1、*v第八章 医学图像存档与通信系统（ PACS）主讲：刘利军E-mail:CloneIQ生物医学工程系 2006级医学影像 PACS系统 主要内容一、医学影像 PACS系统概述二、医学图像成像回顾三、 PACS的作用 四、医学影像系统的发展历史概况五、 PACS 建设目标六、 PACS的相关标准七、 PACS的组成及功能八、 PACS的效益和实施基本条件九、 PACS类型及特征十、 PACS系统管理结构模式十一、 PACS目前存在的问题十二、 PACS的发展趋势一、医学影像 PACS系统概述 (1)v 医学影像系统PACS(Picture Archiving and Communication
2、 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、传送、显示、处理和拷贝或打印的硬件和软件的系统。v PACS系统目标 有效的管理和利用医学图像资源v 解决的问题 医学影像的采集和数字化 图像的存储和管理 数字化医学图像的高速传输 图像的数字化处理和重现 图像信息与其它信息的集成一、医学影像 PACS系统概述 (2)v 数字化影像的精度等级 影像做为医疗诊断的主要依据时，数字化后的影像必须反映原始图像的精度； 医疗一般参考时，数字化影像可进行压缩，减少信息资源占用； 教学参考时，数字化影像保留影像中教学所需部分内容，允许对数字化的影像有比较大幅度的有
3、损压缩。v 不同的医学影像对数字化的精度要求 对 光胸片、乳腺片影像 ，几何精度要求为以上，灰阶分辨率为1024级至 4096级； 对 、影像 ，几何精度为 512512 ，灰阶分辨率为 4096级； 对超声、内窥镜影像 ，几何精度为 320级 -512级，灰阶为 256级彩色影像，这类影像还需要是 1630幅 /秒连续的动态影像； 对病理影像 ，几何精度为 512512 或 1K1K ，具有灰阶分辨率为 256级的彩色图像一、医学影像 PACS系统概述 (3)v 医院诊疗依赖性 医院的诊疗工作越来越多地依赖现代化的检查结果。象光检查、超声、胃肠镜、血管造影等影像学检查的应用也越来越普遍。v
4、传统医学影像的存储介质是胶片、磁带等，存在诸多问题。 图像存储介质所占的空间不断增加，给存放和查找带来了严重的问题； 各种不同检查的图像分别存放，临床医生要同时参考同一病人不同检查所产生的影像时往往借阅困难； 传统图像存储和管理的独占性使得图像的丢失概率增加，利用率下降，异地会诊困难。v 传统医学影像管理方法无法适应现代医院中对大量和大范围医学影像管理的要求。v 解决办法： 采用数字化影像管理方法v 主要障碍： 医学图像数据量大，需要大容量的存储设备，高性能的显示设备和高速的计算机网络，高昂的费用 。v 数字化医学影像存储和传输的基础： 计算机和通讯设备的性能价格比迅速提高 。二、医学图像成像
5、回顾（ 1）v 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v 医学成像设备的局限性 各种医学成像设备只能反映人体某一方面的信息 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 适用范围和局限性二、医学图像成像回顾（ 2）光光的的发发现现者者伦伦琴琴二、医学图像成像回顾（ 3）1.X线图像及成像设备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（ 1）形成数字图像所需的
6、X线剂量较少（ 2）能用较低的 X线剂量得到清晰图像（ 3）可利用计算机图像处理技术对图像进行处理，改善图像的清晰度和对比度等性能（ 4）挖掘更多的可视化诊断信息二、医学图像成像回顾（ 4）v计算机 X线摄影（ computed radiography， CR)是 X线平片数字化比较成熟的技术。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。二、医学图像成像回顾（ 5）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
7、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。v 数字 X线摄影包括： 硒鼓方式 直接数字 X线摄影（ direct digital radiography， DDR） 电荷藕合器件（ charge coupled device， CCD）摄像机阵列方式二、医学图像成像回顾（ 6）v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。DAS有：时间减影（ temporal subtr
8、action）能量减影（ energy subtraction）混合减影（ hybrid Subtraction）数字体层摄影减影（ digital tomography subtraction）二、医学图像成像回顾（ 7）v 2.X-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，实现建立断层图像的现代医学成像技术。v X线 CT图像的本质是衰减系数成像。与传统
9、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线吸收衰减值通过各种计算进行定量分析二、医学图像成像回顾（ 8）影影像像成成像像图图二、医学图像成像回顾（ 9）螺旋 CT机是世界上最先进的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。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。二、医学图像成像回
10、顾（ 10）医医学学影影像像成成像像操操作作二、医学图像成像回顾（ 11）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。l3.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，
11、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。二、医学图像成像回顾（ 11）v 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
12、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。二、医学图像成像回顾（ 12）v 5.放射性核素图像 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
13、同，放射性核素图像可以分为 : 单光子发射成像 (Single Photon Emission Tomography， SPECT) 正电子发射成像 (Positron Emission Tomography， PET)。 SPECT和 PET都是对从病人体内发射的 射线成像，所以统称为ECT。二、医学图像成像回顾（ 13）v 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
14、肤伤痛等疾病的诊断。二、医学图像成像回顾（ 14）v 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 : 传递光源以照明视场的导光束； 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、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。二、医学图像成像回顾（ 15）v 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
15、可进行三维重组和动态显示。二、医学图像成像回顾（ 16）医医学学影影像像成成像像设设备备三、 PACS的作用 l 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。l 传统图像保存介质采用胶片、照片或纸张等，其缺点 :l 成本高，效率低；l 保存场地需不断增加，保管不易；需防蛀、霉变、丢失；l 图像复制、传递不便，历史图像检索困难。PACS改变传统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。l 利用计算机信息技术可高速
16、、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，减少等待检查结果的时间，方便医生检索相关图像，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。四、医学影像系统的发展历史概况（ 1）计算机强大的图像处理功能，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，提供更多的信息。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。v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
17、 -上世纪末） 第三阶段（上世纪末 -现在）四、医学影像系统的发展历史概况（ 2）v第一阶段（ 80年代中期 -90年代中期） 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处理大容量的数字图像，如用各种算法优化、硬件加速等。 显示技术不能保证图像显示的一致性。 没有统一标准，不同设备的图像交换困难， DICOM标准开始出现 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 普遍认为不可能用软拷贝代替胶片 PACS不能满足临床需要四、医学
18、影像系统的发展历史概况（ 3）v第二阶段（ 90年代中期 -上世纪末） 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 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 临床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，提高工作效率四、医学影像系统的发展历史概况（ 4）v第三阶段（上世纪末 -现在） DICOM标准被广泛接受 PACS、 RIS开始与 HIS全面整合， PACS被用于
19、远程诊断 显示质量控制软件技术进一步发展，新显示设备出现，淡化温度、寿命对显示器显示质量的影响 PACS系统中引进临床专用软件，利于辅助诊断和治疗 无胶片化的进程，开始研究 PACS系统的安全性五、 PACS 建设目标v为医学影像管理服务v为临床诊断服务v为远程医疗服务六、 PACS的相关标准（ 1）vDICOM标准 早期医学图像设备所产生的图像格式由生产厂商各自定义的，无统一标准并相互保密 医学图像技术发展和 PACS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 医学数字成像和通信标准 (Digital Imaging and Communication in Me
20、dicine， DICOM)是由美国放射学院（ American College of Radiology ， ACR） 和美国国家电器制造学会（ National Electrical Manufacturers Association ， NEMA）组成的联合委员会，于 1982年开始研制，并逐渐完善和发展所形成的医学数字图像及传输标准六、 PACS的相关标准（ 2） 目的：推动在不同设备、型号或生产厂家之间的、开放式的医疗数字影像的传输与交换，促使 PACS的发展并和其他各种医院信息系统的整合，允许所产生的信息能广泛地经由不同的设备来访问 该标准于 1985年公布 1.0版（ ACR-NEMA V1.0） ,1988年公布 2.0版（ ACR-NEMA V2.0）， 1989年因增加与 HIS/RIS联接的内容而改名为 DICOM 随着技术和应用的发展， DICOM标准也在不断扩充和更新，现在已公布的 DICOM3.0版，内容从只提供点对点的通信标准，扩充到开放式系统互联 OSI (Open System InterConnection)以及 TCP/IP等计算机网络的工业标准，从只支持放射图像到支持内窥镜、病理等其他图像
