两种PACS的结构与实现初探

【关键词】 ,图像归档与传输系统;计算机技术;医学影像;讲座

　　［关键词］ 图像归档与传输系统;计算机技术;医学影像;讲座

　　PACS（picture archiving and communication systems），又称为图像归档与传输系统;广泛应用于医院放射科乃至整个医院的医学图像管理系统，其产生与计算机技术的发展对医疗影像设备数字化改进密切相关。时至今日，PACS已经成为医院实现数字化的切入点和关键点。随着近年我国一些大型医院的PACS投入运行，逐步明晰分流到两种不同的实现方案;本文仅就这两种方案予以分析，为更多医院的信息化建设提供参考。

　　1 PACS的基本模块与功能

　　在现阶段，我国多数医院仅在放射科内部实现了影像共享的PACS或者在努力准备构建这种系统。在这种情况下，本文仅仅讨论一下放射科规模的PACS的构成。这种系统主要由图像数据的采集与预处理、显示与访问查询、图像归档存储、数据库管理和工作流管理这几大模块组成（图1）。

　　图1 PACS的结构模块（略）

　　图像采集与预处理模块负责通过直接或间接方式获取医学图像的数据，并进行初步的简单图像处理，为图像的数字化存储做准备。数据库模块为图像数据的存储、查询、备份等提供软件支持，是整个PACS的核心软件模块。图像归档与存储模块提供图像数据的存储与备份，为图像的长时间大容量存储提供手段。工作流管理模块是整个PACS的控制中枢，管理整个网络，协调与管理系统中各个设备，使之正常可靠地运行，并为系统的扩展提供手段。图像显示与查询及报告模块主要为医师的诊断提供支持与帮助。

　　2 PACS的体系结构

　　PACS有很多种分类方法。在此按范围来分类，可以分为放射科内部PACS、医院范围PACS和医院之间乃至跨地区的PACS。其中，在我国现在主要以放射科内部PACS和 医院范围PACS为主。这两种系统，以目前技术而言相对容易实现。可以利用以太网（ether-net）在科室内部及科室之间实现医学图像与信息资源的共享。早期，PACS以放射科内部应用为主。在体系结构上以简便实用的集中式布局结构为主（图2）。这种结构中，主要通过具有DICOM接口的网络将图像数据（包括直接获得与间接转换的图像数据）存贮于专用的图像存储服务器中。当其他工作站要调用图像数据、查询资料、登记病人信息时，可以通过带有可与数据库管理系统（DBMS）通讯的工作站软件调用服务器中的图像数据资料。从工作流程看，这种网络结构简单明了，容易实现，组网成本也较低;但由于网络结构的原因，图像都存储于一个服务器中，网络的可靠性及数据的安全性很差。这就对系统的硬件可靠性有较高的要求。

　　图2 集中式PACS结构图（略）

　　近年来，越来越多的大型医院已经拥有了放射科小型PACS，此时要求要有覆盖医院各科室的大型系统以共享影像资料，节约运行成本，同时与医院信息系统（HIS）互联。随着网络通讯技术的飞速发展，一种适应新形势需求的分布式PACS体系网络应运而生（图3）。在这种系统中，图像数据资料被存储于相互备份的多级图像服务器中。不同的服务器有不同存储功能，又互相备份，从而以多点存储代替了一点存储，有效地提高了数据的安全性。但随之而来，这种系统的结构趋于复杂，系统的稳定性与维护的复杂性相应地有了提高。在这种系统中，由于有多台服务器进行交叉备份存储，系统盈余度较大，保证了数据的安全性，同时又有磁盘 阵列与光盘库以及磁带库针对数据调用的频繁程度进行分期存储。由于针对不同期的资料采用不同的存储介质进行存储，在一定程度上降低了此系统的运行成本，使得从经济角度考虑系统安装的可行性有了提高。同时，这种结构的系统运行的可靠性有了保证，因为在同一系统中多台服务器同时出现随机性故障的概率是极低的（前提是系统选用高可靠性硬件）。当系统中某台服务器出现故障时，系统自动根据优先级的顺序由其他服务器取代故障机的功能，从而保证了日常医疗工作正常进行，避免了因对网络的依赖度的提高而产生的日常工作体系稳定性变低的缺陷。同时，这一结构在多总线的基础上，便于与医院HIS服务器的互联，系统的可扩展性大为提高。

　　图3 分布式PACS结构图（略）

　　3 PACS的实现

　　综合我国影像学发展现状和医院的经济承受能力以及计算机科学的飞速发展，我们认为医院PACS应分步骤加以实现。首先要在影像科室内部实现PACS，实现影像资料的无胶片数字化存储，这一系统要具有图像简单处理与格式转换、图像查询、报告生成与初步的计算机辅助诊断功能，在这一时期，以小型化的集中式PACS为好，实现起来也较为容易;其次，要在影像科PACS应用成熟时扩大网络规模，采用分布式系统与HIS实现互联，在信息共享同时保证了信息安全性与系统可靠性，实现科室之间远程会诊与资源共享、医疗信息与医院管理的现代化，所有系统组成符合DICOM 3.0与HL7标准;第三阶段，在计算机及网络通讯科学发展基础上，采用新型计算机网络实现远程会诊及医疗教学。当前，我们国家PACS还没有在多数医院得以推广，资金和技术是主要原因。在国内，多数开发PACS的厂家也刚刚发展起来，国外厂家多采用高性能服务器组网，成本很高;中小型医院资金有限，限制了PACS的推广应用。因此，应根据医院的具体情况，采用合理的结构形式组建符合医院需要的PACS，同时要在长远发展的要求下对系统的可扩展性予以考虑，这样就能在符合医院要求的基础上组建最合适的系统，推动医院的发展，实现管理的现代化。

　　（本文编辑 黄建乡）

　　（南京大学医学院附属鼓楼医院，江苏 南京 210008 放射科; 核医学科）