对建立图像存档与通讯系统若干工程问题的探讨
作者：李铁 孙凯
单位：100730 北京，卫生部北京医院 医学工程科
关键词：
中华放射学杂志000801 目前，图像存档与通讯系统(picture archiving and communication systems，PACS)已引起放射界的广泛关注，国内一些大医院已经或正在建立自己的PACS。现就建立PACS中的一些工程问题，结合我们的实际工作作一初步探讨。
一、我们在PACS方面所做的工作
1997年我们建立了相机网络，将分别在4座楼中的4台Agfa 3300 P相机连成网络，使网上的设备可以在任何1台相机上出片。相机控制器MG 3000相当于网关(gateway),它可以通过接口板将设备要传送的图像送入局域网，每台MG 3000最多可以连接3台设备。MR 1、CT 1、CT 2、超高速CT、DSA、X-ray 1、X-ray 2就采用了该方式的连接；也可以将符合医学数字图像通讯协议3.0版(digital image communication in medicine, DICOM 3.0)打印服务级别的使用者(service class for printing user)设备的图像直接通过发送接收器(transceiver)与MG 3000的网络接口相连，并进入局域网在任何1台相机上出片。MR 2、X线计算机摄影(CR)、工作站(WS) 1、WS 2等即是用第2种方法连接的。由于采用第2种方式不必购买硬件接口板，因此可节约可观的费用(如用接口板方式将1台设备连接在Agfa相机上打印，大约需1.2万美元)，且理论上可连接多达256台设备。
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1999年我们完成了PACS的第1、2期工作，先将CT、MR 1、WS、DSA、数字胃肠机等6台设备接入PACS，而后将5台阅片台(viewer)接入系统，以中心存储服务器作集中存档。设备可将其图像传到中心服务器存储，阅片台可以从中心服务器获取图像进行读片。第3期工作我们准备让系统工作一段时间以考验系统的稳定性；而后再考虑放射科信息系统(RIS)与医院信息系统(HIS)连接，以及考虑远程诊断的问题，并将更多的设备接入系统等。
二、选择适当的合作伙伴开发PACS
建立PACS有3种方式：(1)依靠医院自己的力量，组织队伍开发自己的PACS。(2)找PACS厂家做，采用“交钥匙工程”(turn key)的方式完成。(3)寻找合适的合作伙伴共同协作完成。目前仅有国外一些大的医学研究机构和军队医院采用了第1种方式，因为只有这些单位才拥有强大的医学工程队伍。第2种方式实际上是向PACS厂家购买该厂家提供的PACS的各种现成部件，根据医院的要求加以组合安装。对国内医院来讲，一是费用很大，一般要数10万美元；二是因国内医院的管理模式与国外医院差别较大，故此类PACS(特别是软件)可能不适合国内的医院。结合我院建立PACS的经验，我们认为第3种方式较适合国内的大医院。合作伙伴应该是信誉好、稳定，在PACS上有经验，能与医院长期合作的厂家或公司。实施方案包括：(1)根据医院影像科室的情况及资金情况确定PACS的规模 ，由于PACS是可以逐步扩展的，所以要确定分步实施的计划。(2)根据工作量、科室的管理模式确定PACS的工作流程(work flow)和数据流程(data flow)。PACS是不能脱离管理模式而存在的，故不同医院的数据流程和工作流程是不同的。据此进而确定PACS相应网点的分布。(3)根据高峰数据流量确定网络干线及支线的数据传输率，从而确定相关的部件的技术特性(不同影像设备图像占有的数据量见表1，根据此表、病人的检查量及科室的要求即可计算出所需的存储量和传输率)。(4)医技人员应参与PACS部件的选择、施工工艺的制定和施工监督。
, 百拇医药
三、将设备接入PACS过程中的一些工程问题
不少人以为只要影像设备具有DICOM 3.0的输出，将其接入PACS是一件很容易的事情，一些PACS厂家也向用户灌输同样的观点。但实际却复杂得多，要做很多工作。在DICOM中分为11个不同的服务级别(service class)，如打印、传输、存储、存档(printing,move,store,archiving)等，某一服务级别中又分为使用者(user)和提供者(provider)。某一设备可能仅符合DICOM 3.0的某一个级别或几个级别。这里试举例作简要说明：比如通常设备的操作台(operator console)仅符合DICOM的存档级别(service class for archiving)及传输级别，它仅为使用者，而
表1 不同设备所需的存储量(仅供参考) 影像存储设备
图像存储量
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(像素数)
图像深度
(像素数)
每张图像
容量(MB)
每位病人
的图像张数
每位病人的图像容量(MB)
原始数据
无损耗存储
有损耗存储
CT
512×512
, 百拇医药
16
0.52
40.0
20.80
8.32
1.20
MR
256×256
16
0.13
120.0
15.60
6.24
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0.90
X-ray
1 024×1 024
16
2.10
10.0
21.00
8.40
1.20
数字化胶片(digitized film)
2 048×2 048
16
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8.39
1.5
12.60
5.00
0.70
正电子发射计算机体层成像(PET)
128×128
16
0.03
15.0
0.45
0.18
0.02
, 百拇医药
X线计算机摄影(CR)
1 760×2 140
16
7.53
1.0
7.53
3.00
0.42
普通黑白超声
640×480
8
0.31
4.0
, 百拇医药
1.24
0.50
0.07
彩色超声
640×480
24
0.92
15.0
13.80
5.52
0.76
多幅超声
640×480
, 百拇医药
24
0.92
90.0
82.80
33.20
4.60
内窥镜
640×480
24
0.92
6.0
5.52
2.20
, 百拇医药
0.31
不是提供者。且不符合DICOM 3.0的打印服务级别(service class for printing)。存档服务器(archiving server)为存档级别的提供者，而影像工作站有可能同时为打印、存档2个级别的使用者，并是传送级别的使用者及提供者。那么，操作台可以通过PACS将其图像传给符合DICOM传输级别的提供者的设备，如存档服务器或符合传输级别的设备(如影像工作站)，但不能接收数据。且由于它不符合DICOM 3.0的打印级别，故无法进行网络打印，只能通过接口板接打印机。而工作站则既可传送又可接收图像数据，并可以通过网络打印；存档服务器则可以对传来的图像数据存档。为深入了解设备在DICOM方面的性能，在购买设备时就必须要厂家提供“设备与DICOM的一致性说明”(conformance statement)，这是将设备接入PACS所需的重要资料。即便如此，在实际工作中我们还遇到了不少问题。如在将一工作站接入PACS系统时发现尽管其为传输服务级别的提供者及使用者，但实际上对一些后处理图像却不能以DICOM方式传送给中心存储服务器。因此，我们不得不修改不准备为该工作站配置随机外部存储设备的计划。
, 百拇医药
四、正确选择网络传输率
在设计PACS时选择网络传输率应留有充分余量，而在选择通用计算机部件时可考虑满足需求的下线即可。设计PACS时，根据高峰时间数据传输的数据量确定网络传输速率要留有充分余量，以防今后因影像科室的发展、传输数据量增加而要重新设网，造成浪费。如选用了10 M/s(兆/秒)的传输率设网铺设了粗缆，经一段时间后感觉速率不够，欲改成100 M/s时，必须改换光缆，相应网络部件需全部更换，浪费很大，而通用设备却不同。如选择中心存储的光盘塔，10片盘、20片盘、50片盘的塔，价格分别差3～4倍。如10片盘的光盘塔够用，即使用10片盘的塔。2～3年后如需更换50片盘的光盘塔，其价格大约为目前10片盘塔的价格。
五、 关于PACS的稳定性
对影像科室来说某台设备出现问题，是个局部问题，而PACS出现问题则可能是全局性的问题，可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的稳定性需抓住设计、部件选择、施工工艺要求、施工4个环节。在设计PACS时，必须进行系统的稳定性分析，即某一部件、某一环节出现问题会给系统带来什么样的影响。国外PACS的中心服务器基本都采用2套硬件并行工作，以保证在某一硬件出问题时不中断工作。我们出于价格的考虑采用双硬盘保存2套数据，且系统软件在任何情况下均可恢复，而不影响已存储的数据，以确保中途停机或出故障后存档数据不丢失。在选购集线器、路由器、发送接收器等网络部件时必须考虑品牌，不能只图便宜。因为，网络部件的问题会造成整个PACS的瘫痪。工艺要求与施工质量则直接影响系统的稳定性，特别是在旧建筑内布网更要严格工艺及施工。在这些方面我们也有教训，如某品牌的发送接收器质量不佳，损坏3次，造成PACS多次中断；在设备层中穿过的光缆因保护套管不够长，被鼠咬断光缆，致使1台CT无法传送图像；1个50 Ω端子脱落造成阻抗不匹配，使整个系统无法工作。
总之，PACS的建立依赖于DICOM 3.0的标准，因此必须对DICOM有深入的了解。PACS不是一个现成的产品，PACS的建立实际上是完成一个工程项目。因此必须把握住设计、器件选择、工艺、施工各个环节，认真解决好每一个工程技术问题。
(收稿日期：1999-10-20), 百拇医药
单位：100730 北京，卫生部北京医院 医学工程科
关键词：
中华放射学杂志000801 目前，图像存档与通讯系统(picture archiving and communication systems，PACS)已引起放射界的广泛关注，国内一些大医院已经或正在建立自己的PACS。现就建立PACS中的一些工程问题，结合我们的实际工作作一初步探讨。
一、我们在PACS方面所做的工作
1997年我们建立了相机网络，将分别在4座楼中的4台Agfa 3300 P相机连成网络，使网上的设备可以在任何1台相机上出片。相机控制器MG 3000相当于网关(gateway),它可以通过接口板将设备要传送的图像送入局域网，每台MG 3000最多可以连接3台设备。MR 1、CT 1、CT 2、超高速CT、DSA、X-ray 1、X-ray 2就采用了该方式的连接；也可以将符合医学数字图像通讯协议3.0版(digital image communication in medicine, DICOM 3.0)打印服务级别的使用者(service class for printing user)设备的图像直接通过发送接收器(transceiver)与MG 3000的网络接口相连，并进入局域网在任何1台相机上出片。MR 2、X线计算机摄影(CR)、工作站(WS) 1、WS 2等即是用第2种方法连接的。由于采用第2种方式不必购买硬件接口板，因此可节约可观的费用(如用接口板方式将1台设备连接在Agfa相机上打印，大约需1.2万美元)，且理论上可连接多达256台设备。
, http://www.100md.com
1999年我们完成了PACS的第1、2期工作，先将CT、MR 1、WS、DSA、数字胃肠机等6台设备接入PACS，而后将5台阅片台(viewer)接入系统，以中心存储服务器作集中存档。设备可将其图像传到中心服务器存储，阅片台可以从中心服务器获取图像进行读片。第3期工作我们准备让系统工作一段时间以考验系统的稳定性；而后再考虑放射科信息系统(RIS)与医院信息系统(HIS)连接，以及考虑远程诊断的问题，并将更多的设备接入系统等。
二、选择适当的合作伙伴开发PACS
建立PACS有3种方式：(1)依靠医院自己的力量，组织队伍开发自己的PACS。(2)找PACS厂家做，采用“交钥匙工程”(turn key)的方式完成。(3)寻找合适的合作伙伴共同协作完成。目前仅有国外一些大的医学研究机构和军队医院采用了第1种方式，因为只有这些单位才拥有强大的医学工程队伍。第2种方式实际上是向PACS厂家购买该厂家提供的PACS的各种现成部件，根据医院的要求加以组合安装。对国内医院来讲，一是费用很大，一般要数10万美元；二是因国内医院的管理模式与国外医院差别较大，故此类PACS(特别是软件)可能不适合国内的医院。结合我院建立PACS的经验，我们认为第3种方式较适合国内的大医院。合作伙伴应该是信誉好、稳定，在PACS上有经验，能与医院长期合作的厂家或公司。实施方案包括：(1)根据医院影像科室的情况及资金情况确定PACS的规模 ，由于PACS是可以逐步扩展的，所以要确定分步实施的计划。(2)根据工作量、科室的管理模式确定PACS的工作流程(work flow)和数据流程(data flow)。PACS是不能脱离管理模式而存在的，故不同医院的数据流程和工作流程是不同的。据此进而确定PACS相应网点的分布。(3)根据高峰数据流量确定网络干线及支线的数据传输率，从而确定相关的部件的技术特性(不同影像设备图像占有的数据量见表1，根据此表、病人的检查量及科室的要求即可计算出所需的存储量和传输率)。(4)医技人员应参与PACS部件的选择、施工工艺的制定和施工监督。
, 百拇医药
三、将设备接入PACS过程中的一些工程问题
不少人以为只要影像设备具有DICOM 3.0的输出，将其接入PACS是一件很容易的事情，一些PACS厂家也向用户灌输同样的观点。但实际却复杂得多，要做很多工作。在DICOM中分为11个不同的服务级别(service class)，如打印、传输、存储、存档(printing,move,store,archiving)等，某一服务级别中又分为使用者(user)和提供者(provider)。某一设备可能仅符合DICOM 3.0的某一个级别或几个级别。这里试举例作简要说明：比如通常设备的操作台(operator console)仅符合DICOM的存档级别(service class for archiving)及传输级别，它仅为使用者，而
表1 不同设备所需的存储量(仅供参考) 影像存储设备
图像存储量
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(像素数)
图像深度
(像素数)
每张图像
容量(MB)
每位病人
的图像张数
每位病人的图像容量(MB)
原始数据
无损耗存储
有损耗存储
CT
512×512
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16
0.52
40.0
20.80
8.32
1.20
MR
256×256
16
0.13
120.0
15.60
6.24
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0.90
X-ray
1 024×1 024
16
2.10
10.0
21.00
8.40
1.20
数字化胶片(digitized film)
2 048×2 048
16
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8.39
1.5
12.60
5.00
0.70
正电子发射计算机体层成像(PET)
128×128
16
0.03
15.0
0.45
0.18
0.02
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X线计算机摄影(CR)
1 760×2 140
16
7.53
1.0
7.53
3.00
0.42
普通黑白超声
640×480
8
0.31
4.0
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1.24
0.50
0.07
彩色超声
640×480
24
0.92
15.0
13.80
5.52
0.76
多幅超声
640×480
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24
0.92
90.0
82.80
33.20
4.60
内窥镜
640×480
24
0.92
6.0
5.52
2.20
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不是提供者。且不符合DICOM 3.0的打印服务级别(service class for printing)。存档服务器(archiving server)为存档级别的提供者，而影像工作站有可能同时为打印、存档2个级别的使用者，并是传送级别的使用者及提供者。那么，操作台可以通过PACS将其图像传给符合DICOM传输级别的提供者的设备，如存档服务器或符合传输级别的设备(如影像工作站)，但不能接收数据。且由于它不符合DICOM 3.0的打印级别，故无法进行网络打印，只能通过接口板接打印机。而工作站则既可传送又可接收图像数据，并可以通过网络打印；存档服务器则可以对传来的图像数据存档。为深入了解设备在DICOM方面的性能，在购买设备时就必须要厂家提供“设备与DICOM的一致性说明”(conformance statement)，这是将设备接入PACS所需的重要资料。即便如此，在实际工作中我们还遇到了不少问题。如在将一工作站接入PACS系统时发现尽管其为传输服务级别的提供者及使用者，但实际上对一些后处理图像却不能以DICOM方式传送给中心存储服务器。因此，我们不得不修改不准备为该工作站配置随机外部存储设备的计划。
, 百拇医药
四、正确选择网络传输率
在设计PACS时选择网络传输率应留有充分余量，而在选择通用计算机部件时可考虑满足需求的下线即可。设计PACS时，根据高峰时间数据传输的数据量确定网络传输速率要留有充分余量，以防今后因影像科室的发展、传输数据量增加而要重新设网，造成浪费。如选用了10 M/s(兆/秒)的传输率设网铺设了粗缆，经一段时间后感觉速率不够，欲改成100 M/s时，必须改换光缆，相应网络部件需全部更换，浪费很大，而通用设备却不同。如选择中心存储的光盘塔，10片盘、20片盘、50片盘的塔，价格分别差3～4倍。如10片盘的光盘塔够用，即使用10片盘的塔。2～3年后如需更换50片盘的光盘塔，其价格大约为目前10片盘塔的价格。
五、 关于PACS的稳定性
对影像科室来说某台设备出现问题，是个局部问题，而PACS出现问题则可能是全局性的问题，可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的稳定性需抓住设计、部件选择、施工工艺要求、施工4个环节。在设计PACS时，必须进行系统的稳定性分析，即某一部件、某一环节出现问题会给系统带来什么样的影响。国外PACS的中心服务器基本都采用2套硬件并行工作，以保证在某一硬件出问题时不中断工作。我们出于价格的考虑采用双硬盘保存2套数据，且系统软件在任何情况下均可恢复，而不影响已存储的数据，以确保中途停机或出故障后存档数据不丢失。在选购集线器、路由器、发送接收器等网络部件时必须考虑品牌，不能只图便宜。因为，网络部件的问题会造成整个PACS的瘫痪。工艺要求与施工质量则直接影响系统的稳定性，特别是在旧建筑内布网更要严格工艺及施工。在这些方面我们也有教训，如某品牌的发送接收器质量不佳，损坏3次，造成PACS多次中断；在设备层中穿过的光缆因保护套管不够长，被鼠咬断光缆，致使1台CT无法传送图像；1个50 Ω端子脱落造成阻抗不匹配，使整个系统无法工作。
总之，PACS的建立依赖于DICOM 3.0的标准，因此必须对DICOM有深入的了解。PACS不是一个现成的产品，PACS的建立实际上是完成一个工程项目。因此必须把握住设计、器件选择、工艺、施工各个环节，认真解决好每一个工程技术问题。
(收稿日期：1999-10-20), 百拇医药