DICOM标准在医院PACS系统的应用

DICOM标准在医院PACS系统的应用综述

摘要：PACS是当代医院信息化高速发展的重要环节。而DICOM又是PACS中医学图像格式和传输医学图像协议的标准。阐述基于DICOM标准的PACS系统的国内外发展现状。并对PACS系统按其应用分类进行了详细阐述，并分类研究了DICOM在PACS中的应用，同时论述了DICOM在PACS中的长远展望。

关键词：医院信息化，数字医学影，PACS，DICOM，DICOM应用

1.引言

随着医院现代化进程和医疗设备的更新步伐加快，医院信息系统(HIS)、临床信息系统(CIS)、医学影像存储与传输系统(Picture archiving and communicationsystem PACS)等显得越发重要。PACS目前已成为医院医学影像科(如放射科、超声影像科、核医学科等)建设中的重点．而PACS系统又是医院各系统(HIS、CIS等)中的核心，也是医院数字化中医学影像实施存储与传输的基础，更重要的是医院各系统实现全面医学信息无缝融合的先决条件。然而PACS 系统的结构与功能参差不齐，影响PACS的发展。为了适应新世纪医院现代化、网络化与数字化新需求，为了提高医院的管理质量、工作效率与降低医疗成本，特别是改变传统落后(医学影像科)影像以胶片或打印方式的存储摸式与工作流程，实施PACS系统已显得非常必要。医院信息系统(Hospital Information System,HIS)是实现医院对病人信息的信息化管理和快速存取的重要手段。医学图像存档与通讯系统(Picture Archiving and Communication System, PACS)是实现静态和动态医学图像获取、显示、传输、存储等综合性医学图像管理系统。为实现医院的无纸化和无胶片化诊疗，PACS系统和HIS系统进行了结合，这使得PACS中的诊断报告尤显重要，同时医学图像存档与通信（Digital Imaging and Communications In Medicine，DICOM）中加入了结构化诊断报告（Structured Report，,SR）。DICOM SR为实现诊断报告的统一化、各医院病人信息的直接共享、区域化医疗和远程医疗乃至全国医院信息的交互提供了坚实的基础。DICOM标准[1]由美国放射学院（ACR）和美国电器制造协会（NEMA）在20时世纪80年代初联合提出的ACR-NEMA标准演变而成。DICOM标准是医学图像存储和通信的标准，现在已经被国内外许多生产医疗器械、医疗诊断设备以及相关医疗诊断软件的生

产商所采用，并逐渐成为医学图像文件格式和传输协议的国际标准。DICOM标准源于美国，随着各国医疗信息技术的发展，DICOM已经成为北美、欧洲以及日本[2]和韩国等各国医疗影像系统的标准。国外占主流PACS系统生产商的有GE、SIMENS、PHILIPS、AGFA、FUJI等。这些PACS系统以其友好的人机交互界面和方便快捷的辅助诊断工具为特点，帮助医生实现对病灶的快速定位和精准诊断，减缓了病人受病痛折磨的时间，减少了误诊的发生率。在国内，基于DICOM标准的PACS研究和发展仍处于起步阶段。目前，在我国从事基于DICOM 标准的PACS系统开发的公司有：东软、英飞达、联想集团、浪潮国强等。这些PACS系统主要根据不同医院的特定情况和需求而开发，系统具有很大的灵活性和适应性，对比于国外的PACS移植到国内医院具有很大优势。现在像北京天坛医院、首都宣武医院、北京协和医院、中国医科大学盛京医院等大医院都已经使用了大型的基于DICOM标准的PACS系统，基本上实现了计算机化的诊疗。

2相关知识

基于DICOM的PACS是医学图像归档与通信系统，是实现医学图像自动获取、显示、图像后处理、传输、存储、查询、检索、写诊断报告、查看成像设备运行状态等功能复合型医学图像管理系统。PACS可以为医院其他系统提供医学图像，并能够形成图文并貌的诊断报告。PACS为医生提供清晰的病人检查图像，使医生能够准确而方便的进行病灶诊断，大大提供医生的工作效率，同时减小有经验医生和无经验医生间的差距。PACS能够和其他系统互联，为医院系统集成和远程医疗的发展提供契机。PACSePACS网络节点加入任意功能节点，增加和完善PACS功能，比如加入DICOM图像智能转换网关系统。DICOMeeeeee文件主要包括四类信息，即图像信息、序列信息、检查信息、病人信息，是图像类型中信息最丰富的医学图像文件。文件由描述文件版本和存储类型等信息的文件头和多个数据元素组成，其主体信息主要存储在数据元素中，并以字段的形式分组有序的排列。数据元素包括标识符、数值表示、数值长度、数值区，并以显式e或隐式e结构形式进行文件传输。DICOM的网络通信是基于TCP/IP的上层协议，适于点到点环境或WEB形式的环境。DICOM通信主要通过消息、服务、类、信息对象等通信元素，采用服务对象对（Service Object Pair，SOP）方式来实现。服务对象对包括服务类提供者（Service Class Provider，SCP）和服务类使用者（Service Class User），两者相互协作完成查询和存储等服务。

3．基于DICOM标准的PASC系统分类

PACS的应用广泛，医院所用到的医学影像系统几乎都要向PACS提出获取图像请求。PACS 系统可以按照应用范围和应用用途划分为不同的类型，下面分别加以介绍。

3.1按范围大小对PACS按其范围大小分，可分为Mini-PACS、PACS和Enterprise-PACS。由于所管辖的区域大小不同，不同PACS的作用也不尽相同。一般是单一科室或者单一影像的模式使用，比如放射科的

3.1.1Mini-PACS一般是单一科室或者单一影像的模式使用，比如放射科的Mini-PACS。Mini-PACS中能够进行一般的病人信息查询和获取，并进行医学图像的浏览和简单处理

3.1.2PACS一般是普通放射科的PACS，能够对CT、MRI、CR/DR、X光等各类医学图像进行采集、存储、传输，并实现对图像色阶变换、测量（角度、区域面积、长度等）和分析（区域平均值、区域像素个数、亮度等）等处理。PACS还可以进行详细的病人信息查询、报告的编辑、自定义报告等复杂操作。

3.1.3Enterprise-PACS又称作全院PACS或企业级PACS。一般是能够支持CT、MR、超声波、核医学与正电子和所有X-光类图像的后处理、传输等操作。Enterprise-PACS覆盖的范围较前两者广，是实现区域化医疗和远程医疗的重要基础。

3.2按功能用途PACS按其功能用途分，可分为图像后处理、诊断报告、系统共享的数据、图像归档。

3.2.1图像后处理几乎国内外所有的PACS系统都有强大图像后处理功能，因为一款好的PACS系统不仅可以进行基本的医学图像存储和传输，还应该能够满足医生快速准确对病人进行诊断的需求。AGFA公司的PACS以其强大的图像后处理和科室不同的要求，研发了一系列局部PACS。例如，骨科影像IMPAX-PACS以其手术计划精确、庞大的人工关节数字化模板库、自动化的计算操作等功能，对病灶进行精准的定位及对病人进行快速辅助治疗。惠康美达公司的PACS图像后处理以其任意多序列对比、影像格式转换、各种遮挡板、各种滤波处理、三维重建、虚拟内窥镜、支持多屏和竖屏显示模式等功能进行多手段的图像处理。3.2.2诊断报告电子诊断报告是PACS中文字和图像相结合的一种文档，是实现医生无纸化填写医嘱信息和病情诊断的重要形式。国外对结构化的诊断报告研究一直没有停止过，如Mariana Kessler Bortoluzzi等人[3]提出把诊断报告按照DICOM SR标准统一化，并实现医院信息共享且人性化界面的报告编辑器。国内PHOENIST公司的PACS具有智能化的诊断报告生成系统，能够让医生进行快速的撰写图文并茂、格式标准的诊断报告。惠康美达公司的PACS

具有独创的诊断报告模报，可预设编辑模板、所见即所得报告书写模式，并且有智能提示窗口，可以随时筛选出没有写报告的患者。现存报告一般是以数据库技术为主要存储数据的手段，并逐步实现结构统一的报告模式，为区域化医疗数据的共享提供可能。

3.3.3系统共享的数PACS是实现医学图像共享和远程传输的重要组成部分,它只有和HIS 等大型医疗信息系统相衔接，并和专业化的终端影像处理(如图像融合)和诊断系统相结合，才能实现医院看病过程的信息化，实现区域化医疗甚至全国的信息化医疗。Michel Feron等人研究了放射部门和HIS结合的整体性工作流程方法[4]，形成商业性的PACS，为设计全院信息化平台提供了很好的借鉴。余轮等人基于PACS和宽带网远程医疗，并结合DICOM、数据库技术及网络互联设计了一套不同HIS系统间异构数据源共享框架方案[5]，为实现医学影像数据的远程共享提供了可能性。M Magliulo等人提出一种RIS|,HIS,PACS无缝相互连接的”RadGate”网关技术[6]，实现了医学图像数据的WEB共享和传输。

3.4图像归档医学图像的存储是PACS系统的一个重要功能。为实现医学图像的快速存储,获取,查询等操作，国内外各大数据库厂商和医学工作者对医学图像的存储进行了深入的分析和研究。ORACLE11g提供了专门为DICOM医学图像高压缩比处理，并可以方便的进行DICOM图像检索和提取，为PACS系统的医学图像存储提供长远的发展空间。程梦云等人[7]构建了基于DICOM的3层医学图像数据库系统，实现了医学图像的海量存储、快速查询和即时显示等功能。

4.DICOM的应用研究

DICOM的应用主要分三类，包括DICOM图像格式（DICOM和非DICOM格式的转换，DICOM 图像压缩等）、DICOM通信、DICOM图像采集。

4.1DICOM图像格式DICOM图像格式的转换主要集中在静态或动态非DICOM和DICOM 医学图像的转换。为了便于携带、浏览、与其他系统兼容，有时也需把DICOM文件和非DICOM 文件格式的转换必须清楚DICOM和非DICOM文件格式及其相关规则。张华矧主要对动态和静态DICOM图像转换进行研究，分析了DICOM图像和BMP图像格式，并针对单帧DICOM 进行非DICOM图像转换做了详细介绍，同时简要分析了多帧DICOM图像进行媒体流合成的思路。刘晓磊等人[9]详细分析了BMP图像和DICOM图像格式基础上，运用VC++面向对象技术实现了普通BMP图像向DICOM图像的转换，促进了非DICOM图像在PACS中的应用。聂代伟等人[10]基于目前国内大多数医院非DlCOM设备所产生图像不适合医疗软件系统的兼

容问题，在详细分析了非DICOM和DICOM格式基础上，采用VC++实现了非DICOM向DICOM 医学图像的转换和DICOM向非DICOM图像的转换，促进了非DICOM图像和DICOM图像在PACS系统内外不受限制的灵活使用。Wail A.Mousa等人[11]用Matlab设计了一个可根据DICOM图像的大小尺寸，并可适当调节图像清晰度的DICOM图像转换一般图像程序，为医学图像处理软件的开发提供了借鉴。Boqiang Liu等人[12]用VC++实现了由DICOM转换成位图，再由位图转换成其他一般图像，转换过程中可以修改亮度、对比度、图像过滤、分割等复杂操作。DICOM图像的转换一般依靠现存图像编程软件对DICOM和非DICOM图像进行解析并做相应的格式变换处理，或采用网关服务器的方式进行自动的非DICOM图像向DICOM图像转换。图像转换一般来说都采用处理图像能力较强的面向对象编程语言（如C++,PASCAL等）及专业的数值计算和图像处理编程软件（如Mathematica,Matlab等）来实现。

4.2DICOM通讯DICOM通信主要基于客户端/服务器模式，并通过SCU和SCP服务类交互的实现信息传输。DICOM标准是PACS系统所遵守的通信协议。DICOM医学图像存储、管理、检索等相关应用都要建立在TCP/IP协议上的DICOM上层协议层。DICOM通讯是采用面向对象方法进行信息的传递，方便了面向对象语言对通信模型的开发和设计。纪现才等人[13]基于TCP/IP协议基础上详细分析了DICOM网络协议层次，并把DICOM中的消息服务单元结构组成和服务对象对通信过程做重点分析，同时运用Visual C#.Net开发了一套可以实现DICOM所有服务的组件，为PACS中DICOM的复杂通信和二次开发DICOM通信程序提供了良好的辅助平台。孙浩等人[14]基于DICOM通信模型，提出了一种新的具有PDU服务类和服务器端同时接受多个服务请求的DICOM通信模型，并运用Visual C++实现了DICOM网络通信的客户端和服务器端，为网络专业人员对DICOM通信的深入研究和开发提供了借鉴。何清华等人[15]在详细分析了DICOM网络通信模型基础上，把DICOM通信机理和TCP/IP协议进行了结合，并运用Visual C++开发了一个能够实现图像传输、存储、查询等功能的DICOM网络通信库，为PACS系统中DICOM网络通信的开发提供了有利的专业资料。余冬兰等人[16]用LEADTOOLS医学软件开发包，采用面向对象编程思想实现了基于DICOM通信模型的医学图像获取、查询等操作，为医学领域的网络专业人员进行DICOM网络通信的开发提供了一套可行方案。Wei Xian Li等人[17]采用DICOM通信模型、ECP服务器/ECP客户端、TCP/IP、数据库技术等，实现了局域网的智能式体外反搏动（External Counter Pulsation，ECP）缺血性心脏病医疗中心系统，为实现网络化的心脏病诊断和治疗提供了良好的技术条件。DICOM 通信的实现一般是依靠C/S模式的软件或硬件方式，并可采用面向对象的方式实现SCP和SCU的交互。采用面向对象的方式设计DICOM通信模型易于实现，而且能够直接和PACS系

统及TCP/IP网络协议兼容，便于实现医院内部各系统之间的无缝连接。

4.3DICOM图像采集DICOM图像的采集主要是依靠PACS系统进行自动化网络的采集。PACS进行完全自动的医学图像采集，在大多数情况下采集图像的质量和完整性都比较好，但是由于人为的设置和干预，使得部分图像在采集中丢失。为了减少误诊和缩短病人的诊断时间，国内外许多学者对丢失图像的恢复作了细致的研究。端妮等人[18]利用图像采集网关服务技术，并通过使用DICOM Query/Retrieve（检索/获取）服务的C-FIND类把成像设备图像序列和采集网关数据库图像进行对比，实现丢失图像的确定，并通过C-MOVE和C-STORE类进行图像恢复，为减少医院的损失和挽救病人的生命提供了可靠保证。SL Lou等人[19]探讨了基于DICOM Query/Retrieve和无DICOM Query/Retrieve两种用于丢失图像恢复的两种方法，并对比了两种方法的优缺点，两种方法的核心都是确定CT和MRI图像序列是否结束。同时SL Lou等人还进行了临床实验，相比之下DICOM Q/R更能达到实践的标准，在获得几百个图像序列的时候没有一个图像丢失，为避免和减少人为改变DICOM通信设置而带来的PACS 图像获取数据库数据的丢失，DICOM Q/R是很好功能单位。可见DICOM Query/Retrieve服务类能够进行丢失图像的快速准确恢复，挽回医院的损失和节省病人的重复检查费用。月无论是运行于网关服务器上还是工作站上，都是采用面向对象可编程技术，这就为实现各医院面向对象的不同需求提供可能。

5.结论与展望

随着信息技术的发展，DICOM标准在PACS中的应用暴露一些弊端：在基于DICOM标准的PACS系统中，其核心是DICOM网络，所有进出DICOM网络的医学图像数据及其相关的文本信息都要经过网关或者接口进行格式和通信协议的转换；医学图像和相关文本信息位于不同的系统（PACS、HIS等），信息分散，不同系统的标准和协议也不尽相同，并且不支持分布式操作，使系统不能完全共享；随着系统的不断升级、复杂化，DICOM系统的容错性、开放性、互联性以及可维护性显得越来越困难。CORBA（common object request broker architecture，公共对象请求中介结构）技术的出现为分布于不同网络节点的对象相互协作提供了便利的条件[20]。利用PACS网络进行全面的影像质量控制。结果:建立在以PACS系统为基础的影像质量管理流程,能对放射科的影像质量进行全面的掌控,相比使用PACS系统以前放射科的影像质量水平有了大幅度提高[21]医院影像存储与传输系统与医院其他信息系统结合非常重要,从实际出发,着重介绍医院影像存储与传输系统在医院信息化管理中的应。

[22]CORBA支持在物理上分散的资源在逻辑上进行一定的耦合，构成一个整体可以容易地进行数据共享和区域互联。CORBA是基于分布式对象技术，把图像和文本信息都看作组件对象进行处理，并利用流行的面向对象处理技术对PACS和HIS等系统进行分布集成。CORBA 具有代理服务性、客户端和服务器独立性、兼容性、分层设计性、分布对象设计性等优点，这为把CORBA技术引入PACS提供了前提。为实现远程数字医疗、区域化PACS、国家甚至全球的PACS，CORBA技术可以和DICOM标准结合的方式，充分利用两者的优势。由于DICOM 的弊端，DICOM标准将只限于医学影像成像设备和显示工作站间，还有其他采用DICOM协议的工作站与工作站间的通信。而主流的网络设计框架将采用分布对象设计的CORBA技术，CORBA基于三层的PACS体系结构技术将逐渐取代DICOM标准的PACS两层体系结构，这使得通信更具兼容性和信息共享性，也是真正实现医院远程医疗的重要手段。DICOM是PACS 中医学图像格式所必须遵守的标准，是医学图像查询、获取、采集等通信的基础。DICOM 主要针对PACS系统的图像处理，远程医疗，医院信息化，图像归档和通信等功能的应用。本文主要论述了DICOM在国内外的发展现状，并分类研究了DICOM的目前应用，最后结合DICOM和CORBA技术的优点探讨了DICOM的前景。随着医院信息化系统的发展和远程医疗的构建，基于DICOM的PACS系统将朝着分布式网络结构、大容量医学图像压缩存储、快速渐进式传输、医学图像复杂的处理和诊断、高效化的数据访问、集成化通信的智能医院信息系统方向发展。目的探讨在临床医学影像的中PACS对其质量的控制与影响。方法选择不同的质量指标数据,利用PACS联机工作模式进行统计分析应用,同时与传统医学影像工作模式比较之间差异性。结果通过上述比较,采用PACS联机工作模式可从开始的基础质量,再到环节质量控制上规范了影像人员的诊疗行为,以此来提高影像诊断的终末质量。结论通过PACS系统,可以从技术层面上控制医疗的质量水平,并极大的提高医疗效率。DICOM网关对于不同格式间医疗影像的转化起到了简化、快捷的作用。由于其具有很强的兼容性，因此可以实现各类不同型号、类型的医疗影像设备之问的数据上传。并通过PACS/RIS系统对这砦不同类型、格式的影像资料进行统一化的管理和存储。使得医院的医疗影像综合分析、存储与管理工作产生了质的飞跃．可以预见未来的医疗机构中基于DICOM标准下与管理工作产生了质的飞跃．可以预见未来的医疗机构中基于DICOM标准下现不同国家、地区问医院的医疗影像资料交互．使得相对落后的地区．也可以享受到如同医疗专家亲自接诊一样的专业诊断。[23]

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