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JVC光盘库医疗影像数字化解决方案

1.PACS 的定义

      PACS( Picture Archiving Communication System)------医学图像存档与通信系统

            Picture------------图像采集,Image into Picture过程;

            Archiving----------图像存档,图像存储和数据库的建立;

            Communication------图像通信,表明系统的运行环境是网络和信道

            System-------------提供一个完整的服务系统,即输出、输入、管理工具和资源共享。

2.PACS 的地位

PACS是与医院信息系统(HIS)处于同等重要地位的大型网络系统,是医院信息化建设的重要组成部分。它以全数字化方式存储、传输和管理占医院全部 医疗信息量80%以上医学图像信息,它将改变传统的胶片手工存储、检索、查询的模式,提高工作效率,节约胶片开支,实现图像信息资源全员共享,使医院投巨资购置的影像 设备充分发挥其社会效益和经济效益。

3.实施PACS的前提

 PACS是医院长期使用、不断扩展的大型网络系统,实施PACS必须做如下考虑:

3.1 DICOM 3.0标准

 1983年,在北美放射学会(ACR)的倡议下,成立了ACR-NEMA数字成像及通信标准委员会。众多厂商响应其倡议, 同意在所生产的医学放射设备中采用通用接口标准,以便不同厂商的影像设备相互之间可以进行图像数据交流。1985年,ACR/NEMA1.0标准版本发布;1988年,该标准再次修 订;1992年,ACR/NEMA第三版本正式更名为DICOM(Digital Imaging  Communication Medicine),中文可译为“数字图像通信统一规格” 。

 DICOM3.0已为国际医疗影像设备厂商普遍遵循,所生产的大型影像设备均提供DICOM3.0标准通讯协议。符合该标准的影像设备可以相互通信,并可与其他网络通信设备互连。 在系统的输出和输入上必须支持DICOM3.0标准,已成为PACS的国际规范。只有在DICOM3.0标准下建立的PACS才能为用户提供最好的系统连接和扩展功能。

3.2 存储方案设计和存储介质选择

 数字化后的病人图像数据容量巨大,在建立PACS时,存储方案设计和存储介质选择,事先必须全面规划。存储方案关涉到数据容量、保存年限、调阅频率、数据库管理等多种因素;存储介质要根据存储方案的设计加以选择,对图像的长期海量存储而言,光盘库等大容量存储设备是目前较佳的选择。

 

医学影像数字化存储需求草算法:

  一幅图像 图像数/检查 文件/检查
核医学(NM) 128X128X12 20~60 1~2M
磁共振成像(MRI) 256X256X12 60/td> 8M
超声(US) 512X512X8 20~230 5~60M
数字减影血管造影(DSA) 512X512X8 15-40 4-10M
计算机断层扫描(CT) 512X512X12 40 20M
计算机放射成像(CR) 2048X2048X12 2 16M
数字化X射线摄影 2048X2048X12 2 16M
数字化X射线乳腺摄影 4096X4096X12 4 160M

通常情况下,(1)用于诊断和定位——医生依据显示器图像对疾病做出诊断或提出明确倾向性意见,需使用专业级高解析度显示器,影像检查医生和对图像有很高要求的临 床医生多需要此类显示器;(2)用于参考或观视——医生将显示器图像作为医疗中的参考,进行病历回顾、对比学习,使用普通级高清晰度显示器即可满足需求。


3.3 医生工作站的硬件选择 

医生工作站是PACS中医生处理、浏览图像的终端设备,由检查医生工作站和临床医生工作站构成。PACS对工作站的硬件有较高的要求,特别是对显示卡和显示器。数字化影像 检查,对空间分辨率与灰阶深度的基本要求见下表:

 
影像类型 空间分辨率(像素数) 灰阶深度(bits)
 X线胸片或CR 至少2048X2048 12
 乳腺照片 至少4096X4096 12
 CT 512X512 12
 MRI 512X512 12
 B超(冻结像) 512X512 8
 血管造影(静态像) 512X512 8
核医学 256X256 8

通常情况下,(1)用于诊断和定位——医生依据显示器图像对疾病做出诊断或提出明确倾向性意见,需使用专业级高解析度显示器,影像检查 医生和对图像有很高要求的临床医生多需要此类显示器;(2)用于参考或观视——医生将显示器图像作为医疗中的参考,进行病历回顾、对比 学习,使用普通级高清晰度显示器即可满足需求。 

3.4 图像压缩  

PACS需解决利用有限的存储空间存储更多的图像,利用有限的比特率传输更多的图像。图像数据的压缩和解压缩是PACS最关键的技术之一。在PACS中医学图像压缩方法及软 件的实现,要考虑编码速度、压缩效果、压缩效率、图像信噪比等因素。


3.5 网络设计

PACS对图像数据的传输速度有很高要求。图像数据容量大的医院主干网应选用ATM或千兆以太交换网,到终端工作站选用100兆以太交换网,影像中心可考虑建立高性能交换的 局域网;图像数据容量不是很大的医院,100兆主干网,10兆到终端工作站即可满足要求。

3.6 计算机辅助诊断

计算机辅助图像处理软件是利用先进的数字图像处理技术,结合各种统计数据、预定准则和相关诊断准则,为医生做出更精确的病情诊断提供帮助。因此完整的 PACS要具备较强的图像处理功能。 

3.7 系统集成

不同厂家、不同年代、不同接口的影像设备并存于同一医院之中。如何将这些影像设备集成到一个完整的PACS之中,并保证图像质量符合医生诊断需求,在系统集成时必须 要做充分、现实的考虑。模拟接口放射设备若想纳入PACS中,一般采取采集卡方式进行图像信息采集,其采集的图像会存在一定程度的失真,衡量标准是由医生来判断诊断 信息是否丢失,是否影响临床诊断。对于X光机,最佳途径是采用CR技术,但初期投资较高。

4.天健PACS


4.1 设计原则


4.1.1 实用性

以满足临床应用、教学和科研需要为第一原则,注重系统的可应用性; 采用多级存储和分层管理技术,快速、准确、实时传输高质量图像信息,保证医生在最快时间内阅读。 注重对常规放射设备的支持,并提出系列解决方案。
4.1.2 先进性
    采用符合国际标准的系统结构、计算机技术和网络技术,以保证系统的先进性。顾及信息技术的发展趋势,注重系统的未来扩展功能。
4.1.3 整体性
    遵循硬件、系统软件、应用软件及用户界面整体设计原则,采用面向对象的设计方法,便于系统维护和升级。
4.1.4 可靠性
    系统采用具有容错能力的软硬件设计,具有故障对策和系统监控功能,具备设置数据备份及恢复机制。
4.1.5 节约性
    充分利用医院现有基础设施、设备和信息技术资源,并满足再购置的影像设备随时进入系统,为用户节约投资。
4.1.6 保密性
    采用多级保护方式,并提供鉴别、授权、保密、完整性和确认等服务,以满足医疗信息系统所必需的法律和保护隐私的要求。


4.2 系统构成


4.2.1 基于DICOM的采集系统

获取各种接口影像设备的图像数据,将各种影像设备的纳入PACS网络中。
        DICOM3.0接口:通讯方式获取原始图像文档,1:1格式,数据无损,可写回原设备之中;
        普通数字接口:通讯方式获取原始图像文档,数据无损,外接DICOM重建器,将图像转成DICOM3.0格式;
        各种视频接口:通过视频采集应用模块,获取图像文档,外接静态/动态图像DICOM重建器,将模拟图像转换成
                     DICOM3.0格式;支持NTSC、PAL、S-VGA、RGB
        胶片图像数据:通过高精度胶片扫描仪获取图像,扫描仪精度最低应具备几何分辨率2.5Ip/mm,灰阶分辨率1024
                     级以上。外接DICOM重建器,将图像转成DICOM3.0格式。

通讯方式获取原始图像文档,数据无损,外接DICOM重建器,将图像转成DICOM3.0格式

 

通讯方式获取原始图像文档,1∶1格式,数据无损,可写回原设备中

 

普通数字接口

 

DICOM3.0接口

 

4.2.2 DICOM>服务器(DICOM Server)

PACS的核心部件,影像设备和PACS之间的网关。
     通过DICOM服务器与其它应用程序的连接。
     实现DICOM文件的存储、传送、接收、转发、查询、应答、调度等服务功能,产生工作清单(Work List)。
     影像服务器是整个系统的神经中枢,具备如下功能:
4.2.2.1图像接收
    DICOM接口影像设备:直接接收影像设备发来的医学图像。
    非DICOM接口影像设备:接收经影像采集工作站处理过的符合DICOM格式的图像。
4.2.2.2 图像存档
    Archiving means a permanent storage.
    提供DICOM存储和归档;
    提供图像的有损压缩和无损压缩  JPEG, MPEG, Wavelet;
    提供从Intranet和web server上获取图像;
    具有图像及其报告的定位、传送和存储规划等功能;
    具备长期存储管理(LTSM)和短期存储管理(STSM);
    根据图像访问频率和时间先后,分为在线存储、近线存储和离线存储。解决图像永久性存储。
        在线存储:
          存储介质:各级影像工作站本地硬盘/图像服务器硬盘;
          存储容量:工作站硬盘存30天内检查病人图像,服务器硬盘存700天检查病人图像;
          存储方式:无损压缩;
        近线存储
          存储介质:JVC光盘库;图像服务器硬盘;
          存储容量:3-5年内来院诊治病人图像信息;
          存储方式:有损压缩;
        离线存储
          存储介质:DVD光盘
          存储对象:海量无限存储
          存储方式:有损压缩
          在数据库服务器建立病人ID号与图像内容及存储位置的对照表,管理图像。


设小型医院以每月胶片消耗量1,000张计,则:

       每月医院胶片存档量=每月消耗量×0.5=1,000×0.5=500张
            医院一年胶片存档量=每月胶片存档量×12=500×12=6,000张
            一年胶片存档所需容量:
              按每张胶片数字化后的数据容量为20MB计
              一年胶片存档所需容量=一年胶片存档量×20=6,000×20=120,000MB=0.12TB
              医院三年所需存档容量=一年胶片存档所需容量×3=0.12×3=0.36TB
              根据计算,医院可选用JVC MC-8100U
              具体配置:
                 接口:SCSI-II
                 驱动器数量:最多可安装9个驱动器
                 介质:DVD盘片
                 可管理盘片数:100片
                 最大容量:0.9TB


设中型医院以每月胶片消耗量5,000张计,则:

每月医院胶片存档量=每月消耗量×0.5=5,000×0.5=2,500张

医院一年胶片存档量=每月胶片存档量×12=2,500×12=30,000张

一年胶片存档所需容量:

按每张胶片数字化后的数据容量为20MB计

一年胶片存档所需容量=一年胶片存档量×10=30,000×20=600,000MB=0.6TB

医院三年所需存档容量=一年胶片存档所需容量×3=0.6×3=1.8TB

根据计算,医院可选用JVC MC-8200U

具体配置:

接口:SCSI-II

驱动器数量:最多可安装9个驱动器

介质:DVD盘片

可管理盘片数:200片

最大容量:1.8TB

设大型医院以每月胶片消耗量10,000张计,则:

每月医院胶片存档量=每月消耗量×0.5=10,000×0.5=5,000张

医院一年胶片存档量=每月胶片存档量×12=5,000×12=60,000张

一年胶片存档所需容量:

按每张胶片数字化后的数据容量为20MB计

一年胶片存档所需容量=一年胶片存档量×20=60,000×20=1,200,000MB=1.2TB

医院三年所需存档容量一年胶片存档所需容量×3=1.2×3=3.6TB

根据计算,医院可选用VC MC-8600U

具体配置:

接口:SCSI-II

驱动器数量:最多可安装12个驱动器

介质:DVD盘片

可管理盘片数:600片

最大容量:5.6TB<


4.2.2.3 设备配置

图像服务器要采集、处理、调度和存储大容量信息,对服务器的性能和存储容量有很高要求。建议:

中小型医院采用PIII800以上服务器,配100G以上磁盘阵列

大型医院采用PIII Xeon700以上服务器,配200G以上磁盘阵列

4.2.3 DICOM打印服务器(DICOM Printing Server

将DICOM文件通过PACS网络在相机上硬拷贝;

实现:DICOM 胶片和纸张打印

重叠信息(病人、图像、检查)打印

图像注释打印

专门/多模态打印

图像数据存储在系统中,随时在相机中输出;

建立DICOM打印网络,优化相机资源;

多台设备共用一台/几台相机,减少所需相机数量,提高工作效率,降低运行成本。

4.2.4 影像科室诊断系统

为影像检查医生提供方便、实用、轻松的工作方式。

4.2.4.1信息录入

在HIS/RIS中未申请预约病人,系统提供病人信息录入窗口;

已申请预约病人,直接从HIS/RIS检查主记录中自动提取,无需重新录入。

4.2.4.2图像处理

直方图、图像均衡、图像平滑处理、边缘增强

窗宽窗位的预设和连续调整、对比度调节

图像漫游、无级缩放、局部放大;

正负像旋转、伪彩色绘制与计算、灰阶转换

任意角度旋转、图像冻结、数字减影

黑白反转、伪彩色显示;

参数显示、长度、角度、面积(含不规则面积)测量

CT值坐标方式显示

添加任意形式的图形或文字标注并可在激光相机上输出

4.2.4.3 图像显示

同屏显示多幅图像,显示矩阵自定义,最高显示9X9幅

同屏分格显示病人不同体位、不同设备的图像,供诊断比较;

动态电影回放,同屏显示同一病人不同设备检查的多个动态电影图像;

支持多屏(2—8)和竖屏显示模式,支持2K*2K显示器。

4.2.4.4报告书写

内置报告模扳(可随时添加、修改)、常用词组,鼠标点击完成病历报告书写。

报告书写在授权下进行;

诊断报告由初步诊断报告和确认诊断报告构成;

初步诊断报告分可多次修改,确认诊断报告不能修改;

诊断报告直接写到HIS检查报告表中,确认诊断报告发往图像服务器,医生工作站可直接调阅。

4.2.4.5 报告编辑和打印

建有报告模板编辑器,用户可自定义报告界面,建立报告模板;

模板采用树型组织结构,按设备、诊断或部位分层展开;

自动将诊断报告的文字信息和图像信息组合打印输出;

可选择黑白输出模块和彩色输出模块,形成美观规范的病历报告;

病人多体位图像、多种设备图像可在同一报告中显示;

可输出图文一体化报告,报告采用所见即所得方式。

4.2.4.6 查询和调阅

多途径查询和调阅图像和诊断报告(根据病人姓名、住院号、检查号、ID号、检查科室、检查医生、影像设备等多种条件),便于病程回顾,比较鉴别。

4.2.4.7数据统计

按科室、医生(含检查医生和开单医生)、病人身份和费别等,后台自动统计费用和医生工作量。

4.2.4.8随访功能

随时查询病人的病理诊断、手术诊断和出院诊断,判断所做图像检查和诊断报告的准确性。

4.2.4.9设备配置

主机配置:PIll500/128M/20G以上

显 示 器:不同影像设备对显示器有不同要求

放射科配置2K×2K肖像型显示器(1—2台)

CT科配置1Kx1K肖像型显示器(1—2台)

其余采用高分辨率(1600×1200,点距为.25以下)

4.2.5 图像浏览系统

将图像浏览软件预装在门诊、住院部、急诊室、手术室等医生工作站,使临床医生方便调阅、处理所需病人图像;提供影像医生工作模式;

通过检查日期、病人姓名、住院号、检查号等检索图像,调阅患者病历时直接调出病人图像和相应诊断报告。

4.2.6 web服务器(Web-based DICOM Server)
4.2.6.1提供院内、院外和Internet远程图像获取服务的软件系统

通过Internet浏览器(如IE, Netscape,)进行图像数据的访问.

Web-based DICOMServer具备下面特点:

缩略图管理器服务器程序;

管理、生成、删除医学图像缩略图;

图像显示服务器组件;

具有浏览、管理、显示的基于web的影像工作站;

影像浏览器的客户机插件;

具有图像压缩通信、图像下载请求、病人/图像/检查信息查询、图像尺度调整、胶片应答请求等。

4.2.6.2远程服务系统(Tele-based DICOM Server)

具有Web Server的各种功能(见Web-based DICOM Server )

提供远程用户PACS的各类服务的服务器

类似于ISP (Internet Server Provider)

4.2.7 PACS管理工具(Administration Tool)

系统管理员对数据库系统维护的必要的有效工具。

保证系统、图像数据的安全;

使用方便的窗口界面,实现:

用户管理:在用用户管理和建立新用户;

部门管理:用于PACS中各应用部门的管理;

权限管理:用户和部门使用权限授予和控制;

系统管理:信息登录、系统设置、系统维护;

存储管理:影像数据流向、分级存储管理。

4.2.8 与HIS的数据融合
4.2.8.1 融合目标

成为HIS的子系统,图像及诊断报告在HIS医生工作站直接调阅。

图像信息和病人其他诊治信息完全融合,构成电子病历(EMR);

临床医生通过网络,在科室工作站直接、快速调阅病人图像及诊断报告,无需通过其它途径(如ID号、姓名等)。

各种图像检查工作量后台自动统计,实现综合查询和医务统计直接调阅。

4.2.8.2 实现方法:

符合Healthcare Leve 7.0 标准的HIS自适应;非HL-7标准的HIS采用程序连接/数据库访问。

4.2.8.3结果评价:

检查报告书写和检查结论调阅简捷方便;

在线存储静态图像(住院病人),科室调阅不超过10秒钟;

近线存储静态图像(出院病人),科室调阅不超过5分钟。

多线索图像信息查询和浏览,多种图像后处理、统计分析功能。

4.2.9系统工作流程

采用Medvision医学影像工作站方式构建PACS(Medvision影像工作站可连 接所有MODALIIY)。流程如下:

为每一影像设备建立一个Medvision影像采集工作站,获取其图像数据。与HIS连接,获取HIS提供的与图像对应的病人信息,Medvision将图像数据与病人信息综合处理后,形成一个融合后文档,按照标准DICOM 3.0方式存储到工作站的数据库中。

Medvision获得图像数据后,在本地数据库内生成一个工作记录,显示系统完成图像获取工作。同时,Medvision将这个工作记录通过网络传输到与它相连的中心服务器。

中心服务器收到Medvision发来的工作 记录后,通过预设规则,判断是否将与之对应的图像数据复制到图像服务器或相应的医生工作站。

中心服务器控制图像数据在PACS网络 中的流向;中心服务器可以通过检测网络当前负荷,确定图像传输时间。

中心服务器通过接收医生工作站的读片申请,以权限方式管理图像服务器内资料。某医生希望调阅病人的图像资料,需在其工作站上填写 电子申请单,中心服务器接受到申请单后,核实申请人权限后决定是否发送。

4.2.10 数据安全机制

多种存储介质备份,保证数据的安全,定时把数据迁移到离线存储设备 (磁带机);磁带机上保存一份拷贝外,定期把数据拷贝到另一盘磁带异地保存;所有图像信息均有两份拷贝并异地保存;采用先进技术防止数据丢失;

系统软件防范,通过用户验证方式,防止未经授权的用户使用系统的重要 功能:如数据采集、胶片打印、写报告等。

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