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PACS 系统和 DICOM 标准

PACS 系统和 DICOM 标准. 一、 PACS 系统概述. PACS ： Picture Archiving and Communications System ( 医疗图像管理与通信系统 ) 存放和传输图像的设备 由图像信息的获取、传输与存档和处理等部分组成. （一） PACS 的历史回顾. 1970 年代开始有了 Digital Radiography 这个名词。 CT 、超声波与核医学等数字医疗影像模式在 1970 代问世。 1980 年代出现了核磁共振 (MRI) 、 CR 和数字减影 (DSA) 。

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PACS 系统和 DICOM 标准

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Presentation Transcript

  1. PACS系统和DICOM标准

  2. 一、PACS系统概述 • PACS：Picture Archiving and Communications System (医疗图像管理与通信系统) • 存放和传输图像的设备 • 由图像信息的获取、传输与存档和处理等部分组成

  3. （一）PACS的历史回顾 • 1970 年代开始有了 Digital Radiography 这个名词。 • CT、超声波与核医学等数字医疗影像模式在1970 代问世。 • 1980 年代出现了核磁共振 (MRI)、CR 和数字减影 (DSA)。 • 1980 大家有了 Digital Image Communication and Display (数字影像传输与显示) 这个概念。 • 1982 年开了第一届国际 PACS 研讨会。

  4. 1983 年美国陆军开始了一个 teleradiology （远程放射诊断系统）项目。 • 1985 年美国陆军开研制功 DIN-PACS。 • 1985 年华盛顿大学西雅图分校 University of Washington (Seattle, WA) 和Georgetown 大学 (Washington DC) 开始 PACS 研究。 • 1995 年第一代商业 PACS 产品问世

  5. DICOM 3.0 标准在1993 年定形 ，为PACS的商业化奠定基础。 • PACS 分两类： • 放射科PACS：通常指放射科CR/DR，CT，MR 和普通超声波用的。 • 专科mini PACS：超声心脏科、心导管影像、 ECT 和 PET

  6. （二）PACS的基本原理与结构 PACS是以计算机为中心，由图像信息的获取、传输与存档和处理等部分组成。

  7. （1)图像信息的获取 ： • CT、MRI、DSA、CR及ECT等数字化图像信息可直接输入 。 • X线等非数字化图像需经信号转换器转换成数字化图像信息才能输入 。

  8. (2)图像信息的传输方法 ①公用电话线 ②光导通信 ③微波通信 (3)图像信息的储存与压缩 • 储存可用磁带、磁盘、光盘和各种记忆卡片 • 压缩方法多用间值与哈佛曼符号压缩法，影像信息压缩1/5～1/10，仍可保持原有图像质量

  9. (4)图像信息的处理 • 计算机的容量、处理速度和可接终端的数目决定着PACS的大小和整体功能。 • 软件则关系到检索能力、编辑和图像再处理的功能 • 检索 ：输入图像信息时要同时准确输入病历号和姓名等，便于检索时使用 。 • 编辑 ：删去无意义的图像，以避免不必要的存储，并把文字说明与相应的图像信息一并存入。 • 再处理 ：包括图像编组，对兴趣区作图像放大，窗位与窗宽。

  10. PACS示意图

  11. （三）PACS 的主要功能和应用 • 用图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

  12. 二、PACS 影像模式支持技术的发展 • 医疗诊断影像模式 的多样性促使mini PACS 诞生 • 灰阶影像 ：CR/DR、CT 和MR • 超声波 • 心脏超声波、心导管影像、核医学和正电子扫描(PET) • 例如：西门子专为心脏和功能影像(functional imaging) 设计的mini PACS

  13. 促使对PACS设计进行大改革的几个因素： • PACS 本身是一个很大的投资，买了 PACS 以后还要加几套 mini PACS 代价太高 • 混合模式影像，如 PET-CT 和 SPECT-CT 已经进入临床应用 • 功能性影像 (functional imaging) 和分子影像 (molecular imaging) 变得越来越重要。

  14. 超声波图像不全是灰阶的，也有伪色2D和彩色多普勒。超声波图像不全是灰阶的，也有伪色2D和彩色多普勒。 • 心脏超声波和心导管影像是动态的。 • 核医学图像的显示和处理方式与CT、MR和CR很不一样，往往还要用到一些量化计算机辅助诊断功能，有时还要处理原始数据 。 • PET 图像与核医学一样有些很特殊的显示和处理方式 • 在DICOM 3.0 里CT、MR 和CR 图像结构最简单，其次是PET和超声波。核医学图像最复杂。但是数据库和服务器软件是为CT、MR、CR/DR 等图像设计的，使用起来往往有各种各样的问题。

  15. 一种趋势：就是在专科mini PACS 基础上开发放射科和全院性PACS 系统。不足部分捆绑第三家技术。

  16. 三、PACS 图像传输技术的发展 1、DICOM 与图像传输技术 • DICOM ：Digital Imaging and Communications in Medicine 的缩写。 • 1993 年，美国ACR （American College of Radiology) 和NEMA （National Electrical Manufacturers Association）指定的图像传输标准。

  17. PACS 本身并不产生图像，图像必须从影像设备(Modality Scanner) 传过来 。 • 在没有DICOM 3.0 之前，厂家用自己的图档格式和传输协议来将图像从影像设备(Modality Scanner) 传到影像工作站或mini PACS。 • 飞利浦和西门子定义了SPI 格式 • 超声波ACR-NEMA 2.0 和QuickTime 混合格式 。 • 核医学图像交换的标准格式Interfile 3.3。 • 结果：即使知道厂家的图像文件格式，要从他们的机器里取出文件来也是很难的。

  18. 1990 年代中，大部分的中、高档医疗影像设备都有DICOM 3.0 功能让用户选购。 • 不少厂商开始将一些基本 DICOM 功能，如 DICOM Store 和 DICOM Print, 变成了影像设备的标准配置。 • 厂商DICOM 3.0 的图像传输和内容趋于完整和正确，兼容性大有进步。 • 原来 DICOM 3.0 图像的老大难核医学和超声波已经不再是个大问题 • 传输图像趋于自动化，免去了许多手工选择图像后再送的步骤。

  19. 常规X-光图像显示在化学胶片上，不是一种数字型影像、上不了 PACS。数字化的解决方案包括： • 给现有常规 X-光设备配 CR。 • 淘汰现有 X-光设备，换成 DR。 • 配胶片扫描机。

  20. 2、DICOM3标准的内容 • 涵盖医学数字图像的采集、归档、通信、显示及查询等所有信息交换的协议； • 定义了一套包含各种类型的医学诊断图像及其相关的分析、报告等信息的对象集； • 定义了用于信息传递、交换的服务类与命令集，以及消息的标准响应； • 详述了唯一标识各类信息对象的技术； • 提供了应用干网络环境（OSI或TCP/IP）的服务支持。

  21. DICOM标准的组成部分 • 目前DICOM标准（指DICOM3.0）由十四部分组成。 • 介绍与概览 • 遵循声明 • 信息对象定义 • 服务类细则 • 数据结构与编码 • 数据字典

  22. 消息交换 • 对信息交换的网络通讯支持 • 对信息交换的点对点通讯支持――已经废弃 • 介质交换的介质存储要求及文件格式规范 • 介质存储应用程序规格 • 介质交换的介质格式及物理介质要求 • 打印管理及点对点通讯支持 • 灰度图像显示功能标准

  23. DICOM标准还在不断地更新，目前已有14部分及许多补充部分。DICOM标准还在不断地更新，目前已有14部分及许多补充部分。 DICOM组成部分图

  24. 四、PACS 图像管理和归档的技术 • 图像从影像设备(Modality Scanner) 传到PACS 服务器有几个目的: • 供医生影像工作站调用 • 分发给临床主治医师和会诊专家 • 当成病历的一部分归档长期保存以备后用 • 近年PACS 图像管理和归档的技术发展主要体现在下列几方面： • 内部存储格式标准化为 DICOM 3.0 • 采纳标准压缩算法来压缩图像文件。 • 三级储存模式 (在线、近线和离线) 已经转变成两级 (在线和备份)

  25. 存储格式标准化为DICOM 3.0 • 所有欧美先进PACS 厂家都用正式DICOM 3.0文件格式来储存图像 • 用DICOM 3.0 文件格式可以随时加影像模式、加减和更改图像文件的内容 • 图像压缩方面 • 采用DICOM 支持的标准压缩算法，如JPEG、JPEG Lossless、JPEG 2000、JPEG-LS 和Deflate 等。

  26. 在线和备份两级储存 • 在线用的是硬盘，用RAID (冗余存储磁盘阵列) 加NAS (Network Attached Storage) 或SAN (Storage Area Network)。 • RAID技术：是Redundant Array of Inexpensive Disks的缩写。磁盘阵列中针对不同的应用使用的不同技术，称为RAID 等级。

  27. RAID 0：RAID 0是把所有的硬盘并联起来成为一个大的硬盘组。没有冗余能力。

  28. RAID 1是硬盘镜像备份操作。由两个硬盘所组成。其中一个是主硬盘而另外一个是镜像硬盘。容量效率非常的低 ，很高的冗余能力 。

  29. RAID 3在安全方面以奇偶校验（parity check）做错误校正及检测，只需要一个额外的校检磁盘（paritydisk）。

  30. RAID 5一种具容错能力的RAID 操作方式，容错信息是平均的分布到所有硬盘上。当阵列中有一个硬盘失效，磁盘阵列可以从其他的几个硬盘的对应数据中算出已掉失的数据。其总容量为 (N-1)x最低容量硬盘的容量。

  31. 各类RAID比较

  32. NAS • NAS的概念 ：网络存储服务器NAS（Network Attached Storage）。 • 为提供一套安全，稳固的文件和数据保存，容易使用和管理而设计，其定义为特殊的独立的专用数据存储服务器，内嵌系统软件，可以提供各种环境下的文件共享。 • 把文件存放在同一个服务器里让不同的电脑用户共享和集合网络里不同种类的电脑正是NAS网络存储的主要功能。

  33. NAS拓扑结构图

  34. NAS是功能单一的精简型电脑，因此在架构上不像个人电脑那么复杂，像键盘、鼠标、荧幕、音效卡、喇叭、扩充漕、各式连接口等都不需要；因此在外观上就像家电产品，只需电源与简单的控制钮.NAS是功能单一的精简型电脑，因此在架构上不像个人电脑那么复杂，像键盘、鼠标、荧幕、音效卡、喇叭、扩充漕、各式连接口等都不需要；因此在外观上就像家电产品，只需电源与简单的控制钮. • 选择NAS设备:网络接口 (双)、CPU、内存 、存储容量 、操作系统 （WSS 2003 、Linux ）

  35. SAN • SAN的概念 • SAN（Storage Area Network，存储区域网），被定义为一个共用的高速专用存储网络，存储设备集中在服务器的后端，因此SAN是专用的高速光纤网络。 • SAN拥有一套专用的网络作为连接存储设备、备份设备和服务器之用。这个网络以光纤交换机为中心。 • SAN的优势：高数据传输速度 、加强存储管理 、加强备份/还原能力的可用性 、同种服务器的整合

  36. SAN的网络拓扑描述

  37. ＰＡＣＳ系统解决方案之一

  38. ＰＡＣＳ系统解决方案之二

  39. DICOM标准的历史 • 第1个版本ACR－NEMA Version 1.0于1985年发布； • 第2个版本ACR－NEMA Version 2.0于1988年发布； • 第3个版本DICOM 3.0是ACR－NEMA的扩展，它由ACR－NEMA的联合委员会制订，世界上其他一些标准化组织也参予制订。

  40. DICOM标准的目的 • 标准不仅支持医学放射图像，实际上面向所有医学图像，并涉及HIS/RIS的行政管理和其他实验数据。该标准是医学信息领域的重要标准。制定DICOM标准的主要目的是促进不同医学成像设备间的互操作性。

  41. DICOM 标准的内容 • 符合DICOM标准的仪器所必须遵循的一套协议； • 利用上述协议能在仪器设备间交换的命令以及相关的信息的语法和语义； • 一台符合标准的设备必须提供的信息。

  42. DICOM标准并未给出对于要求符合标准的设备实现标准中任何特性的细节物体，也没有规定对一个由许多符合DICOM标准的设备一起实现的系统所期望达到的整体特效和功能，更没有给出用来评价仪器是否符合DICOM标准所需的测试/确认方法。

  43. ACR-NEMA 300标准的历史 • 美国放射设备的用户——美国放射协会（ACR）和设备制造商有关组织——电气制造商协会（NEMA）于1983年联合成立了一个联合委员会，开发数字成像与通信标准ACR-NEMA 300。 • 联合委员会于1985年、1988年先后推出了ACR-NEMA 300——85，ACR-NEMA 300——88两个版本（俗称ACR-NEMA 1.0和ACR-NEMA 2.0，统称ACR-NEMA），并于1993年推出NEMA PS3医学数字成像与通信（DICOM）标准，简称DICOM 3.0。

  44. ACR-NEMA 300的宗旨 • 促进数字图像信息间的通信，而不论提供这些信息的设备由何厂制造，也不论信息以何种数据格式表达； • 便于进一步开发和扩展PACS，使其与医院中其他信息系统连接； • 建立一个诊断信息数据库，让发布在各地的各种设备访问共享。

  45. ACR-NEMA标准规定的内容 • 硬件接口，包括物理层的电气规范、信号的电气特性、插座插脚定义、插座机械尺寸、信号定时规范； • 最少软件命令组； • 成像设备与网络接口单元（NIU）间或两成像设备间通信的统一的数据格式集。

  46. ACR-NEMA的分层模型 • 应用层 • 表示层 • 会话层 • 传输/网络层 • 数据链路层 • 物理层

  47. 物理层 • 本层包括硬件规格、接口访问与字交换协议，它定义了相互关连的信号时序，使数据能经由接口传输。数据链路层通过本层发送数据，进行流量控制与错误检测。

  48. 数据链路层 • 它的功能是把来自传输/网络层的数据加上控制字组装成帧，通过物理层发送出去。在从网络层接收数据时应去掉帧控制字，检查传输错误，并将数据送到传输/网络层。帧内第1个字为帧描述符字，最后一个字是帧校验序列。

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