CT圖像的PACS存檔與通信應用研究

孟 勛

西安工業大學電子信息工程學院，陜西西安 710021

在醫院信息化的進程中，PACS 系統一直處于最關鍵的地位當中，PACS 是英文的縮寫，這對于影像以及通信系統來說也是十分重要的，這代表著一個時代，也稱為醫學影像信息系統[1]。醫學CT（Computed Tomography）是醫學影像的一個重要工具，醫學CT 影像在醫學診斷中具有重要地位。醫學影像是由各種各樣的影像設備生成的。醫學圖像需要在醫療機構內部，及醫療機構之間進行傳輸，存儲并結合病人的身份信息和診斷信息等。PACS 在CT 圖像的存儲與通信方面具有重要作用和便利。

1 PACS

在醫學界，影像信息比較全面一些，這可以稱之為PACS，這跟臨床信息系統有著很大關系，跟醫院信息系統有關系。PACS、RIS 的相互結合，這是一個非常重要的命題。PACS/RIS跟醫學影像、還有數字化圖像技術有一些潛在聯系，與通信工程是相互結合的。醫學圖像和PACS 有著很大的關系，它在PACS 下通信顯示的能力有很大的意義，筆者對HIS、RIS 的相互連接做了分析：

關于醫學影像信息系有很多種說法，尤其是在定義方面卻不大相同，在狹義上，它是指對于圖像技術管理方面做出具體分析，這些信息包括很多，主要有圖像儲存，還在通信上的重新建立。臨床信息系統是指支持醫院醫護人員的臨床活動，收集和處理病人的臨床醫療信息的信息管理系統；放射學信息系統是指以放射科的登記、分診、影像診斷報告以及放射科的各項基本管理和流程等的基于圖像對象和放射科醫生診斷流程管理的查詢，統計信息系統；醫院信息系統是指覆蓋醫院所有業務包括醫療和醫療管理及其業務全過程的信息管理系統；實驗室信息系統是一類用來處理實驗室管理和實驗過程信息的信息系統。

2 CT 影像的存儲

2.1 CT 圖像信息模型

隨著計算機技術和信息化的發展，我們認為所需存儲的圖像為數字圖像。數字醫學圖像的結構典型有3 個層次：像素值層次，文件頭層次，和病人信息層次。表1 列出了集中圖像模態所生成圖像的典型大小。

表1 數字圖像的分辨率

由CT 圖像設備所生成的醫學圖像被作為由像素組成的信息對象來存儲。像素在灰度圖像中包含灰度等級，在彩色圖像中包含RGB(紅，綠，藍)值。灰度級取決于CT 設備的采像程序，RGB 值由紅，綠，藍元素組成，每種顏色由一個8bit 值（0～255）來表示。512*512*12bit 的CT 圖像等價于512*512*2=524288B，近視0.5MB。（12bit 需要2B 存儲空間）

2.2 醫學圖像存檔系統

PACS 在獲取方面是由數據獲取的，還跟顯示、存檔有著并列組成的關系。對于數據獲取系統的組成，主要是有CT 影像設備組成。一臺裝有海量存儲器看起來量不大，但是卻很重要，它是存檔系統的組成部分，將CT 圖像存檔，以支持以后的讀取操作。在系統上，它顯示多個區域工作方向，允許醫生觀察和處理CT 圖像。由獲取系統獲得的CT 圖像被傳送到存檔系統的服務器主機，存儲到存儲設備，或者分發到不同顯示工作站。

PACS 的一個存檔系統由4 個主要部分組成：檔案服務器，數據庫管理系統，存儲子系統和通信網絡。CT 圖像通過網絡從獲取設備傳送到檔案服務器和顯示工作站。一個與醫院信息系統（HIS）和放射科信息系統（RIS）接口的PACS 網關使得檔案服務器能從HIS 和RIS 接受信息。

圖1 圖像存檔系統配置

檔案服務器的任務比較多，相對于計算機來說任務也比較多，是一個多任務計算機。帶有高容量主存（RAM）、雙CPU 或多CPU 和高速網絡接口，及圖像處理軟件，用以控制CT 圖像的存檔、讀取和分發。

主要功能：

1）接受CT 圖像；

2）將CT 圖像存儲到存儲系統；

3）將圖像路由到顯示工作站；

4）更新數據庫表；

5）處理顯示工作站的檢索、讀取請求。

存儲子系統支持兩級圖像存儲：用于即時存取的短期存儲，用于長期存檔的長期存儲。

2.3 數據庫存儲CT 圖像

PACS 跟HIS、LIS 在醫學信息方面不相同的一點就是：有大量的數據儲存，如果我們能夠對PACS 數據合理設計的話，那么數據存儲也會更加完善，這對建設PACS 也有很大幫助。在像素級層次，512*512*12bit 的CT 圖像為512k,近視0.5MB。合理的文件頭層次和病人信息層次設計成為關鍵。

數據以DICOMT 圖像的形式存儲作為數據庫存儲和開發的對象。DICOM 圖像是指數字醫療設備的圖像按DICOM 標準組織得到的文件[3]。DICOM 圖像至少包含一個文件頭和一個圖像數據集合，合理地設計文件頭層次和內容，為以后的數據庫編程帶來方便，也是醫院工作人員對CT 圖像以及病人信息進行查詢，顯示，診斷的實際要求。

2.4 光盤存儲影像[4]

數字化影像技術，采用大容量存儲管理方式和存儲介質實現海量數據存儲，一個很實際的存儲方式是利用關盤進行CT數字影像的存儲。存儲的數據以DICOM 文件的形式存儲包括基本CT 影像數據，病人姓名、年齡等基本信息。光盤一共兩張，一張為原始盤，一張為備份盤，相關數據可以很方便地在PC機上調閱，或編程查詢，顯示。

3 影像的傳輸

3.1 DICOM 圖像通信標準

CT 屬于高檔醫療設備，經歷了從非螺旋到螺旋，從體部成像到血管等局部器官成像，從低速旋轉到高速旋轉，從雙排到8 排、64 排直至320 排等重大發展[5]，CT 醫學圖像存儲與傳輸的歸一化是一個重大課題。

DICOM 標準，是有一些組織決定的，這個組織主要是由美國國家電氣制造商協會以及美國放射學學院組成的，最主要的目的是為目的是為多種圖像設備提供連通性和互操作性，統一各種數字化影像設備的數據格式和數據傳輸標準，以便于個別系統之間圖像通信和交換。在此基礎上，CT 圖像文件采用初級圖像分割，JPEG 有損圖像壓縮被采用[6]。

3.2 信息對象

DICOM 中定義醫學圖像為信息對象，或數據集。一個系統或應用將一幅圖像傳輸到另一個系統或應用時發生一次圖像通信。在一次CT 圖像傳輸中，CT 圖像作為信息對象被傳輸到一個PACS 數據獲取計算機，當然這些信息對象同樣被存檔和顯示。

3.3 對服務類分析

服務類是將信息對象與作用在其上的命令聯系在一起，并說明命令元素的要求及作用在信息對象上的結果。服務類可以簡單理解為DICOM 提供的命令或應用程序的內部調用函數。一個PACS 應用在DICOM 中成為應用實體（AEs）。

3.4 CT 圖像C-STORE DIMSE

一個從PACS 數據獲取計算機向檔案服務器傳送CT 圖像的服務。

1）數據獲取計算機向一個檔案服務器發布一個ASSOCIATION 請求；

2）檔案服務器準許連接；

3）數據獲取計算機調用C-STORE 服務，并請求在檔案服務器存儲一個CT 圖像；

4）檔案服務器接收請求；

5）數據獲取計算機傳送圖像到檔案服務器；

6）檔案服務器存儲CT 圖像在存儲設備中，并通知操作成功；

7）一個解除連接的請求；

8）連接解除。

4 檔案服務器軟件

CT 圖像從數據獲取計算機被傳送到檔案服務器。檔案服務器有專用的應用軟件控制圖像的存檔讀取和分發。檔案服務器專用軟件采用C/S 編程，對各數據獲取計算機，顯示計算機以及診斷終端計算機提供服務器的功能，并對接收到的CT 圖像在專用存儲設備中進行存檔。檔案服務器主要任務包括圖像接受，圖像路由，圖像堆棧，圖像存檔，數據庫更新，圖像讀取，和圖像預區。

5 HIS/RIS 接口

PACS 對CT 圖像的成功操作離不開與HIS/RIS 的接口。PACS 與HIS/RIS 的無縫對接實現了醫院各科室的信息交互，基本信息共享，大大提高了醫院的醫療，急救，科研，教學水平[7]。HIS,RIS,PACS 是不同的醫院健康護理系統，這些不同系統之間的信息交互，通過通信網絡和TCP/IP 協議，在C/S的基礎上進行。HL7 是一個工業標準數據接口，PACS 利用HL7界面從HIS 或RIS 中獲得消息或事件。

在臨床環境下，PACS 調取CT 圖像的速度可能跟不上臨床診斷的需要，通過與HIS/RIS 的接口預先獲知病人的治療階段狀態，可以對歷史數據預取出，并分發到目的顯示站，完成病人檢查。專用的預取表存儲疾病分類，CT 醫生，主治醫生，CT 圖像的數量和年限等參數數據，決定著那些CT 圖像通過PACS 應用被讀取。

CT 圖像通過PACS 應用讀取后，在終端設備需要進行圖像重建。圖像重建有解析法[8]和代數法[9]。醫用CT 中所采用的算法絕大多數屬于解析法中的濾波反投影(Filtered Back Projection,FBP)算法。[10]Sidky 等[11]提出了一種基于最小化受約束全變分（Total Variation，TV）的 CT 重建算法，旋轉一圈只需采樣 25 個即可取得與 128 個樣點的濾波反投影（Filtered Back Projection，FBP）算法基本一致的重建效果。

CT 圖像通過PACS 讀取后，需要進行CT 圖像的重建。CT圖像的重建由各種各樣的算法，是圖像處理過程中一個重要環節，也是整個CT 處理過程中的難點。[12]

6 CT 圖像標準化

自從20 世紀末期，有美國人發病了一些關于臨床診斷方法，比如CT，這是一種成像技術，這種技術發展的很快。剛開始在醫學臨床上，只用了單層的CT，后來在95 年，有位學者研究出了雙層的CT，1998 年GE 推出了 4 層 CT，在此之后的近十年間 CT 探測器的層數迅速增加，8 層、16 層、64 層、128 層、256 層的 CT 不斷涌現[14]，廣泛用于醫學，工業，安全檢查等領域，CT 圖像的格式出現不歸一。

CT 圖像按照DICOM 格式被存檔到存儲介質。一個DICOM文件由一個超信息文件頭和一個圖像信息對象組成。信息頭包含病人姓名，圖像尺寸等信息，這些DICOM 文件存檔。當讀出時，僅僅從文件中提取封裝的圖像信息對象。

對于PACS 系統兩個層次的標準化是必須的。第一層標準是在PACS 中的多發送站設備，涉及處理信息訪問和系統之間通信的數據和圖像標準。第二層的標準化為了醫學需求和數據的使用。

7 結論

自從CT 發展到現在，CT 的發展速度已經非常快了，這算是到了第六代了，當前CT 開發和研究比以往更加活躍。由于CT（計算機斷層成像技術）影像在醫院診斷中具有的重要地位，對CT 圖像的存檔，通信和顯示在醫院信息化的背景下具有重要的意義。首先建立圖像信息模型，在最大限度保留CT 圖像原始信息的前提下，文件頭加入病人姓名，圖像歷史，等數據，分層規范化地歸一CT 圖像數據。DICOM 為醫學數字圖像和通信標準，通過PACS 系統對CT 圖像進行存檔和管理，并利用其與HIS/RIS 的接口進行與HIS/RIS 的信息交互，HL7 工業數據接口被提及。本文的撰寫對CT 影像在PACS 系統下的通信和存檔，包括CT 圖像的文件化標準，及在PACS 下系統工作原理以及與HIS/RIS 的信息交互和協同工作做了論述，在醫院信息化的條件下具有重要意義。

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