PACS系统综述
邱峰 田捷 曹勇 刘景春
关键词：PACS(picture archiving and communication systems) 图像存储与通信系统 PACS(picture archiving and communication systems)即图像存储与通信系统，是医院用于管理医疗设备如CT，MR等产生的医学图像的信息系统。
医学图像诊断在现代医疗活动中占有极为重要的地位。随着可视化技术的不断发展，现代医学已越来越离不开医学图像的信息，医学图像在临床诊断、教学科研等方面正发挥着极其重要的作用。PACS是实现医学图像信息管理的重要条件，它对医学图像的采集、显示、储存、交换和输出进行数字化处理，最终实现图像的数字化储存和传送。PACS的目标是实现医学图像在医院内外的迅速传递和分发，使医生或病人本人能随时随地获得需要的医学图像。此外，通过对医学图像和信息进行计算机智能化处理后，可使图像诊断摒弃传统的肉眼观察和主观判断。借助计算机技术，可以对图像的像素点进行分析、计算、处理，得出相关的完整数据，为医学诊断提供更客观的信息，最新的计算机技术不但可以提供形态图像，还可以提供功能图像，使医学图像诊断技术走向更深层次。
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1 PACS的历史
“数字放射诊断学”(digital radiology)是Dr.Paul Capp在70年代提出的，而数字图像通信和显示的概念是柏林技术大学(Technical University of Berlin)的Heinz U.Lemke教授提出的。1982年1月，SPIE(The International Society for Optical Engineering)在加州举行了第一次关于PACS的国际会议。此后这项会议与医学成像会议(Medical Imaging Conference)合并，每年2月在南加州举行。在日本，1982年7月JAMIT(Japan Association of Medical Imaging Technology)举办了第一次国际讨论会，这项会议与医学成像技术会议(Medical Imaging Technology meeting)合并后，每年举办一次。在欧洲，自1983年以来，Euro PACS(Picture Archiving and Communication Systems in Europe)组织每年都举办会议讨论PACS。在美国，最早的与PACS相关的研究计划是1983年由美国军方赞助的一个远程放射学研究计划。1985年，美国军方又资助了另外一项DIN/PACS(Installation Site for Digital Imaging Network and Picture Archiving and Communication System)计划，该项目由MITRE公司管理，华盛顿大学(University of Washington in Seattle)、乔治敦与乔治华盛顿联合大学(Georgetown University and George Washington University Consortium in Washington,DC)具体实施，Philips医疗系统公司和AT&T参与。同年，美国国家癌症中心(US National Cancer Institute)资助UCLA(University of California,Los Angels)开始其第一个PACS相关的研究计划，该计划称为Multiple Viewing Stations for Diagnostic Radiology。
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1990年10月，NATOASI(Advanced Study Institute)在法国Evian举行了一次关于PACS的国际会议，来自17个国家的大约100名科学家参加了会议。会议总结了当时在PACS系统研究开发方面的状况，并促使美国陆军医疗司令部(US Army Medical Command)资助了另一项名为MDIS (Diagnostic Imaging Support Systems)的计划，该计划的目标是在美国建立一个大规模的军用PACS系统。此外，与PACS相关的重要会议包括CAR和IMAC。CAR(Computer Assisted Radiology)是Lemke教授自1985年以来组织的年度会议，IMAC(Image Management And Communication)自1989年以来每年举办两次，由乔治敦大学的Seong K Mun教授组织。
随着计算机设备在医学成像领域的大规模应用，迫切地需要有一种在不同厂家制造的设备之间传输图像和其他信息的标准。1983年，美国放射学院(American College of Radiology;ACR)和全国电器制造商协会(National Electrical Manufacturers Association;NEMA)成立了一个联合委员会开发相关标准。1985年，ACR-NEMA标准版本1.0发布，1986年10月和1988年1月分别颁布了两个修改版本；1988年，ACR-NEMA标准版本2.0发布。目前，ACR-NEMA标准已经演变成为DICOM 3.0(Digital Imaging and Communications in Medicine)标准，在这个标准中，增强了对网络的支持，目前已经成为医学影像设备的标准通信协议。
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2 PACS的应用范围和功能
PACS可以指任何一种放射医学图像管理系统。在实际应用中，可以把PACS应用划分为四类：①在整个医院内实施的完整PACS系统，目标是支持在医院内部所有关于图像的活动，集成了医疗设备，图像存储和分发，数字图像在重要诊断和会诊时的显示，图像归档，以及外部信息系统；②在医院某个部门内实施的PACS，目标是提高部门内医疗设备的使用效率；③在医院内部的图像分发系统，目标是帮助医院的其他部门，特别是急诊室(ER)和监护房(ICU)获得放射医疗部门生成的图像；④远程放射医疗，目标是支持远程图像传输和显示。
根据医院的实际要求，一个实际的PACS系统可能包含了上述四类应用中的一类或多类。完整的PACS系统应该包括图像获取、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、胶片打印以及用于传输数据的高速局域网络和支持远程数据传送的广域网。PACS系统一般具有以下几方面的功能：
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(1)将医院中已有的医学图像设备产生的图像通过直接或间接的方式转换为系统能够存储和处理的数字化形式。随着DICOM标准的逐步应用，未来的医学影像设备将统一使用DICOM标准接口，图像获取会更加方便。
(2)存储和管理检查所产生的图像数据，这是PACS系统最重要的功能。由于PACS系统中存储的图像数据量特别巨大，医院每天生成的图像总量可以从几百M到几十个G，需要有能够管理超大规模数据库的数据库管理系统，当前尚无很成熟的产品。受存储器容量的限制，PACS系统的数据通常要分级存储，常用数据存放在在线设备、过期数据存放在离线设备中，为减少存储容量，还要对数据进行压缩。
(3)图像显示和处理，这是医生接触和使用最多的功能。在显示工作站上的软件应能满足医生最常用的功能，包括查询数据库中的图像记录，显示图像并且对图像进行一些简单的处理，如放缩、旋转等，有些工作站还有生成和操纵三维图像的能力。在某些情况下，医生还要在工作站上写出诊断报告、注释等文本信息。
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(4)与HIS/RIS的接口。PACS系统在医院中不是孤立存在的RIS(radiology information system)和HIS(hospital information system)。为了与其他系统互连，PACS系统应当遵循一个信息交换的标准。目前国际上的HL7(Health Level 7)标准已为多数厂商认可。
3 PACS系统应用
一个大规模的PACS系统应当满足以下四个条件：①系统在日常的诊断工作中使用；②至少有三到四个医学影像设备连接到系统；③系统中包含位于放射科内和其他科室的工作站；④系统每年至少能处理20000个检查。
符合以上条件的系统首先在一些医院和大学中实验成功，以下介绍几个典型的例子：
(1)Baltimore VA医学中心(Baltimore Veterans Aminstration Medical Center)：Baltimore VA医学中心约有200张床位，所有检查都使用PACS系统归档，并有与HIS/RIS系统的双向接口。该系统同时为另外三个医院服务，启用该系统后，放射科的检查能力提高了58%，数据丢失从8%降低到1%，效率提高71%，重复检查降低60%，阅片时间降低15%。这表明，PACS系统的实施，使医学中心和联网的三家医院提高了诊断效率并降低了费用。
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(2)Hammersmith医院：Hammersmith医院位于英国伦敦，有500张病床，为10万人提供服务，该医院的放射科实施PACS系统的目的是通过提高效率减低费用。当前系统中包括容量为10T的长期归档，256G短期存储容量，168个工作站。自1993年系统运行以来，档案整理人员从8个减少到1个，放射科医生减少了3.3个，胶片不再保存。
(3)UCSF(University o California,San Francisco)：UCSF PACS系统的很多开发人员参加了UCLA的PACS系统开发，系统实现始于1992年10月，1995年2月投入临床使用。由于该系统是在大学的研究机构中开发，使用的技术相对先进，具有开放的体系结构和互连性、与HIS/RIS系统集成、系统模块化、采用ATM(asynchronous transfer mode)通信技术，能够将图像分发到医师的桌面计算机，具有高度可伸缩性。
当前PACS系统已经成熟，已有多家国外厂商推出了产品化的PACS系统，包括GE、Agfa、SIEMENS、IBM、Samsung等。
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4 PACS的未来展望
目前的数字化放射医疗部门的工作流程在一定程度上仍然是根据基于胶片的工作流程制定的，随着计算机信息系统的进一步引入，这样的工作流程应当相应地作出改变，从新的信息技术中获得更大的效益。
目前，企业范围内图像分发已经在许多部门得到了初步应用。在放射医疗科以外最需要图像显示的部门中已经采用了足够的显示技术，但还不能在任何地点方便地获得图像。RIS与PACS的集成允许在工作站显示诊断报告，PACS和RIS掌握病人在医院中的流动也很重要，这有利于图像和检查的自动预取，路由和分发。RIS与PACS的进一步集成仍在发展中。随着PACS的增长，数据库的高可用性将变得越来越关键。
PACS系统的发展向以下一些技术提出了挑战：大容量存储设备，数据库技术，用户界面，压缩和网络。
大容量存储设备分为以下四类：磁介质，光介质，磁带及其它(如全息存储)仍在发展中的介质。目前PACS使用的归档介质是DLT磁带或MOD可反复读写光盘，某些情况下也使用CDR(一次写光盘)。磁盘容量正在飞速增长，未来的方向是TB级桌面磁盘，2000年时价格下降到3美分/MB。在光学存储设备中，DVD是目前的热点，DVD目前可以作为备份介质，但作为存储介质仍有不足之处，可擦写的DVD还不成熟，也没有统一的标准。磁带的新进展包括多磁道记录、磁阻式磁头和允许随机访问的新型格式等。磁带的价格很有吸引力，但不能防潮，也不能接近磁场，对存放场所的要求比较严格。
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数据库的性能，可靠性和容量与PACS系统的性能直接相关。PACS系统中图像的每一次流动都与数据库有关，但目前对PACS的数据库技术还需要有大量的研究工作。当PACS集成到HIS系统中时，其重要性将会进一步体现。随着用户对PACS的依赖性增强，数据库的高可用性技术将会越来越重要。分布式数据库将会得到广泛的应用。
在用户端，分析功能的增强和图像增强技术的集成非常重要。语音识别可以将自然语言转换为正文存储在系统中，对生成诊断报告的效率有很大的影响。基于组件的软件将会出现，软件工具(如三维显示应用)可以在应用程序和系统之间进行拖放操作，这是个人用户界面的新发展。用户界面和应用程序能根据需要分布，基于Web的显示方式是其中一例。Web技术和基于组件的软件(瘦客户端技术)将缓慢集成。
PACS需要高速通信网络支持，尤其是在放射医疗部门内部，而在临床监护时可以用低速网络。目前的发展方向之一是使用ATM，但ATM的功能还没有完全利用起来，特别是ATM传输活动影像以及影像与静止图像同传的能力。随着通信技术和Internet的发展，远程连接可以使用2M/s或更高的带宽，这将改变PACS的应用范围，特别是在家庭领域的应用将会有较大的发展。在医院内，将开发更高的带宽用于活动影像和其他信息的传输。
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有人认为随着带宽和存储能力的增长将不会再有压缩的要求，但医学图像技术的发展将不断地提高对网络带宽和存储能力的要求，压缩技术也一直会体现出它的重要性。小波技术将成为标准，在归档和数据传输中得到应用。
基金项目：本项目受国家自然科学基金和863项目资助。
作者简介：邱峰(1975—)，男，重庆市人，1997年毕业于北京大学，同年进入中国科学院自动化所攻读研究生。
作者单位：邱峰(中科院自动化研究所， 北京 100080)
田捷(中科院自动化研究所， 北京 100080)
曹勇(中科院自动化研究所， 北京 100080)
刘景春(中科院自动化研究所， 北京 100080)
, http://www.100md.com
参考文献
[1] D J Valentino,et al.Building a Dependable Next Generation PACS.SPIE Medical Imaging,1995.
[2] Dietrich ME.Picture archiving and communication systems(PACS)for medical application.Int J Biomed Comput,1994,35:91-124.
[3] Berman LE,Long LR,Pillemer SR.Effects of Quantization Table Manipulation on JPEG Compression of Cervical Radiographs, SID 93 Digest.Seattle WA,1993(XXIV),937-41.
[4] Beard,DV.Computer Human Interaction for Image Information Systems.Journal of the American Society for Information Science,1991,42(8):600-608.
[5] Thoma GR, Long LR,Berman LE.Access to a Digital Xray Archive over Internet. Proc SPIE,1992,1785:79-86., 百拇医药
关键词：PACS(picture archiving and communication systems) 图像存储与通信系统 PACS(picture archiving and communication systems)即图像存储与通信系统，是医院用于管理医疗设备如CT，MR等产生的医学图像的信息系统。
医学图像诊断在现代医疗活动中占有极为重要的地位。随着可视化技术的不断发展，现代医学已越来越离不开医学图像的信息，医学图像在临床诊断、教学科研等方面正发挥着极其重要的作用。PACS是实现医学图像信息管理的重要条件，它对医学图像的采集、显示、储存、交换和输出进行数字化处理，最终实现图像的数字化储存和传送。PACS的目标是实现医学图像在医院内外的迅速传递和分发，使医生或病人本人能随时随地获得需要的医学图像。此外，通过对医学图像和信息进行计算机智能化处理后，可使图像诊断摒弃传统的肉眼观察和主观判断。借助计算机技术，可以对图像的像素点进行分析、计算、处理，得出相关的完整数据，为医学诊断提供更客观的信息，最新的计算机技术不但可以提供形态图像，还可以提供功能图像，使医学图像诊断技术走向更深层次。
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1 PACS的历史
“数字放射诊断学”(digital radiology)是Dr.Paul Capp在70年代提出的，而数字图像通信和显示的概念是柏林技术大学(Technical University of Berlin)的Heinz U.Lemke教授提出的。1982年1月，SPIE(The International Society for Optical Engineering)在加州举行了第一次关于PACS的国际会议。此后这项会议与医学成像会议(Medical Imaging Conference)合并，每年2月在南加州举行。在日本，1982年7月JAMIT(Japan Association of Medical Imaging Technology)举办了第一次国际讨论会，这项会议与医学成像技术会议(Medical Imaging Technology meeting)合并后，每年举办一次。在欧洲，自1983年以来，Euro PACS(Picture Archiving and Communication Systems in Europe)组织每年都举办会议讨论PACS。在美国，最早的与PACS相关的研究计划是1983年由美国军方赞助的一个远程放射学研究计划。1985年，美国军方又资助了另外一项DIN/PACS(Installation Site for Digital Imaging Network and Picture Archiving and Communication System)计划，该项目由MITRE公司管理，华盛顿大学(University of Washington in Seattle)、乔治敦与乔治华盛顿联合大学(Georgetown University and George Washington University Consortium in Washington,DC)具体实施，Philips医疗系统公司和AT&T参与。同年，美国国家癌症中心(US National Cancer Institute)资助UCLA(University of California,Los Angels)开始其第一个PACS相关的研究计划，该计划称为Multiple Viewing Stations for Diagnostic Radiology。
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1990年10月，NATOASI(Advanced Study Institute)在法国Evian举行了一次关于PACS的国际会议，来自17个国家的大约100名科学家参加了会议。会议总结了当时在PACS系统研究开发方面的状况，并促使美国陆军医疗司令部(US Army Medical Command)资助了另一项名为MDIS (Diagnostic Imaging Support Systems)的计划，该计划的目标是在美国建立一个大规模的军用PACS系统。此外，与PACS相关的重要会议包括CAR和IMAC。CAR(Computer Assisted Radiology)是Lemke教授自1985年以来组织的年度会议，IMAC(Image Management And Communication)自1989年以来每年举办两次，由乔治敦大学的Seong K Mun教授组织。
随着计算机设备在医学成像领域的大规模应用，迫切地需要有一种在不同厂家制造的设备之间传输图像和其他信息的标准。1983年，美国放射学院(American College of Radiology;ACR)和全国电器制造商协会(National Electrical Manufacturers Association;NEMA)成立了一个联合委员会开发相关标准。1985年，ACR-NEMA标准版本1.0发布，1986年10月和1988年1月分别颁布了两个修改版本；1988年，ACR-NEMA标准版本2.0发布。目前，ACR-NEMA标准已经演变成为DICOM 3.0(Digital Imaging and Communications in Medicine)标准，在这个标准中，增强了对网络的支持，目前已经成为医学影像设备的标准通信协议。
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2 PACS的应用范围和功能
PACS可以指任何一种放射医学图像管理系统。在实际应用中，可以把PACS应用划分为四类：①在整个医院内实施的完整PACS系统，目标是支持在医院内部所有关于图像的活动，集成了医疗设备，图像存储和分发，数字图像在重要诊断和会诊时的显示，图像归档，以及外部信息系统；②在医院某个部门内实施的PACS，目标是提高部门内医疗设备的使用效率；③在医院内部的图像分发系统，目标是帮助医院的其他部门，特别是急诊室(ER)和监护房(ICU)获得放射医疗部门生成的图像；④远程放射医疗，目标是支持远程图像传输和显示。
根据医院的实际要求，一个实际的PACS系统可能包含了上述四类应用中的一类或多类。完整的PACS系统应该包括图像获取、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、胶片打印以及用于传输数据的高速局域网络和支持远程数据传送的广域网。PACS系统一般具有以下几方面的功能：
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(1)将医院中已有的医学图像设备产生的图像通过直接或间接的方式转换为系统能够存储和处理的数字化形式。随着DICOM标准的逐步应用，未来的医学影像设备将统一使用DICOM标准接口，图像获取会更加方便。
(2)存储和管理检查所产生的图像数据，这是PACS系统最重要的功能。由于PACS系统中存储的图像数据量特别巨大，医院每天生成的图像总量可以从几百M到几十个G，需要有能够管理超大规模数据库的数据库管理系统，当前尚无很成熟的产品。受存储器容量的限制，PACS系统的数据通常要分级存储，常用数据存放在在线设备、过期数据存放在离线设备中，为减少存储容量，还要对数据进行压缩。
(3)图像显示和处理，这是医生接触和使用最多的功能。在显示工作站上的软件应能满足医生最常用的功能，包括查询数据库中的图像记录，显示图像并且对图像进行一些简单的处理，如放缩、旋转等，有些工作站还有生成和操纵三维图像的能力。在某些情况下，医生还要在工作站上写出诊断报告、注释等文本信息。
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(4)与HIS/RIS的接口。PACS系统在医院中不是孤立存在的RIS(radiology information system)和HIS(hospital information system)。为了与其他系统互连，PACS系统应当遵循一个信息交换的标准。目前国际上的HL7(Health Level 7)标准已为多数厂商认可。
3 PACS系统应用
一个大规模的PACS系统应当满足以下四个条件：①系统在日常的诊断工作中使用；②至少有三到四个医学影像设备连接到系统；③系统中包含位于放射科内和其他科室的工作站；④系统每年至少能处理20000个检查。
符合以上条件的系统首先在一些医院和大学中实验成功，以下介绍几个典型的例子：
(1)Baltimore VA医学中心(Baltimore Veterans Aminstration Medical Center)：Baltimore VA医学中心约有200张床位，所有检查都使用PACS系统归档，并有与HIS/RIS系统的双向接口。该系统同时为另外三个医院服务，启用该系统后，放射科的检查能力提高了58%，数据丢失从8%降低到1%，效率提高71%，重复检查降低60%，阅片时间降低15%。这表明，PACS系统的实施，使医学中心和联网的三家医院提高了诊断效率并降低了费用。
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(2)Hammersmith医院：Hammersmith医院位于英国伦敦，有500张病床，为10万人提供服务，该医院的放射科实施PACS系统的目的是通过提高效率减低费用。当前系统中包括容量为10T的长期归档，256G短期存储容量，168个工作站。自1993年系统运行以来，档案整理人员从8个减少到1个，放射科医生减少了3.3个，胶片不再保存。
(3)UCSF(University o California,San Francisco)：UCSF PACS系统的很多开发人员参加了UCLA的PACS系统开发，系统实现始于1992年10月，1995年2月投入临床使用。由于该系统是在大学的研究机构中开发，使用的技术相对先进，具有开放的体系结构和互连性、与HIS/RIS系统集成、系统模块化、采用ATM(asynchronous transfer mode)通信技术，能够将图像分发到医师的桌面计算机，具有高度可伸缩性。
当前PACS系统已经成熟，已有多家国外厂商推出了产品化的PACS系统，包括GE、Agfa、SIEMENS、IBM、Samsung等。
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4 PACS的未来展望
目前的数字化放射医疗部门的工作流程在一定程度上仍然是根据基于胶片的工作流程制定的，随着计算机信息系统的进一步引入，这样的工作流程应当相应地作出改变，从新的信息技术中获得更大的效益。
目前，企业范围内图像分发已经在许多部门得到了初步应用。在放射医疗科以外最需要图像显示的部门中已经采用了足够的显示技术，但还不能在任何地点方便地获得图像。RIS与PACS的集成允许在工作站显示诊断报告，PACS和RIS掌握病人在医院中的流动也很重要，这有利于图像和检查的自动预取，路由和分发。RIS与PACS的进一步集成仍在发展中。随着PACS的增长，数据库的高可用性将变得越来越关键。
PACS系统的发展向以下一些技术提出了挑战：大容量存储设备，数据库技术，用户界面，压缩和网络。
大容量存储设备分为以下四类：磁介质，光介质，磁带及其它(如全息存储)仍在发展中的介质。目前PACS使用的归档介质是DLT磁带或MOD可反复读写光盘，某些情况下也使用CDR(一次写光盘)。磁盘容量正在飞速增长，未来的方向是TB级桌面磁盘，2000年时价格下降到3美分/MB。在光学存储设备中，DVD是目前的热点，DVD目前可以作为备份介质，但作为存储介质仍有不足之处，可擦写的DVD还不成熟，也没有统一的标准。磁带的新进展包括多磁道记录、磁阻式磁头和允许随机访问的新型格式等。磁带的价格很有吸引力，但不能防潮，也不能接近磁场，对存放场所的要求比较严格。
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数据库的性能，可靠性和容量与PACS系统的性能直接相关。PACS系统中图像的每一次流动都与数据库有关，但目前对PACS的数据库技术还需要有大量的研究工作。当PACS集成到HIS系统中时，其重要性将会进一步体现。随着用户对PACS的依赖性增强，数据库的高可用性技术将会越来越重要。分布式数据库将会得到广泛的应用。
在用户端，分析功能的增强和图像增强技术的集成非常重要。语音识别可以将自然语言转换为正文存储在系统中，对生成诊断报告的效率有很大的影响。基于组件的软件将会出现，软件工具(如三维显示应用)可以在应用程序和系统之间进行拖放操作，这是个人用户界面的新发展。用户界面和应用程序能根据需要分布，基于Web的显示方式是其中一例。Web技术和基于组件的软件(瘦客户端技术)将缓慢集成。
PACS需要高速通信网络支持，尤其是在放射医疗部门内部，而在临床监护时可以用低速网络。目前的发展方向之一是使用ATM，但ATM的功能还没有完全利用起来，特别是ATM传输活动影像以及影像与静止图像同传的能力。随着通信技术和Internet的发展，远程连接可以使用2M/s或更高的带宽，这将改变PACS的应用范围，特别是在家庭领域的应用将会有较大的发展。在医院内，将开发更高的带宽用于活动影像和其他信息的传输。
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有人认为随着带宽和存储能力的增长将不会再有压缩的要求，但医学图像技术的发展将不断地提高对网络带宽和存储能力的要求，压缩技术也一直会体现出它的重要性。小波技术将成为标准，在归档和数据传输中得到应用。
基金项目：本项目受国家自然科学基金和863项目资助。
作者简介：邱峰(1975—)，男，重庆市人，1997年毕业于北京大学，同年进入中国科学院自动化所攻读研究生。
作者单位：邱峰(中科院自动化研究所， 北京 100080)
田捷(中科院自动化研究所， 北京 100080)
曹勇(中科院自动化研究所， 北京 100080)
刘景春(中科院自动化研究所， 北京 100080)
, http://www.100md.com
参考文献
[1] D J Valentino,et al.Building a Dependable Next Generation PACS.SPIE Medical Imaging,1995.
[2] Dietrich ME.Picture archiving and communication systems(PACS)for medical application.Int J Biomed Comput,1994,35:91-124.
[3] Berman LE,Long LR,Pillemer SR.Effects of Quantization Table Manipulation on JPEG Compression of Cervical Radiographs, SID 93 Digest.Seattle WA,1993(XXIV),937-41.
[4] Beard,DV.Computer Human Interaction for Image Information Systems.Journal of the American Society for Information Science,1991,42(8):600-608.
[5] Thoma GR, Long LR,Berman LE.Access to a Digital Xray Archive over Internet. Proc SPIE,1992,1785:79-86., 百拇医药