影像存储及通讯系统(PACS)

PACS系统是Picture Archiving and Communication Systems的缩写,意为影像归档和通信系统。它是应用在医院影像科室的系统,主要的任务就是把日常产生的各种医学影像(包括核磁,CT,超声,各种X光机,各种红外仪、显微仪等设备产生的图像)通过各种接口(模拟,DICOM,网络)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。它在各种影像设备间传输数据和组织存储数据具有重要作用。

简要介绍

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(Picture Archiving and Communication Systems),与临床信息系统(Clinical Information System, CIS)、放射学信息系统(Radiology Information System, RIS)、医院信息系统(Hospital Information System, HIS)、实验室信息系统(Laboratory Information System, 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。


主要特点

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。 


结构流程

结构层次

(一) 物理层次

从物理层次结构上,PACS可以分为4层:网络用户层、接入层、核心层、资源提供层,自下而上构成一个"金字塔"结构。其中:网络用户层是网络中的众多的终端或工作站;接入层是指与网络用户层中的终端或工作站相连接,为这些终端或工作站进行网络互联的网络设备集合(如二级交换机、集线器等);核心层是指将接入层网络设备汇集起来,形成全网互联的网络设备的集合,如(服务器、路由器、防火墙等);资源提供层是指PACS网络中的众多的医疗器械终端,如(CT、US、DR等)。

(二) 应用层次

从应用层次结构上,PACS可以分为3层:MINI-PACS、科室级PACS、全院级PACS,自内而外构成一个"内嵌型"结构。其中:MINI-PACS是指针对小型医疗院所或单一科室规划的系统,MINI-PACS系统也必须包含超声波、内窥镜等图文并茂的专业影像报告系统;科室级PACS是指针对中型医院所提出的科室架构,紧密整合院方已有的HIS/RIS系统 ,建立以患者为中心的科室影像中心;全院级PACS主要是针对大型医院所提出的全院性架构,完全实现全院影像科室数字化读片诊断工作流程、实现全院影像科室电子化管理。

工作流程

现有主流PACS厂商,在研发PACS系统之初,都遵从了以下标准流程。

(一) 检查信息登记输入

前台登记工作站录入患者基本信息及检查申请信息,也可通过检索HIS系统(如果存在HIS并与PACS/RIS融合)进行病人信息自动录入,并对病人进行分诊登记、复诊登记、申请单扫描、申请单打印、分诊安排等工作。

(二) WorkList服务

病人信息一经录入,其他工作站可直接从PACS系统主数据库中自动调用,无需重新手动录入;具有WorkList服务的医疗影像设备可直接由服务器提取相关病人基本信息列表,不具备WorkList功能影像设备通过医疗影像设备操作台输入病人信息资料或通过分诊台提取登记信息。

(三) 影像获取

对于标准 DICOM 设备,采集工作站可在检查完成后或检查过程中自动 ( 或手动 ) 将影像转发至PACS主服务器。

(四) 非DICOM转换

对于非DICOM设备,采集工作站可使用MiVideo DICOM网关收到登记信息后,在检查过程中进行影像采集,采集的影像自动(或由设备操作技师手动转发)转发至PACS主服务器。

(五) 图像调阅

患者在检查室完成影像检查后,医师可通过阅片室的网络进行影像调阅、浏览及处理,并可进行胶片打印输出后交付患者。

需要调阅影像时PACS系统自动按照后台设定路径从主服务器磁盘阵列或与之连接的前置服务器中调用。

在图像显示界面,医师一般可以进行一些测量长度、角度、面积等图像后处理,在主流PACS中,除了测量功能外,都会提供缩放、移动、镜像、反相、旋转、滤波、锐化、伪彩、播放、窗宽窗位调节等图像后处理功能。

(六) 报告编辑

患者完成影像检查后由专业人员对影像质量进行评审,并进行质量分析。完成质量评审控制后的影像,诊断医生可进行影像诊断报告编辑,并根据诊断医师权限,分别进行初诊报告、报告审核工作。在书写报告过程中,可使用诊断常用词语模版,以减少医生键盘输入工作量。诊断报告审核过程中可对修改内容进行修改痕迹保留、可获得临床诊断、详细病史、历史诊断等信息、可将报告存储为典型病例供其它类似诊断使用,供整个科室内学习提高使用。

审核完成的报告通过打印机进行输出后由医师签字后提交,同时诊断报告上传至主服务器存储备份。打印完成后的报告不能再进行修改,但可以只读方式调阅参考。


架构数据

存储技术架构

PACS有别于HIS、LIS等其它医学信息系统的最重要一点就是:海量数据存储。合理设计PACS的数据存储结构,是成功建设PACS的关键。一个大型的医院拥有大批现代化的大型医疗影像设备,每天影像检查产生的数据量多达4个GB左右(未压缩的原始数据),一年数据总量大约1200GB。而随着医院的业务飞速发展和新的影像设备的引进,这一数据量还可能进一步增长。此外,如何提高在线数据随机存取的效率也是一个非常关键的问题。

基于这一原因,现有的PACS医疗影像信息系统提供商多采用分级存储(HSM)的策略,将PACS存储分成在线存储和离线存储两级结构。用两种不同性能的存储介质来分别完成高容量和高效率的要求,低速超大容量存储设备(离线存储服务器)用作永久存储;高速存储设备(SAN)用作在线数据存储,确保在线数据的极高效存取。对于2年以上的历史数据保存在离线存储设备里,在线存储设备仅保存最近三年的数据。

文件格式

DICOM文件是指按照DICOM标准而存储的医学文件。

DICOM文件由多个数据集组成。数据集表现了现实世界信息对象的相关属性,如病人姓名、性别、身高和体重等。数据集由数据元素组成,数据元素包含进行编 码的信息对象属性的值,并由数据元素标签(Tag)唯一标识。数据元素具有三种结构,其中两种具有类型表示VR(是否出现由传输语法决定),差别在于其长 度的表达方式,另外一种不包括类型表示。类型表示指明了该数据元素中的数据是哪种类型,它是一个长度为2的字符串,例如一个数据元素的VR为FL,表示该数据元素中存储的数据类型为浮点型。所有数据元素都包含标签、值长度和数据值体。

标签是一个16位无符号整数对,按顺序排列包括组号和元素号。数据集中的数据元素应按数据元素标签号的递增顺序组织,且在一个数据集中最多出现一次。

值长度是一个16或32位(取决于显式VR或隐式VR)无符号整数,表明了准确的数据值的长度,按字节数目(为偶数)记录。此长度不包含数据元素标签、VR、值长度字段。

数据值体表明了数据元素的值,其长度为偶数字节,该字段的数据类型是由数据元素的VR所明确定义。数据元素字段由三个公共字段和一个可选字段组成。

数据结构

以现广东市场上的主流SUPER PACS系统为例。

目前SUPER PACS系统数据库共有36个表,按用途分为:公用表、数字胶片室专用表、放射专用表、超声专用表、远程专用表。其中起到关键性作用的是Patient、Study、Series、Image四个主表。

Patient表用于存放病人的基本信息,应用范围涉及到SUPER PACS的所有子系统;Study表用于存放病人的检查信息,应用范围涉及到SUPER PACS的所有子系统;Series表用于图象序列表的生成,应用范围涉及到SUPERPACSR DICOM放射系统;Image表用于保存系统图象记录。