CT图像的PACS存档与通信应用研究

摘 要 在医疗信息化的进程中，具有重要的地位，发挥着重要作用。由于CT（Computed Tomography）在医院影像诊断的重要作用，利用PACS系统进行CT图像的存档，通信，和显示是一个重要命题。本文对CT影像在PACS系统下的通信和存档，包括CT图像的文件化标准，及在PACS下系统工作原理以及与HIS/RIS的信息交互和协同工作做了详细论述，在医院信息化的条件下具有重要意义。

关键词 CT；PACS；医学图像存档系统；DICOM；HL7

中图分类号TN91 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）104-0196-03

在医院信息化的进程中，PACS系统一直处于最关键的地位当中，PACS是英文的缩写，这对于影像以及通信系统来说也是十分重要的，这代表着一个时代，也称为医学影像信息系统[1]。医学CT（Computed Tomography）是医学影像的一个重要工具，医学CT影像在医学诊断中具有重要地位。医学影像是由各种各样的影像设备生成的。医学图像需要在医疗机构内部，及医疗机构之间进行传输，存储并结合病人的身份信息和诊断信息等。PACS在CT图像的存储与通信方面具有重要作用和便利。

1 PACS

在医学界，影像信息比较全面一些，这可以称之为PACS，这跟临床信息系统有着很大关系，跟医院信息系统有关系。PACS、RIS的相互结合，这是一个非常重要的命题。PACS/RIS跟医学影像、还有数字化图像技术有一些潜在联系，与通信工程是相互结合的。医学图像和PACS有着很大的关系，它在PACS下通信显示的能力有很大的意义，笔者对HIS、RIS的相互连接做了分析：

关于医学影像信息系有很多种说法，尤其是在定义方面却不大相同，在狭义上，它是指对于图像技术管理方面做出具体分析，这些信息包括很多，主要有图像储存，还在通信上的重新建立。临床信息系统是指支持医院医护人员的临床活动，收集和处理病人的临床医疗信息的信息管理系统；放射学信息系统是指以放射科的登记、分诊、影像诊断报告以及放射科的各项基本管理和流程等的基于图像对象和放射科医生诊断流程管理的查询，统计信息系统；医院信息系统是指覆盖医院所有业务包括医疗和医疗管理及其业务全过程的信息管理系统；实验室信息系统是一类用来处理实验室管理和实验过程信息的信息系统。

2 CT影像的存储

2.1 CT图像信息模型

随着计算机技术和信息化的发展，我们认为所需存储的图像为数字图像。数字医学图像的结构典型有3个层次：像素值层次，文件头层次，和病人信息层次。表1列出了集中图像模态所生成图像的典型大小。

由CT图像设备所生成的医学图像被作为由像素组成的信息对象来存储。像素在灰度图像中包含灰度等级，在彩色图像中包含RGB（红，绿，蓝）值。灰度级取决于CT设备的采像程序，RGB值由红，绿，蓝元素组成，每种颜色由一个8bit值（0～255）来表示。512*512*12bit的CT图像等价于512*512*2=524288B，近视0.5MB。（12bit需要2B存储空间）

2.2医学图像存档系统

PACS在获取方面是由数据获取的，还跟显示、存档有着并列组成的关系。对于数据获取系统的组成，主要是有CT影像设备组成。一台装有海量存储器看起来量不大，但是却很重要，它是存档系统的组成部分，将CT图像存档，以支持以后的读取操作。在系统上，它显示多个区域工作方向，允许医生观察和处理CT图像。由获取系统获得的CT图像被传送到存档系统的服务器主机，存储到存储设备，或者分发到不同显示工作站。

PACS的一个存档系统由4个主要部分组成：档案服务器，数据库管理系统，存储子系统和通信网络。CT图像通过网络从获取设备传送到档案服务器和显示工作站。一个与医院信息系统（HIS）和放射科信息系统（RIS）接口的PACS网关使得档案服务器能从HIS和RIS接受信息。

图1 图像存档系统配置

档案服务器的任务比较多，相对于计算机来说任务也比较多，是一个多任务计算机。带有高容量主存（RAM）、双CPU或多CPU和高速网络接口，及图像处理软件，用以控制CT图像的存档、读取和分发。

主要功能：

1）接受CT图像；

2）将CT图像存储到存储系统；

3）将图像路由到显示工作站；

4）更新数据库表；

5）处理显示工作站的检索、读取请求。

存储子系统支持两级图像存储：用于即时存取的短期存储，用于长期存档的长期存储。

2.3数据库存储CT图像

PACS跟HIS、LIS在医学信息方面不相同的一点就是：有大量的数据储存，如果我们能够对PACS数据合理设计的话，那么数据存储也会更加完善，这对建设PACS也有很大帮助。在像素级层次，512*512*12bit的CT图像为512k，近视0.5MB。合理的文件头层次和病人信息层次设计成为关键。

数据以DICOMT图像的形式存储作为数据库存储和开发的对象。DICOM图像是指数字医疗设备的图像按DICOM标准组织得到的文件[3]。DICOM图像至少包含一个文件头和一个图像数据集合，合理地设计文件头层次和内容，为以后的数据库编程带来方便，也是医院工作人员对CT图像以及病人信息进行查询，显示，诊断的实际要求。

2.4光盘存储影像[4]

数字化影像技术，采用大容量存储管理方式和存储介质实现海量数据存储，一个很实际的存储方式是利用关盘进行CT数字影像的存储。存储的数据以DICOM文件的形式存储包括基本CT影像数据，病人姓名、年龄等基本信息。光盘一共两张，一张为原始盘，一张为备份盘，相关数据可以很方便地在PC机上调阅，或编程查询，显示。

3影像的传输

3.1 DICOM图像通信标准

CT属于高档医疗设备，经历了从非螺旋到螺旋，从体部成像到血管等局部器官成像，从低速旋转到高速旋转，从双排到8排、64排直至320排等重大发展[5]，CT医学图像存储与传输的归一化是一个重大课题。

DICOM标准，是有一些组织决定的，这个组织主要是由美国国家电气制造商协会以及美国放射学学院组成的，最主要的目的是为目的是为多种图像设备提供连通性和互操作性，统一各种数字化影像设备的数据格式和数据传输标准，以便于个别系统之间图像通信和交换。在此基础上，CT图像文件采用初级图像分割，JPEG有损图像压缩被采用[6]。

3.2信息对象

DICOM中定义医学图像为信息对象，或数据集。一个系统或应用将一幅图像传输到另一个系统或应用时发生一次图像通信。在一次CT图像传输中，CT图像作为信息对象被传输到一个PACS数据获取计算机，当然这些信息对象同样被存档和显示。

3.3对服务类分析

服务类是将信息对象与作用在其上的命令联系在一起，并说明命令元素的要求及作用在信息对象上的结果。服务类可以简单理解为DICOM提供的命令或应用程序的内部调用函数。一个PACS应用在DICOM中成为应用实体（AEs）。

3.4 CT图像C-STORE DIMSE

一个从PACS数据获取计算机向档案服务器传送CT图像的服务。

1）数据获取计算机向一个档案服务器一个ASSOCIATION请求；

2）档案服务器准许连接；

3）数据获取计算机调用C-STORE服务，并请求在档案服务器存储一个CT图像；

4）档案服务器接收请求；

5）数据获取计算机传送图像到档案服务器；

6）档案服务器存储CT图像在存储设备中，并通知操作成功；

7）一个解除连接的请求；

8）连接解除。

4档案服务器软件

CT图像从数据获取计算机被传送到档案服务器。档案服务器有专用的应用软件控制图像的存档读取和分发。档案服务器专用软件采用C/S编程，对各数据获取计算机，显示计算机以及诊断终端计算机提供服务器的功能，并对接收到的CT图像在专用存储设备中进行存档。档案服务器主要任务包括图像接受，图像路由，图像堆栈，图像存档，数据库更新，图像读取，和图像预区。

5 HIS/RIS接口

PACS对CT图像的成功操作离不开与HIS/RIS的接口。PACS与HIS/RIS的无缝对接实现了医院各科室的信息交互，基本信息共享，大大提高了医院的医疗，急救，科研，教学水平[7]。HIS，RIS，PACS是不同的医院健康护理系统，这些不同系统之间的信息交互，通过通信网络和TCP/IP协议，在C/S的基础上进行。HL7是一个工业标准数据接口，PACS利用HL7界面从HIS或RIS中获得消息或事件。

在临床环境下，PACS调取CT图像的速度可能跟不上临床诊断的需要，通过与HIS/RIS的接口预先获知病人的治疗阶段状态，可以对历史数据预取出，并分发到目的显示站，完成病人检查。专用的预取表存储疾病分类，CT医生，主治医生，CT图像的数量和年限等参数数据，决定着那些CT图像通过PACS应用被读取。

CT图像通过PACS应用读取后，在终端设备需要进行图像重建。图像重建有解析法[8]和代数法[9]。医用CT中所采用的算法绝大多数属于解析法中的滤波反投影（Filtered Back Projection，FBP）算法。[10] Sidky等[11] 提出了一种基于最小化受约束全变分（Total Variation，TV）的 CT 重建算法，旋转一圈只需采样 25 个即可取得与 128 个样点的滤波反投影（Filtered Back Projection，FBP）算法基本一致的重建效果。

CT图像通过PACS读取后，需要进行CT图像的重建。CT图像的重建由各种各样的算法，是图像处理过程中一个重要环节，也是整个CT处理过程中的难点。[12]

6 CT图像标准化

自从20世纪末期，有美国人发病了一些关于临床诊断方法，比如CT，这是一种成像技术，这种技术发展的很快。刚开始在医学临床上，只用了单层的CT，后来在95年，有位学者研究出了双层的CT，1998 年GE 推出了 4 层 CT，在此之后的近十年间 CT 探测器的层数迅速增加，8 层、16 层、64 层、128 层、256 层的 CT 不断涌现[14]，广泛用于医学，工业，安全检查等领域，CT图像的格式出现不归一。

CT图像按照DICOM格式被存档到存储介质。一个DICOM文件由一个超信息文件头和一个图像信息对象组成。信息头包含病人姓名，图像尺寸等信息，这些DICOM 文件存档。当读出时，仅仅从文件中提取封装的图像信息对象。

对于PACS系统两个层次的标准化是必须的。第一层标准是在PACS中的多发送站设备，涉及处理信息访问和系统之间通信的数据和图像标准。第二层的标准化为了医学需求和数据的使用。

7结论

自从CT发展到现在，CT的发展速度已经非常快了，这算是到了第六代了，当前CT开发和研究比以往更加活跃。由于CT（计算机断层成像技术）影像在医院诊断中具有的重要地位，对CT图像的存档，通信和显示在医院信息化的背景下具有重要的意义。首先建立图像信息模型，在最大限度保留CT图像原始信息的前提下，文件头加入病人姓名，图像历史，等数据，分层规范化地归一CT图像数据。DICOM为医学数字图像和通信标准，通过PACS系统对CT图像进行存档和管理，并利用其与HIS/RIS的接口进行与HIS/RIS的信息交互，HL7工业数据接口被提及。本文的撰写对CT影像在PACS系统下的通信和存档，包括CT图像的文件化标准，及在PACS下系统工作原理以及与HIS/RIS的信息交互和协同工作做了论述，在医院信息化的条件下具有重要意义。

参考文献

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