PACS 入门

PACS 入门

定义：

PACS 是Picture Archiving and Communications System 的缩写。其主要用途包括：

1. 用数字影像数据库(Image Archival and Management) 来取代传统的胶片库将图像归档

2. 用医生诊断工作站(Review Station) 取代传统胶片与胶片灯

3. 用数字影像共享(Image Distribution)取代传统的胶片邮寄

4. 用DICOM 3.0将全院各种医疗影像设备联成一网(Image Communications)

5. 影像处理和计算机辅助诊断(Image Processing and Computer Aided Diagnoses)

6. 通过Internet 或电话modem 进行远程诊断与专家会诊(Teleradiology)

PACS 的意义不只是在数字化，而更重要的是：

·疏通工作流程从而提高设备与工作效率和增加收入

·省去与胶片相关的费用来降低成本

·减少重拍的几率

·更新技术来提高竞争力

·提高服务质量

·吸引优质人才

·健全病人资料的自动化管理

许多国产PACS 的一个重要功能是打诊断报告。PACS 有分mini PACS、PACS 和Enterprise PACS:

·mini PACS 一般指的是单一科室或单一影像模式用的，比如说超声波mini PACS

·传统的PACS 一般指放射科用的PACS, 一般只管CT, MRI, CR/DR，有时包括普通超声波。用于高分辨率组织性灰阶图像看像、简单测量(线性、角度、面积等) 和分析(区域最大、最小、平均值、均方差等)。·企业PACS (Enterprise PACS) 是全院、全企业(包括所有院区和分支) 的PACS。支持的模式包括五大类CT、MR、超声波、核医学与正电子和所有X-光类(如胸、普通、乳腺、DSA、骨质等等)。在国内和亚洲一些地区还可能包括各种内窥镜、显微镜、心电图等。

世界上目前最普及的是放射科灰阶PACS。会做的厂家特别多。mini PACS 比较专的有超声波mini PACS、心脏mini PACS (大都指的是心导管)、核医学/PET。

Enterprise PACS 是最近几年的事情，把放射科PACS、各科mini PACS 和多院区远程PACS 整合加在一起就成了 Enterprise PACS。但是整合要求比较高。PACS 与 HIS/RIS 的整合

HIS 全称Hospital Information System (医院信息系统)、RIS 全称Radiology Information System (放射信息系统)。HIS, RIS 和PACS 联成一网就成了一个全院性的一个配套系统(加上LIS -- 检验信息系统就更全了)。

HIS 里面存的主要是病人和医院各项管理的文字资料。RIS 主要负责病人预约、放射设备管理、放射有关医师医嘱、放射报告等管理。

因为HIS、RIS 和PACS 之间有重复的和相关的资料，良好的整合可以减少错误、重复劳动和提高工作效率。简单地说，HIS 里面的病人基本资料要自动传给RIS，RIS 里面的病人和检验资料要传给PACS，

RIS/PACS 里的影像报告结果要传回给HIS。PACS 组成部分

PACS 的一般组成部分包括：

1. DICOM 图像服务器(Image Server) -- 用来接收、提供和管理医疗影像

2. 医生诊断工作站(Review Station) -- 医师用来阅片和打报告

3. DICOM 网关(Image Gateway) - 将非DICOM 图像通过数字或视频方式转换成DICOM

4. 远程诊断服务器(Teleradiology server) -- 让医师远程用Web 浏览器或其他软件看图诊断

5. 高级专用影像处理工作站-- 如三维图像工作站，核医学/PET 工作站(可能包括CT/MR - PET/SPECT 图像融合功能)

6. RIS 和报告终端

7. 技师QA/QC 工作站(Tech-station) PACS 拓扑图

不一定就是一张图，但是大家要了解图像和病人资料的流向：

病人/检验资料：

HIS ->RIS

-> 影像设备(CT、MRI 等)

-> PACS 图像服务器

病人影像资料：

影像设备(CT、MRI 等)

->PACS 图像服务器

->影像工作站、医师终端、医师手提电脑、医师家庭电脑

->胶片机

病人影像诊断结果：

PACS -> RIS-> HIS -> 临床医师终端

这里最关键的是影像设备里的图像要能传到PACS 图像服务器。传输协议叫DICOM，是一个国际标准。如果这步做不到，PACS 就没有半点用处。

其次，病人/检验资料要能从HIS 传到RIS，RIS 传到影像设备和PACS。这里用到HL7 和DICOM Modality Worklist。如果这步做不到，PACS 还是PACS,但是一些数据(如病人姓名、身份证号码等) 必须重复输入，HIS 一次、RIS 一次、影像设备上一次。所以还有提高效率的余地。PACS 最低要求

那么如果有十家公司向您推销PACS，有 2 万人民币、几十万人民币、几百万、上千万的。

到底PACS 有没有一个最低定义？什么才能称得上PACS? 大家一则可以回到顶楼看PACS 的定义，二则可以看看自己的需要。

我个人观点是：

一套PACS 最基本组成部分包括图像服务器(通讯、管理、归档) 和诊断工作站。服务器一般是单主机、或双主机，内部有很大的一个磁盘阵列(RAID),有些产品还外挂二级储存。工作站一般是一台高档PC、配单或双屏幕。服务器和工作站内安装有专业PACS 软件。这套专业软件要可靠，能真正帮助医务人员提高工作效率和服务质量。

台湾许多医院要求投标PACS 要通过了美国FDA 核准(510k premarket approval)，美国就更不用说了。国内目前好像还没有一个把关方式。

另外要考虑到的是一个产品的生命力。买一件衣服破了就扔了，PACS 则不行，即使钱是公家的，筹划和购买PACS 投入了大量人力物力，上线后有一个很长的学习和适应过程。半途而废、临时组织一个公司/团队做PACS 上线后就解散、或上线完东西早就过时了，对国家、医院、医务人员和病人都是一个很不负责的做法。PACS 制作入门

制作PACS 是个很专业化的行业。本文的主要是针对在校学生和初学中的软件工程师，只是一个入门指导。市场上各PACS 产品的具体技术细节是各公司的机密，只有经过长期研发、摸索和临床实际应用才能做出有竞争力的产品。

美国医院必须购买经FDA 核准(510k Approval) 的专业产品，网上下载的和自己编写的软件只能供个人研究用，不能用于病人。因此本文也不主张医院土法上马下载或制作自己的PACS。

PACS 初学者必须先了解几个东西：

- (放射) 医疗影像的基本原理

- 医生看这类医疗影像做诊断的基本原理和操作方式

- 无PACS 的放射科的工作流程和基本运作情况

- 然后再去了解PACS 行业的技术和现状。

PACS 的第一个目标应当是去取代和改进目前无PACS 的医院/放射科的工作流程和基本运作的每个环节。换句话说，数字化和自动化。

因此，首先要关心的是：

- 用影像工作站来取代胶片和胶片灯

- 用图像服务器来取代洗片机和胶片库

服务器怎么“洗片”？就是要设法从影像设备那取得数字影像，也就是说要做到DICOM 3.0 兼容，也可能要加DICOM 网关。

图像服务器：

图像服务器的几个关键组成部分是：

- 现成的有服务机功能的计算机和操作系统(如Dell PowerEdge 2650)

- 现成的数据库( Microsoft SQL、Oracle 和MySQL)

- 现成的在线储存和备份介质

- 自己为图像器设计的数据库Schema

- 自己编写的DICOM 服务器软件

- 自己编写的图像归档和管理软件

- 自己编写的QA/QC 软件

- 自己编写的HL7 接口软件

也就是说选好现成的服务器平台和数据库以后第一个要做就是数据库的设计。这项工作往往会花相当长一段时间。数据库设计还牵涉到API 的问题。不妨从DICOM 相关module, ODBC 和Microsoft Access 下手。

然后就是写DICOM 服务器软件。不少公司采用public domain 的几个DICOM 程序库开发。应强调public domain 的软件大多是大学里学生和研究人员做的，没有商业级水平，没有经过临床试用和验证的。必须自己逐行逐段将原码摸透了、加工过才能变成一个商业产品的一部分。DICOM 服务器的最基本的两个服务是：

- DICOM Store SCP (接受影像设备送来的图像，并将其存到数据库)

- DICOM Query/Retrieve SCP (接受工作站和其他设备的查询和图像提取)

后者必须包括DICOM Store SCU 才能处理C-MOVE。

一个图像服务器的好坏很大程度决定于图像归档和管理软件的功能：自动化程度如何？有没有图像压缩？有没有海量存储能力(国内相关资料说1,000,000 个图像以上，美国一般说2TB 到12TB)？能接怎样的、多大的储存介质？能不能升级和扩充？软、硬件坏了修复后如何找回数据、重建数据库？等等。

这里QA/QC 主要指的是病人和检查基本资料的正确性和一致性。很多影像设备出来的DICOM 图像内容是五花八门的、错误的或不规则的。有些时候一个检查的图像分成很多个Study Instance UID 送过来，同一个图像送两次就出现两个检查。服务器里要有很好的QA/QC 软件来处理这些问题。

HL7 是PACS 与HIS/RIS 的一种接口标准。在PACS 端一般只要能接收几个HL7 的消息就行了，如ORM、ORU、ADT A08 和ADT A40 等。主要用于处理放射检查预约、更改和病人基本资料的变更等等。

有了服务器还不够，图像在服务器里医生看不到。要有诊断影像工作站才行。

影像工作站：

影像工作站的关键部分是：

- 工作站计算机平台(一般是个高档PC、AGP 加双屏显示卡和两个LCD 或CRT 荧幕)

- 自己做的医疗图像显示和处理软件

- 与服务器接口的数据库查询和图像下载软件

做影像工作站时要注意几点：

1. 没有PACS 时胶片是别人送到医师手上，甚至挂好在胶片灯上的。很省事。有了PACS 医生如何去图像、调病历？费不费事？要多少时间才能将一个几个系列的MR 调到工作站上来。

2. 没有PACS 时有经验的医师在胶片灯上挂的1-2 张(十几到几十层CT/MR) 14" x 17" 胶片上瞟几眼

就能开始写诊断报告、几分钟甚至几秒钟就能做完一个检查。有了PACS 医生是更费时了还是更方便了？

3. 荧幕上显示的图像与胶片上显示的一致性如何？器官部位对不对？病人基本资料对不对？

4. 工作站与服务器之间的关系是什么？是个什么架构？工作站要不要自己的数据库，或是之间联在服务器数据库上？图像是只在服务器上存一份，还是每台工作站上也存了一份？

接下来才是考虑其他复杂情况：

- 没有DICOM 的设备怎么办？X-光可以加配CR/DR，CT、MR、DSA、ECT、PET 和超声波怎么办？做DICOM 网关、找厂家买DICOM option、叫医院买新的设备或是干脆不管这样的设备。

- 医院觉得花了几十万、几百万甚至上千万，单单能简单看看图像功能不够，还要其他的定位线、测量、量化、3维等等功能。要不要做，什么时候做？

另外，软件开发时由于在这方面C/C++ 的资源和丰富，几乎没有什么理由去考虑其他语言。其他零星的ezDicom 用的是Borland 的Delphi，DicomScope 用了一点Java。商业级的产品和控件全部是用C/C++ 做的/用的。PACS 工作站基本要求

影像科室PACS 影像工作站性能要求

1. 影像工作站要针对每个影像模式单独优化。显示的图像要有诊断意义和质量(diagnostic quality)。

a. CT 与MR 要能自动画出切面的定位线

b. 相关CT/MR 系列能同步对比显示

c. DSA支持动态显示和DICOM JPEG Lossless 压缩。

d. 超声心动图支持动态显示和DICOM JPEG Baseline 压缩。

e. 支持CR/DR 里用的VOI LUT

f. 支持核医学心脏图的正交3-视、stress-rest 对比和Gated SPECT 动态显示以及量化动能

g. 支持正电子(PET) 正交3-视显示和triangulation 功能。

h. 支持PET-CT 图像显示和融合功能

i. 支持超声波、核医学、内窥镜、病理显微等图像的真彩和伪彩图像显示功能。彩色图像也要能调对比度。

2. 影像工作站要强调关键的基本功能方便好用，能在最短时间内做完诊断工作。

a. 翻滚和换页快、方便

b. 窗宽窗位调整快、方便，CT 有预设标准W/L值

c. 换检查、换系列、换图像要快而方便

d. 支持工业标准按右键滑鼠调窗宽窗位与对比度

e. 支持histogram 和ROI 引导的窗宽窗位调整

f. 支持长度、角度、面积、周长、像素值、CT 值等基本测量

g. 支持基本图像处理功能：水平垂直镜像、旋转、放大与缩小、放大镜

h. 文字、箭头标注功能

i. 其他医生很少用的功能要能藏起来

3. 支持多屏幕显示，特别是双屏幕和三屏幕。用三个屏幕时其中一个用于打报告。

临床科室浏览工作站性能要求

临床科室图像和报告浏览可以由下列其中一种形势实现:

1. 用标准型或简化形影像科影像工作站软件，图像从服务器自动压缩后下载。小双屏工作站(17”- 18”显示器)，一个屏幕用来看报告，另一个用来看图像。

2. WEB 瘦终端浏览，通过浏览器的图像浏览Plug-in ActiveX 软件来浏览。

3. 用NT 终端，通过Windows 服务器终端服务功能(NT Terminal Services) 远程登陆到服务器看图像和报告。

4. WEB 浏览，通过WEB CGI 远程从服务器中浏览关键图像和报告。

以上 3 最省钱，功能也最全。1 与 2 的区别在于软件功能和安装过程。1 的软件功能强点、也全点，但是需要安装。2 可以做到自动下载安装，但是动能可能有限。4 的功能有限，但是可以在医院外比较方便使用。

根据医院临床医生的需求，可以考虑1、3 和4 的结合。这样，浏览工作站和影像工作站可以达到基本一样的要求。PACS 服务器基本要求

1. 最基本DICOM 服务: Echo SCU/SCP, Store SCU/SCP, Query/retrieve SCU/SCP, Storage Commitment SCP, Modality Worklist SCU，Structured Reporting SCP.

2. PACS 系统有相关影像模式的最新DICOM

3.0支持，即CT、MRI、CR/DR、X-ray (FD = Film Digitizer)、DSA （X-ray Angiography)、Ultrasound、Echocardiography、Endoscopy、Microscopy、以及Nuclear Medicine (核医学)、正电子(PET) 与PET-CT 等等。

3. 图像服务器性能可靠，维护简单、基本不用维护。能低成本升级和扩充(每年1TB 左右的图像)。Windows 2000 服务器、Microsoft SQL、GUI 维护界面比较能体现这方面的优越性。

4. 图像服务器要能定时自动用DICOM 标准格式无损压缩图像。压缩比能达到2:1 至10:1。有些影像模式的图像类型可以用有损压缩，压缩比可以高达30:1 甚至更多。

5. 所有图像(包括压缩后的)都是用标准DICOM 3.0格式保存。

6. 所有图像数据都在线保存，定期备份。为了缩短检索时间，方便数据库管理，服务器最好要有两个数据库，即在线数据库与存档数据库。能方便地将存档数据库的图像调到在线数据库来。

7. 有图像自动分发和迁移功能。这样有些关键的影像工作站才不需要临时下载图像。

8. 支持多个服务器穿行(数据分流)和并行(热备份)。