(以取代传统的胶片与胶片灯); 3) 通过DICOM 3.0国际医疗影像通讯标准和诊断工作站，将全院各科室临床主治医师、放射科医师和专科医师以及各种影像、医嘱和诊 10 断报告联成一网; 4) 用 Web、Email 等现代电子通讯方式来做远程诊断和专家会诊(以取代传统的胶片邮寄和电话、书信等); 5) 用专业二维、三维分析软件辅助诊断。 1.3 数字化医院PACS效益清晰可见 有一种的观点认为，实施PACS不能带来直接的效益，不如购买核磁共振、CT机等现代化医疗设备，效益立竿见影。实际情况并非如此。实施PACS不仅能够直接降低成本，而且能够提供现代化医疗设备的利用率，提供医院的工作效率，改善医疗服务水平，给医院带巨大的经济效益、社会效益，让医院持续稳定发展。 医院实施PACS系统后，最直接的效益体现在节约胶片上。影像科室的传统工作模式下，每个患者需打印2套胶片，一套医院留底保存，另一套患者取走。例如，针对医院的CT检查，假如每天的病人例数为30人，按每个病人医院保留1.5张胶片，按医院保留病人每张胶片费用约为20元计算，采用PACS系统存储病人图像，每年合计节约的胶片费用约为: (30×365×1.5×20)=32.85万元 采用了PACS系统后，医院将以往留底保存的病人胶片，改存储在CD-R等光存储介质中，实现了管理无胶片化。而采用CR-R光盘存储后，相对于胶片来说，成本及保存和管理的费用都很低。此外，管理无胶片化同时减少了激光相机和洗片机的磨损，延长设备使用寿命，降低洗片药水的消耗，有利于保护环境，减少胶片存储占用的空 11 间，为医院节省日益宝贵的建筑使用面积。 除了节省胶片和存储空间等直接效益外，医院实施PACS更大的好处来自放射科对其它科室的服务的改进，使这些科室从没有胶片丢失、快速调用放射影像和影像实时共享中获益。没有部署PACS系统时，医院的工作流程有12步，而部署PACS系统后，，大大缩短了患者的就诊时间。门诊大夫可在病人就诊时快速调用其放射影像，这样可减少门诊大夫等片子的时间，医院也可以减少患者重复就诊，为患者提供更快更好的服务，同时可以节省开支，提高了整个医院的运转效率。 另外，PACS是实现远程医学的基础。PACS系统可以实现广大区域内的电子病历和电子影像的传递，并实现远程医疗服务。这个区域可以是在几个大医院之间，也可以是跨省和跨国的医学网络。在这样的背景下，医疗服务的综合水平将得到空前的提高。 PACS的应用特点及对网络平台的要求 建立PACS必需具备两个前提条件:一是影像设备数字化，使得医学影像能够直接从检查设备中获取，从而方便了使用和保存;另一个是计算机通信技术的发展，使得大容量数字信息的存储、通讯和显示高效实现。医院在造影设备选型时，应强调对DICOM 3.0标准的支持能力。就像只有在宽敞的高速公路上才能体现出法拉利跑车的卓越性能一样，先进的造影设备也需要高速畅通的网络互连。 除一般文本信息外，医疗应用数据包含图形、视频和语音信息等。HIS系统以处理文本信息为主，PACS则需要处理大量的影像信息，数 12 据量多出几十倍。比如，上海瑞金医院的HIS系统和PACS系统一天的数据量为4000多兆，其中HIS系统的数据量为40兆左右，PACS系统的数据量占全院信息量的99%。因此，实施PACS系统，对计算机网络的速度、可靠性、安全性和服务质量等方面都有着极高的要求。影像传输的局域或广域网络要求标准化、结构开放、扩展性好、可连接性好、稳定性好，需要100M高速以太网以上的连接带宽，使DICOM图像传输速度符合临床应用的要求。同时根据需要配置Web服务器与Internet连接，作为远程会诊的窗口，网络流量大。 毋庸置疑，图像质量的好坏直接影响诊断结果，但高质量的图像又是数据高速传输的瓶颈。PACS投入使用后，以HIS为出发点建立起来的网络配置就不能满足要求。实际上，缺乏先期的网络条件分析是早期建立PACS的一个常见误区。它是导致一些PACS项目失败，以及建立PACS所遇到的阻力的重要原因。 实施PACS，网络要提速。在设计PACS时，网络传输速率应留有充分的余量。PACS系统应当根据高峰时间的数据传输量确定网络传输率，而且要留有充分余量，以备今后因影像科室的发展而带来的传输数据量增加，如果因此而不得不进行网络重构，就会造成很大的浪费。例如，选用了10Mbps的传输速率，铺设了粗缆，但经一段时间的使用感觉速率不够，希望改成更高的传输速率，但更高的传输率可能要求必须改换成光缆，相应网络部件需全部更换，造成的浪费很大。相反，通用设备的情况就有所不同。例如选择中心存储光盘塔，10片盘、20片盘和50片盘的塔价格分别差3,4倍。如果10片盘的光 13 盘塔够用，即可按此采购。两三年后如需更换50片盘的光盘塔，其价格也可能只相当于现在10片盘塔。系统稳定性要求高 对影像科室来说，某一台设备出现问题是一个局部问题，而PACS出现问题则可能是全局性的问题，造成整个科室工作的瘫痪，因此PACS的稳定性显得尤为重要。提高PACS的稳定性应该抓住设计、部件选择、施工工艺和施工过程四个环节。在设计PACS时，必须进行系统的稳定性分析。必须保证PACS能够7×24小时正常工作。在选择网络设备时必须慎重选择品牌，不能只图便宜，因为网络设备的问题会造成整个PACS系统的瘫痪。信息安全问题患者信息数字化以后，进入网络中传输，必须保证信息的安全性，保护患者个人的隐私，因此，PACS系统要保证数据存储和传输中的安全性。保护网络免受外来攻击，也是网络高效、稳定运行的必要条件。服务质量区分 在PACS系统中，既有医学影像、电子病历等需要及时响应的信息流，时间以秒计算，也有HIS管理数据的次重要信息流，还有收发电子邮件、Internet浏览、下载、娱乐等对时延不太敏感的信息流，如何让这些信息流分出轻重缓急，让网络的作用得到充分的发挥,QoS(Quality of Service)是当前一项重要的网络技术，它将应用系统中不同的业务信息流区分对待，保证重要的数据优先传送，从而改善整个网络的性能。 总之，PACS的网络基础平台必须满足高性能、高可靠性、高安全性、服务质量区分等要求。 14 二 数字化医院PACS建设中的存储技术 2.1 PACS中的存储 PACS(Picture Archiving Communication System)是近年来随着数字成像技术、计算机技术和网络技术的进步而迅速发展起来的、旨在全面解决医学图像的获取、显示、存贮、传送和管理的综合系统。它与医院信息系统其它部分的最显著差异，就是其数据量的巨大。因此，如何存储其海量数据是PACS规划设计的关键，关系到PACS运行的整体性能、容错能力和可伸缩性。主要存储技术，近年来，计算机硬件技术飞速发展，存储设备也有很大的发展，容量不断扩大，性能也有所提高。但简单的存储设备改进仍适应不了PACS的海量数据的增加和用户对PACS性能要求的提高。因此，出现了从整体和架构一级考虑的架构性存储技术。 2.2 PACS中常用存储设备 2.2.1 SCSI硬盘: 即采用SCSI接口的硬盘。SCSI硬盘的主要优势是速度快(和IDE 15 硬盘比)。速度首先得益于其接口。SCSI(小型计算机系统接口)是经典的智能化高速计算机外设接口，经历了多代发展，目前主流是ultra160 SCSI和ultra320 SCSI，数据传输率分别达到160MB/s和320MB/s。其次，速度来源于其磁盘的高转速。一般高速SCSI硬盘采用10000rpm转速，甚至更高。SCSI硬盘的另一优势是，可以设计为支持热拔插。但SCSI硬盘价格较高。常见容量有18.2G、36.4G、72.8G。性能要求较高的PACS诊断工作站可以考虑采用SCSI硬盘。 2.2.2 IDE硬盘 IDE硬盘是目前PC机中使用最普遍的硬盘，接口有ATA33、ATA66、ATA100、ATA133等几种类型，目前主流是ATA100和ATA133，最高数据传输率为133MB/s。磁盘转速主要有5400rpm和7200rpm。目前IDE硬盘单盘容量主流是60G、80G，已有120G和250G的硬盘。IDE硬盘的优势是价格低廉，对普通PC应用速度足够。和SCSI硬盘比，速度慢，不支持热拔插。普通PACS影像浏览工作站采用此类硬盘存储即可。 2.2.3 SATA硬盘 由于并行ATA接口信号线间的干扰问题，速度达到133M后已很难提高。由此，串行ATA(SATA)接口硬盘应运而生。在串行传输中没有信号传输干扰问题，串行传输的工作频率可以很高。SATA一代的时钟频率为150MHz，数据传输速度为150MB/ s。SATA采用点对点传输协议，每一个硬盘与主机通信时都独占一个通道，独享通道带宽，系统中所有的硬盘都是对等的，不存在“主盘”和“从盘”的概念， 16 不用设置硬盘跳线。此外，SATA的数据线可以长达一米，支持热拔插。SATA硬盘速度有望进一步提高，相对IDE 硬盘的优势是明显的，是硬盘发展趋势。未来PACS影像诊断和浏览工作站可能均用此类存储。 目前SATA硬盘有两大类。一类是按串行传输 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 重新设计的真正SATA硬盘，另一类是在传统ATA硬盘基础上增加接口芯片实现并口到串行的转换。后一类仅改变了连接方式，性能无提高，甚至降低。 2.2.4 RAID RAID(Redundant Array of Independent Disks, 廉价冗余磁盘阵列)，一般简称磁盘阵列，由多个硬盘组成一个逻辑存储设备。最初为容错而设计，根据冗余(校验)数据在不同硬盘的分布方式不同而分为RAID 0,5共6个水平(level)，其中RAID 5最常用。RAID本身是个逻辑定义，其实现可分软RAID和硬RAID。软RAID由操作系统软件(如Windows Server系列操作系统)在连接于计算机的多个硬盘上实现，其性能低，很少采用。硬RAID由专门的阵列卡控制硬盘，通过一个接口和计算机相连。一般RAID指集成了控制卡和硬盘的阵列柜产品(属硬RAID)。传统RAID均采用SCSI硬盘，以SCSI接口或光纤接口和主机连接。RAID不仅能容错，而且速度快、容量大(为多个单硬盘容量和)、易扩展(增加硬盘数)，是目前主流的高速海量存储设备。PACS的主要在线存储宜采用RAID。其缺点是，价格昂贵。 2.2.5 IDE RAID 17 随着IDE硬盘性能的提高，出现了以IDE硬盘组成的RAID。它和传统RAID的区别主要是采用更廉价的IDE硬盘，从而整体价格下降。由于其本身带有CPU控制器，提供SCSI或光纤接口，对主机访问来说，是透明的。其配置、应用和传统RAID近似，而性能略低。IDE RAID是PACS建设中值得推荐的存储设备。 2.2.6 简易RAID 一些较高档PC主板上，除提供正常的IDE接口外，还提供两个支持RAID的IDE接口。还有种所谓IDE RAID卡，也提供类似的RAID功能。不过，此类RAID与上述IDE RAID有本质区别。其工作方式为半软件方式，较大程度地依赖主机CPU。一般只支持RAID0和RAID 1，最多接4个硬盘，比单硬盘性能高。这种存储方式可谓经济、快速、大容量，对于仅需要较大存储容量，可靠性要求一般的场合比较合适，如PACS中做前置或缓冲存储。 主板或专用接口卡上提供的SATA接口一般也支持类似RAID功能。因此，此类简易RAID的未来形式可能是SATA硬盘RAID，成为一般存储的主流。 2.2.7 光盘库(塔) 光盘库是由一个或多个光盘驱动器和/或光盘刻录级及一组光盘柜组成，自动调换、加载柜中光盘的存储设备。适合于大量光盘存储数据的共享。以光盘备份PACS影像数据，以光盘库提供远期数据访问是PACS远期数据存储、共享使用的方案之一。 2.2.8 磁带库 18 磁带库是由一个或多个磁带驱动器和一组磁带盘柜组成，自动加载柜中磁带的海量存储设备。其特点是存储量特大、连续文件读取速度快。目前LTO磁带能达到200G/盘的容量，数据传输率252GB/h。磁带库也是PACS远期数据存储的可选设备之一。 2.3 架构性存储技术 上述各种存储设备，无论其接口和性能，传统的使用都是直接和服务器或工作站连接。近年，随着网络技术的发展和网络应用的普及，出现了新的存储设备连接使用方式，从架构上形成了几类不同存储技术，使得存储设备的连接更方便、灵活，共享性能更好。 2.3.1 DAS DAS(Direct Attached Storage，直接附加存储)是指将存储设备通过IDE接口、SCSI接口或光纤通道直接连接到一台计算机上。这实际上是为了和新的架构技术区别，对传统存储设备使用架构的概括。传统的计算机工作站、服务器都是直接连接使用存储设备。当存储容量增加时，这种方式很难扩展;另一方面，当服务器出现异常时，会使数据不可获得。 2.3.2 NAS NAS(Network Attached Storage，网络附加存储)是将存储设备通过标准的网络拓扑结构(例如以太网)，连接到一群计算机上的存储架构。NAS是部门级的存储方法，它的重点在于帮助工作组和部门级机构解决迅速增加存储容量的需求。以NAS存储大容量PACS影像数据文件供共享读取是NAS的典型应用之一。 19 NAS产品包括存储器件(例如硬盘驱动器阵列、CD或DVD驱动器、磁带驱动器或可移动的存储介质)和集成在一起的简易服务器，可用于实现涉及文件存取及管理的所有功能。Windows Storage Server 2003就是一种NAS服务器。 NAS从两方面改善了数据的可用性。第一，即使相应的应用服务器不再工作了，仍然可以读出数据。第二，简易服务器本身不会崩溃，因为它避免了引起服务器崩溃的首要原因，即应用软件引起的问题。NAS设备一般支持多计算机平台，用户通过网络支持协议可进入相同的文档。NAS设备的物理位置是灵活的，可以放置在网络通达的任何地方，但访问性能受网络带宽、拓扑和NAS位置影响。 2.3.3 SAN SAN(Storage Area Network，存储区域网络)是通过特定的互连方式连接的若干台存储服务器组成一个单独的数据网络，提供企业级的数据存储服务。 SAN是一种特殊的高速网络，连接网络服务器和诸如大磁盘阵列或备份磁带库的存储设备，SAN置于LAN之下，而不涉及LAN。利用SAN，不仅可以提供大容量的存储数据，而且地域上可以分散，并缓解了大量数据传输对于局域网的影响。SAN的结构允许任何服务器连接到任何存储阵列，不管数据置放在哪里，服务器都可直接存取所需的数据。 SAN具有下面几个特点:首先SAN具有无限的扩展能力，由于SAN采用了网络结构，服务器可以访问存储网络上的任何一个存储设备，因此用户可以自由增加磁盘阵列、带库和服务器等设备，使得整个系 20 统的存储空间和处理能力得以按客户需求不断扩大。另外，SAN具有更高的连接速度和处理能力。SAN采用了为大规模数据传输而专门设计的光纤通道技术，目前的传输速度为100Mbps，并会很快开发出传输速度为200Mbps和400Mbps的光纤通道交换机。 实现SAN的硬件基础设施是光纤通道，用光纤通道构筑的SAN，由3部分构成:存储和备份设备，包括磁带库、磁盘阵列和光盘库等;光纤通道网络连接部件，包括主机总线适配卡(HBA: Host Bus Adapter)和驱动程序、光缆(线)、集线器、交换机、光纤通道与SCSI间的桥接器(Bridge)等;应用和管理软件包括:备份软件、存储资源管理软件、设备管理软件。在SAN解决方案中，除存储设备外，其关键部件就是网络连接部件——光纤交换机。 综上所述NAS具有安装管理方便、价格平民化等优点，是中小企业存储的优选方案。 特别是对于部门服务器合并项目、独立的工作组级的客户，他们能充分享受到NAS性能价格比的好处。而SAN可以适用于企业级数据存储、服务器集群、远程灾难恢复、Internet数据服务等多个领域。随着iSCSI、Storage over IP、Infiniband等技术的不断出现，未来的SAN、NAS最终将逐渐走向统一。 2.4 PACS存储策略 以上介绍了PACS存储可用的存储设备和存储架构技术。但在规划PACS存储方案时，要根据网络条件、数据流量和用户分布情况，采用不同的存储策略。不同的存储策略，决定了存储设备和存储架构的选用。 21 2.4.1 集中存储策略 集中存储，是把所有PACS影像数据集中存储在网络较中心的位置，供全院影像设备存储数据和所有工作站读取数据的存储策略。基于此策略的PACS系统网络流量较大，一般在网络带宽充裕的情况下采用。可以采用NAS、SAN或传统的服务器+RAID。一般采用大容量的高档存储设备，价格较高。此策略的最大优势是方便管理，缺点是造价相对较高。但小型医院采用此策略时效率较高。 2.4.2 分布存储策略 分布存储，是按数据来源和用户组分别设置存储，PACS影像分布存储于全院各部门，通过一定的应用程序来管理、协调这些存储，以满足全院PACS用户的数据读写需求的存储策略。分布存储的单个存储设备一般配置较低，总是有较好的性价比。对多影像部门的全院PACS数据流分析可以看出，存在这样一些用户群，他们的数据读取内容比较集中而且办公物理位置也比较集中，如放射科主要访问CR、CT数据，而基本上不访问超声数据，临床部门主要访问当前管属病人的影像数据。如果把他们经常访问的数据集中存储在他们最近的网络节点，将大大减少总网络流量，特别是骨干网的流量。这是分布存储存在的事务基础。分布存储网络带宽需求低、造价低、方便逐步实施、扩展时投资重利用率高，其缺陷是管理复杂。可采用NAS和传统服务器。中等规模医院，网络带宽和投资规模有限时，可采用此策略。 2.4.3. 逻辑上集中的分布存储 对PACS数据用户来说是统一的，但物理上是分布的一种PACS存 22 储解决方案。这种存储方案往往通过专门的存储管理系统(应用软件 + 专门管理)来集中配置、管理存储设备，用户透明地向存储系统请求数据(无需知道物理存储位置)。但存储管理系统实际上采用了物理的分布存储，以减少网络流量。这一定程度上解决了一般分布存储的管理问题，又保持了分布存储的性能和价格优势。 2.4.4 逻辑上分布的集中存储 SAN技术的出现，使得可以构建一种集中管理的“分布”存储。在一般分布存储架构基础上，把分布的服务器上的存储设备转移到SAN上，集中管理和连接存储设备，以光纤连接原服务器和SAN，从而形成了集中的“分布”存储。这种存储方案和普通分布存储一样，只在局部占有较多的局域网带宽，能很好的适应网络带宽不足的情况，数据传输主要在SAN光纤网内进行。 23 三 数字化医院中的PACS系统定位 根据国外建立数字化医院的经验，为病人提供更好、更快的服务，提高医院在医疗服务市场上的竞争力，以吸引更多病人到本院就医以及提高劳动效率是数字化建设的根本动力，“以病人为中心”的临床信息系统建设是数字化医院的根本之道。随着国内医疗体制改革和医疗保险与公费医疗制度的改革，如何提高医院的社会效益(服务质量)和经济效益成为医院领导关心的两大问题。 作为医院信息的管理者，如何有效结合并充分利用管理信息和临床诊疗信息来提高医院的管理水平和诊疗水平同样重要，如何搭建一个合理的数字化医院方案显得尤其重要。东南大学附属中大医院院长刘乃丰教授更是为我们描绘了“数字化医院”的蓝图:真正意义上的“数字化医院”是在医疗活动中实现无纸化、无网线、无胶片。理想化的数字化医院是:数字化医院将通过宽带网络把数字化医疗设备、数字化医学影像系统和数字化医疗信息系统等全部临床作业过程纳入到数字化网络中，实现临床作业的无纸化和无片化运行。患者在数字化医院接受影像检查，不需要再冲洗胶片，几分钟后图像就可以通过网络传送到医生面前，可为病人节省大量时间;病人的所有资料(包 24 括历史资料)全部电子档案化，可以随时从电脑中调出;医院管理实现网络化，使医疗资源配置最优化。 PACS系统的建设将是对现有以管理为目标的HIS系统的提升，在2003年9月于上海召开的“江浙沪医院信息化管理与实践论坛”上，更多的与会者提出了建设实用化，突出临床应用的PACS系统思想，将医院信息化从传统人财物信息管理，提高到医疗信息、图像信息的管理，加强信息应用的延伸，把应用提高到诊疗过程中。 3.1 PACS的发展和相关标准 从70年代初CT的出现到80年代初核磁共振成像装置推向临床，标志着现代医学成像技术趋于成熟。医学成像工作者面临的主要任务，已经由成像技术本身的提高转向如何管理并从分利用急剧增加的医学图像信息。80年代初提出了PACS系统，为了强调管理，80年代中期出现了图像管理与通讯IMAC(Image Management and Communication)以及图像管理与通讯系统IMACS(IMAC System)。90年代又引入了综合诊断系统IDS(Integrated Diagnostic System)，这一概念强调了最终用户的重要性，将PACS由纯粹的工程实验研究转向强调临床实用需求。实质上，PACS、IMAC(S)和IDS代表了PACS系统发展的三个阶段。 DICOM标准:由于各成像设备厂家所用数据格式的差异，影响了他们之间的信息交换、互联及通讯，并阻碍了PACS本身的发展，因而促使美国放射设备的用户,美国放射协会(ACR)和设备制造商有关组织电器制造商协会NEMA与1983年联合成立，开发ACR,NEMA标 25 准，相继发表了ACR-NEMA 300-85, ACR-NEMA 300-88, ACR-NEMA 1.0, ACR-NEMA 2.0,之后又扩展成为医学数字成像与通讯标准DICOM3; HL7:Health Level Seven组织成立於1987年,它主要目的是要发展各型医疗信息系统间,如临床、银行、保险、管理、行政及检验等各项电子资料的标准。 HL7通讯协议(Protocol)汇集了不同厂商用来设计应用软件之间介面的标准格式,它允许各个医疗机构不同的系统之间,进行一些重要资料的通讯。通讯协议的设计同时保留相当的弹性,使得一些特定需求资料的处理维持相容性。 Health Level Seven 组织参考了国际标准组织(International Standards Organizations ISO),采用开放式系统互联(Open System Interconnection, OSI)的通讯模式，将HL7纳为最高的一层，也就是应用层。在1994年HL7出来第四个版本(Version2.2,DEC,1994)，已纳入美国ANSI国家标准，此将积极促使HL7的发展及推广。 IHE(Integrating the Healthcare Enterprise):IHE 技术架构是在DICOM3和HL7基础上，列出不同功能的医疗器材所应扮演的角色，以及与其它不同角色医疗器材的互动关系，主要体现信息之间的连接关系，包括设备及软件集成，供业界有所遵循，希望达到下面的主要目标: (1) 减少数据与功能的重复性。 (2) 建构医院信息系统 (Hospital Information System) 、放射学信息系统 (RIS; Radiology Information System) 、不同的诊断仪器及 PACS (Picture Archiving and Communication Systems) 等成 26 为一个信息回路，增强数据的完整度与汲取的方便性。 (3) 在 RIS 与 PACS 的环境中，提高数据预先取用的效率。 PACS所管理的医学图像也是医院产生的信息，医院在使用PACS管理图像的同时，也需要HIS系统管理其他信息，所以PACS系统除了自身需要遵循DICOM协议和相关标准外，还应当具有与HIS的互操作性或集成性,必须具备使用HL7协议与其他医院信息进行数据交换的接口，从国内外PACS的发展状况和发展趋势看，做PACS一定要走标准化道路，不论建立PACS系统的起点或规模大小，都应该严格遵循DICOM和HL7标准。模拟视频和胶片扫描只可作为一种影像资料数字化的补充手段。 PACS系统是医学影像信息无片化和网络化管理的具体实现。随着存储技术、通讯技术、计算机技术与医学影像处理技术的不断提高，人们对PACS的理解和要求也在发生改变，作为计算机技术应用于医学诊治的数据平台，许多PACS研发企业的产品研发策略也忽略了如何将PACS提供的医学检查数据应用于医院的诊治过程，如果缺少这一环节，PACS所提供的服务在提高医院的诊治水平方面就没有本质的作用。这一问题不仅在企业方面没有引起足够的重视(有些是限于核心技术与研发能力)，临床方面也没有引起足够的注意。为此，EastImage® 在Angelplan®-3M PACS的建设中提出自己的理念，在PACS系统中融各种医学影像的获取、处理、归档、复制、分析、比较以及资源共享、远程传输、异地会诊等功能于一体，不仅可以和传统的HIS系统融合，不仅是一个政务、事务处理中心，更重要 27 的是一个现代医学影像诊断和处理中心，突出图像在诊疗中的应用，将PACS系统建设带入新的发展阶段。 3.2 PACS建设的理念 根据总体规划、规范应用、逐步投入、分步实施的信息化建设特点，针对国内医院的实际需求，提出了建设PACS的新理念，即“以病人为中心，以诊疗终端为核心”，逐步有效，扎扎实实的突出影像技术的临床应用。将PACS建设从归档通讯向突出诊疗应用发展，以建设医院影像信息中心及社会共享结点为目标。 1)Mini PACS:建立连接医院内符合DICOM标准的影像设备，实现影像资料的共享，具备管理和诊断影像工作站，突出影像应用。 2)Mid PACS:实现医院内所有影像设备的链接，共享影像资源，突出诊疗应用。 3)Mult PACS:采用先进的影像工作站技术，融合专家知识库等辅助手段，实现整个医院范围内的影像资源开放式共享，并可以通过Internet实现与社会共享。 在3M PACS的建设中提出自己的理念，在PACS系统中融各种医学影像的获取、处理、归档、复制、分析、比较以及资源共享、远程传输、异地会诊等功能于一体，突出图像应用，将PACS系统建设成为一个现代医学影像诊断、处理与治疗中心。 效益产出理念:我们知道，信息化的建设并不能产生直接的经济效益，但是节省人力，提高诊疗效率和诊疗水平，为病人和医生及管理者提供方便，必将产生巨大的社会效益和间接经济效益，除此之外， 28 EastImage®也提出了自己独到的效益产出理念，包括数据服务和个性化诊疗等。 3M PACS 立足于拓展传统PACS系统的应用，突出以病人为中心，以数字化影像临床诊疗为技术依托，使医护人员能够方便地、及时地、完整地获取影像信息资源，并利用这些资源有效地提高对病人的服务质量，符合数字化医院建设的实际需求。3M PACS为数字化医院描述的未来是:病人可以在家中预约影像检查, 检查后医生可以很快看到病人的影像资料，并能根据病人的医学影像历史资料或其他检查资料作为参照对比，在影像工作站上为患者进行二维阅片或三维立体诊断，并可以制定有效的治疗 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 或手术计划，随着数字化医院建设规模和网络应用的普及，病人或家属甚至可以自己预约或召集在不同城市或国家的医生对自己的检查结果、影像资料进行会诊。 3.3 PACS系统诊疗工作站软件的功能定位 PACS的名称定义了该系统的最初功能，即图像的存贮和传输。事实上，开始研究和实施PACS的研究人员和医院也是如此理解PACS系统的。从影像资料以胶片的形式保存和借阅到影像资料以数字化方式保存于计算机系统并通过网络实现影像资料的共享是医院影像资料管理的一次飞跃。但随着计算机软硬件水平的迅速发展，仅仅具有的存贮和传输功能极大地浪费了系统资源，同时，也极大地限制了PACS对临床诊断、治疗的促进作用。从经济效益分析，仅仅为了影像资料的存贮和传输而投入几百万元甚至上千万元的资金，而如此的投入并没有实质性地提高医院的诊断和治疗水平，在一定程度上影响 29 了医院的决策。 在医院临床实践的PACS系统应该考虑两种功能类别，首先，PACS必须满足临床各种医学图像信息的保存和传输的需要，即实现PACS的最基本功能，同时，它也为第二个功能类别奠定了平台。另一方面，PACS必须包括对医学图像信息的处理和分析功能，直接为医学实践(以诊断和治疗为主)服务，充分利用计算机软硬件资源，挖掘深层次的图像信息，方便医生操作图像数据，提供强有力的辅助诊断和治疗方案设计的工具，在提高诊断和治疗水平方面发挥作用。 对于PACS在图像存贮和传输方面的功能实现已被PACS的研制单位和应用单位充分地认识，数据库技术、网络技术的进步和数字存贮设备、通信设备的性能价格比的快速提升，实现这些基本功能的障碍已可以比较容易逾越，为了达到满足临床需求的在线存贮容量需要的代价也已降到可以接受的范围内，同时，在医院内铺设百兆、千兆速度的通信网络足以在硬件方面克服了图像传输的数据拥挤问题。因此，这部份系统的设计只需要关注数据库的结构、内部数据协议、系统数据接口等一些问题，而这些问题已存在相对成熟的技术可以借鉴。 相对来说，PACS在图像信息的处理和分析方面的功能实现还没有引起足够的重视，许多在临床试用的PACS仅提供了图像浏览的功能，基本上用显示器取代了灯箱，医生由传统的对着灯箱阅片改为面对显示器阅片，但对疾病诊断水平的提高没有实质性的帮助，就图像显示质量来说，也不见得比传统方式更好，许多情况下，为了节省 30 PACS系统的投资，没有使用专用的高分辨率显示器，会导致屏幕显示图像的分辨率(包括空间分辨率和灰度分辨率)低于胶片的分辨率，不仅不能提高诊断水平，反而影响了诊断。这也是导致许多医生(尤其的放射科医生)对使用PACS热情不高的重要因素之一。 鉴于以上的考虑，我们认为，PACS系统中图像信息的处理和分析功能对于推广PACS系统具有十分重要的意义，从一定意义上说，它甚至会成为决定性的因素。 由于医院中各个科室存在分工的区别，他们对于影像数据的使用方式也各不相同。例如，放射科医生的主要工作之一就是对各种放射成像结果进行诊断，而骨科医生使用影像数据除了确定患者的病情外，更重要的一点是需要依据该患者的影像资料设计治疗方案，这在脑外科就显得更加重要。而心脏科在疾病诊断方面除了分析静态的影像资料外，还需要进行如血流分析等动态分析，它通常需要专用的分析设备来实现。既然医院建立了PACS系统，各个科室都可以通过系统获取各种医学图像数据，那么，针对各个科室对影像数据的操作需求而提供专用的图像操作软件，取代(或部分取代)各种专用的分析设备，无论是从医生工作的方便性和有效性角度考虑，还是从医院的投资角度考虑都是有益的。 3.4 图像处理和分析方面的新技术应用 数字图像处理学科发展初期的主要应用对象为遥感资源图像分析，到了上世纪八十年代中后期，医学影像方面的研究和应用成为该学科最具活力最值得炫耀方向，同时也导致了医学影像学的迅速发 31 展。大多数的数字图像处理学科的最新研究成果都可以在PACS系统中得到应用，同时，这些新技术的应用进一步提升了PACS在临床的应用价值。 图像配准和图像融合:图像配准和图像融合是相互参照比较的医学诊断的重要手段之一，这包括将被检查者与正常人的比较、被检查者前后不同时期的资料比较、被检查者相同时期不同检查结果之间的参照综合。传统情况下，这些参照比较都由医生凭自己的理解主观作出，严重依赖于医生的经验，往往缺少一致性。在PACS系统实施后，各种病例的数据、同一病例各个时期的检查数据及各种检查数据都保存于系统数据库中，为图像数据间的相互参照提供了坚实的基础。图像间相互参照的功能应该列入PACS系统的功能清单中，为临床提供准确可靠的诊断依据。 待比较图像之间的配准是图像比较的基础，只有实现了它们间的配准，各图像间才可以在统一的坐标系中得以表达，后续的对比分析和图像融合才能进行。实现图像配准有两种完全不同的方式，即基于外部参考点方式和完全基于图像内部信息的方式。 目前临床应用较多的为基于外部参考点的方式，例如给病人戴上定位专用的头盔或定位床(这种方法广泛应用于精确放疗定位中)，这些头盔和定位床中都安排有在X线或磁共振成像中可以显像的定位装置，在获取的影像中，可以清晰地找到这些定位标志，不同图像之间可以依靠它们进行配准。这种配准方法的特点是算法相对简单，定位精度较高(取决于定位标志的精度)，但它的适用面小，一般只 32 适用于在短时间内做的检查之间的配准。有些定位装置的安置还是有创的，例如，一些定位头盔需要用专用螺钉固定在病人的颅骨上，会给病人造成一定的心理上和生理上的伤害。 基于图像内部信息的配准方式是目前数字图像处理学科的研究热点，它实现图像间的配准时，不需要附加任何辅助定位手术，完全根据图像之间的相似性确定它们之间的映射关系。这种配准方法的特点是适用面广，待配准图像不受时间、空间的限制都可以进行配准，但方法还处于研究阶段，没有成熟的算法可以提供，因此，掌握该技术的单位较少，仅一些正在开展该课题研究的科研单位有能力开发出可应用于临床的软件。 在图像配准的基础上，如何综合不同图像的信息，将合成的最有利于诊断的图像数据提供给医生是图像融合的研究内容。最简单的方法是线性灰度迭加的方法，但不利于突出有效信息。而其它的一些非线性方法(如基本于变换的方法等)还处于研究阶段，部份研究成果已有成功的报道。 运动图像分析:一些动态功能评估需要应用运动图像分析的研究成果，例如评估心脏功能的血流分析、微循环系统功能分析等，提取一定时间段内图像中的元素的运动向量，从而计算出它们的运动速度，提供动态参数。 数据仓库和数据挖掘:数据挖掘是近几年才开展的研究课题，它综合图像分析手段，结合专家知识表达，对众多的数据进行整理、分析，给出有效信息，达到辅助诊断的目的。 33 数据显示技术:数据显示技术主要在两方面提高现有的PACS图像显示水平，首先，如何融合各种检查数据，集中体现互补的信息表达，便于医生分析诊断;另一方面，越来越高的成像设备的分辨率，使根据这些设备(尤其是CT和MRI)产生的数据进行进一步加工处理后(如三维重建后)可以替代部份影像学检查的功能，例如，虚拟内窥镜就可以部分仿真内窥镜检查，必须研究新的显示技术，将更直观、更准确的图像显示给医生。 3.5 自主开发及自主知识产权的重要性 在已经建成的医院管理系统和PACS系统中，因为各种原因，在信息一体化和信息共享方面存在相当大的差异，使得建成的系统间很难做到信息共享和交流，各子系统成了信息孤岛，追究其根本原因在于开发时没有采用标准或所采用的软件没有自己的知识产权。因此，医院在选择产品提供商或合作开发伙伴时，应该选择技术力量雄厚，具有自主开发力量和后续研究能力的企业，只有这样才能保护好医院的原有投资。 34 总结 PACS系统是未来数字化医院建设中的核心，成功的PACS系统应该具备不同的特点，但是，没用影像信息应用，不能有效和高效地应用影像信息的PACS一定不能算作成功的PACS, AnglePlan® 3M PACS以国际领先的影像处理技术参与中国的数字化建设大潮，为中国的数字化医院建设带来新的概念和应用，将PACS系统建设带入新的发展 参考文献 【1】 王宝华 罗立民 《生物医学电子学高级教程》东南大学出版社 【2】 中国PACS论坛(www.cnPACS.org) 【3】 医学影像技术论坛(www.yxyyjs.com) 【4】 中国医疗科技影像网(www.china009.com.cn) 【5】 陈金雄、刘雄飞、吴学贵 军队医院PACS的设计与实现.医疗设备信息，2001，7:1-2，38 【6】 新世纪医院院长与医院信息化工作全书 清华大学出版社 35