PACS系统解析
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☺ DICOM标准被广泛接受，PACS、RIS开始与 HIS全面整合，PACS被用于远程诊断。显示 质量控制软件技术的进一步发展，新的显示 设备的出现，淡化了温度、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，以利于辅助 诊断和治疗。
☺ 无胶片化的进程，促使人们开始研究PACS系 统的安全性。
本节还将介绍 PACS的关键技术及PACS系统结 构与功能。
第一节 PACS概念及目标
第一节 PACS概念及目标
PACS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、 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。
HIS/LIS
成像 系统
图像采集 计算机
PACS 控制器
图像 显示
PACS示意图
23
PACS系统的组成
图像获取 数据库管理 在线存储 离线归档 图像显示及处理 与外部信息系统的接口 胶片打印 高速局域网络 支持远程数据传输的广域网络
24
PACS系统的组成
25
B超
视频采集 工作站
CT
图像采集 工作站
❖ 非数字数据(如胶片、视频图像等)：一种方法是使用专用扫 描仪直接得到数字图像。另一种则用摄像头获得模拟输出， 然后用帧捕捉的方式将其转换成数字图像，这种方法也适用 于从医疗设备的监视器输出获得的数字图像。
图像处理
❖图像预处理
❖图像压缩
图像数据压缩技术包括有损和无损压缩。
1) 无损压缩：能实现由压缩图像到原始图像的 完全恢复，因此也称为可逆压缩。其特点是：在压 缩过程中不会丢失重要信息，但压缩比小，一般在 2-3倍之间。
目的是为推动在不同设备、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。
第1部分 给出了标准的设计原则，定义了标准 中使用的一些术语，对标准的其它部分作了简 要概述。
第2部分 介绍了DICOM标准的一致性概念，如 何制订并描述DICOM产品。包括选择什么样 的信息对象(information object)、服务类 (service class)以及消息传递（massage transfer） 等。一致性是指遵守DICOM标准的设备能够 互相连接、互相操作的能力。
医学数字成像和通信标准(Digital Imaging and Communication in Medicine，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。
PACS 建设目标
❖为医学影像管理服务 ❖为临床诊断服务 ❖为远程医疗服务
PACS的相关标准
１、DICOM标准：医学数字成像和通信 标准。
早期的医学图像设备所产生的图像格式 是由生产厂商各自定义的，无统一标准 并相互保密。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。
LIS是laboratory information system(实验室 信息系统的简称。)
DICOM 标准内容
第1部分 给出了标准的设计原则。 第2部分 介绍了DICOM标准的一致性概念。 第3部分 描述了信息对象的定义方法。 第4部分 服务类的说明。 第5部分 数据结构及语意。 第6部分 数据字典。 第7部分 消息(message)交换。 第8部分 消息交换的网络通讯支持。 第9部分 说明DICOM如何支持点对点消息通信的服务和协议。 第10、11、12部分 定义了DICOM文件的存储方式。 第13部分 DICOM打印管理的点对点通信支持。 第14部分 说明了灰度图像的标准显示功能。
PACS结构
因特网
路由器
千兆以太网 交换机
百兆以太网 交换机
X光机
图像采集 工作站
内窥镜
视频采集 工作站
数据库 服务器
光缆
显示 工作站1
Байду номын сангаас
显示 工作站2
显示 工作站3
显示 工作站4
显示 工作站n
26
PACS结构
27
数据和图像的获取
图像采集工作站主要任务包括: 从成像设备获取图像数 据，将图像数据转换成PACS标准的格式，并将其送往PACS控 制器。
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。
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。
第三阶段（上世纪末-现在）
第7部分 消息(message)交换。消息是两个符合 DICOM标准的应用实体(application entity，AE) 之间进行通讯的基本单元。该部分定义了 DICOM命令的结构(该命令若结合相关数据即 组成子一个DICOM消息)，同时也定义了在医 学图像环境中的应用实体用于交换消息的协议 握手 (association negotiation)方式。
第九章
PACS系统 图像存档及通信系统
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。
第14部分 说明了灰度图像的标准显示功能。
现在，越来越多的医疗设备厂商宣布支持 DICOM标准，遵从DICOM标准生产的设备，可 以方便地与其他设备和系统进行通信和交换产生 的图像。而PACS系统以DICOM标准为基础，才 能具有更好的开放性和扩展性。
第二节 PACS的组成及功能
PACS系统在物理结构上采用各种网络将不 同类型的计算机连接起来，包括医学成像设备、 图像采集计算机、PACS控制器(包括数据库和存 档管理)、以及图像显示工作站。下图为PACS系 统的组成及数据流。
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。
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 加强了。
PACS与医院信息系统
PACS与临床信息系统（Clinical Information System, CIS）、放射学信 息系统(Radiology Information System, RIS)、医院信息系统(Hospital Information System, HIS)、实验室信 息系统（Laboratory Information System, LIS）同属医院信息系统。
6
PACS的功能
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。
2)有损压缩：不能实现由压缩图像到原始图像 的完全恢复，压缩过程不可逆。其出发点是以图像 部分损失为代价换取高压缩比，得到视觉上可以接 受的图像。能得到较高的压缩比，一般在10-50倍 或更高。
网络系统
数字通信网络设计中要考虑以下五个因 素: 通信速度、通信标准、容错性、安全性以 及网络建设和维护费用。
主要有以下三类: (1) 低速(<10Mb/s)以太网; (2) 中速(100Mb/s)光纤分布数据接口(FDDI); (3) 高速(>=155Mb/s)异步传输模式(ATM)。
第8部分 消息交换的网络通讯支持。说明了在网 络环境下的通讯服务和支持DICOM应用、进行 消息交换的上层协议。
第9部分 说明DICOM如何支持点对点消息通信的 服务和协议。
第10、11、12部分 定义了DICOM文件的存储方式， 包括可移动存储介质、DICOM文件集、文件存 储格式等。
第13部分 DICOM打印管理的点对点通信支持。
PACS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）
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。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。
第3部分 描述了信息对象的定义方法，对数字 医学图像存储和通信方面的信息对象提供了抽 象的定义。
第4部分 服务类的说明。服务类可简单地理解 为DICOM提供的命令或提供给应用程序使用 的内部调用函数。
第5部分 数据结构及语意。描述怎样对信息对 象和服务类进行构造和编码。
第6部分 数据字典。这样在DICOM设备之间进 行消息交换时，消息中的内容具有明确的无 歧义的编号和意义，可以相互理解和解释。
临床医学图像包括静止图像和运动图像。静止图像可以分 为三类:
❖ 符合DICOM3.0的数字数据; 可以直接与采集计算机相连。
❖ 非标准的数字数据; 设计者必须获得设备生产厂商关于数据 结构和接口协议的详细说明，才能设计应用软件，从设备的 串行口或并行口读取非标准数据，并转换为标准化数据。动 态医学图像(如超声心动图和血管造影)包括一系列随时间变 化的图像，通常采用帧捕捉的方式将其转换成数字图像。
5
PACS作用
主要任务就是把产生的各种医学影像 （包括核磁，CT，超声，各种X光机， 各种红外仪、显微仪等设备产生的图像） 通过各种接口（DICOM，网络）以数字 化的方式海量保存起来，当需要的时候 在一定的授权下能够很快的调回使用， 同时增加一些辅助诊断管理功能。它在 各种影像设备间传输数据和组织存储数 据具有重要作用。
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，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。
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。
HIS:Hospital Information System（医院信 息管理系统，简称HIS）;
☺ PACS系统中引进临床专用软件，以利于辅助 诊断和治疗。
☺ 无胶片化的进程，促使人们开始研究PACS系 统的安全性。
本节还将介绍 PACS的关键技术及PACS系统结 构与功能。
第一节 PACS概念及目标
第一节 PACS概念及目标
PACS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、 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。
HIS/LIS
成像 系统
图像采集 计算机
PACS 控制器
图像 显示
PACS示意图
23
PACS系统的组成
图像获取 数据库管理 在线存储 离线归档 图像显示及处理 与外部信息系统的接口 胶片打印 高速局域网络 支持远程数据传输的广域网络
24
PACS系统的组成
25
B超
视频采集 工作站
CT
图像采集 工作站
❖ 非数字数据(如胶片、视频图像等)：一种方法是使用专用扫 描仪直接得到数字图像。另一种则用摄像头获得模拟输出， 然后用帧捕捉的方式将其转换成数字图像，这种方法也适用 于从医疗设备的监视器输出获得的数字图像。
图像处理
❖图像预处理
❖图像压缩
图像数据压缩技术包括有损和无损压缩。
1) 无损压缩：能实现由压缩图像到原始图像的 完全恢复，因此也称为可逆压缩。其特点是：在压 缩过程中不会丢失重要信息，但压缩比小，一般在 2-3倍之间。
目的是为推动在不同设备、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。
第1部分 给出了标准的设计原则，定义了标准 中使用的一些术语，对标准的其它部分作了简 要概述。
第2部分 介绍了DICOM标准的一致性概念，如 何制订并描述DICOM产品。包括选择什么样 的信息对象(information object)、服务类 (service class)以及消息传递（massage transfer） 等。一致性是指遵守DICOM标准的设备能够 互相连接、互相操作的能力。
医学数字成像和通信标准(Digital Imaging and Communication in Medicine，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。
PACS 建设目标
❖为医学影像管理服务 ❖为临床诊断服务 ❖为远程医疗服务
PACS的相关标准
１、DICOM标准：医学数字成像和通信 标准。
早期的医学图像设备所产生的图像格式 是由生产厂商各自定义的，无统一标准 并相互保密。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。
LIS是laboratory information system(实验室 信息系统的简称。)
DICOM 标准内容
第1部分 给出了标准的设计原则。 第2部分 介绍了DICOM标准的一致性概念。 第3部分 描述了信息对象的定义方法。 第4部分 服务类的说明。 第5部分 数据结构及语意。 第6部分 数据字典。 第7部分 消息(message)交换。 第8部分 消息交换的网络通讯支持。 第9部分 说明DICOM如何支持点对点消息通信的服务和协议。 第10、11、12部分 定义了DICOM文件的存储方式。 第13部分 DICOM打印管理的点对点通信支持。 第14部分 说明了灰度图像的标准显示功能。
PACS结构
因特网
路由器
千兆以太网 交换机
百兆以太网 交换机
X光机
图像采集 工作站
内窥镜
视频采集 工作站
数据库 服务器
光缆
显示 工作站1
Байду номын сангаас
显示 工作站2
显示 工作站3
显示 工作站4
显示 工作站n
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PACS结构
27
数据和图像的获取
图像采集工作站主要任务包括: 从成像设备获取图像数 据，将图像数据转换成PACS标准的格式，并将其送往PACS控 制器。
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。
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。
第三阶段（上世纪末-现在）
第7部分 消息(message)交换。消息是两个符合 DICOM标准的应用实体(application entity，AE) 之间进行通讯的基本单元。该部分定义了 DICOM命令的结构(该命令若结合相关数据即 组成子一个DICOM消息)，同时也定义了在医 学图像环境中的应用实体用于交换消息的协议 握手 (association negotiation)方式。
第九章
PACS系统 图像存档及通信系统
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。
第14部分 说明了灰度图像的标准显示功能。
现在，越来越多的医疗设备厂商宣布支持 DICOM标准，遵从DICOM标准生产的设备，可 以方便地与其他设备和系统进行通信和交换产生 的图像。而PACS系统以DICOM标准为基础，才 能具有更好的开放性和扩展性。
第二节 PACS的组成及功能
PACS系统在物理结构上采用各种网络将不 同类型的计算机连接起来，包括医学成像设备、 图像采集计算机、PACS控制器(包括数据库和存 档管理)、以及图像显示工作站。下图为PACS系 统的组成及数据流。
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。
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 加强了。
PACS与医院信息系统
PACS与临床信息系统（Clinical Information System, CIS）、放射学信 息系统(Radiology Information System, RIS)、医院信息系统(Hospital Information System, HIS)、实验室信 息系统（Laboratory Information System, LIS）同属医院信息系统。
6
PACS的功能
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。
2)有损压缩：不能实现由压缩图像到原始图像 的完全恢复，压缩过程不可逆。其出发点是以图像 部分损失为代价换取高压缩比，得到视觉上可以接 受的图像。能得到较高的压缩比，一般在10-50倍 或更高。
网络系统
数字通信网络设计中要考虑以下五个因 素: 通信速度、通信标准、容错性、安全性以 及网络建设和维护费用。
主要有以下三类: (1) 低速(<10Mb/s)以太网; (2) 中速(100Mb/s)光纤分布数据接口(FDDI); (3) 高速(>=155Mb/s)异步传输模式(ATM)。
第8部分 消息交换的网络通讯支持。说明了在网 络环境下的通讯服务和支持DICOM应用、进行 消息交换的上层协议。
第9部分 说明DICOM如何支持点对点消息通信的 服务和协议。
第10、11、12部分 定义了DICOM文件的存储方式， 包括可移动存储介质、DICOM文件集、文件存 储格式等。
第13部分 DICOM打印管理的点对点通信支持。
PACS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）
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。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。
第3部分 描述了信息对象的定义方法，对数字 医学图像存储和通信方面的信息对象提供了抽 象的定义。
第4部分 服务类的说明。服务类可简单地理解 为DICOM提供的命令或提供给应用程序使用 的内部调用函数。
第5部分 数据结构及语意。描述怎样对信息对 象和服务类进行构造和编码。
第6部分 数据字典。这样在DICOM设备之间进 行消息交换时，消息中的内容具有明确的无 歧义的编号和意义，可以相互理解和解释。
临床医学图像包括静止图像和运动图像。静止图像可以分 为三类:
❖ 符合DICOM3.0的数字数据; 可以直接与采集计算机相连。
❖ 非标准的数字数据; 设计者必须获得设备生产厂商关于数据 结构和接口协议的详细说明，才能设计应用软件，从设备的 串行口或并行口读取非标准数据，并转换为标准化数据。动 态医学图像(如超声心动图和血管造影)包括一系列随时间变 化的图像，通常采用帧捕捉的方式将其转换成数字图像。
5
PACS作用
主要任务就是把产生的各种医学影像 （包括核磁，CT，超声，各种X光机， 各种红外仪、显微仪等设备产生的图像） 通过各种接口（DICOM，网络）以数字 化的方式海量保存起来，当需要的时候 在一定的授权下能够很快的调回使用， 同时增加一些辅助诊断管理功能。它在 各种影像设备间传输数据和组织存储数 据具有重要作用。
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，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。
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。
HIS:Hospital Information System（医院信 息管理系统，简称HIS）;