PACS概念、技术概况与发展-1

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1、参考教材贾克斌. 数字医学图像处理、存档及传输技术 M.北 京：科学出版社，2006年2月第一版.PACS and Imaging Informatics: Basic Principles and Applications . H.K. Huang. Wiley-Liss .PACS: A Guide to the Digital Revolution . Edited by Keith J. Dreyer, Amit Mehta, and James H. Thrall第一章 PACS概念、技术概况 与发展主要内容一 PACS基本概念 二 PACS 所支持影像模式 三 PACS的发展历史一

2、、医学图像存储与传输系统PACS： Picture Archiving and Communications System (影像存档及通信系统 ) ： 医院中的医学影像管理系统，简称PACS，是 使用计算机和网络技术对医学影像进行数字 化处理的系统。它是专门为图像管理而设计的包括图像存档 、检索、传送、显示、处理和拷贝或打印的硬件和软件的系统。其目 的是为了有效的管理和利用医学图像资源。 概括起来，主要解决医学影像的采集和数字 化，图像的存储和管理，数字化医学图像高 速传输, 图像的数字化处理和重现，医学图像 信息与其它信息集成五个方面的问题。PACS系统概念 PACSPACS医学影像与传输

3、系统医学影像与传输系统获取医疗影像获取医疗影像影像数据服务器影像数据服务器 存储器存储器RISRIS 打印输出打印输出患者检查预约登记患者检查预约登记HISHIS影像工作站诊断报告影像工作站诊断报告C CommunicationommunicationS SystemystemP PictureictureA Archivingrchiving通讯与传输通讯与传输计算机系统计算机系统数字医学影像数字医学影像获取与存储获取与存储PACSC CommunicationommunicationS SystemystemP PictureictureA Archivingrchiving通讯与传输通讯

4、与传输计算机系统计算机系统数字医学影像数字医学影像获取与存储获取与存储PACSqPACS的作用 PACS系统是利用计算机信息技术，将不同型 号、类别、地点的设备产生的图像，在统一 的数字图像格式标准下，进行存储，按用户 需求检索、调阅，用户可以在自己的终端上 对图像作各种处理，辅助诊断和治疗。 图像保存的传统介质采用的是胶片、照片或 纸张等，其缺点是成本高，效率低；保存场 地需不断增加，保管不易；需防蛀、霉变、 丢失；图像复制、传递不便，历史图像检索 困难。PACS彻底改变了传统的图像保存和传 递方式，数字图像保存在磁盘、磁带、光盘 上，占地小，成本低，保存时间长。利用计算机信息技术可以高速、

5、高效的检索 、复制、传递图像，真正实现了医学图像信 息资源的共享。图像的跨科室、医院、地区 流动，减少了等待检查结果的时间，方便了 医生检索相关图像，有利于迅速诊断和治疗 ，无损、高效的图像传输，提高了远程会诊 的质量。 计算机强大的图像处理功能，可以在读片终 端上对图像做各种处理，进行更细致的观察 ，具有更多的图像显示方式：三维重建、虚 拟内窥镜、图像融合等等，提供了更多的信 息。将人类在利用医学图像诊断和治疗上的 知识积累，转变为计算机软件，使医学图像 诊断治疗技术走向更深的层次。在图像信息 越来越多的今天，让计算机成为图像的第一 读者，也将成为可能。PACS 直观上的主要功能和应用 用图

6、像服务计算机来管理和保存图像 医生用影像工作站来看片 用 DICOM 3.0 将医院各科室临床主治 医师、放射科医师和专科医师以及各种 影像、医嘱和诊断报告联成一网 。用 Web、email 等现代电子通讯方式来 做远程诊断和专家会诊 用专业二维、三维分析软件辅助诊断 用专业医疗影像诊断报告软件 pPACS 建设目标v为医学影像管理服务v为临床诊断服务v为远程医疗服务qPACS的效益v实现医学影像的无片化管理。节约胶片。 节省胶片管理所需要的空间。 v方便医、教、研，提高诊断效率和诊断水 平 v简化就医流程 v实现医学影像无损采集和传输，提高远程 会诊质量 qPACS的种类着眼于不同的系统目标

7、、应用需求和系统结构 可对PACS作如下分类：v 设备级PACS:纯图像的mini PACS,只包含患者基本信息、设备和位 图信息等，尚未满足影像科的数字化工作流程。 v 部门级PACS:连接影像科内所有影像设备，实现科室内数字化影像 管理，具有患者信息登录、预约、查询、统计等功能，必须涵盖 RIS功能，以放射科室为主，兼顾其它影像科室。 v 全院级PACS:也成为Full PACS,涉及放射科、超声科、内镜室、病 理科、导管室、核医学科等相关影像科室，必须和医院HIS系统融 合。 v 区域级PACS:医疗机构间共享资源，发展异地诊断和远程会诊。对 PACS体系结构、传输、存储特别是安全认证、

8、授权等方面提出了新 的挑战。 q实施PACS系统的基本条件v影像设备条件v信息系统条件v技术条件v经费条件二、 PACS 所支持影像模式PACS所支持影像模式具有多样性 灰阶影像 ：CR/DR、CT 和 MR 超声波（彩色或灰度）：心脏超声波 核医学和正电子扫描 (PET) 视频（如内镜）医学图像成像从显微镜到1895年的X线的发明，近100多年的 历史证明，医学图像成像技术的每一重大进展 都给医学诊断和治疗技术带来极大的改变和发 展，医学图像的成像方式也不断增加，而计算 机技术和数字图像处理技术的迅速发展和普及 ，则进一步扩大了医学图像的应用范围。 经由计算机的医学图像成像有多种方法，但它

9、们之间的相似之处是先用某种能量通过人体， 与人体相互作用后对该能量进行测量，然后用 数学的方法估计出该能量与人体组织相互作用 （吸收、衰减、核磁扰动等）的二维、三维分 布，并产生图像。PACS所管理的医学图像类别由于人体生命现象特殊的复杂性和多样性 ，医学图像涉及从分子到人体（微观到宏 观），从结构到功能，从静态到动态等多 个领域和方式，目前的各种医学成像设备 只能反映人体某一方面的信息，且对人体 内大到组织、小到分子原子各有不同的灵 敏度和分辨率，因而有着各自的适用范围 和局限性。下面介绍几种主要的医学图像 。 光光 的的 发发 现现 者者 伦伦 琴琴X线图像及成像设备(1)X线图像：利用人

10、体器官和 组织对X线的衰减不同，透 射的X线的强度也不同这一 性质，检测出相应的二维能 量分布，并进行可视化转换 ，从而可获取人体内部结构 的图像。与常规胶片图像的形成过程相比，X线数字 成像系统形成数字图像所需的X线剂量较少 ，能用较低的X线剂量得到清晰图像。可利 用计算机图像处理技术对图像进行一系列处 理，从而改善图像的清晰度和对比度等性能 ，挖掘更多的可视化诊断信息。计算机X线摄影（ computed radiography，CR) 是X线平片数字化的 比较成熟的技术。CR系统是使用可记 录并由激光读出X线 成像信息的成像板 （imaging plate ， IP）作为载体，经X 线曝光

11、及信息读出 处理，形成数字式 平片图像。数字X线摄影(digital radiography，DR） 是在X线影像增强器 电视系统的基础上， 采用模/数转换器将模 拟视频信号转换成数 字信号后送入计算机 系统中进行存储、分 析、显示的技术。数 字X线摄影包括硒鼓方 式、直接数字X线摄影 （direct digital radiography，DDR） 和电荷藕合器件（ charge coupled device ，CCD）摄像机阵列 方式等。数字减影血管造影（Digital Subtraction Angiography，DSA ）是利用数字图像处理技术中的 图像几何运算功能，将造影剂注 入前

12、后的数字化X线图像进行相 减操作，获得两帧图像的差异部 分被造影剂充盈的血管图像 。目前DAS有时间减影（ temporal subtraction）、能量减 影（energy subtraction）、混合 减影（hybrid Subtraction）和数 字体层摄影减影（digital tomography subtraction）等类 型。(2)X线CT图像（Computerized Tomography，CT）是以测定X射 线在人体内的衰减系数为物理基础，采用投影图像重建的数学 原理，经过计算机高速运算，求解出衰减系数数值在人体某断 面上的二维分布矩阵，然后应用图像处理与显示技术将该二

13、维 分布矩阵转变为真实图像的灰度分布，从而实现建立断层图像 的现代医学成像技术。概括地说，X线CT图像的本质是衰减系数 成像。与传统的X线检查手 段相比，CT具有以 下优点：能获得真 正的断面图像，具 有非常高的密度分 辨率，可准确测量 各组织的X线吸收衰 减值，并通过各种 计算进行定量分析 。 影影 像像 成成 像像 图图螺旋CT机是目前世 界上最先进的CT设备之 一，其扫描速度快，分 辨率高，图像质量优。 用快速螺旋扫描能在15 秒左右检查完一个部位 ，能发现小于几毫米的 病变，如小肝癌、垂体 微腺瘤及小动脉瘤等。 其功能全面，能进行全 身各部检查，可行多种 三维成像，如多层面重 建、CT

14、血管造影、器官 表面重建及仿真肠道、 气管、血管内窥镜检查 。可进行实时透镜下的 CT导引穿刺活检，使用 快捷、方便、准确。医医 学学 影影 像像 成成 像像 操操 作作磁共振血管造影(Magnetic Resonance Angiography，MRA)的 研究也取得了重要进展，利用MRA 可以发现血管的疾病，与三维显 示技术相结合能够为诊断提供更 多的可视化立体信息。(3)磁共振图像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）系统通过 对处在静磁场中的人体施加某种特定频率的射频脉冲，使人体组织 中的氢原子受到激励而发生磁共振现象，当中止RF脉冲后，氢原子 在驰豫过程中发

15、射出射频信号而成像的。目前MRI成像技术的进一 步研究仍主要集中在如何提高成像速度方面。另外， 功能性MRI的 出现进一步扩大了磁共振影像的临床应用范围。磁共振波谱分析(Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS)亦是 MRI技术研究的热门课题，借助MRS技术，有可能在获得病人解剖结 构信息的同时又得到功能信息，将MRS与MRI进行图像融合,能够获 得更多的有价值的诊断信息。(4)超声US图像频率高于20000赫兹的声波称为 超声波。超声成像(Ultrasound System,US)就是利用超声波在人 体内部传播时组织密度不连续性 形成的回波进行成像的技术。 依据

16、波束扫描方式和显示技术的 不同，超声图像可分为：A型显 示、M型显示、断层图像的B型显 示和多普勒D型显示等。 可能会给医学影像领域带来巨大 影响的新的超声成像技术研究， 是三维超声成像。三维超声影像 具有图像立体感强、可以进行B 超图像中无法完成的三维定量测 量、能够缩短医生诊断所需的时 间等特点，是一种极具发展前景 的超声成像技术。(5)放射性核素图像 放射性核素成像技术是通过将放射性示踪药 物引入人体内，使带有放射性核的示踪原子 进入要成像的组织，然后测量放射性核素在 人体内的分布来成像的一种技术。放射性核 素成像技术能够反映人体内的生理生化过程 ，能够反映器官和组织的功能状态，可显示 动态图像，是一种基本无损伤的诊断方法。 按照放射性核素种类的不同，放射性核素图 像可以分为单光子发射成像(Single Photon Emission Tomography，SPECT)和正电子发射 成像(Positron Emission Tomography，P