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1、第十四章 CT的图像传输与PACS系统图像的网络传输是基于计算机技术的发展和数字图像的应用，至20世纪90年代末已基本形成一门学科，专用于医学图像传输的计算机网络系统又称为医学图像的存档与通讯系统。医学图像的存档与通讯（picture archiving and communication system, PACS），的研究开发是20世纪80年代从美国开始。当时是为了解决放射科的实际需求，主要目标是能将图像表达为计算机信息流，存储在计算机存储装置上，而放射科医生可依据计算机屏幕上的图像进行诊断。随着医学数字化影像设备的种类越来越多，计算机技术的突飞猛进，使得医学影像直接取自检查设备、存储、通讯
2、和显示都成为可能，但同时由于各公司生产的影像设备的图像格式不一致，使PACS进一步的发展遇到了很多困难。1993年国际相关组织在多年探索的基础上制定了ACR-NEMA DICOM3.0标准（digital imaging and communication in medicine 3.0, DICOM3.0），随后这个标准很快得到了世界各国的公认，从而形成了统一的图像通讯与数椐表达形式。现在，PACS已在发达国家形成规模，在发展中国家也在逐步推广，可以说PACS发展和应用是现代医院迈向数字化信息时代的重要标志之一。一、通讯和网络技术基础PACS是医学影像诊断学一门新的边缘学科，是建立在医学成像
3、、网络、工作站、数据库、图像处理和通讯工程基础上的系统。它除了涉及大量医学影像诊断方面的知识外，还涉及了许多计算机方面的专业知识，为了能深入地了解PACS，我们有必要学习和掌握一些有关计算机和网络方面的知识。1.通讯介质 通讯介质则是联接计算机网络的各种连线。在一个计算机网络内部，所有计算机之间的通讯都要通过通讯介质进行。为了降低电阻、提高通讯速度，网线通常都采用铜材质的线，而目前最常用的网络连线是双绞线和同轴电缆。1.1双绞线(twisted pair wires) 双绞线由两根相互绝缘、粗约1mm的铜线绞在一起而成，标准频宽为3003400Hz，连线的终端采用网络标准接口RJ45连接。根据
4、国际电工委员会的定义(IEEE802.3标准)，双绞线又称为10BaseT，其中10表示10兆比特/秒(10Mbit/s)，T表示材质为双绞线。一般，双绞线多用于点对点的通讯联接，用于多点联接时效果较差。另外，双绞线的抗干扰能力受环境和屏蔽的影响，现常用于短距离的联接(一般在100米以内效果较好，如距离过长，需加入中继器)。但双绞线的价格最便宜、使用广泛，并且可用于传输模拟和数字信号。1.2同轴电缆(coaxial cable) 同轴电缆的组成由里向外依次是铜芯、塑胶绝缘层、网状细铜丝及塑料保护套，铜芯与网状导体同轴，故名同轴电缆，连线的终端采用N系列(T头)接口连接。根据IEEE802.3标
5、准，同轴电缆又称为10Base5。局域网中常用的同轴电缆有两种，一种是阻抗为50W的同轴电缆用于传输数字信号，传输距离限制一般不超过500米，常在以太(Ethernet)网络的骨干网中使用。另一种是阻抗为75W的CATV电缆，又称宽带(broadband)同轴电缆，用于传输模拟信号，它的传输速率是100Mb/s150Mb/s。1.3光缆( fiber-optical cable) 光缆由能传送光波的玻璃纤维制成，外包一层比玻璃折射率低的材料，进入光纤的光波能在两种材料的界面上形成全反射，从而不断地向前传播完成传导。通常一根光缆由1216根光导纤维组成，可分成多模式和单模式。多模式的光纤直径为6
6、2.5mm，多用于以太网和ATM网等。单模式的光纤直径为9mm，常用于较长距离的通讯传输，如用于以太网，光缆的长度限制是2000米。光缆传输有很多优点：首先它具有很高的传输速率、极宽的频宽、低误码率和低延迟等特性；其次是光的传输不受电磁干扰和防窃听，因而安全性和保密性好；第三是光纤的重量轻、体积小。光缆的唯一缺点是光缆和用于网络接口的设备价格昂贵。2.网络的连接设备 在计算机网络中，除计算机和用于连接计算机的网线外，要实施联网和通讯还必须有一些辅助设备，通常的网络连接设备有：中继器、网桥、路由器、交换机、集线器和网关等。2.1中继器中继器是网络连接中的一个设备，它起到连接两个网络的作用。当安装
7、一个局域网而物理距离又超过允许范围时，可用中继器将该局域网的范围延伸。中继器工作在OSI系统(open system interconnection, OSI)的物理层，无论高层采用什么协议均与中继器无关，中继器只起到信号放大和整形作用，没有逻辑判断和处理能力。中继器在以太网络中一般限制在四个以内。网络中采用中继器连接后，整个系统仍属于一个网络，各网段上的工作站可共享同一个文件服务器。中继器不仅可延伸网络连线的距离，而且可以改变网络的拓扑结构，如在总线结构网络中，中间加入一个集线器(hub)后，可将总线结构改为星型结构。2.2网桥 网桥的作用类似中继器，但它是在网络的数据层连接两个网段，网间的
8、通讯由网桥传送，而网络内部的通讯则被网桥隔断。网桥能检查数据包的源地址和目的地址，如源地址和目的地址不在同一网络段上，则把数据包转发到另一个网络段上；若两个地址在同一个网络段上则不转发，所以网桥能起到滤过作用。网桥的这个特性很有用，当一个网络由于负载很重性能下降时，可以用网桥把它分隔成两个网络段，使段间的通讯量保持最小。网桥的作用还在于可最大限度地缓解网络通讯的繁忙程度、提高通讯效率，同时由于网桥的隔离作用，一个网络段上的故障不会影响另一个网络段，提高了网络的可靠性。2.3路由器 路由器工作于系统的网络层，故可在网络层、数据层和物理层间通讯和可执行不同的网络协议，协议的转换工作由路由器完成，一
9、般适合于连接复杂的大型网络。它工作的层次高于网桥，处理的信息数据大于网桥，因而处理速度也较网桥慢，但路由器的互连能力较强，可执行复杂的路由选择。2.4网关 网关是一种较为复杂的网络连接设备，它运行在系统的最上三层（会话层、表示层和应用层），它的作用是在网络层之上执行不同的协议，组成异构的互连网络。网关有对不兼容的高层协议进行转换的功能，如在构成PACS网络时，早期CT机与PACS服务器之间的连接，由于图像的格式不同、传输的协议不同，无法进行图像的传输，可采用网关对不同的传输层、会话层、表示层和应用层进行翻译和转换。2.5交换机 交换机可看成是一个多端口的网桥，它使用专用的集成电路技术，将一个或
10、多个网桥的功能融入一块芯片中。交换机也可作为一个独立的网络节点或一个网段。大多数交换机还具备将低速网络连接到高速网络的功能，如在以太网的连接中，可将10Mb/s的以太网连接到100Mb/s甚至千兆以太网上。2.6集线器 集线器是网络组成常用的设备之一。一般，集线器有多个用户端口，它可连接工作站、PACS的服务器和其它设备，是网络连线的中央连接点。集线器有多种类型，最常见的是一种简单的、单个盒子式的集线器，它和其它设备之间可用同轴电缆或双绞线连接，没有管理功能，通常只适合于少于12个用户的使用。另一种是模块化集线器，它配有机架或卡箱，带有多个插槽，每个槽可放置一块通讯卡，一块卡相当于一个简单的集
11、线器，可支持12个用户，总共有10块通讯卡，故模块化集线器可支持120个用户。3.网络的结构和体系在第二章中曾简单介绍了网络的基本结构，本节将进一步讨论各种连接方式的用途和优缺点。我们已经知道，网络中各个节点相互连接的方法与形式称为网络的结构或网络拓扑，它反映了计算机之间点、线的连接特性。计算机网络主要指通讯子网的结构类型，一般可分为五类：总线结构、环行结构、星型结构、树形结构和网状结构（参见图2-25）。3.1.1总线结构在这种结构中，所有节点均通过相应的硬件接口连接到总线上，任何一个节点发送的信号都可以沿着总线传送并为其它任何节点接收。因为所有的节点共享一条公用传输线路，一次只能由一个设备
12、发送和接收。总线结构多用于常规的以太网络。这种结构的优点是：线路长度短、布线容易、成本低、可靠性高，网络中任何一个节点的故障不会造成全网故障。缺点是数据安全性差，难以在网络中增加新的站点，传输线路故障检测困难，并且要影响许多其它节点。3.1.2环型结构这种结构网络中的计算机相互连接形成环行，信息单向从一个节点传送到另一个节点，传送路线固定，没有路径选择问题。环型网络实施简单，适用于传输信息量不大的使用场合，应用范围主要是FDDI网和高速ATM环型网。这种网络的优点是所需网线长度短，安装简单，容易进行数据的安全性监控。缺点是容量有限，难在网络中增加新的站点，一个节点故障可影响整个网络。3.1.3
13、星型结构这种结构通常是中心节点（服务器）接收某个周边节点的信息，再转发至其它节点。主要应用于高速以太交换网和ATM交换网。星型结构的优点是：每一点连接只连接一个外围设备，发生故障时只影响一个设备，不涉及其它部分，故障的检测容易，数据安全性容易控制。缺点是网线连接长度较长，扩展困难，中心节点一旦发生故障，则引起全网瘫痪。3.1.4树型结构这种结构是从总线结构演变而来，可以看作是多段总线结构的组合，它连接的形状如一棵倒置的树，它的根也就是主计算机在顶部，这是与总线结构的主要区别所在。某个节点发送来的信号，先由处于根部的主计算机接收，再由主计算机分散发送至全部网络中的各个计算机。树型结构主要应用于视
14、频宽带网。树型结构的优点是便于扩展。缺点是主计算机一旦发生故障，则全网瘫痪。3.1.5网状结构 这种类型的网络中的任意两个节点都可直接连接，因而它的通讯速度快，可靠性高。缺点是建网复杂、投资大，灵活性较差。3.2网络的体系结构所谓的网络体系结构是指整个网络系统中的逻辑构造和功能分配，其组成是组建网络所必需的逻辑构造和协议体系。我们已知计算机网络是由各种各样的计算机和终端设备等通过通讯线路连接而成，在这个系统中，由于计算机的类型、通信线路类型、连接方式、同步方法、通信方式等等的不同，使网络中个节点之间的通信带来诸多不便。许多公司在设计网络时都有自己的网络体系结构，虽然都采用分层的方法，但层次的划
15、分、功能的分配和采用的术语都不同，使各公司间的计算机网络无法连接。因此，各计算机和网络设备生产厂家之间必须有一个共同遵守的标准。 1981年，国际标准化组织的技术委员会正式推出了一个组建网络系统结构的七层参考模型，即开放互连系统（open system interconnection, OSI）。OSI主要解决了两个问题，其一是将网络功能分解为许多层次，在每个功能层次中，规定了通讯双方所必须遵守的约定和规则，以避免混乱，这些约定和规则又称为同层协议；其二是层次之间采取逐层过渡，前一层次为下一层次的运行做好准备工作，这部分内容称为接口协议。在OSI参考模型中，整个网络的通讯功能共划分为七个层次，每层各自完成相应的功能，其划分由低到高分别为物理层、数据链层、网络层、传输层、会话层、表示层、和应用层。表14-1 OSI参考模型和协议 应用层 7 应用层协议 应用层 表示层 6 表示层协议 表示层 会话层 5 会话层协议 会话层 传输层 4 传输层协议 传输层 网络层 3
