PACS系统基本概述

时间：2022-02-16 05:24:02 | 来源：信息时代

时间：2022-02-16 05:24:02 来源：信息时代

随着数字化信息时代的来临，诊断成像设备中各种先进计算机技术和数字化图像技术的应用为医学影像信息系统的发展奠定了基础。历经逾百年发展，医学影像成像技术也从最初的X射线成像发展到现在的各种数字成像技术。

什么是医学影像信息系统

医学影像信息系统简称PACS(PictureArchivingandCommunicationSystems)，与临床信息系统(ClinicalInformationSystem,CIS)、放射学信息系统(RadiologyInformationSystem,RIS)、医院信息系统(HospitalInformationSystem,HIS)、实验室信息系统(LaboratoryInformationSystem,LIS)同属医院信息系统。

医学影像信息系统狭义上是指基于医学影像存储与通信系统，从技术上解决图像处理技术的管理系统;临床信息系统是指支持医院医护人员的临床活动，收集和处理病人的临床医疗信息的信息管理系统;放射学信息系统是指以放射科的登记、分诊、影像诊断报告以及放射科的各项信息查询、统计等基于流程管理的信息系统;医院信息系统是指覆盖医院所有业务和业务全过程的信息管理系统;实验室信息系统是一类用来处理实验室过程信息的信息系统。

在现代医疗行业，医学影像信息系统是指包含了包括了RIS，以DICOM3.0国际标准设计，以高性能服务器、网络及存储设备构成硬件支持平台，以大型关系型数据库作为数据和图像的存储管理工具，以医疗影像的采集、传输、存储和诊断为核心，是集影像采集传输与存储管理、影像诊断查询与报告管理、综合信息管理等综合应用于一体的综合应用系统，主要的任务就是把医院影像科日常产生的各种医学影像(包括核磁、CT、DR、超声、各种X光机等设备产生的图像)通过DICOM3.0国际标准接口(中国市场大多为模拟，DICOM，网络等接口)以数字化的方式海量保存起来，当需要的时候在一定的授权下能够很快的调回使用，同时增加一些辅助诊断管理功能。

对医学影像信息系统应用的需求

随着现代医学的发展，医疗机构的诊疗工作越来越多依赖医学影像的检查(X线、CT、MR、超声、窥镜、血管造影等)。传统的医学影像管理方法(胶片、图片、资料)诸此大量日积月累、年复一年存储保管，堆积如山，给查找和调阅带来诸多困难，丢失影片和资料时有发生。已无法适应现代医院中对如此大量和大范围医学影像的管理要求。采用数字化影像管理方法来解决这些问题已经得到公认。随着计算机和通讯技术发展，为数字化影像和传输奠定基础。目前国内众多医院已完成医院信息化管理，其影像设备逐渐更新为数字化，已具备了联网和实施影像信息系统的基本条件，实现彻底无胶片放射科和数字化医院，已经成为现代化医疗不可阻挡的潮流。

医学影像信息系统发展趋势

医学影像信息系统最初是从处理放射科的数字图像发展起来的。

主要优点

1)减少物料成本：引入PACS系统后，图像均采用数字化存储，节省了大量的介质(纸张，胶片等)。

2)减少管理成本：数字化存储带来的另外一个好处就是不失真，同时占地小，节省了大量的介质管理费用。

3)提高工作效率：数字化使得在任何有网络的地方调阅影像成为可能，比如借片和调阅病人以往病历等。原来需要很长周期和大量人力参与的事情现只需轻松点击即可实现，大大提高了医生的工作效率。医生工作效率的提高就意味着每天能接待的病人数增加，给医院带来效益。

4)提高医院的医疗水平：通过数字化，可以大大简化医生的工作流程，把更多的时间和精力放在诊断上，有助于提高医院的诊断水平。同时各种图像处理技术的引进使得以往难以察觉的病变变得清晰可见。方便的以往病历的调阅还使得医生能够参考借鉴以前的经验作出更准确的诊断。数字化存储还使得远程医疗成为可能。

5)为医院提供资源积累：对于一个医院而言，典型的病历图像和报告是非常宝贵的资源，而无失真的数字化存储和在专家系统下做出的规范的报告是医院的宝贵的技术积累。

6)充分利用本院资源和其他医院资源：通过远程医疗，可以促进医院之间的技术交流，同时互补互惠互利，促进双方发展。

起源

医学影像信息系统的前身是医学影像存档与通信系统(PACS，PictureArchivingCommunicationSystem)，最先推动PACS发展的动力来自于传统的相机厂家。这是因为当数字化浪潮到来的时候，他们首先就意识到这对他们的产品是一个不可逆转的巨大的冲击。他们当然有着自己的优势：对各个厂家的设备连接能力有着最为清楚的了解;但是更有难于跨越的障碍：计算机技术不够充足，对图像设备及图像处理不够了解，因为他们毕竟属于传统的机械制造商。

他们的这种抵触情绪甚至充斥了DICOM协议的每一个角落。怀疑网络拒绝开放，这种场景使DICOM的制定者相当光火，也使广大的客户十分不快;一方面由于压力，另一方面在拒绝的过程中，设备厂商们自己也发现了开放其实意味着更大的市场和机会。

刚刚开始的时候，许多设备制造商对开放的网络连接时有很大的抵触情绪。因为他们认为这是意义不大，并且对他们的利益有冲突，更深层的原因在于他们没有意识到，已经落在了信息技术发展的后面;更不了解，信息技术会给医疗影像行业带来什么。

随着计算机软硬件技术、多媒体技术和通信技术的高速发展以及医学发展需求的不断增长，PACS标准化进程不断推进，尤其是ACR-NEMA(AmericanCollegeofRadiologyNationalElectricalManufactures′Association，美国放射学会和美国电器制造商学会)DICOM(digitalimagingandcommunicationsinmedicine，医学数字成像和通信标准)3.0标准的普遍接受，目前的PACS已扩展到所有的医学图像领域，如心脏病学、病理学、眼科学、皮肤病学、核医学、超声学以及牙科学等。PACS所包含的内容和能力已超越这一名词原来的含义，现在我们所提到的PACS普遍是指包含了放射科信息系统(RIS，RadiologyInformationSystem)和医学影像存档与通信系统(PACS，PictureArchivingCommunicationSystem)的医学影像信息系统。

现况

近年PACS医学影像信息系统的技术发展主要体现在下列几方面：

1、内部存储格式标准化为DICOM3.0

目前几乎所有欧美先进PACS厂家都用正式DICOM3.0文件格式来储存图像。设计旧一点的PACS还用ACR-NEMA2.0或SPI，只有很老的PACS才用到厂家自己定义的格式。用DICOM3.0格式有许多好处，其中一条是今后要更换PACS时不必找旧PACS厂家来转换数据。更重要的是用DICOM3.0文件格式可以随时加影像模式、加减和更改图像文件的内容。而传统的固定字段长度图像格式要添些东西就要全盘改动。

2、采纳标准压缩算法来压缩图像文件

新一代的PACS大多采用DICOM支持的标准压缩算法，如JPEG、JPEGLossless、JPEG2000、JPEG-LS和Deflate等。厂家用自定义算法来压缩图像的现象越来越少。

3、三级储存模式(在线、近线和离线)已经转变成两级(在线和备份)

目前欧美先进PACS厂家都在推行在线和备份两级储存。备份只是为了防意外，如火灾、地震等。在线用的是硬盘，用RAID(冗余存储磁盘阵列)加NAS(NetworkAttachedStorage)或SAN(StorageAreaNetwork)。而前几年PACS界最常见的是用三级图像储存模式：在线(online)、近线(near-line)和离线(off-line)。新的图像在线存在硬盘上、老一点的图像近线存在网路服务机里、再老一点的图像离线存在MOD或磁带里。

由于我国开发和引进PACS系统较晚，目前已经建立并有效运行的PACS系统并不多见(特别是内陆省市)。究其原因主要是标准化程度低、兼容性差，一般为封闭式的专用系统，既不经济、价格也昂贵，配置的硬件不够合理，对工作量大的医院缺乏强大的存储子系统，无法支持数据量巨大的常规放射影像，因此不能真正实现'无片化'管理。多数PACS系统也没有其有效的工作流程和自动化管理功能，也不能向临床诊断提供所需的全部，表现在在线信息少，响应速度慢。对网络安全、保密和符合法律要求方面还不可靠。现有的PACS系统设计大多数没有考虑技术发展和扩展需要的可能，难于与现有的HIS/RIS整合为一个系统。

趋势

各国的PACS系统研究和发展各具特点：美国PACS系统的研究和开发是在政府和厂商的资助下来进行的;欧洲的PACS系统由跨国财团、国家或地区的基金来支持，研究小组倾向于与某个主要厂商合作，着重于PACS建模和仿真及图像处理部件的研究;日本将PACS系统研究和开发列为国家计划，由厂商和大学医院来共同完成，厂商负责PACS系统集成和医院安装，医院负责系统临床评测，而且系统技术指标固定，没给医院研究人员留有多少修改的空间;韩国的PACS系统是在大型私营企业资助下所完成的。

PACS在国内发展方向重点在：应严格遵守国际技术标准的系统设计和完全开放式的体系结构，基于IHE、DICOM3.0和HL-7(医疗保健)等国际标准;浏览器/服务器结构，应具有良好的兼容性;基于Internet/Intranet技术的网络结构，需支持局域网(LAN)、广域网(WAN)，可远程会诊;采用TB级甚至PB级存储子系统，提高响应能力;提供容错、纠错能力及更好的数据安全性和灾难恢复能力，有高性能数据压缩技术;系统界面友好，有强大的中文支持能力，易学易用;有语音、图像和数据的传输等多种技术的无缝整合;有完整的系统解决方案，系统利于维护和技术支持。

标准化进程

上世纪，伴随着科技的发展，医疗水平不断提高，各种新的医疗影像设备不断涌现。50年代超声技术运用于医学领域;70年代CT和80年代MRI先后应用于临床。此后基本上每隔两三年就有新种类的医疗影像设备被发明。越来越多的医疗影像设备一方面提高了诊断的准确程度，另一方面带来了新的问题。那就是如何管理这些医疗影像设备产生的数据，为了在一定范围内获得医疗影像设备产生的数据，保证不同厂家的影像设备的数据能够互连。

1982年美国放射学会(ACR)和电器制造协会(NEMA)联合组织了一个研究组(ACR-NEMA数字成像及通信标准委员会)，研究如何制定一套统一的通讯标准来保证不同厂家的影像设备能够信息互连。经协商一致后，制定出了一套数字化医学影像的格式标准，即ACR-NEMA1.0标准，随后在1988年完成了ACR-NEMA2.0，1993年发布3.0版本正式命名为DICOM3.0(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine：医疗数字成像和通信)。

但是由于各种原因，此标准直到1997年才慢慢被各医疗影像设备厂商接受。此后标准每年都有大变动，涉及到医学影像的每一个角落，特别是最近刚加入标准的SR(结构化报告)涉及了其他标准不敢涉及的领域。同时，标准还在安全性(隐私和授权)方面下了很大的功夫，添加了TSL/SSL，数字签名，数字授权，数据加密支持。为了支持不同领域的数据交换，还增加了XML支持。总之，DICOM标准日新月异不断向前发展。

目前，DICOM3.0已为国际医疗影像设备厂商普遍遵循，各大厂商所生产的影像设备均提供DICOM3.0标准通讯协议。

在系统的输出和输入上必须支持DICOM3.0标准，已成为PACS的国际规范。只有在DICOM3.0标准下建立的PACS才能为用户提供最好的系统连接和扩展功能。

(一)DICOM3.0

DICOM标准的全称是'医学数字成像与通讯'(digitalimagingandcommunicationinmedicine)标准，是按照NEMA的程序制订和发展的。它实际上是ACR-NEMA的第三个版本。之所以不叫ACR-NEMA3.0而改称DICOM3.0是因为：①该标准并不单单是由ACR-NEM的联合委员会制订的，世界上其它一些标准化组织也共同参与了它的制订与发展。这些标准化组织包括欧洲标准化委员会251技术委员会(即CENTC251)，该委员会早已以DICOM为基础，制订出一项与DICOM完全兼容的标准--MEDICOM;还有日本的JIRA(japaneseindustryradiologyApparatus)和医学信息系统发展中心(medicalinformationsystemdevelopmentcenter)。这两个组织对DICOM的主要贡献在于提出了利用可移动的媒质(光盘等)来存贮、交换医学图像的标准。在制订标准过程中，也参考了其它的一些组织，包括IEEE、HL7和ANSI等有关标准。标准不仅支持医疗放射图像，它是可扩展的，面向所有医学图像，只要简单地增加相应的服务对象类(SOP)即可。扩展到心电图(cardiology、内窥镜(endoscopy)、牙医(dentistry)、病理学(pathology)和其它等类型图像的工作目前正在进行之中。与其前面的1.0和2.0版本一样，DICOM在制订工作一开始就考虑到一些相关标准化组织的研究成果，这不仅仅是为了避免重复性的工作，更重要的是为DICOM提供了重要的背景和技术。由于是面向网络环境的通讯标准，故对DICOM影响最大的是国际标准化组织的开放系统互联参考模型(ISO-OSI)。

(二)HL7

HL7是在医疗环境中(尤其是在院病人治疗)交换电子数据的标准。1987年5月，在Pennsylvania大学医院，成立了一个由医疗单位(和用户)、厂家和医疗顾问(consultants)组成的委员会，这个委员会主要负责HL7的工作，目的就是简化不同厂商(尤其包括竞争的厂商)在医疗领域中的计算应用的接口实现。其主要应用领域就是HIS/RIS。

HL7目前主要是规范在HIS/RIS系统及其设备之间通讯如下信息：病人入院/挂号、出院或转院数据(统称ADT-admissions/registration、discharge、transfer)和查询、病人安排、预订、财务、临床观察、医疗记录、病人的治疗、主文件更新信息等。