图像存档及通信系统

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1、第八章图像存档及通信系统1知识点介绍图像存档与通信系统，Picture Archiving and Communication System，简称PACS。本节将介 绍 PACS概念。 随着医学图像技术的发展和PACS的出现，需要 在同一终端上显示不同设备的图像，建立统一 的图像显示和传输标准，即DICOM标准。 本节还将介绍 PACS的关键技术及PACS系统结 构与功能。2第一节 PACS概念及目标3pPACS的定义 PACS(Picture Archiving and Communication Systems)中文全称为图像存档及通信系统，它是 专门为图像管理而设计的包括图像存档、检索、

2、 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。第一节 PACS概念及目标4PACS相关的医学图像知识总结医学诊断的发展历程，只有获得了精确反映 病人状态的信息，才有可能做出正确的诊断；有 了正确的诊断，才能制定正确的治疗方案，客观 的评价治疗结果。人体的信息可以用数值、曲线、图像等多种形式 表示，但在大多数场合，图像所包含的信息量远 远超过数值和曲线，所以，图像的应用越来越广 泛。医学图像成像和处理是专门的研究领域，内容丰 富，这里仅简述与PACS相关的医学图像知识，以 帮助读者阅读理解本章内容。 5医学图像成像从显微镜到1895年的X线的发明

3、，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。6医学图像成像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

4、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。7 光光 的的 发发 现现 者者 伦伦 琴琴8X线图像及成像设备 (1)X线图像：利用人体器官和组 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，

5、挖掘更多的可视化诊断信息。9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线曝光及信 息读出处理，形成数字式平 片图像。10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

6、电 荷藕合器件（charge coupled device，CCD）摄 像机阵列方式等。11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。12(2)X线

7、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 。13 影影 像像 成成 像像 图图14螺旋CT机是目前世界 上最先进

8、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。 15医医 学学 影影 像像 成成 像像 操操 作作16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

9、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MR

10、S与MRI进行图像融合,能够获 得更多的有价值的诊断信息。 17(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 。 1

11、8(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，PET)。 因为SPECT和PET都 是对从病人体内发射的射线成像，所以统称为

12、ECT 。19(5)放射性核素图像20(6)医用红外图像人体是天然热辐射源，利用 红外线探测器检测人体热源深度 及热辐射值，并将其转变为电信 号，送入计算机进行成像。红外 图像用来诊断与温度有关的疾病 。系统根据正常异常组织区域 的热辐射差，得出细胞新陈代谢 相对强度分布图，即功能影像图 ，用于对浅表部位肿瘤、乳腺癌 及皮肤伤痛等疾病的诊断。21(7)内窥镜图像内窥镜是一种直接插入人体的腔管内进行实时观 察表面形态的光学诊断装置。光纤内窥镜使用的 纤维束有两种，一种是传递光源以照明视场的导 光束；另一种是回传图像的传像束。电子内窥镜的发明为内窥镜影像的临床应用提供 了一种新的技术，具有轮廓清晰

13、、可以定量测量 等特点，三维立体内窥镜系统还可产生逼真的立 体图像。22(8)显微图像显微图像一般是指利用显微 镜光学系统获得的关于细胞 、组织切片的二维影像。目 前处理和分析显微图像的主 要工具是图像分析仪，它应 用数字图像处理技术、计算 机技术和形态计量学方法， 实现对细胞、组织的定量分 析，并可进行三维重组和动 态显示。23医医 学学 影影 像像 成成 像像 设设 备备24qPACS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

14、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。25利用计算机信息技术可以高速、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

15、，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。26pPACS的发展历史及当前的发展状况从PACS的技术发展来看，可分为三个阶段第一阶段（80年代中期-90年代中期） 第二阶段（90年代中期-上世纪末） 第三阶段（上世纪末-现在）27第一阶段（80年代中期-90年代中期）L计算机自身性能有限，CPU主频仅几十兆，内存 只有64兆字节，而且价格昂贵。研究主要集中在 如何用有限的计算机资源

16、处理大容量的数字图像 ，如用各种算法优化、硬件加速等。而显示技术 也不能保证图像显示的一致性。因为没有统一的 标准，不同设备的图像交换困难，DICOM标准 开始出现。 L这一时期的PACS系统以单机为主，速度慢，功 能单一，基本上没有RIS (Radiology Information System),显示质量不高，人们普遍认为不可能用 软拷贝代替胶片。PACS显然不能满足临床的需 要。28第二阶段（90年代中期-上世纪末）K计算机技术、网络技术的发展，特别是PC机性 能的大大提高，使PACS用户终端的速度和功能 加强了。K而显示技术的发展和显示质量控制软件的出现 ，图像显示质量基本达到读片要求，PACS的诊 断价值开始得到临床的认可。应诊断报告和信 息保存的要求，RIS系统出现。K临床的应用使人们关注工作流的问题，即在检 查登记、图像获取、存储、分发、诊断等等的 步骤中PACS如何与RIS沟通，提高工作效率。29第三阶段（上世纪末-现在）JDICOM标准被广泛接受，PACS、RIS开始与 HIS全面整合，PACS被用于远程诊