分享|智慧医疗核心：PACS系统如何重塑医院影像管理
随着计算机网络、存储、通信技术的成熟，以及数字化医疗设备的快速发展，医学影像归档与通信系统已经成为医院信息化的必备系统之一，功能已从影像的归档与通信发展到服务与协同，影像数据也成为医疗大数据的组成部分。医学影像归档与通信系统（picture archiving and communication systems，PACS）是应用于医院的数字医疗设备，如CT、MR（磁共振）、US（超声成像）、X线、DSA（数字减影）、CR（计算机成像）、ECT等设备所产生的数字化医学图像信息的采集、存储、管理、诊断、信息处理的综合应用系统。它集医学图像获取、大容量数据存储、图像显示和处理、数据库管理及用于传输影像的局域或广域网络等技术为一体，大大降低了医生对传统硬拷贝技术的依赖，达到更高效低价的观察存储管理回溯和传送医学影像的效果。PACS 技术是进行全数字化影像诊断及管理的重要基础。PACS的业务工作流程相对整个医院其他业务流程较为简单，但技术实现难度大。PACS 的基本框架包括影像设备接口、存储设备、计算机、通讯网络、显示器等。集成的软件系统用来实现通讯、数据库管理、存储管理、任务队列管理、错误处理以及网络监控等功能。在物理结构上采用各种网络将不同类型的设备连接起来，包括医学成像设备、图像采集计算机、数据库和归档管理服务器以及图像显示工作站等。PACS本意是指医学影像的归档和传输，PACS系统的基本组成部分包括：数字影像采集、通讯和网络、医学影像存储、医学影像管理、各类工作站五个部分。如果把PACS比作一条货物传输的流水线，图像获取环节就是获取货物的地方。图像采集工作站负责接纳一台或者多台设备的影像，并把这些影像发送到影像归档服务器或者其他地方。用计算机的术语来说，影像采集工作站是PACS对外的接口，是专门接纳医学影像的接口，也可以称其为影像网关。采集工作站不仅采集数字，还需要采集视频、声音和文字等其他媒体，因此不要误以为影像采集工作站只是针对影像的，这只是一种习惯性的称呼。影像采集工作站是PACS中非常重要的一环，相对于其他工作站，影像采集工作站的信息量和计算量都很大，对其性能和可靠性要求很高。一些新的影像检查设备，比如256排，甚至512排CT，正在大量进入大中型医院的配置当中，该设备每个扫描部位产生的影像量常规达到数百幅，所有这些影像都要经过影像采集工作站进行处理，再转发到归档服务器，因此影像采集工作站的计算密集度和I/O负载都是相当高的。医学影像由影像检查设备产生，最初保存在设备的操作工作站上，经过采集工作站传输到归档服务器上，然后再通过归档服务器传输到阅片工作站、打印工作站等设备上。对于影像数据本身，这基本上是一个单向的过程。如果阅片工作站对影像进行标注，标注信息存储于图像文件内的时候，就需要将修改后的文件传输回归档服务器，在这种情况下图像的传输是双向的。在整个PACS架构当中，管理与归档服务器处于中心位置，它是所有影像和报告数据的汇聚点，也是中心服务点。目前的PACS架构基本上属于服务器/客户端模型，服务器处于系统的中心位置，一般聚集了主要的数据和服务，客户端则通过访问服务器获得需要的数据和服务。管理与归档服务器主要的作用是归档和管理。简单理解，就是专门存储影像和其他数据的服务器以及具备专门将这些影像提供给医生使用的功能。由于管理与归档服务器需要对可能高达几百的客户端提供并发的海量数据服务，因此，对服务器提出了很高的要求，尤其是服务器的存储和I/O，配置不当将影响整个系统的整体表现。应用服务器是以管理和归档服务器为基础，对外提供某一种专门的与PACS有关服务的实体。主要的应用服务器有：1、Web影像服务器 能够以Web的形式对外提供对DICOM影像的查询和阅览功能。2、Web报告服务器 能够以Web的形式对外提供影像报告。可能需要将DICOM影像转换为JPG等互联网通用的图像格式，也可能需要提供标准XML格式的结构化报告。3、远程影像会诊服务器 提供远程影像的传输和互动会诊功能。5、教育与科研服务器 为医学教学和科研提供专门的搜索、传输和阅片服务器。影像阅片工作站是检查科（临床科）医生浏览图像、书写报告、查阅病人相关信息的工具。其主要功能有：2、与HIS、RIS无缝连接，能够获取RIS、HIS的数据。4、能够显示和操作各种类型的医学图像，如CR、DR、CT、MRI、DSA、US、CD等；可显示播放各种动态影像，如超声、DSA等。7、查询功能，支持姓名、检查号、申请科室、疾病名、日期等查询项目，支持以病人为中心的简洁查询。PACS在中国起源于20世纪90年代初，当时全国的医院信息化刚刚起步，影像设备数字化水平低。经过20年的发展，医院信息化投入和技术水平飞速发展。PACS 在各医院的建设应用差别很大。根据一套PACS连接覆盖的广度将PACS进行如下分类。基于广域网的PACS系统是最大型的PACS系统，多用于不同医院之间实现PACS信息数据的相互共享以及医疗资源共享，也可以认为是不同或相同PACS之间通过广域网以及中间件或HL7等国际标准而建立起的超大型PACS系统。此类PACS系统的应用目前在世界，尤其是国内并不多见，但相信会成为PACS系统的发展方向，从而实现医学影像网络环境下的高度信息、资源共享。因为此类PACS系统的运行环境为互联网，因此系统和数据的安全问题尤为重要，如何通过现代高科技技术保证数据安全将成为今后PACS研究的关键技术之一。全院PACS（full PACS）是采用模块化结构、开放性架构，连接全院影像设备、诊断科室和临床科室，是规模大、复杂度高、信息共享要求高的PACS。全院PACS需要连接全院所有影像设备，并与医院的HIS、RIS等信息系统做到数据和流程上的紧密融合，并能提供远程放射学服务。医院无胶片化后，一般需要部署高端的存储设备，并制订完善的存储及备份方案，对全院网络的性能要求也比较高。因此全院PACS的投资和实施难度大，但其相对的效益也是最大的。实施全院PACS后，可以实现真正取消胶片的要求，直接节约医院成本，同时各类影像数据能够在全院范围内流通，直接提高影像的使用效率和应用面，实现真正意义的大影像，对医院的临床以及教学科研工作都有很大程度的促进。Mini-PACS是运行在某个检查科室内部的PACS，同样要包括申请预约、DICOM网关、数据库、诊断工作站、服务器以及管理工作站、报告工作站等。Mini-PACS一般不与医院的HIS相连，所有数据和工作流都是在诊断科室内部流转，可以说是一种自给自足的PACS。现在许多医院的PACS都是从放射科或其他诊断科室的Mini-PACS开始，然后再到全院PACS。因此也就出现了如何将Mini-PACS的已有数据顺畅无误的转入全院PACS中等一系列问题。如Mini-PACS与全院PACS是同一个厂商的，相对容易。但如果不是，就需要双方协商接口或是开放数据库权限。因此，医院在对Mini-PACS或全院PACS进行选型时，应考虑到这些后续问题，否则会造成病例信息丢失或是信息匹配错误等重大问题，降低数据的延续性，形成信息孤岛。顾名思义，单机工作站是运行于单机平台的非网络版PACS工作站。它一般具有DICOM网关、本地数据库、诊断和图文报告功能。优点是安装简单、价格较低，比较适用于一些较小的基层医院以及部分特殊情况，如查体中心等。但由于单机工作站的所有数据和影像都是存在本地，不能为远端使用，所以其数据共享性较差，数据的在线时长也受到较大限制，往往会形成信息孤岛。尽管这样，单机工作站的设计思想还是有其一定的可取性。如对于PACS视频影像子系统来说，一般都是一台工作站连接一台设备（如显微镜、超声等），为了保证医生在网络连接不通畅或其他网络传输受限的情况下仍然能继续工作，如果PACS视频影像子系统能提供本地和远程两种数据连接方式，那么就可以实现上述需求。PACS流程从病人开始在HIS登记（挂号登记）或在RIS中进行检查登记开始。然后病人进入检查室，技师进行检查，接着阅片、书写报告和影像及图文报告归档。1、临床医生在医生工作站中录入电子检查申请单，并将申请单传入RIS系统。2、影像检查科室的RIS中对电子检查申请单的信息进行预约、审核、划价确认。3、RIS与PACS的接口引擎通讯，向对方传递包括个人信息和检查信息的HL7消息。4、PACS接口引擎通知归档服务器有新的需要调度的检查。5、病人到达检查科室，检查设备向PACS接口引擎请求worklist。6、对于支持worklist的DICOM设备，电子申请单直接传入影像设备，在影像设备中选择病人，直接安排检查。采集后的影像自动送往PACS；对于不支持worklist的影像设备，需要在设备中输入病人的基本信息。7、技师进行检查操作，将得到的DICOM影像发送到采集工作站，在采集工作站完成质量控制等操作。8、影像采集工作站接收到影像后，将影像送往PACS存储服务器。如果申请科室存在缓存服务器，则影像也同时发送到科室缓存服务器。10、影像诊断医生对影像进行了修改或标注，则通知归档服务器更新信息并上传更新后的影像。11、影像诊断医生在PACS诊断工作站上书写检查报告。12、PACS接口引擎向HIS/RIS发送信息，通知更新检查状态。13、临床医生获取影像和检查报告作为诊断的依据之一。以上所描述的是现今常规的影像检查流程。随着数字影像设备和信息技术的快速发展，以及临床诊疗需求的变化，影像检查系统中的部分环节时有改变。不同医院的不同影像学检查也会不同。如急诊病人，影像科室会快速的先出一份急诊报告给医生进行紧急处理，最终正式的检查报告依据规范流程在之后送达临床科室。
