醫(yī)學影像在醫(yī)學診斷和教學科研中占有極其重要的地位。然而，目前醫(yī)學影像的保存方式仍然是以膠片為主，這種保存方式存在著費用高、管理困難和影像資料共享困難等諸多問題。隨著計算機在醫(yī)學臨床應(yīng)用的日益增加，數(shù)字技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展及醫(yī)院信息系統(tǒng)（hospital information system, HIS）和放射學信息系統(tǒng)（radiology information system, RIS）的發(fā)展，帶動了醫(yī)學影像技術(shù)的飛速發(fā)展；同時推動了醫(yī)生工作模式的變革：要求醫(yī)生逐漸習慣于在顯示器的熒光屏上觀看醫(yī)學影像；允許醫(yī)生在不使用膠片的情況下通過計算機網(wǎng)絡(luò)快速、高質(zhì)量地隨時獲取所需的醫(yī)學影像及診斷報告等相關(guān)信息并實施診斷。這就要求作為電子病歷的一個重要組成部分的醫(yī)學影像，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)影像資料共享，以便進行遠程醫(yī)學教育(teleeducation)、遠程會診(teleconsultation)和遠程診斷(telediagnosis)等。
　　隨著一些全新的數(shù)字化影像儀器的陸續(xù)應(yīng)用，如X-CT、MRI、DSA、PET、CR、DR、US和ECT等，醫(yī)學影像診斷設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化已逐步成為影像科室的必然發(fā)展趨勢,同時在客觀上要求醫(yī)學影像診斷報告書寫的通用化、標準化、規(guī)范化。醫(yī)學影像存檔與通訊系統(tǒng)和醫(yī)學影像診斷報告系統(tǒng)應(yīng)運而生并得到了快速發(fā)展，使整個影像學科發(fā)生著巨大變化，提高了影像學科在臨床醫(yī)學中的地位和作用。
　　醫(yī)學影像存檔和通訊系統(tǒng)(picture archiving and communication system, PAC)以高速計算機設(shè)備為基礎(chǔ)，以高速網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接各種影像設(shè)備和相關(guān)科室，利用大容量磁、光存儲技術(shù)，以數(shù)字化的方法存儲、管理、傳送和顯示醫(yī)學影像及其相關(guān)信息，具有影像質(zhì)量高，存儲、傳輸和復(fù)制無失真，傳送迅速，影像資料可共享等突出的優(yōu)點；是實現(xiàn)醫(yī)學影像信息管理的重要條件。
    一些發(fā)達國家的大醫(yī)院里，早在20世紀80年代初就建成了完善的醫(yī)院管理信息系統(tǒng)(HIS)，近幾年國內(nèi)各醫(yī)院也都在爭先恐后地建立自己的HIS系統(tǒng)，但在整個信息化建設(shè)中，數(shù)字化成像技術(shù)一直是一個難題。這些問題很大程度上是由于PACS與HIS及其他系統(tǒng)（如RIS）沒有實現(xiàn)很好的融合。怎樣保證先進的PACS系統(tǒng)能夠在不同的地點、隨意的時間最大限度地提高醫(yī)生的診斷質(zhì)量和效率，是我們需要不斷探討的問題。
    一、PACS的起源
    國內(nèi)的遠程診斷一般是使用視頻會議系統(tǒng)進行雙方的通訊，病人信息和診斷影像通過視頻方式傳遞，影像質(zhì)量得不到保證，與通過膠片觀察有明顯的差距。如果有PACS支持，則可以實時傳遞數(shù)字化的醫(yī)學影像，影像質(zhì)量幾乎沒有損失，再加上HIS的集成功能，就可以實現(xiàn)真正意義上的遠程診斷。
    PACS系統(tǒng)起源于20世紀50年代的遠程醫(yī)學(telemedicine)，可以說PACS是實現(xiàn)未來遠程醫(yī)學的基礎(chǔ)。
    PACS的發(fā)展是在20世紀80年代初，它對數(shù)據(jù)存儲容量、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳輸速率等方面都有很高的要求。當時的軟硬件技術(shù)還不能很好地解決這些問題，而且不同廠家的影像系統(tǒng)由于缺乏統(tǒng)一標準而在設(shè)備互聯(lián)和通訊方面存在障礙。所以在最初幾年，過高的價格和有限的性能限制了PACS的迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用。1990年后，大容量低成本光介質(zhì)存儲技術(shù)、光纖和高速網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)趨于成熟，產(chǎn)品價格大幅度降低，計算機運行速度提高，使得對影像的實時分析成為可能。此外，對醫(yī)學影像和信息進行計算機智能化處理后，可使影像診斷摒棄傳統(tǒng)的肉眼觀察和主觀判斷；借助計算機技術(shù)，可以對影像的像素點進行分析、計算和處理，得出相關(guān)的各類數(shù)據(jù)，為醫(yī)學診斷提供更客觀的信息。最新的計算機技術(shù)不但可以提供形態(tài)影像，還可以提供功能影像，使醫(yī)學影像診斷技術(shù)走向更深層次。再加上醫(yī)療界對“無膠片”診斷需求的不斷實現(xiàn)和具體化，PACS進入了一個高度發(fā)展的實用化階段。
    二、PACS的構(gòu)成及工作原理
    PACS系統(tǒng)，主要包括內(nèi)容影像采集、顯示與處理、傳輸、存儲以及打印等，圖8-12為其系統(tǒng)拓撲圖。
 

圖8-12 PACS系統(tǒng)拓撲她 
    1．采集
    圖像或影像采集是給PACS系統(tǒng)提供資源的基本環(huán)節(jié)，影像資源是整個系統(tǒng)圍繞其動作的“核心內(nèi)容”。只有采集到影像后，才能進行后續(xù)的顯示、處理、存檔等工作，采集的影像質(zhì)量決定了系統(tǒng)的可用性以及實用意義。
    影像的采集可分為2種類型，一是靜態(tài)影像采集，主要是單幀圖片，例如腹部超聲掃查發(fā)現(xiàn)的結(jié)石影像；二是動態(tài)影像采集，是一段或多段連續(xù)的影像系列，如心臟超聲可以采集一個或多個心動周期的影像。根據(jù)儀器的特點和原始信息的表現(xiàn)方式，影像采集大體有3種方式：數(shù)字影像、模擬視頻影像的采集以及原始膠片的數(shù)字化。
    （1）數(shù)字影像采集  數(shù)字影像直接通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)影像采集。實現(xiàn)該方式的前提：一是儀器可輸出數(shù)字化信號，二是其影像支持國際醫(yī)學影像標準如DICOM3.0（digital imaging and communication in medicine）或其他標準，三是開發(fā)支持對應(yīng)格式的影像存儲、顯示等軟件。該方式實現(xiàn)起來比較簡單，通過網(wǎng)絡(luò)與影像存儲設(shè)備工作站連接，然后與服務(wù)器相連。該方式要求儀器本身支持DICOM3.0或其它標準。
    （2）視頻影像采集  視頻影像的采集是將影像設(shè)備輸出的模擬視頻信號通過視頻影像采集轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送到采集工作站，通過DICOM3.0接口送入服務(wù)器。該方式目前基本滿足所有的設(shè)備，實施的條件也比較成熟。
    （3）掃描儀  影像科室尚有某些設(shè)備既無數(shù)字輸出接口，又不能輸出視頻信號，其信息的保存方式為原始膠片，此時必須由掃描儀將膠片影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送至采集工作站，最終與服務(wù)器相連，實現(xiàn)資源共享。
    2．存檔
    通過對影像數(shù)據(jù)的整理，實現(xiàn)與患者信息的結(jié)合以及與數(shù)據(jù)庫的連接。PACS系統(tǒng)影像的存儲一般分為在線和離線2種。在線數(shù)據(jù)一般要求存儲在本地計算機硬盤上，而離線的數(shù)據(jù)則可以存儲在價格較低的磁帶或光盤上。根據(jù)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的等級劃分和系統(tǒng)存儲設(shè)備的容量，將最近要使用的數(shù)據(jù)和等級較高的數(shù)據(jù)存儲在在線設(shè)備上，其余的則存儲在離線設(shè)備上。一般醫(yī)生在客戶端查詢和顯示患者信息和影像時是從服務(wù)器上讀取數(shù)據(jù)的。然而，系統(tǒng)可以根據(jù)需要將一部分數(shù)據(jù)直接保留在客戶端，這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)的流量，提高查詢和顯示速度，這種技術(shù)稱為預(yù)取(pre-fetch)技術(shù)。
　　（1）存儲設(shè)備　包括服務(wù)器（可采用集群或容錯結(jié)構(gòu)）、磁盤陣列、磁帶庫、光盤庫等分級存儲設(shè)備，配以帶有圖形數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)庫管理和影像處理等功能的DICOM3.0服務(wù)器軟件。
　?。?）存儲介質(zhì)　常用存儲介質(zhì)為：①硬磁盤，用于臨時存儲采集的影像或顯示的影像，在影像采集工作站上或者專門的影像服務(wù)器上皆配備該設(shè)備；②光盤存儲器，即CD-R盤片，一張盤片存儲量可達到650MB或更大，使用時可以將一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寫入其中；多張光盤可組成光盤塔、光盤陣，以實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的存檔；③數(shù)碼錄像帶，如在DSA中用于記錄高像質(zhì)連續(xù)活動影像。
　　3．顯示與處理
　　臨床醫(yī)生和放射學研究人員可通過醫(yī)學影像顯示處理工作站、醫(yī)學影像瀏覽終端等設(shè)備直接調(diào)用各種醫(yī)學影像，用于觀察、診斷和會診。這里要求影像的查詢和顯示都是實時的，一般第1幅影像的顯示時間要在2s以內(nèi)，而且要求有很強的影像處理功能，以便提供符合醫(yī)生習慣的醫(yī)學影像，讓醫(yī)生對影像進行多方位和多角度的觀察。影像的顯示必須不依賴于硬件，在醫(yī)生的客戶端對患者的醫(yī)學影像進行顯示、處理的同時，在遠端也可對數(shù)據(jù)庫進行查詢、訪問以進行遠程診斷或遠程教學。依據(jù)原始數(shù)據(jù)實現(xiàn)影像動態(tài)或靜態(tài)顯示，也可以通過軟件進行影像的三維重建及回放。影像處理目前包括影像放大、縮小、增強、銳化、窗寬、窗位等的調(diào)整及感興趣區(qū)域（ROI）的影像面積、周長、灰度等的測量。
　　4．通訊
　?。?）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備　由于醫(yī)學影像數(shù)據(jù)量大，醫(yī)療診斷對數(shù)據(jù)的訪問多為突發(fā)性的，所以一般應(yīng)采用高速寬帶網(wǎng)絡(luò)，或者采用存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）。
　?。?）外圍接口　在PACS系統(tǒng)、HIS/RIS系統(tǒng)以及Web服務(wù)系統(tǒng)三者之間需要進行數(shù)據(jù)的交換和協(xié)調(diào)工作時，由于技術(shù)標準不相同，須設(shè)有外圍接口裝置進行技術(shù)標準變換。
　　（3）傳輸類型　PACS與不同傳輸速率組合，構(gòu)成不同類型的遠程放射學信息系統(tǒng)，一般可分為3個類型：
    ①低速、窄帶遠程放射學信息系統(tǒng)以公共電話網(wǎng)（PSTN）為基礎(chǔ)，用Modem（傳輸速在56Kbps之下）相連接，以多媒體PC為平臺，提供CT、MRI、靜態(tài)US以及個別體位的X線片的中低分辨率（1K×1K，10Bit）醫(yī)學影像的遠程會診服務(wù)，這種系統(tǒng)的優(yōu)點是實施方便(搭載公共電話網(wǎng)即可聯(lián)成任何話網(wǎng)觸及到的地方)，投資少，易于普及。其構(gòu)成見圖8-13。 

    ②中速遠程放射學信息系統(tǒng)以ISDN或DSLAM為骨干，采用高分辨率顯示器（2K×2K，12bit）的圖形工作站，以64Kbps至768Kbps傳輸速率傳輸影像信息，除提供CT、MRI、靜態(tài)US的遠程會診外，還包括幾乎所有部位X線片及動態(tài)超聲心動圖、CT心血管影像的遠程會診。
    ③高速、寬帶遠程放射信息系統(tǒng)采用ATM、衛(wèi)星線路或E1電信專用線，其傳輸速率均在1Mbps以上，甚至可高達2400Mbps，提供包括實時動態(tài)醫(yī)學影像會診在內(nèi)的涉及遠程醫(yī)學應(yīng)用所有領(lǐng)域的遠程信息服務(wù)。
    三、醫(yī)學數(shù)字影像通訊標準DICOM3.0
    當我們需要在影像掃描設(shè)備、影像存儲設(shè)備、影像后處理工作站等設(shè)備之間交換影像時，必須協(xié)商建立一種把數(shù)字化影像在這些設(shè)備之間進行傳輸?shù)募夹g(shù)標準。在沒有一種工業(yè)化的標準之前，每一種影像設(shè)備上都必須有一個專門的接口。放射科的影像設(shè)備來自多個廠家，它們之間數(shù)據(jù)都不兼容。實現(xiàn)醫(yī)療數(shù)字影像設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)的集成化，標準是一個基礎(chǔ)性的關(guān)鍵問題。為解決不同廠商影像設(shè)備的互聯(lián)問題，美國放射學會（American College of Radiology，ACR）和美國國家電器制造商協(xié)會（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）所形成的聯(lián)合委員會，制訂了醫(yī)學數(shù)字影像通訊（digital imaging and communications in medicine，DICOM3.0）標準，用來規(guī)范不同廠商影像設(shè)備和PACS設(shè)備的互聯(lián)和通訊。此標準的目的：推動開放式與廠牌無關(guān)的醫(yī)療數(shù)字影像的傳輸與交換；促使影像存檔與傳輸系統(tǒng)（PACS）的發(fā)展與各種醫(yī)院信息系統(tǒng)(HIS)的結(jié)合；允許所產(chǎn)生的診斷資料庫能廣泛地被不同地方的由DICOM3.0協(xié)議所連結(jié)的設(shè)備來訪問。DICOM3.0源自ACR-MEMA兩次發(fā)表的標準，分別為：ACR/NEMAPSNo.300-1985,Version1.0,發(fā)表于1985年，1986年10月頒為標準；ACR/NEMAPSNo.300-1988,Version2.0，1988年1月頒為標準，涵蓋Version1.0。
    DICOM3.0標準以計算機網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)化標準為基礎(chǔ)，它能幫助醫(yī)學影像設(shè)備之間傳輸交換數(shù)字影像信息，這些設(shè)備包括CT、MRI、DSA、ECT、EM、US、DR、CR、膠片數(shù)字化系統(tǒng)、視頻采集系統(tǒng)和HIS／RIS信息管理系統(tǒng)等。
    在DICOM3.0標準中詳細定義了影像及其相關(guān)信息的組成格式和交換方法，利用這個標準，人們可以在影像設(shè)備上建立一個接口來完成影像數(shù)據(jù)的輸入/輸出工作。它可以證明系統(tǒng)或設(shè)備所提供標準的一致性，包括它所用的指令及資料格式的異動。為了配合未來新增訂的內(nèi)容能迅速地納入標準，DICOM3.0的文件體系以多部分的結(jié)構(gòu)所制成，藉由國際標準化組織（International Standardization Organization, ISO）的規(guī)定，DICOM3.0的文件已完全依照其標準的結(jié)構(gòu)來建立。它增加了一些除了影像圖形之外的訊息物件，如：學術(shù)研究、報告等。它為每個唯一的訊息物件賦予一個可以運用的處理技術(shù)，如：DICOM3.0定義了一系列操作和通知，叫做DICOM消息服務(wù)元素。信息對象與這些服務(wù)的復(fù)合叫做服務(wù)器-對象對（service object pair，SOP），這樣當這些訊息物件通過網(wǎng)絡(luò)來處理時，它們彼此之間的關(guān)聯(lián)性才不致于混淆。
    DICOM3.0與其前2個版本（ACR-NEMA1.0和2.0）比較,最大的改進在于：以前版本只能應(yīng)用于點對點通訊環(huán)境，而DICOM3.0支持開放系統(tǒng)互連協(xié)議（open system interconnection，OSI）、和傳輸控制協(xié)議（transmission control protocol，TCP）和網(wǎng)標協(xié)議（internet protocol，IP）。DICOM3.0基于實體-關(guān)系模型（entity-relationship，E-R），描述事物（如：患者、影像、臨床診斷……）怎樣參與醫(yī)學影像學診斷，以及它們是怎樣相互關(guān)聯(lián)的。E-R模型使醫(yī)學影像設(shè)備制造廠商和用戶（醫(yī)生）都能從各自角度清晰地理解DICOM3.0的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。E-R模型不僅描述信息流的流程，而且全面描述信息實體之間的層次關(guān)系。DICOM3.0中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是基于E-R模型，并應(yīng)用了面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法，對現(xiàn)實世界實體進行抽象分析開發(fā)出來的。對象就是模型定義的實體，而實體由對象的屬性來描述。
    DICOM3.0所參考相關(guān)標準：SO/IEC Directives,1989 Part3-Drafting and Presentation of International Standards.ACR-NEMA300-1988 Digital Imaging and Communications. SO 8822,Information Processing Systems-Open Systems Interconnection-Connection Oriented Presentation Service Definition. SO 8649,Information Processing System-Open Systems Interconnection-Service Definition for the Association Control Service Element.
    DICOM3.0應(yīng)用范圍不僅包括CT、MRI、DSA、SPECT、EM、US、CR、DR、等，還包括內(nèi)窺鏡影像、病理學影像、耳科影像、皮膚影像以及中醫(yī)的舌苔影像等。它的應(yīng)用范圍幾乎包括所有醫(yī)學影像領(lǐng)域，它本身具有面向?qū)ο蟮奶匦院烷_放性，有利于自身不斷的發(fā)展和完善，但也帶來不少新問題和新課題。
    從1995年開始，醫(yī)學影像設(shè)備的生產(chǎn)商（主要是NEMA的會員）與DICOM3.0標準的潛在用戶（主要是ACR的會員）聯(lián)合起來著手建立起這個標準，在這個過程中他們還得到了全球范圍內(nèi)其他標準化組織和保健機構(gòu)的參與支持，這種廣泛的合作最終保證了DICOM3.0標準的成功。
    目前，越來越多的醫(yī)療設(shè)備廠商宣布支持DICOM3.0標準。也就是說，這些廠商的醫(yī)學影像設(shè)備自身帶有計算機，可以通過符合DICOM3.0規(guī)范的接口與其他醫(yī)學影像設(shè)備進行通訊和交換影像數(shù)據(jù)。國際上大多數(shù)影像設(shè)備制造商已經(jīng)認識到，只有讓自己的產(chǎn)品符合為公眾所認可的統(tǒng)一標準(即DICOM3.0)，其產(chǎn)品才能具有生命力和發(fā)展前途。在美國，醫(yī)學影像設(shè)備如果不支持DICOM3.0標準，將不允許投放市場。這個由ACR、NEMA規(guī)范的DICOM3.0標準，使醫(yī)學影像及相關(guān)信息在計算機間的傳送有了一個統(tǒng)一的標準，也使醫(yī)學影像的數(shù)字化存儲和通訊成為可能。通過數(shù)據(jù)接口與Internet接通，就可以進行醫(yī)學影像信息的遠程傳輸，實現(xiàn)異地會診等功能。無論在提高醫(yī)療診斷水平方面，還是在提高與醫(yī)學影像及其信息有關(guān)的經(jīng)濟效益方面，DICOM3.0標準的出現(xiàn)都為醫(yī)療機構(gòu)帶來全新的機會。
    四、展望PACS
    在信息技術(shù)（information technology，IT）和醫(yī)療影像診斷的交叉領(lǐng)域上出現(xiàn)的PACS系統(tǒng)在20世紀90年代得到了飛速的發(fā)展。PACS正處在不斷發(fā)展的時期，從工作站和服務(wù)器的安裝到網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整，涉及到方方面面的專業(yè)知識，需要強大的工程技術(shù)力量作為服務(wù)的后盾。在此過程中所涉及的產(chǎn)品復(fù)雜多樣，僅僅工作站軟硬件的配置就達幾十種之多，覆蓋了醫(yī)院中各個科室、各個領(lǐng)域?qū)τ跋裨\斷能力的不同需求。PACS同醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）或放射學信息系統(tǒng)（RIS）的結(jié)合可以使醫(yī)院向著實現(xiàn)影像診斷無膠片化的理想更邁進一步。實現(xiàn)徹底的無膠片放射和數(shù)字化醫(yī)院，已經(jīng)成為醫(yī)療現(xiàn)代化不可阻擋的潮流。在研究機構(gòu)和設(shè)備廠商的推動下，各種醫(yī)療設(shè)備已經(jīng)陸續(xù)具備了DICOM3.0標準網(wǎng)絡(luò)接入能力。然而一個完整PACS的成功實現(xiàn)，要求一個包括醫(yī)院相關(guān)醫(yī)療影像和信息系統(tǒng)的集成方案。醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）、放射學信息系統(tǒng)（RIS）、成像設(shè)備（如CT和MR）、影像存檔及通訊系統(tǒng)（PACS）之間的協(xié)同工作和無縫連接，必須全面遵循國際醫(yī)療衛(wèi)生信息交換第七屆協(xié)議（HL7）和DICOM3.0標準，才能使醫(yī)院信息系統(tǒng)實現(xiàn)更為緊密的共享。
    將醫(yī)療影像從成像設(shè)備中解放出來并實現(xiàn)集中的數(shù)據(jù)存檔和管理，只是PACS的初步實現(xiàn)形式，先進的PACS系統(tǒng)，應(yīng)能保證為使用者在任何地點、任意時間提供完整的信息。也就是說能夠提供基于醫(yī)療影像的工作流（workflow）服務(wù)，以最大限度地提高醫(yī)生診斷的質(zhì)量和效率，避免對特定用戶造成無關(guān)信息的干擾。雖然現(xiàn)在這類產(chǎn)品還不夠成熟，但下一步PACS技術(shù)將一定會有極大的發(fā)展。