PACS系統(tǒng)基本概述

時間：2022-02-16 05:24:02 | 來源：信息時代

時間：2022-02-16 05:24:02 來源：信息時代

隨著數(shù)字化信息時代的來臨，診斷成像設(shè)備中各種先進計算機技術(shù)和數(shù)字化圖像技術(shù)的應(yīng)用為醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。歷經(jīng)逾百年發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像成像技術(shù)也從最初的X射線成像發(fā)展到現(xiàn)在的各種數(shù)字成像技術(shù)。

什么是醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)

醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)簡稱PACS(PictureArchivingandCommunicationSystems)，與臨床信息系統(tǒng)(ClinicalInformationSystem,CIS)、放射學(xué)信息系統(tǒng)(RadiologyInformationSystem,RIS)、醫(yī)院信息系統(tǒng)(HospitalInformationSystem,HIS)、實驗室信息系統(tǒng)(LaboratoryInformationSystem,LIS)同屬醫(yī)院信息系統(tǒng)。

醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)狹義上是指基于醫(yī)學(xué)影像存儲與通信系統(tǒng)，從技術(shù)上解決圖像處理技術(shù)的管理系統(tǒng);臨床信息系統(tǒng)是指支持醫(yī)院醫(yī)護人員的臨床活動，收集和處理病人的臨床醫(yī)療信息的信息管理系統(tǒng);放射學(xué)信息系統(tǒng)是指以放射科的登記、分診、影像診斷報告以及放射科的各項信息查詢、統(tǒng)計等基于流程管理的信息系統(tǒng);醫(yī)院信息系統(tǒng)是指覆蓋醫(yī)院所有業(yè)務(wù)和業(yè)務(wù)全過程的信息管理系統(tǒng);實驗室信息系統(tǒng)是一類用來處理實驗室過程信息的信息系統(tǒng)。

在現(xiàn)代醫(yī)療行業(yè)，醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)是指包含了包括了RIS，以DICOM3.0國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，以高性能服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)及存儲設(shè)備構(gòu)成硬件支持平臺，以大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)和圖像的存儲管理工具，以醫(yī)療影像的采集、傳輸、存儲和診斷為核心，是集影像采集傳輸與存儲管理、影像診斷查詢與報告管理、綜合信息管理等綜合應(yīng)用于一體的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，主要的任務(wù)就是把醫(yī)院影像科日常產(chǎn)生的各種醫(yī)學(xué)影像(包括核磁、CT、DR、超聲、各種X光機等設(shè)備產(chǎn)生的圖像)通過DICOM3.0國際標(biāo)準(zhǔn)接口(中國市場大多為模擬，DICOM，網(wǎng)絡(luò)等接口)以數(shù)字化的方式海量保存起來，當(dāng)需要的時候在一定的授權(quán)下能夠很快的調(diào)回使用，同時增加一些輔助診斷管理功能。

對醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)應(yīng)用的需求

隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，醫(yī)療機構(gòu)的診療工作越來越多依賴醫(yī)學(xué)影像的檢查(X線、CT、MR、超聲、窺鏡、血管造影等)。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像管理方法(膠片、圖片、資料)諸此大量日積月累、年復(fù)一年存儲保管，堆積如山，給查找和調(diào)閱帶來諸多困難，丟失影片和資料時有發(fā)生。已無法適應(yīng)現(xiàn)代醫(yī)院中對如此大量和大范圍醫(yī)學(xué)影像的管理要求。采用數(shù)字化影像管理方法來解決這些問題已經(jīng)得到公認(rèn)。隨著計算機和通訊技術(shù)發(fā)展，為數(shù)字化影像和傳輸?shù)於ɑA(chǔ)。目前國內(nèi)眾多醫(yī)院已完成醫(yī)院信息化管理，其影像設(shè)備逐漸更新為數(shù)字化，已具備了聯(lián)網(wǎng)和實施影像信息系統(tǒng)的基本條件，實現(xiàn)徹底無膠片放射科和數(shù)字化醫(yī)院，已經(jīng)成為現(xiàn)代化醫(yī)療不可阻擋的潮流。

醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢

醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)最初是從處理放射科的數(shù)字圖像發(fā)展起來的。

主要優(yōu)點

1)減少物料成本：引入PACS系統(tǒng)后，圖像均采用數(shù)字化存儲，節(jié)省了大量的介質(zhì)(紙張，膠片等)。

2)減少管理成本：數(shù)字化存儲帶來的另外一個好處就是不失真，同時占地小，節(jié)省了大量的介質(zhì)管理費用。

3)提高工作效率：數(shù)字化使得在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方調(diào)閱影像成為可能，比如借片和調(diào)閱病人以往病歷等。原來需要很長周期和大量人力參與的事情現(xiàn)只需輕松點擊即可實現(xiàn)，大大提高了醫(yī)生的工作效率。醫(yī)生工作效率的提高就意味著每天能接待的病人數(shù)增加，給醫(yī)院帶來效益。

4)提高醫(yī)院的醫(yī)療水平：通過數(shù)字化，可以大大簡化醫(yī)生的工作流程，把更多的時間和精力放在診斷上，有助于提高醫(yī)院的診斷水平。同時各種圖像處理技術(shù)的引進使得以往難以察覺的病變變得清晰可見。方便的以往病歷的調(diào)閱還使得醫(yī)生能夠參考借鑒以前的經(jīng)驗作出更準(zhǔn)確的診斷。數(shù)字化存儲還使得遠(yuǎn)程醫(yī)療成為可能。

5)為醫(yī)院提供資源積累：對于一個醫(yī)院而言，典型的病歷圖像和報告是非常寶貴的資源，而無失真的數(shù)字化存儲和在專家系統(tǒng)下做出的規(guī)范的報告是醫(yī)院的寶貴的技術(shù)積累。

6)充分利用本院資源和其他醫(yī)院資源：通過遠(yuǎn)程醫(yī)療，可以促進醫(yī)院之間的技術(shù)交流，同時互補互惠互利，促進雙方發(fā)展。

起源

醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)的前身是醫(yī)學(xué)影像存檔與通信系統(tǒng)(PACS，PictureArchivingCommunicationSystem)，最先推動PACS發(fā)展的動力來自于傳統(tǒng)的相機廠家。這是因為當(dāng)數(shù)字化浪潮到來的時候，他們首先就意識到這對他們的產(chǎn)品是一個不可逆轉(zhuǎn)的巨大的沖擊。他們當(dāng)然有著自己的優(yōu)勢：對各個廠家的設(shè)備連接能力有著最為清楚的了解;但是更有難于跨越的障礙：計算機技術(shù)不夠充足，對圖像設(shè)備及圖像處理不夠了解，因為他們畢竟屬于傳統(tǒng)的機械制造商。

他們的這種抵觸情緒甚至充斥了DICOM協(xié)議的每一個角落。懷疑網(wǎng)絡(luò)拒絕開放，這種場景使DICOM的制定者相當(dāng)光火，也使廣大的客戶十分不快;一方面由于壓力，另一方面在拒絕的過程中，設(shè)備廠商們自己也發(fā)現(xiàn)了開放其實意味著更大的市場和機會。

剛剛開始的時候，許多設(shè)備制造商對開放的網(wǎng)絡(luò)連接時有很大的抵觸情緒。因為他們認(rèn)為這是意義不大，并且對他們的利益有沖突，更深層的原因在于他們沒有意識到，已經(jīng)落在了信息技術(shù)發(fā)展的后面;更不了解，信息技術(shù)會給醫(yī)療影像行業(yè)帶來什么。

隨著計算機軟硬件技術(shù)、多媒體技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展以及醫(yī)學(xué)發(fā)展需求的不斷增長，PACS標(biāo)準(zhǔn)化進程不斷推進，尤其是ACR-NEMA(AmericanCollegeofRadiologyNationalElectricalManufactures′Association，美國放射學(xué)會和美國電器制造商學(xué)會)DICOM(digitalimagingandcommunicationsinmedicine，醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信標(biāo)準(zhǔn))3.0標(biāo)準(zhǔn)的普遍接受，目前的PACS已擴展到所有的醫(yī)學(xué)圖像領(lǐng)域，如心臟病學(xué)、病理學(xué)、眼科學(xué)、皮膚病學(xué)、核醫(yī)學(xué)、超聲學(xué)以及牙科學(xué)等。PACS所包含的內(nèi)容和能力已超越這一名詞原來的含義，現(xiàn)在我們所提到的PACS普遍是指包含了放射科信息系統(tǒng)(RIS，RadiologyInformationSystem)和醫(yī)學(xué)影像存檔與通信系統(tǒng)(PACS，PictureArchivingCommunicationSystem)的醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)。

現(xiàn)況

近年P(guān)ACS醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在下列幾方面：

1、內(nèi)部存儲格式標(biāo)準(zhǔn)化為DICOM3.0

目前幾乎所有歐美先進PACS廠家都用正式DICOM3.0文件格式來儲存圖像。設(shè)計舊一點的PACS還用ACR-NEMA2.0或SPI，只有很老的PACS才用到廠家自己定義的格式。用DICOM3.0格式有許多好處，其中一條是今后要更換PACS時不必找舊PACS廠家來轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。更重要的是用DICOM3.0文件格式可以隨時加影像模式、加減和更改圖像文件的內(nèi)容。而傳統(tǒng)的固定字段長度圖像格式要添些東西就要全盤改動。

2、采納標(biāo)準(zhǔn)壓縮算法來壓縮圖像文件

新一代的PACS大多采用DICOM支持的標(biāo)準(zhǔn)壓縮算法，如JPEG、JPEGLossless、JPEG2000、JPEG-LS和Deflate等。廠家用自定義算法來壓縮圖像的現(xiàn)象越來越少。

3、三級儲存模式(在線、近線和離線)已經(jīng)轉(zhuǎn)變成兩級(在線和備份)

目前歐美先進PACS廠家都在推行在線和備份兩級儲存。備份只是為了防意外，如火災(zāi)、地震等。在線用的是硬盤，用RAID(冗余存儲磁盤陣列)加NAS(NetworkAttachedStorage)或SAN(StorageAreaNetwork)。而前幾年P(guān)ACS界最常見的是用三級圖像儲存模式：在線(online)、近線(near-line)和離線(off-line)。新的圖像在線存在硬盤上、老一點的圖像近線存在網(wǎng)路服務(wù)機里、再老一點的圖像離線存在MOD或磁帶里。

由于我國開發(fā)和引進PACS系統(tǒng)較晚，目前已經(jīng)建立并有效運行的PACS系統(tǒng)并不多見(特別是內(nèi)陸省市)。究其原因主要是標(biāo)準(zhǔn)化程度低、兼容性差，一般為封閉式的專用系統(tǒng)，既不經(jīng)濟、價格也昂貴，配置的硬件不夠合理，對工作量大的醫(yī)院缺乏強大的存儲子系統(tǒng)，無法支持?jǐn)?shù)據(jù)量巨大的常規(guī)放射影像，因此不能真正實現(xiàn)'無片化'管理。多數(shù)PACS系統(tǒng)也沒有其有效的工作流程和自動化管理功能，也不能向臨床診斷提供所需的全部，表現(xiàn)在在線信息少，響應(yīng)速度慢。對網(wǎng)絡(luò)安全、保密和符合法律要求方面還不可靠。現(xiàn)有的PACS系統(tǒng)設(shè)計大多數(shù)沒有考慮技術(shù)發(fā)展和擴展需要的可能，難于與現(xiàn)有的HIS/RIS整合為一個系統(tǒng)。

趨勢

各國的PACS系統(tǒng)研究和發(fā)展各具特點：美國PACS系統(tǒng)的研究和開發(fā)是在政府和廠商的資助下來進行的;歐洲的PACS系統(tǒng)由跨國財團、國家或地區(qū)的基金來支持，研究小組傾向于與某個主要廠商合作，著重于PACS建模和仿真及圖像處理部件的研究;日本將PACS系統(tǒng)研究和開發(fā)列為國家計劃，由廠商和大學(xué)醫(yī)院來共同完成，廠商負(fù)責(zé)PACS系統(tǒng)集成和醫(yī)院安裝，醫(yī)院負(fù)責(zé)系統(tǒng)臨床評測，而且系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)固定，沒給醫(yī)院研究人員留有多少修改的空間;韓國的PACS系統(tǒng)是在大型私營企業(yè)資助下所完成的。

PACS在國內(nèi)發(fā)展方向重點在：應(yīng)嚴(yán)格遵守國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)設(shè)計和完全開放式的體系結(jié)構(gòu)，基于IHE、DICOM3.0和HL-7(醫(yī)療保健)等國際標(biāo)準(zhǔn);瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，應(yīng)具有良好的兼容性;基于Internet/Intranet技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，需支持局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)，可遠(yuǎn)程會診;采用TB級甚至PB級存儲子系統(tǒng)，提高響應(yīng)能力;提供容錯、糾錯能力及更好的數(shù)據(jù)安全性和災(zāi)難恢復(fù)能力，有高性能數(shù)據(jù)壓縮技術(shù);系統(tǒng)界面友好，有強大的中文支持能力，易學(xué)易用;有語音、圖像和數(shù)據(jù)的傳輸?shù)榷喾N技術(shù)的無縫整合;有完整的系統(tǒng)解決方案，系統(tǒng)利于維護和技術(shù)支持。

標(biāo)準(zhǔn)化進程

上世紀(jì)，伴隨著科技的發(fā)展，醫(yī)療水平不斷提高，各種新的醫(yī)療影像設(shè)備不斷涌現(xiàn)。50年代超聲技術(shù)運用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域;70年代CT和80年代MRI先后應(yīng)用于臨床。此后基本上每隔兩三年就有新種類的醫(yī)療影像設(shè)備被發(fā)明。越來越多的醫(yī)療影像設(shè)備一方面提高了診斷的準(zhǔn)確程度，另一方面帶來了新的問題。那就是如何管理這些醫(yī)療影像設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，為了在一定范圍內(nèi)獲得醫(yī)療影像設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，保證不同廠家的影像設(shè)備的數(shù)據(jù)能夠互連。

1982年美國放射學(xué)會(ACR)和電器制造協(xié)會(NEMA)聯(lián)合組織了一個研究組(ACR-NEMA數(shù)字成像及通信標(biāo)準(zhǔn)委員會)，研究如何制定一套統(tǒng)一的通訊標(biāo)準(zhǔn)來保證不同廠家的影像設(shè)備能夠信息互連。經(jīng)協(xié)商一致后，制定出了一套數(shù)字化醫(yī)學(xué)影像的格式標(biāo)準(zhǔn)，即ACR-NEMA1.0標(biāo)準(zhǔn)，隨后在1988年完成了ACR-NEMA2.0，1993年發(fā)布3.0版本正式命名為DICOM3.0(DigitalImagingandCommunicationsinMedicine：醫(yī)療數(shù)字成像和通信)。

但是由于各種原因，此標(biāo)準(zhǔn)直到1997年才慢慢被各醫(yī)療影像設(shè)備廠商接受。此后標(biāo)準(zhǔn)每年都有大變動，涉及到醫(yī)學(xué)影像的每一個角落，特別是最近剛加入標(biāo)準(zhǔn)的SR(結(jié)構(gòu)化報告)涉及了其他標(biāo)準(zhǔn)不敢涉及的領(lǐng)域。同時，標(biāo)準(zhǔn)還在安全性(隱私和授權(quán))方面下了很大的功夫，添加了TSL/SSL，數(shù)字簽名，數(shù)字授權(quán)，數(shù)據(jù)加密支持。為了支持不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)交換，還增加了XML支持?？傊?，DICOM標(biāo)準(zhǔn)日新月異不斷向前發(fā)展。

目前，DICOM3.0已為國際醫(yī)療影像設(shè)備廠商普遍遵循，各大廠商所生產(chǎn)的影像設(shè)備均提供DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議。

在系統(tǒng)的輸出和輸入上必須支持DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)，已成為PACS的國際規(guī)范。只有在DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)下建立的PACS才能為用戶提供最好的系統(tǒng)連接和擴展功能。

(一)DICOM3.0

DICOM標(biāo)準(zhǔn)的全稱是'醫(yī)學(xué)數(shù)字成像與通訊'(digitalimagingandcommunicationinmedicine)標(biāo)準(zhǔn)，是按照NEMA的程序制訂和發(fā)展的。它實際上是ACR-NEMA的第三個版本。之所以不叫ACR-NEMA3.0而改稱DICOM3.0是因為：①該標(biāo)準(zhǔn)并不單單是由ACR-NEM的聯(lián)合委員會制訂的，世界上其它一些標(biāo)準(zhǔn)化組織也共同參與了它的制訂與發(fā)展。這些標(biāo)準(zhǔn)化組織包括歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會251技術(shù)委員會(即CENTC251)，該委員會早已以DICOM為基礎(chǔ)，制訂出一項與DICOM完全兼容的標(biāo)準(zhǔn)--MEDICOM;還有日本的JIRA(japaneseindustryradiologyApparatus)和醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)發(fā)展中心(medicalinformationsystemdevelopmentcenter)。這兩個組織對DICOM的主要貢獻在于提出了利用可移動的媒質(zhì)(光盤等)來存貯、交換醫(yī)學(xué)圖像的標(biāo)準(zhǔn)。在制訂標(biāo)準(zhǔn)過程中，也參考了其它的一些組織，包括IEEE、HL7和ANSI等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)不僅支持醫(yī)療放射圖像，它是可擴展的，面向所有醫(yī)學(xué)圖像，只要簡單地增加相應(yīng)的服務(wù)對象類(SOP)即可。擴展到心電圖(cardiology、內(nèi)窺鏡(endoscopy)、牙醫(yī)(dentistry)、病理學(xué)(pathology)和其它等類型圖像的工作目前正在進行之中。與其前面的1.0和2.0版本一樣，DICOM在制訂工作一開始就考慮到一些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織的研究成果，這不僅僅是為了避免重復(fù)性的工作，更重要的是為DICOM提供了重要的背景和技術(shù)。由于是面向網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的通訊標(biāo)準(zhǔn)，故對DICOM影響最大的是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型(ISO-OSI)。

(二)HL7

HL7是在醫(yī)療環(huán)境中(尤其是在院病人治療)交換電子數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。1987年5月，在Pennsylvania大學(xué)醫(yī)院，成立了一個由醫(yī)療單位(和用戶)、廠家和醫(yī)療顧問(consultants)組成的委員會，這個委員會主要負(fù)責(zé)HL7的工作，目的就是簡化不同廠商(尤其包括競爭的廠商)在醫(yī)療領(lǐng)域中的計算應(yīng)用的接口實現(xiàn)。其主要應(yīng)用領(lǐng)域就是HIS/RIS。

HL7目前主要是規(guī)范在HIS/RIS系統(tǒng)及其設(shè)備之間通訊如下信息：病人入院/掛號、出院或轉(zhuǎn)院數(shù)據(jù)(統(tǒng)稱ADT-admissions/registration、discharge、transfer)和查詢、病人安排、預(yù)訂、財務(wù)、臨床觀察、醫(yī)療記錄、病人的治療、主文件更新信息等。