数字化医院中的PACS系统.docx

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数字化医院中的PACS系统

上海医疗器械高等专科学校

毕业设计（论文）

课题名称：

数字化医院中的PACS系统

专业：

医学影像

班级：

02放射1班

学号：

0203030

姓名：

池光怡

指导教师：

王洪志

二○○五年6月2日

目录

摘要P4-5

引言P6-8

一数字化医院PACS系统带来医学影像诊断革命P9-14

1.1降低成本提高效益改善服务P9

1.2传统胶片影像的局限P9

1.3数字化医院PACS效益清晰可见P10-14

二数字化医院PACS建设中的存储技术P15-23

2.1PACS中的存储P15

2.2PACS中常用存储设备P15

2.2.1SCSI硬盘P15-16

2.2.2IDE硬盘P16

2.2.3SATA硬盘P16-17

2.2.4RAID硬盘P17

2.2.5IDERAID硬盘P17

2.2.6简易RAID硬盘P18

2.2.7光盘库（塔）P18

2.2.8磁带库P18

2.3架构性存储技术P19

2.3.1DASP19

2.3.2NASP19-20

2.3.3SANP20-21

2.4PACS存储策略P21

2.4.1集中存储策略P21-22

2.4.2分布存储策略P22

2.4.3.逻辑上集中的分布存储P22-23

2.4.4逻辑上分布的集中存储P23

三数字化医院中的PACS系统定位P24-25

3.1PACS的发展和相关标准P25-27

3.2PACS建设的理念P27-29

3.3PACS系统诊疗工作站软件的功能定位P29-31

3.4图像处理和分析方面的新技术应用P31-34

3.5自主开发及自主知识产权的重要性P34

四总结P35

五参考资料P35

摘要

PACS系统是建设数字化医院的核心工作之一，也是医院信息系统建设中投资较大的系统，只有具备影像临床应用功能，能为诊疗提供服务，符合国际标准的PACS才能在未来的数字化医院建设中发挥更大的作用，也是数字化医院建设的基础与关键。

关键词：

数字化医院PACS

Abstract

PACSsystemisoneofthecoresworkintheconstructionofdigitalhospital,andtheinformationsyetemistheconstuctionininvestmentinthehospitaltoo.ItisnotonlytheabilityoffunctionintheclincialVedio,butalsocanaffordtoserveinthediagnosis.thePACSisplayedanimportantroleintheconstrutionofthedigialhospitalcomeupwiththestandardofinternationalinthefuture.anditalsobasisandkeyintheconstrutionofthedigialhospital

KeyWord:

DegitelHospitalPACS

引言

随着计算机技术及网络通讯等信息技术的不断发展和深入应用，人们对医院医疗保健水平的要求不断提高，医院信息化建设将成为必然的发展趋势，也是医院在市场经济大潮中提高竞争力的迫切需要。

在医院信息系统建设中，涉及到多方面的应用，从最初的人事管理、工资管理和财务管理，到后来的收费管理，住院管理，门诊管理，药房管理，可以说，在每个医院都有计算机技术的应用，从原来功能单一的应用到后来的医院综合管理系统的建立，为计算机在医院中的应用打下良好的基础。

在医院的信息中，大体可以划分为管理信息和医疗信息，在医疗信息中，还有许多不同媒介的信息，如医嘱，诊断等一维信息，也有医学影像等二维或多维信息，更有多媒体信息，如何有效利用这些信息提高医院的管理水平和诊疗水平，已经不止是管理型系统所能解决的问题，如何为患者提供高效的诊断技术和治疗技术是医院信息系统建设的重点，也是未来数字化医院所追求的目标。

国内医院信息化建设的现状和发展需求

过近十年的努力，我国超过50%的综合性医院已实现或部分实现了医院管理的计算机化（即传统的HIS系统）（HospitalInformationSystem），其中，经济较发达的华东地区已超过80%，这已接近欧美国家的水平。

传统的HIS主要包括门诊管理（有些系统设计有门诊预约功能）、药品管理、病房管理（主要为病床调度）、财务管理等，这些关系到医院的日常运行的多个方面，而且引入计算机管理后提高了管理水平，提升了医院的形象，同时也起到了增收节支的作用，所以医院对此抱有很大的兴趣，但是这些系统一般只解决了医院在管理方面的一些需求，提高了医院的管理水平，而在提高医院的诊治水平方面没有多少体现,并没有为临床医生提供实质性的应用。

作为医院信息化建设的一个方面，许多医院建设了PACS（PictureArchivingandCommunicationSysytem）系统，然而，多数PACS系统仍停留在影像的传输和存储归档及通讯上，在应用上，使用计算机软阅片代替了灯箱阅片，但对于大量的历史医学影像和病人历史资料，并没有更有效的应用手段，病人转诊往往需要重新检查或拍片，离数字化医院中诊疗信息的数字化要求相距较远，所以，国内并没有真正意义上的数字化医院。

在2002中国医院信息化管理国际研讨会上，专家们根据医疗系统的信息化水平划分，将医院信息化发展划分为三个阶段：

医院管理信息化（HIS）阶段、临床管理信息化（ClinicInformationSystem）阶段、局域医疗卫生服务（GMISGlobeMedicalInformationServicesanitation）阶段。

我国医院信息化的现状大多数还停留在管理阶段，真正的医疗业务还很少能参与到信息化建设中，只有具备临床应用信息化的医院才能称得上“数字化医院”。

如何有效提高医院已有信息在诊疗方面的应用，提高诊疗效率和临床质量，科学诊断及计算机辅助治疗将成为以后医院信息化建设的重点。

为此，国家科技部、卫生部和信息产业部等都已明确表示要给予大力扶持。

卫生部发布的《全国卫生信息化发展规划纲要2003－2010》为进一步推进医疗服务信息化建设向更深、更广、更高方向发展提出了明确的远景规划。

一数字化医院PACS系统带来医学影像诊断革命

1.1降低成本提高效益改善服务

网络和影像处理科技的快速发展，带动了医学影像技术的普及和应用。

医疗图像存档与通信系统（PictureArchivingandCommunicationsSystem，PACS）就是计算机网络技术与影像处理技术在临床医学中高度融合的产物，它将医学影像资料转化为计算机能够识别的数字信息，通过计算机和网络通讯设备对医学影像资料（图形和文字）进行采集、存储、处理及传输等，使医学影像资源达到充分共享。

有人称PACS为国际医学影像诊断领域的一场革命，一点都不为过。

1.2传统胶片影像的局限

按照传统的方式，X线图像、CT与MRI成像后由胶片记录，需暗室冲洗。

为了提高胶片的利用率，影像科不得不花费大量的人力、物力、财力建立胶片库，贮存数量庞大的胶片，这就是所谓的“存档”，即对胶片的管理。

传统医学影像存取及摄影方式存在诸多弊端：

1）存放胶片需要大量的空间，常常发生归错档的事情，管理难度与胶片数量同步增长，耗费大量财力、物力、空间；

2）资料查询、传递速度慢。

调用放射科影像和会诊报告时需等待很长时间，不能满足临床工作和科研的需要；

3）超声、内窥镜、X线透视等检查项目不保留检查的原始影像，临床医生只能凭影像科医生的报告来建立对某器官或组织的认识；

4）胶片丢失、片损和变质所引起的信息丢失，是一个难以解决的问题；

5）不同地方的医生不能同时使用同一病人的影像；

6）远程医疗无法实现。

实施PACS大势所趋势为了使图像高效率使用，并能安全保存，人们提出了用另一种方式存放与传输图像，那就是建立PACS，实现影像共享，从而替代传统的胶片。

PACS主要解决医学影像的采集和数字化、图像的存储和管理、数字化医学图像的高速传输、图像的数字化处理和重现、图像信息与其它信息的集成等五个方面的问题。

具体的来说，PACS在医学信息领域主要提供五方面的功能：

1）用计算机来完成病历与图像的在线安全存储与备份（以取代传统胶片库）；

2）医生可以在诊断、报告、会诊和远程工作站上观察任意时间、任意病人的临床与图像病历（以取代传统的胶片与胶片灯）；

3）通过DICOM3.0国际医疗影像通讯标准和诊断工作站，将全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；

4）用Web、Email等现代电子通讯方式来做远程诊断和专家会诊（以取代传统的胶片邮寄和电话、书信等）；

5）用专业二维、三维分析软件辅助诊断。

1.3数字化医院PACS效益清晰可见

有一种的观点认为，实施PACS不能带来直接的效益，不如购买核磁共振、CT机等现代化医疗设备，效益立竿见影。

实际情况并非如此。

实施PACS不仅能够直接降低成本，而且能够提供现代化医疗设备的利用率，提供医院的工作效率，改善医疗服务水平，给医院带巨大的经济效益、社会效益，让医院持续稳定发展。

医院实施PACS系统后，最直接的效益体现在节约胶片上。

影像科室的传统工作模式下，每个患者需打印2套胶片，一套医院留底保存，另一套患者取走。

例如，针对医院的CT检查，假如每天的病人例数为30人，按每个病人医院保留1.5张胶片，按医院保留病人每张胶片费用约为20元计算，采用PACS系统存储病人图像，每年合计节约的胶片费用约为：

（30×365×1.5×20）=32.85万元

采用了PACS系统后，医院将以往留底保存的病人胶片，改存储在CD-R等光存储介质中，实现了管理无胶片化。

而采用CR-R光盘存储后，相对于胶片来说，成本及保存和管理的费用都很低。

此外，管理无胶片化同时减少了激光相机和洗片机的磨损，延长设备使用寿命，降低洗片药水的消耗，有利于保护环境，减少胶片存储占用的空间，为医院节省日益宝贵的建筑使用面积。

除了节省胶片和存储空间等直接效益外，医院实施PACS更大的好处来自放射科对其它科室的服务的改进，使这些科室从没有胶片丢失、快速调用放射影像和影像实时共享中获益。

没有部署PACS系统时，医院的工作流程有12步，而部署PACS系统后，，大大缩短了患者的就诊时间。

门诊大夫可在病人就诊时快速调用其放射影像，这样可减少门诊大夫等片子的时间，医院也可以减少患者重复就诊，为患者提供更快更好的服务，同时可以节省开支，提高了整个医院的运转效率。

另外，PACS是实现远程医学的基础。

PACS系统可以实现广大区域内的电子病历和电子影像的传递，并实现远程医疗服务。

这个区域可以是在几个大医院之间，也可以是跨省和跨国的医学网络。

在这样的背景下，医疗服务的综合水平将得到空前的提高。

PACS的应用特点及对网络平台的要求

建立PACS必需具备两个前提条件：

一是影像设备数字化，使得医学影像能够直接从检查设备中获取，从而方便了使用和保存；另一个是计算机通信技术的发展，使得大容量数字信息的存储、通讯和显示高效实现。

医院在造影设备选型时，应强调对DICOM3.0标准的支持能力。

就像只有在宽敞的高速公路上才能体现出法拉利跑车的卓越性能一样，先进的造影设备也需要高速畅通的网络互连。

除一般文本信息外，医疗应用数据包含图形、视频和语音信息等。

HIS系统以处理文本信息为主，PACS则需要处理大量的影像信息，数据量多出几十倍。

比如，上海瑞金医院的HIS系统和PACS系统一天的数据量为4000多兆，其中HIS系统的数据量为40兆左右，PACS系统的数据量占全院信息量的99%。

因此，实施PACS系统，对计算机网络的速度、可靠性、安全性和服务质量等方面都有着极高的要求。

影像传输的局域或广域网络要求标准化、结构开放、扩展性好、可连接性好、稳定性好，需要100M高速以太网以上的连接带宽，使DICOM图像传输速度符合临床应用的要求。

同时根据需要配置Web服务器与Internet连接，作为远程会诊的窗口，网络流量大。

毋庸置疑，图像质量的好坏直接影响诊断结果，但高质量的图像又是数据高速传输的瓶颈。

PACS投入使用后，以HIS为出发点建立起来的网络配置就不能满足要求。

实际上，缺乏先期的网络条件分析是早期建立PACS的一个常见误区。

它是导致一些PACS项目失败，以及建立PACS所遇到的阻力的重要原因。

实施PACS，网络要提速。

在设计PACS时，网络传输速率应留有充分的余量。

PACS系统应当根据高峰时间的数据传输量确定网络传输率，而且要留有充分余量，以备今后因影像科室的发展而带来的传输数据量增加，如果因此而不得不进行网络重构，就会造成很大的浪费。

例如，选用了10Mbps的传输速率，铺设了粗缆，但经一段时间的使用感觉速率不够，希望改成更高的传输速率，但更高的传输率可能要求必须改换成光缆，相应网络部件需全部更换，造成的浪费很大。

相反，通用设备的情况就有所不同。

例如选择中心存储光盘塔，10片盘、20片盘和50片盘的塔价格分别差3～4倍。

如果10片盘的光盘塔够用，即可按此采购。

两三年后如需更换50片盘的光盘塔，其价格也可能只相当于现在10片盘塔。

系统稳定性要求高对影像科室来说，某一台设备出现问题是一个局部问题，而PACS出现问题则可能是全局性的问题，造成整个科室工作的瘫痪，因此PACS的稳定性显得尤为重要。

提高PACS的稳定性应该抓住设计、部件选择、施工工艺和施工过程四个环节。

在设计PACS时，必须进行系统的稳定性分析。

必须保证PACS能够7×24小时正常工作。

在选择网络设备时必须慎重选择品牌，不能只图便宜，因为网络设备的问题会造成整个PACS系统的瘫痪。

信息安全问题患者信息数字化以后，进入网络中传输，必须保证信息的安全性，保护患者个人的隐私，因此，PACS系统要保证数据存储和传输中的安全性。

保护网络免受外来攻击，也是网络高效、稳定运行的必要条件。

服务质量区分

在PACS系统中，既有医学影像、电子病历等需要及时响应的信息流，时间以秒计算，也有HIS管理数据的次重要信息流，还有收发电子邮件、Internet浏览、下载、娱乐等对时延不太敏感的信息流，如何让这些信息流分出轻重缓急，让网络的作用得到充分的发挥？

QoS（QualityofService）是当前一项重要的网络技术，它将应用系统中不同的业务信息流区分对待，保证重要的数据优先传送，从而改善整个网络的性能。

总之，PACS的网络基础平台必须满足高性能、高可靠性、高安全性、服务质量区分等要求。

二数字化医院PACS建设中的存储技术

2.1PACS中的存储

PACS（PictureArchivingCommunicationSystem）是近年来随着数字成像技术、计算机技术和网络技术的进步而迅速发展起来的、旨在全面解决医学图像的获取、显示、存贮、传送和管理的综合系统。

它与医院信息系统其它部分的最显著差异，就是其数据量的巨大。

因此，如何存储其海量数据是PACS规划设计的关键，关系到PACS运行的整体性能、容错能力和可伸缩性。

主要存储技术，近年来，计算机硬件技术飞速发展，存储设备也有很大的发展，容量不断扩大，性能也有所提高。

但简单的存储设备改进仍适应不了PACS的海量数据的增加和用户对PACS性能要求的提高。

因此，出现了从整体和架构一级考虑的架构性存储技术。

2.2PACS中常用存储设备

2.2.1SCSI硬盘：

即采用SCSI接口的硬盘。

SCSI硬盘的主要优势是速度快（和IDE硬盘比）。

速度首先得益于其接口。

SCSI（小型计算机系统接口）是经典的智能化高速计算机外设接口，经历了多代发展，目前主流是ultra160SCSI和ultra320SCSI，数据传输率分别达到160MB/s和320MB/s。

其次，速度来源于其磁盘的高转速。

一般高速SCSI硬盘采用10000rpm转速，甚至更高。

SCSI硬盘的另一优势是，可以设计为支持热拔插。

但SCSI硬盘价格较高。

常见容量有18.2G、36.4G、72.8G。

性能要求较高的PACS诊断工作站可以考虑采用SCSI硬盘。

2.2.2IDE硬盘

IDE硬盘是目前PC机中使用最普遍的硬盘，接口有ATA33、ATA66、ATA100、ATA133等几种类型，目前主流是ATA100和ATA133，最高数据传输率为133MB/s。

磁盘转速主要有5400rpm和7200rpm。

目前IDE硬盘单盘容量主流是60G、80G，已有120G和250G的硬盘。

IDE硬盘的优势是价格低廉，对普通PC应用速度足够。

和SCSI硬盘比，速度慢，不支持热拔插。

普通PACS影像浏览工作站采用此类硬盘存储即可。

2.2.3SATA硬盘

由于并行ATA接口信号线间的干扰问题，速度达到133M后已很难提高。

由此，串行ATA（SATA）接口硬盘应运而生。

在串行传输中没有信号传输干扰问题，串行传输的工作频率可以很高。

SATA一代的时钟频率为150MHz，数据传输速度为150MB/s。

SATA采用点对点传输协议，每一个硬盘与主机通信时都独占一个通道，独享通道带宽，系统中所有的硬盘都是对等的，不存在“主盘”和“从盘”的概念，不用设置硬盘跳线。

此外，SATA的数据线可以长达一米，支持热拔插。

SATA硬盘速度有望进一步提高，相对IDE硬盘的优势是明显的，是硬盘发展趋势。

未来PACS影像诊断和浏览工作站可能均用此类存储。

目前SATA硬盘有两大类。

一类是按串行传输规范重新设计的真正SATA硬盘，另一类是在传统ATA硬盘基础上增加接口芯片实现并口到串行的转换。

后一类仅改变了连接方式，性能无提高，甚至降低。

2.2.4RAID

RAID（RedundantArrayofIndependentDisks,廉价冗余磁盘阵列），一般简称磁盘阵列，由多个硬盘组成一个逻辑存储设备。

最初为容错而设计，根据冗余（校验）数据在不同硬盘的分布方式不同而分为RAID0～5共6个水平（level），其中RAID5最常用。

RAID本身是个逻辑定义，其实现可分软RAID和硬RAID。

软RAID由操作系统软件（如WindowsServer系列操作系统）在连接于计算机的多个硬盘上实现，其性能低，很少采用。

硬RAID由专门的阵列卡控制硬盘，通过一个接口和计算机相连。

一般RAID指集成了控制卡和硬盘的阵列柜产品（属硬RAID）。

传统RAID均采用SCSI硬盘，以SCSI接口或光纤接口和主机连接。

RAID不仅能容错，而且速度快、容量大（为多个单硬盘容量和）、易扩展（增加硬盘数），是目前主流的高速海量存储设备。

PACS的主要在线存储宜采用RAID。

其缺点是，价格昂贵。

2.2.5IDERAID

随着IDE硬盘性能的提高，出现了以IDE硬盘组成的RAID。

它和传统RAID的区别主要是采用更廉价的IDE硬盘，从而整体价格下降。

由于其本身带有CPU控制器，提供SCSI或光纤接口，对主机访问来说，是透明的。

其配置、应用和传统RAID近似，而性能略低。

IDERAID是PACS建设中值得推荐的存储设备。

2.2.6简易RAID

一些较高档PC主板上，除提供正常的IDE接口外，还提供两个支持RAID的IDE接口。

还有种所谓IDERAID卡，也提供类似的RAID功能。

不过，此类RAID与上述IDERAID有本质区别。

其工作方式为半软件方式，较大程度地依赖主机CPU。

一般只支持RAID0和RAID1，最多接4个硬盘，比单硬盘性能高。

这种存储方式可谓经济、快速、大容量，对于仅需要较大存储容量，可靠性要求一般的场合比较合适，如PACS中做前置或缓冲存储。

主板或专用接口卡上提供的SATA接口一般也支持类似RAID功能。

因此，此类简易RAID的未来形式可能是SATA硬盘RAID，成为一般存储的主流。

2.2.7光盘库（塔）

光盘库是由一个或多个光盘驱动器和/或光盘刻录级及一组光盘柜组成，自动调换、加载柜中光盘的存储设备。

适合于大量光盘存储数据的共享。

以光盘备份PACS影像数据，以光盘库提供远期数据访问是PACS远期数据存储、共享使用的方案之一。

2.2.8磁带库

磁带库是由一个或多个磁带驱动器和一组磁带盘柜组成，自动加载柜中磁带的海量存储设备。

其特点是存储量特大、连续文件读取速度快。

目前LTO磁带能达到200G/盘的容量，数据传输率252GB/h。

磁带库也是PACS远期数据存储的可选设备之一。

2.3架构性存储技术

上述各种存储设备，无论其接口和性能，传统的使用都是直接和服务器或工作站连接。

近年，随着网络技术的发展和网络应用的普及，出现了新的存储设备连接使用方式，从架构上形成了几类不同存储技术，使得存储设备的连接更方便、灵活，共享性能更好。

2.3.1DAS

DAS（DirectAttachedStorage，直接附加存储）是指将存储设备通过IDE接口、SCSI接口或光纤通道直接连接到一台计算机上。

这实际上是为了和新的架构技术区别，对传统存储设备使用架构的概括。

传统的计算机工作站、服务器都是直接连接使用存储设备。

当存储容量增加时，这种方式很难扩展；另一方面，当服务器出现异常时，会使数据不可获得。

2.3.2NAS

NAS（NetworkAttachedStorage，网络附加存储）是将存储设备通过标准的网络拓扑结构（例如以太网），连接到一群计算机上的存储架构。

NAS是部门级的存储方法，它的重点在于帮助工作组和部门级机构解决迅速增加存储容量的需求。

以NAS存储大容量PACS影像数据文件供共享读取是NAS的典型应用之一。

NAS产品包括存储器件（例如硬盘驱动器阵列、CD或DVD驱动器、磁带驱动器或可移动的存储介质）和集成在一起的简易服务器，可用于实现涉及文件存取及管理的所有功能。

WindowsStorageServer2003就是一种NAS服务器。

NAS从两方面改善了数据的可用性。

第一，即使相应的应用服务器不再工作了，仍然可以读出数据。

第二，简易服务器本身不会崩溃，因为它避免了引起服务器崩溃的首要原因，即应用软件引起的问题。

NAS设备一般支持多计算机平台，用户通过网络支持协议可进入相同的文档。

NAS设备的物理位置是灵活的，可以放置在网络通达的任何地方，但访问性能受网络带宽、拓扑和NAS位置影响。

2.3.3SAN

SAN（StorageAreaNetwork，存储区域网络）是通过特定的互连方式连接的若干台存储服务器组成一个单独的数据网络，提供企业级的数据存储服务。

SAN是一种特殊的高速网络，连接网络服务器和诸如大磁盘阵列或备份磁带库的存储设备，SAN置于LAN之下，而不涉及LAN。

利用SAN，不仅可以提供大容量的存储数据，而且地域上可以分散，并缓解了大量数据传输对于局域网的影响。

SAN的结构允许任何服务器连接到任何存储阵列，不管数据置放在哪里，服务器都可直接存取所需的数据。

SAN具有下面几个特点：

首先SAN具有无限的扩展能力，由于SAN采用了网络结构，服务器可以访问存储网络上的任何一个存储设备，因此用户可以自由增加磁盘阵列、带库和服务器等设备，使得整个系统的存储空