醫學影像信息系統整合臨床應用探討

王耀彬，王 凱，朱栓莊，溫友信，韓向東，劉 燁

我院作為武警部隊首家影像儲存與傳輸系統(picture archiving and communications system，PACS)試點單位，最早于2001 年開始實施PACS 系統，2003 年又實施“軍字一號”工程(HIS 系統)［1］。近年來，隨著醫院專科建設的開展、數字化影像設備的更新和患者就診量日趨增長，以往的PACS 不能滿足影像信息需求的日益擴大。而HIS 系統(hospital information system，HIS)的操作對象主要是文本和數字信息，使得重要的PACS 和HIS 系統沒有很好結合，大量寶貴的影像資料沒有得到高效的利用和有效的管理，制約了醫院的進一步發展。我院通過多次升級改造逐步完成了PACS、HIS 與放射科信息系統(radiology information system，RIS)三個獨立的信息系統的集成，從而實現了影像檢查的數字化、無膠片化。這對提高影像檢查工作質量，降低醫院運營成本，使影像檢查成為一個“數字化、信息化的診斷平臺”，建立高度信息化的現代醫院具有重要的現實和長遠意義［2］。

1 材料與方法

1.1 醫療設備的連接 將影像科數字化成像設備CR、DR、數字胃腸造影、CT、B 超、DSA、MRI 等工作站通過DICOM 3.0 標準接口與PACS 相連接，進行醫學影像擷取、傳輸、儲存和管理，構建全院醫療信息網。DICOM 3.0 標準已經成為PACS 和醫療影像設備的通用標準，大多數廠家的設備均支持DICOM 3.0［3］。

1.2 PACS 網絡硬件配備 (1)PACS 主機:兩臺主機采用HA(High Avaliability)結構，32 位系統主機，可互相備援，避免硬件故障影響正常工作。(2)HIS Gateway 工作站:實時更新患者姓名中文化;實時更新門診掛號數據;及時更新放射科報告數據;實時記錄病歷數據更新文件。(3)DICOM Gateway 工作站:接受符合DICOM 3.0 標準的醫療儀器設備傳送的影像數據，并壓縮影像數據。(4)Editor 工作站:修正錯誤病歷數據及臨時號碼;合并系列影像或拆開系列影像。(5)DICOM 打印工作站:提供DICOM 3.0 的Print 洗片功能。中文信息輸出，可在X 線片上顯示中文姓名等信息。(6)光盤備份工作站:查詢未備份的圖像，備份至光盤中可選擇使用時間備份或是容量備份方式備份數據。(7)單屏及雙屏影像工作站:顯示影像數據提供影像處理功能，給放射科醫師作診斷報告書寫。

1.3 PACS－HIS 軟件運行環境 (1)操作系統:基于Windows/NT/2000/XP 的網絡操作平臺。(2)PACS 符合DICOM 3.0 標準;HIS 系統符合HL7(Health Level Seven)數據交換標準。(3)數據庫須符合C2 Level 安全標準、ANSI－89SQL 標準、并符合ANSI－92 Entry Level 標準。(4)主從分工式結構:其客戶端(Client)與服務器(Server)可支持TCP/IP，SPX/IPX 等網絡傳輸協議連接，以保證網絡的通暢。

1.4 PACS－HIS 的構建方法 根據我院現有數字醫療設備配置和PACS、HIS 系統硬件配套設施，網絡需求采用星形總線拓撲結構，所有連接的數字影像設備均符合DICOM 3.0 標準。計算機網絡如Gigabit Ethernet、Fast Ethernet、光纖等，用于傳輸影像數據。

2 結果

在PACS－HIS 系統統籌規劃標準下，構建PACS－HIS 集成工作站42 個，HIS 獨立工作站67個(醫師工作站35 個，護士工作站/計費工作站32個)，共計109 個工作站點，覆蓋全院各科室，詳細分布情況見表1。

整合后的PACS－HIS 影像信息綜合系統具有較強的圖像傳輸、數字化存儲、多線索查詢、圖像后處理功能，充分發揮了數字影像設備的優勢，簡化了放射科工作流程。該系統已廣泛應用于本院各臨床科室，實現了全院資源共享。PACS－HIS 體系結構見圖1。

表1 全院PACS－HIS 工作站分布情況

圖1 PACS－HIS 體系結構

3 討論

3.1 PACS、HIS、RIS 的定義 PACS 是應用于現代化醫院的各種數字醫療設備所產生的數字化醫學圖像信息的采集、存儲、診斷、輸出、管理、查詢、信息處理的綜合應用系統。軍字一號工程是整個醫院范圍的信息系統，它用于訪問患者信息，生成各種醫療服務，以及醫療收費管理。RIS 用于工作流程自動化、排定檢查時間、接受解析結果、生成診斷報告等，提供放射科整體流程和操作的控制管理，承擔并執行各種醫學影像環境內常規工作流程的任務和角色。

3.2 PACS、HIS、RIS 整合的關鍵技術

3.2.1 網絡集成技術 隨著醫院現代化進程和醫療設備的更新步伐加快，建設PACS 系統已度過爭論時期而成為必需［4］。PACS 是醫療信息網絡的重要組成部分，是實現醫學圖像信息管理的重要條件。放射科PACS、RIS、HIS 各種信息系統的集成應能滿足它所支持服務的功能需要，最終實現各系統之間的緊密協作，由于計算機工作平臺、成像設備和生產廠家的不同，使得圖像格式、傳輸方式千差萬別，難以實現醫學信息的共享。為了改善和提高醫療信息共享水平，北美放射學會(RSNA)與美國醫療信息和管理學會(HIMSS)發起了IHE(integrated healthcare enterprise)活動。IHE 以現有的標準(HL7、DICOM)為基礎，通過制定技術框架文件使流程和標準的使用更加規范［5］。這些技術規范和框架增強了系統的可移植性和互操作性，IHE 已經成為醫療信息交換協議的權威［6］。結合我院實際情況，計算機中心與PACS 廠商共同研究適合本院的一系列醫學電子數據交換標準，PACS 遵循DICOM 標準，HIS遵循HL7 標準，這些標準是基礎，主要定義了用于傳輸的醫學信息的統一格式，實現了PACS、RIS、HIS 無縫連接，使得醫療工作的流程自動化，管理數字化和信息傳輸實時化。

3.2.2 數據交換同步技術 在PACS、RIS、HIS 系統集成過程中，最主要將HIS 系統中患者信息、醫囑信息與PACS 系統中影像信息進行交換。通過醫學數據交換主要由HL7 標準來完成，筆者采用了點對點通信方式設計出以下流程:患者掛號后，將患者基本信息傳入HIS 系統;放射科工作人員將檢查項目傳送至RIS 系統預約;本院采用的PACS 系統中包含RIS 登記功能，故PACS 系統中可以直接獲取患者申請檢查信息。患者在放射科檢查結束后，護士應用HIS 工作站進行計價，RIS 將檢查圖像傳送到PACS 系統，醫師寫好診斷報告后，報告自動傳送到HIS 系統，使PACS、RIS、HIS 中的患者所有信息實時同步，患者完整就醫檢查記錄一起保存到PACS中，并為HIS 提供多線索的查詢、調閱、顯示功能［1］。

3.2.3 數據存儲技術 數據庫服務器主要提供數據庫的存儲和計算等處理，需有較強的CPU 和更高的I/O 通道，以便提供數據庫的訪問速度，減少網絡瓶頸，網絡文件服務器是網絡邏輯結構的中心，主要為網絡用戶提供文件共享和存儲服務，因此它要有快速的I/O 通道，快速響應的磁盤和高容量的高速存儲器。我院采用惠普的ProLiant DL380 G6 實現文件的存儲，服務器硬盤采用RAID 0 的方式提高系統的性能。PACS 系統將DICOM 3.0 作為圖像文件標準，通過DICOM 3.0 工作站從成像設備獲取的患者的檢查圖像，經過編碼、無損壓縮處理，傳輸并存儲到PACS 圖像服務器上，同時把患者基本信息存儲到數據庫服務器。

3.3 PACS－HIS 應用價值

3.3.1 對患者的意義 (1)提高X 線攝片質量，患者在影像科檢查后醫師將圖像傳至PACS 工作站，通過調節圖像的閾值對比度，彌補了因曝光指數不夠造成圖像質量下降，并在X 線片上顯示中文姓名、性別等信息，通過DICOM 打印工作站洗片功能輸出優質的激光膠片，與傳統X 線片比較無劃痕、折疊，對比度增強，提高了X 線甲級片率，自從應用數字化攝影以來使我院X 線甲級片率由原來平均每日60%上升至80%以上。(2)縮短患者檢查等候時間，患者行X 線檢查完畢后，RIS 系統信息僅需數秒至十余秒將患者影像資料傳送至PACS，放射科醫師即可在PACS 影像工作站閱讀X 線片，寫診斷報告，臨床醫師便可在PACS 終端快捷預覽影像信息。(3)影像存儲安全可靠，永久儲存影像數據資料，我院采取雙重備份，既可利用PACS 數據庫服務器硬盤備份，也可應用光盤備份工作站刻錄光盤，避免患者資料丟失。

3.3.2 對醫師的意義 (1)提高影像診斷率，PACS 診斷工作站有較強的后處理功能，無論是放射科影像醫師還是臨床醫師都能通過PACS 軟件應用工具進行圖像對比度調節、放大、測量、旋轉、標注等輔助診斷。(2)提高醫療質量，臨床醫師只需在PACS－HIS 工作站信息欄輸入患者ID 號即可快速查詢患者檢查資料，通過雙屏幕工作站調閱患者歷史圖像資料，有利于對照診斷。如患者在手術治療過程中，手術醫師還可通過PACS－HIS 工作站調閱圖文并茂的影像資料，有利于手術的順利進行，節省了大量寶貴時間。(3)廣泛應用于教學科研，PACS提供多線索查詢功能，依據病種，檢查部位、診斷結論等分類查詢歸檔，截取圖像，有利于教學科研。

3.3.3 對醫院管理的意義 (1)PACS－HIS 龐大的信息網絡，合計109 個工作站覆蓋全院各個角落，在院內不受時間地點制約，隨時隨地查詢患者資料，專家通過網絡遠程會診，使診療體系的效率明顯提高。(2)無片化管理，大大節省了存儲空間，放射科登記室應用HIS/RIS 工作站管理患者ID 號和放射檢查號，應用PACS 管理圖像，與傳統手工登記查詢、存檔管理比較，減少了人力資源的支出和膠片的存儲空間，降低了運營成本。(3)實現了醫院高效化管理，PACS－HIS 作為全院范圍內的開放系統，為醫院數字化建設奠定了堅實的基礎，優化了放射科的工作流程，已廣泛服務于臨床醫師，增強了醫療團隊協作精神，帶來顯著社會效益和經濟效益，取得了雙贏。

3.4 PACS－HIS 的不足與解決方案 當前的PACS 尚未能完整地整合多種模式圖像的信息。諸如此類的局限性均導致含有豐富醫療信息的圖像數據未能在醫療的全過程(包括普查、診斷、醫療方案設計、治療、療效評價和隨訪等)中充分發揮作用［7］。PACS 稀有中文界面，功能還不夠全面，相對簡單。由于信息網絡龐大，圖像存儲空間不夠，歷史圖像在線時間較短，傳輸速度有待進一步提高。此外，患者數量的增加，放射科各設備產生患者數字化影像大幅增長，現有網絡的傳輸、存儲和部分計算機很難適應現在的需求，系統有待進一步升級改造。諸如此類問題，筆者采用以下解決方案。

3.4.1 應用光纖提高網速 在原有的網絡基礎之上進行擴展到千兆網絡，光纖通信具有傳輸頻帶寬，通信容量大、損耗低、不受電磁干擾、線徑細，重量輕、資源豐富等優點，筆者計劃采用主干線光纖傳送，實現醫院的千兆網絡來提高傳輸速度。

3.4.2 擴大服務器磁盤容量 采用惠普的Pro-Liant DL380 G5 實現對數據庫的存儲。服務器硬盤采用RAID 0 和RAID 1 技術結合起來，數據除分布在多個硬盤外，每個硬盤都有其物理鏡像盤，具有很高的數據冗余能力，允許1 個以下磁盤故障，在不影響系統性能情況下，最大限度地保證系統的安全性和可修復性，并具有快速讀寫能力。

通過以上解決方案，可使PACS－HIS 系統得到升級改造，整合系統使診療和管理流程得到全面優化［8］，提高影像科的工作效率，降低醫院整體運營成本。升級后的綜合信息網絡能迅速將相關影像數據完整地實時傳輸，提高醫學影像綜合管理水平，改變傳統的工作模式，減少患者的排隊等候時間，提高診療效果，它將在影像科室、臨床科室、醫學教育、遠程會診方面發揮重要作用。

［1］ 王耀彬，溫友信，韓向東，等. 影像儲存與傳輸系統和“軍字一號”工程的初步臨床應用［J］. 武警醫學，2004，15(10):752－754.

［2］ 馬 虹，程志亮. PACS 系統在實現影像科完全數字化中的應用體會［J］. 醫療衛生裝備，2008，29(12):35－36.

［3］ 王 韜，高培毅. 醫學影像存儲與傳輸系統建設的若干問題［J］. 中華放射學雜志，2002，36(6):485－486.

［4］ 吳榮狀，歐陽林，王永林，等. 國內醫院PACS 建設概況［J］. 醫療衛生裝備，2005，26:37－38.

［5］ 鄭建國，鐘國康，謝秀秀，等. IHE 互操作性實現機制的研究［J］. 中國醫學計算機成像雜志，2009，15(2):189－194.

［6］ 馮貞貞，鄭西川. 區域醫學影像信息共享的關鍵技術及實現方案［J］. 醫療衛生裝備，2011，32(6):52－54.

［7］ 曹厚德. 醫學影像網格技術——醫學影像數據共享的新動向［J］. 中華放射學雜志，2007，41(2):115－116.

［8］ 薛以峰. PACS 與HIS 融合方法的研究［J］. 醫療衛生裝備，2009，30(4):45－46.