医学影像信息系统(PACS)狭义上是指基于医学影像存储与通信系统,从技术上解决图像处理技术的管理系统;在现代医疗行业,医学影像信息系统是指包含了包括了RIS,以DICOM3.0国际标准设计,以高性能服务器、网络及存储设备构成硬件支持平台,以大型关系型数据库作为数据和图像的存储管理工具,以医疗影像的采集、传输、存储和诊断为核心,是集影像采集传输与存储管理、影像诊断查询与报告管理、综合信息管理等综合应用于一体的综合应用系统,主要的任务就是把医院影像科日常产生的各种医学影像(包括核磁、CT、DR、超声、各种X光机等设备产生的图像)通过DICOM3.0国际标准接口(中国市场大多为模拟,DICOM,网络等接口)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1

功能架构

PACS系统最基础的功能如下:

目前PACS系统被赋予越来越多的内涵,当前一个复杂的PACS系统功能架构如下:

本质上PACS还是干了那些基础的事,只是增加了一些区域交互、上下协同和智能化。

业务流程

  • 影像科室的工作流程

  • 诊疗科室的工作流程

数据流

单看PACS内部影像处理一块的数据流程如下:

获取影像归档服务器中的病人信息,包括基本信息以及所需要的图像信息,可以对图像进行相关的编辑,医生根据图像信息做出诊断并把诊断结果信息添加到 DICOM 文件中进行保存,也可以访问 PACS 服务器,将得到的诊断结果添加到 PACS 服务器中。

关键技术

从技术角度来看,PACS系统包含以下五个模块:图像采集模块、图像传输模块、图像显示模块、图像存储模块和图像后处理五大模块。

下面是一个典型的信息流:

医生通过操作医学设备采集到病人影像,设备(或设备自带的工作站)通过提供的输出接口将图像信息以特定的格式传输出去(通常是DICOM协议)。

DICOM既是一个一体化的协议,包含传输、存储、显示。

  • DICOM

    DICOM3是医疗影像设备的输出文件的标准协议,类似于HL7/CDA是一套大而全的体系。

    对于 DICOM数据集,数据集中包含了病人所有可能的基本信息、检查信息及相关图像信息,且为了病人信息彼此之间易于查询,标准对于数据集中的内容按照一定的层次关系进行组合,即将数据集分为四个层次,分别是病人、检查、系列、图像。

    DICOM标准在实际应用中需要解决的一个主要问题就是在各种各样的网络硬件和软件环境下,如何能够实现医学影像可靠、高效的在不同医疗设备之间进行网络传输。DICOM标准是在传统的 TCP/IP 协议之上,添加 DICOM 上层协议层(DICOM Upper LayerProtocol,ULP)提供数据关联和通讯服务,最上层是 DICOM应用实体层。 在 DICOM 通讯过程中,SCU(Service Class User)和 SCP (Service Class Provider)是用来定义在通讯过程中所扮演角色的术语。一个设备在通讯过程中可以扮演不同的角色,既可以是SCP 也可以是SCU,也可能同时扮演这两个角色。DICOM 通讯的过程就是应用实体在 DICOM 通讯协议之上利用 DICOM服务进行影像信息交换。DICOM 网络通讯模型如下:

  • 图像增强

    图像增强算法(空间域增强、频域增强=>平滑去噪锐化),也是在这个阶段里处理,就是拿到DCM文件如何更好的操作和显示。

上面这一块有不少开源或者商业组件来实现的,例如:

  • 图像存储

    PACS 系统是一个以 DICOM 标准文件格式为主,多种图片格式和文本格式并存的复杂数据管理系统。该系统的日处理数据量规模巨大。在保存有大规模数据量的同时,还要求系统必须能够实现快速的各个连接系统间需求响应,使得系统存储结构的设计必须满足 PACS 系统日常工作的特性要求。

    • 首先,医学影像数据单幅图像在几兆与百兆之间大小,一次检查就会产生大量的图像数据,必须有足够规模的存储空间和备用空间,以满足高质量和高精度的医学影像数据存储。

    • 其次,为了保证医学影像的图片质量,在图像的保存过程中,尽可能的采用原图像或者低压缩比存储方式来保存图像。

    • 第三,存储结构需要保持全天候不间断工作状态。由于临床手术争分夺秒使用性要求,存储结构必须对保存的数据实现 24 小时无间断的调用响应,能够实时返回数据查看请求。

  • 第四,为了保证存储数据的安全性,符合卫计委对医学数据存管的相关要求,存储结构的设计必须符合消防规范。机房配置合理,用电线路合规,服务器工作环境适宜。

    • 第五,为了避免存储结构硬盘或者磁带损坏带了的数据丢失,存储结构必须有很好的数据可迁移性和可恢复性,在条件允许的情况下,尽可能的实现双系统备份,保证数据的不丢失。

    • 第六,为了满足电子病历的规范化要求,保护医院自身利益,减少医患纠纷给医院带来的损失。医疗影像数据做为诊断评判的第一手资料,必须保证其客观性、公正性。存储的影像资料不能被随意的删除和篡改。

    下图是一个四级存储架构:

END