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    PACS發展方向與應用研究
    2011年10月28日

    PACS 覆蓋了醫學影像從獲取、傳輸、存儲、顯示和管理的整個過程。PACS 系統從小型單機工作站的Mini PACS、科室級的Digital PACS、全院級Full-Service PACS 到區域PACS,在規模上相差懸殊,但都采用DICOM(Digital Imaging andCommunications in Medicine)標準,具有醫學影像獲取和傳輸、大容量數據存儲、圖像顯示和處理功能。

            PACS 的主要功能和應用包括:用圖像服務計算機來管理和保存圖像(以取代傳統膠片庫);醫生用影像工作站來看片(以取代傳統的膠片與膠片燈);通過 DICOM 3.0 國際醫療影像通訊標準和診斷工作站將全院各科室臨床主治醫師、放射科醫師和??漆t師以及各種影像、醫囑和診斷報告聯成一網;用WEB、Email 等現代電子通訊方式來做遠程診斷和專家會診(以取代傳統的膠片郵寄和電話、書信等);用專業二維、三維分析軟件輔助診斷;用專業醫療影像診斷報告軟件以取代傳統錄音和紙筆。

            PACS 系統的發展經歷從簡單到高級、由技術研究到廣泛商業應用的過程。1985年美國軍方開始DINPACS的研究開發,上世紀九十年代中期第一代商業PACS 產品的問世,PACS 系統發展到今天已被醫療機構廣泛接受并越來越普及,應用層次也從醫學影像的瀏覽存儲,向更高級應用的區域PACS 和計算機輔助診斷CAD(Computer Aided Diagnoses)方向發展。

    PACS 技術發展趨勢

            PACS 技術近年的發展集中在區域影像中心、三維重建、多影像融合和計算機輔助診斷幾個方面。目前,國外的醫學研究機構和醫療軟件提供商已經推出了三維重建(3D)、多影像融合和CAD的成熟商業軟件如BARCO公司和GE 公司,而國內的上海申康“醫聯工程”、海南省、廈門市在學習借鑒國際先進技術的基礎上開始區域影像中心建設。

    1. 區域影像中心

             區域影像中心的提出是醫院內部PACS 應用發展后的必然結果,是在醫院內部實現病人影像信息共享后,在醫院之間這一更高層次的實現,同時也是電子病歷EHR 系統實施的基礎和先決條件。

            區域影像數據中心就技術架構來看,主要有以下兩種實現策略:基于分布式醫學影像信息處理的模式和基于ASP 模式下大集中的區域性PACS。分布模式的主要基礎是IHE XDS-I技術框架,其核心思想是用于共享交換的圖像數據采用分布式存儲,而對其索引信息采用集中式發布和注冊(如圖1所示)。集中模式的主要特征是對共享交換的影像(圖像和報告)數據、索引信息都采用集中式存儲、發布和注冊;對網絡帶寬要求較高;存儲空間要求較大;圖像數據交換通信標準為DICOM或廠商間自定義協議。目前,上海申康“醫聯工程”區域影像中心采取集中與分布相結合的系統架構,遵從IHE 技術框架中的XDS-I 范例,強調了病人醫療信息的隱私保密規則,詳細規定了授權訪問即訪問存儲在服務器上的病人影像信息的交互過程和加密傳輸即防止病人的影像數據在網絡傳輸中被人非法截獲。

    2. 三維重建

            三維重建是使用病人醫學檢查所獲取的一組連續的CT、MR的層片圖像(二維檢查影像),在算法規則支持下,在計算機上生成病人檢查部位虛擬的人體器官或組織的三維形體。例如,在討論64、16排CT掃描全身骨與關節外傷性骨折三維重建的診斷價值中,傳統平片檢查影像相互重疊,密度分辨率相對較差,對于骨折線不明顯,脛骨平臺的裂紋及撕脫有時顯示不理想,容易造成漏診,引起不必要的醫療糾紛。三維重建成像能準確顯示多條骨折線及骨折的移位情況,所以對骨折后骨干的旋轉,復位后骨折的對位對線情況,斷端成角情況,三維任意角度和任意方向觀察骨折線走向及空間顯示清晰,直觀。更詳細了解病變與周圍結構,三維重建技術的應用,方便了影像診斷醫師及臨床醫師,尤其臨床醫師制定手術方案具有重要臨床價值。

    3. 多影像融合

            多影像融合是針對不同類型醫學影像檢查技術提出的應用需求。醫技檢查現在已有CT、MR、CR/DR、DSA 等多種不同的形式,不同檢查技術各有特點各有所長,各種技術間不是相互取代而是互為補充的關系。CT/MR成像是以X線獲取人體橫斷面的斷層圖像,它不受氣體、骨骼等的影響;而超聲成像由于受到其物理特性的限制,很大程度上受操作手法、氣體、骨骼等因素的限制?,F在,各種不同影像技術的使用是相互隔離的,如臨床醫生在查看醫技科室的檢查報告時,CT的影像及檢查報告和MR 結論不能為醫生提供所需病人檢查部位的同步定位和對比研究。多影像融合打破了這種信息隔離,使醫生能多角度研究分析病人的病情,做出更準確的診斷,從而提供更好的醫療服務。例如,現行的射頻消融治療(RFA)雖是以超聲引導為主,但很多場合需要借助CT/MR圖像作為參考,這在實際治療時大大增加了操作的復雜性和操作者的負擔。日立超聲多影像融合介入導航系統是將CT/MR的三維數據信息輸入超聲設備,在同一監視器上同時顯示超聲和CT/MR的圖像,并且由于采用了高精度的磁定位系統,操作者隨意移動探頭更換切面CT/MR的圖像都會實時與之聯動,確保監視器上顯示的超聲和CT/MR圖像為同一切面。這一技術使超聲引導下的RFA治療技術得到巨大的提高,病灶顯示更準確,診斷更充分,治療更安全,操作更簡便。

    4. CAD 計算機輔助診斷

            CAD 計算機輔助診斷技術是醫學影像學發展的前沿,在對大量醫學影像和診斷的分類分析和統計的基礎上,建立特定醫學影像檢查分析決策系統。CAD使用特征提取等圖像處理技術獲取病人檢查的特征數據,與分析決策系統中大量同類檢查的統計學數據分析對比,做出影像檢查的診斷結論。CAD在放射影像醫學中的應用較為廣泛,從普通X 射線片、CT、MRI 到PET,均可引入CAD。在數字化胸片診斷中引入CAD 系統,計算機可以辨認出肺內可能存在的結節性病灶,用最簡單的圖形化方式將結果展現給醫生,將圖像增強顯示與ROI(感興趣區)計算工具結合,支持醫生對圖像中的肺部結節進行鑒別、確認及定量分析,幫助放射科醫生提高其診斷的準確性,減少肺內結節病灶的漏診。乳腺X射線片診斷是CAD 的主要應用領域之一(如圖4),CAD可從以下兩個方面提高乳腺癌診斷準確率:①尋找可能存在的腫塊性病變;②尋找微小的鈣化點。據報道,應用CAD 在識別微小鈣化點時,比常規閱片的情況高出26.20%~80.00%,進一步的調研認定,此類CAD 在乳腺X 射線片診斷中與醫生的診斷結果不相上下。世界各大醫療器械供應商也以此為契機,研發并商品化了多款CAD 系統,在RSNA2007年會上,國外廠商展示了計算機輔助診斷增強對比CT 影像在急診醫療中自動探測硬膜下血腫、計算機輔助診斷骨質疏松癥使用多位CT影像、人肺泡組織樣本的微3D CT影像的可視化與量化分析等大量CAD 技術的最新應用成果。

    PACS 在我國發展方向

            由于我國開發和引進PACS系統較晚,目前已經建立并有效運行的PACS系統并不多見(特別是內陸省市)。究其原因主要是標準化程度低、兼容性差、一般為封閉式的專用系統,既不經濟、價格也昂貴,配置的硬件不夠合理,對工作量大的醫院缺乏強大的存儲子系統,無法支持數握量巨大的常規放射影像,因此不能真正實現“無片化”管理。多數PACS系統也沒有其有效的工作流程和自動化管理功能,也不能向臨床診斷提供所需的全部,表現在在線信息少,響應速度慢。對網絡安全、保密和符合法律要求方面還不可靠?,F有的PACS系統設計大多數沒有考慮技術

    發展和擴展需要的可能,難于與現有的HIS/RIS整合為一個系統。

            PACS在國內發展方向重點在:應嚴格遵守國際技術標準的系統設計和完全開放式的體系結構,基于IHE、DICOM3.0和 HL-7(醫療保?。┑葒H標準,瀏覽器/服務器結構,應具有良好的兼容性(如圖5);基于Internet/Intranet技術的網絡結構,需支持局域網(LAN)、廣域網(WAN),可遠程會診;采用TB級甚至PB級存儲子系統,提高響應能力;提供容錯、糾錯能力及更好的數據安全性和災難恢復能力,有高性能數據壓縮技術;為了進一步降低成本,開始轉向PC平臺,系統界面友好,有強大的中文支持能力,易學易用;有語音、圖像和數據的傳輸等多種技術的無縫整合;有完整的系統解決方案,系統利于維護和技術支持。

            目前,PACS 系統越來越被醫生所依賴,但是醫生更希望今后的PACS 的發展方向更靠近醫生,更方便于醫生的使用。尤其在PACS 中增加圖像后處理技術功能將會更好?,F在醫生對CT、MRI 等大型儀器的圖像后處理都只能在原機上進行,并且每個廠家每個機器的處理技術方法及處理能力各不相同,需要醫生分別進行學習、掌握與研究。占用了醫生的寶貴時間,浪費了醫生的研究精力。如果有一天,各項功能都能在PACS 上實現,這將是醫生的最大滿足。同時應使各大型儀器廠家只作設備,成為PACS系統一個數據的輸入單元,這樣做有利于廠家的硬件生產、研究與開發,減少了現在各廠家對各自軟件的炒作及昂貴的費用支出。同時應要求各廠家用統一的標準方式輸送其影像數據,PACS 可以從各個廠家的設備獲得這些數據,用PACS 自己的一整套的、最優化的處理技術及強大的處理功能對圖像進行后處理。醫生只需要研究一套PACS,就可以對圖像進行最優化的處理,真正實現了應用、研究與需要的一體化。這將是PACS 供應商今后努力研究與開發的方向和目標。這將遠遠超出了現有PACS 的內涵,加大了PACS 供應商的研究與開發的難度。但是誰先實現這一目標,誰將以最受醫生歡迎的PACS 而占領市場。

    醫院構建PACS的幾點建議

            目前,國內有大量的醫療機構準備實施PACS 系統,在實施準備中包括軟件硬件兩個方面,不同規模涉及的實施項目也各有差別,但都需要統籌考慮成本效益分析和系統擴充升級。以下是筆者關于如何構建PACS的幾點建議:

    1. 醫院與廠家建立穩定的合作伙伴關系

            由于PACS是個性化的系統,每個醫院都應根據自己的實際情況進行設計和構建,購買PACS與其他大型影像學設備不同,不可能一次完成。計算機硬件、網絡和存儲介質的升級換代非???,軟件必然亦不斷更新。所以,醫院應該制訂有關PACS構建的長期規劃、認真尋找合格廠家,在PACS構建方面建立長期穩定的合作伙伴關系,以便保證系統穩定、不斷更新,節約資金,避免因系統過時、廠家倒閉或轉產給醫院帶來重大損失。

     

    2. 遵循由小至大的原則,逐步實施和完善

            通常有兩種構建PACS的途徑,一種是一次投入大量資金,在全院范圍內建立系統,另外一種是由小至大,先將放射科的數字化影像學設備聯網,構建小型PACS,然后逐步投資,經過幾年時間,再逐步擴展至全院范圍。筆者認為后者更好,具有以下優點:

    (1)醫院分次投資,對醫院的經濟運行影響小,容易實施,并可在較短時間內收回投資,得到回報;

    (2)有利于影像學科醫生逐漸掌握PACS,實現工作流轉變和學習新知識,使系統運行更穩定;

    (3)PACS含有大量圖像和其他信息,對網絡安全的要求較高,按照由小至大的方式建立系統,各級各類工作人員不斷積累經驗,有利 于保證網絡安全;

    (4) 有利于網絡的不斷完善。

    3. 在不同場合應用分辨率不同的顯示器

            在醫學影像學科內部,為影像診斷的目的,必須應用高分辨率的顯示器,用于CT和MRI診斷的顯示器配置19英吋液晶顯示器+3MP Gray LCD,用于閱讀胸部CR圖像則建議19英吋液晶顯示器+5MP GrayLCD,而超聲和核醫學(SPECT和PET)的要求可略低一些。急診室、手術室、重點臨床科室(骨科/ICU/呼吸科)所應用的顯示器雖屬于瀏覽型,但是這些科室對影像依耐性比較高,也建議顯示器配置19英吋液晶顯示器+3MP Gray LCD。門診所用顯示器的要求更低,普通液晶顯示器即可。

            為滿足影像學診斷的需要,應該十分注意不能以普通或低分辨率顯示器代替高分辨率顯示器,以免造成誤漏診。

    4. PACS與HIS及RIS的關系

            關于PACS與HIS和RIS的關系問題,在學術界一直存在爭論。一種觀點認為,應該將之整合,實現一體化;而另外一種觀點則認為,應該將之彼此分隔,但是可相互調閱。筆者同意后者的意見,理由如下:

    (1)PACS的主體是圖像,而RIS和HIS是文字,二者的內容不同,分成兩個系統比較合理。

    (2)從存儲的角度,出于系統安全性的考慮,二者應該分開。

    (3)雖然RIS與HIS都屬于文字系統,但是因RIS專門為醫學影像學科服務,作為HIS的一個子系統而獨立設置,更為合適。

    5. 關于PACS的存儲介質

            目前歐美先進 PACS 廠家都在推行在線和備份兩級儲存。備份只是為了防意外,如火災、地震等。在線用的是硬盤,用 RAID (冗余存儲磁盤陣列) 加NAS (Network Attached Storage) 或 SAN (StorageArea Network)。而前幾年PACS 界最常見的是用三級圖像儲存模式:在線 (online)、近線 ( nearline)和離線 (off-line)。新的圖像在線存在硬盤上、老一點的圖像近線存在網路服務機里、再老一點的圖像離線存在 MOD 或磁帶里。磁盤陣列存儲容量大,調閱圖像快速,但是價格昂貴,多用于短期在線存儲;磁帶庫價格低廉,但是查找和調閱圖像的時間較長,使用壽命有限; VCD光盤塔存儲容量較大,調閱圖像較快,價格較低,即可用于在線、也可用于下線存儲;與VCD比較,近年問世的DVD光盤塔存儲容量成倍增加,調閱圖像快,價格居中,并有不斷下降的趨勢,使用壽命較長。筆者認為綜合分析各種介質的性能和價格比,以及今后的發展趨勢,無論在線還是下線,DVD光盤塔都是PACS較為理想的存儲介質。

    6. PACS資源利用

            國內一些醫院對PACS的應用認識還只停留在膠片的數字化、電子化報告等初級應用層次上,這是遠遠不夠的。建設好PACS之后,應該利用其豐富資源獲取同一病人的歷史數據以幫助診斷,或者獲取同一疾病的患者分布加以分析,或用來建立相應影像用作科研和教學。例如:常對不同時間段骨骼X-RAY影像分析,來判斷骨折之后骨骼愈合情況等。PACS處理工作站強大的圖像分析和處理功能(圖像分割、配準、3D重建等)將對計算機輔助診斷、外科手術導航等提供極大的幫助,這將在今后的深入應用中得到體現。

    小結

            當前,PACS主要朝著區域影像共享、三維重建、多影像融合、計算機輔助診斷等應用方向發展。國內醫療機構在實施PACS時應結合自身業務應用水平的高低,采用逐步推進的方式從核心業務入手,從科室級PACS 逐步升級到全院級,并為區域PACS 系統做好準備。這種實現方式比較穩妥,降低了系統實施的難度,同時也適應了國內醫療機構在信息化投入方面資金不足的現狀。

     
     
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