三、PACS的结构和功能

PACS是一个存储和通讯系统，整个系统包括数据和图像的采集设备、PACS控制单元和存储设备，以及由数字化网络组成的显示终端。PACS网络的主要功能是传输和存储图像，实现数字化时代资源共享和基于PACS基础上的科学研究、远程医疗服务等。

1.数据和图像的采集
PACS的图像采集一般以放射科的影像设备为基础，如需要可再连接其它科室诸如超声、核医学、内窥镜或病理等的影像设备或图像。至于数据的采集在放射科内部有RIS(RadiologyInformationSystem)，并且和医院内部的HIS(HospitalInformationSystem)系统相连。放射科内的图像采集设备一般有CT、MR、CR、DR、DDR和DSA等，其中绝大部分都有数字接口，而一些非数字接口的模拟图像，则需通过使用专用的模数转换设备如扫描仪、视频摄像头来转换。成像设备连接到PACS网络，其间通常还需要设一个采集计算机（网关）。网关的主要任务是（1）从成像设备采集图像数据；（2）将各种不同格式的图像转换成标准格式（即DICOM3.0或ACR-NEMA格式，其内容包括数据头的格式、字节的顺序和矩阵尺寸等）；（3）将图像传给PACS控制器。
连接网关和成像设备的接口主要分成两类：（1）互连网模式。它通过标准的网络和通讯协议将两者互连，这种情况要求成像设备在设计制造时即考虑到这一工作模式，并采用DICOM3.0标准。
   其中不同的成像设备采用以太网络通过网关和PACS服务器相连，整个网络属于OSI标准体系，传输层和网络层遵循TCP/IP协议，应用层协议可采用FTP或其它应用层协议。图像的传送可采用“推”或“拉”两种方式，相比较而言拉的方式较好，因为一旦网关出现故障，所需传输的图像可在成像设备中排队等候，等到网关正常工作再将图像拉出，恢复图像传送的正常运行。另外，网关甚至成像设备发生故障时，网关可借助预先设置的程序重新安排图像的传送，或者采用备用网关完成必需的图像传输。（2）直接接口模式。这种方式需通过接口卡实现，如常规X线设备一般需采用胶片扫描仪的SCSI接口卡，B超图像采用的视频接口卡，或者由于早期的CT成像设备，因无法知道数据格式也需采用视频接口卡来实行图像的模数转换。目前，现存的很多设备都需采用这种方式，其优点是连接较简单、数据传输较快，缺点是两次开发中常会遇到各种困难。

2.PACS控制单元和存储系统
PACS网络中，所有成像系统产生的图像数据以及RIS/HIS中有关病人的信息最终都汇集到PACS控制单元。因此，PACS控制单元是PACS系统的核心，它有主要有两部分组成，即数据库服务器和存储系统。
2.1PACS控制单元
一般，适合DICOM3.0的数据库服务器常要求采用功能强大的UNIX服务器，如美国SunMicrosystems公司UltraEnterprise系列的多CPU服务器，该系列服务器是均采用Solaris操作系统。在PACS网络中，数据库服务器的主要功能有：
（1）图像接收 来自于各种成像设备的图像，由采集网关转换成DICOM数据格式后，通过以太网或ATM网络传送给存档服务器。
（2）图像暂存 从不同采集网关传送到存档服务器的图像，先暂时存放在本地磁盘或RAID上，存档服务器存满图像后按照时间先后的方式进行管理，将早期的图像转移到光盘塔或磁带库作永久的保存。这样做的目的是因为磁盘的读取速度快，近期病人的图像一般使用频繁，暂存在本地磁盘或RAID中以便于在显示工作站上快速地检索和查找。
（3）图像发送 存档服务器收到图像后，按照程序预先确定的发送表被迅速转发到目的工作站。所有的图像一般按照预先确定的检查方法分类，目的显示工作站则按照科别和地点分类，也可以按照显示器分辨率分类（如1K或者2K甚至于4K的显示器）。
（4）图像存档 图像的存档是将暂存在本地磁盘或RAID上的图像，复制到可擦写光盘上，一旦复制完成，存档服务器会对相应的采集计算机发出一个应答信号，允许本地磁盘删除这部分图像。因此，在复制到光盘以前会有两份图像拷贝在分立的两个磁盘上。
（5）检查编组 一个病人在一次住院期间，可能在不同的时间作多次不同的检查，每一次检查又有可能有几个检查分项。检查编组的作用是病人出院或转院后，将该病人所有检查项目的图像，从可擦光盘上取出编组并复制到永久保存的光盘上归档储存。
（6）盘片管理 盘片管理是考虑病人出院后下次再来就诊时，如何在永久保存的光盘上预留存储空间的问题。一种方法是：将多次就诊病人的图像存放在同一张或相邻的盘片上，以加快检索速度；另一种方法是：为了减少预留的存储空间，设计的存储管理软件将几张盘片在逻辑上编为一册。
（7）与RIS/HIS接口 当病人到放射科检查或出、入院和转院时，HIS/RIS系统将这些信息传送到PACS，此时存档服务器开始启动“预取”、“检查编组”和“盘片管理”等过程。同时，RIS系统查阅检查数据和诊断报告，更新PACS的数据库，供显示工作站查询、调用。
（8）PACS数据库更新 PACS数据库中的数据都保存在一个预制的表格中，它汇集各次检查的诊断记录、图像目录和检查方法记录等。这些信息的更新，都是由PACS服务器指令存档服务器完成。
（9）图像检索 图像的检索一般需在显示工作站上进行。存档部分的光盘库通常有多个光驱，可支持多个光盘同时检索，检索到的图像、数据，通过SCSI数据总线从光盘库传输到存档服务器，并根据优先级别处理来自显示工作站的检索请求。一般，放射科医师诊断用的工作站是最高优先级，教学、科研和临床使用的工作站优先级别较低。
（10）图像预取 当存档服务器收到HIS/RIS发出有关病人的信息后，立即进行该病人的图像和其它数据的预取操作，并把相关的图像、个人信息和诊断报告等预先调出送到相关显示工作站。预取的项目按照预定的参数确定，其中包括：检查类别、病种、诊断医师、显示工作站地点、在档图像数目和存储的时间等。
2.2存储系统
   存储系统中的存储设备一般由下述几种组成：供直接读取使用的磁盘阵列（redundantarrayofinexpensivedisk,RAID）；供暂时存储使用的、可擦写的磁光盘；供永久保存使用的只读光盘和激光读取数字磁带。
（1）磁盘阵列(RAID) 磁盘阵列由美国加州大学的两位教授发明，它是由数个磁盘堆叠在一起并采用RAID控制器连接而成。RAID控制器包括多磁盘连接驱动控制部分，和提高数据传送速率的附加数据通道。在磁盘阵列中，一部分磁盘用作数据的存储，另一小部分被用作容错均分检测和快速备份。如由5个磁盘组成的磁盘阵列，4个磁盘被用作储存数据，1个磁盘被用作均分检测。RAID的主要优点是输入、输出的速度较快以及自带的容错功能。输入、输出速度在图像读取时相当重要，由于采用了RAID控制器，RAID中4个数据磁盘的读取速度，在理论上相当于通常一个磁盘的4倍，即一个磁盘的读取速度是8Mbyte/s，4个磁盘是32Mbyte/s。此外，磁盘自带的容错功能可以减少相当数量错误的发生。
（2）DVD-ROM DVD-ROM是由几个大型企业联合开发的新技术，它不仅可用作视频和音频的播放，还可替代CD-ROM作为一种廉价的存储介质。DVD-ROM采用与CD-ROM相同的数据存储格式，单面的存储容量达4.7G。第一代DVD-ROM的读写速度是一倍速，现在已接近、甚至超过CD-ROM的读写速度。DVD-ROM的另一个优点是薄型化（厚度约17mm），其大大减少了储存所需的空间。下一个发展目标是可擦写的DVD-ROM，被称为DVD-RAM，第一代产品的单面存储量是2.6G，第二代产品的单面存储量是4.7G，但目前还没有商业化的产品问世。
（3）激光读取数字磁带（digitalopticalcartridgetape） 与光盘一样，激光读取数字磁带也采用激光束读写。目前激光读取数字磁带的读写速度是5Mbyte/s，一立方英尺大小的磁带库容量是80T，激光读取数字磁带库的高性能价格比，非常适合PACS的使用要求。以前的磁带有一个致命的缺点是读写速度慢，在大容量的图像读写中需要花很多时间，而激光读取数字磁带因没有读写时的机械接触，大大节省了数据的读写时间，提高了存取速度。

3.显示工作站和系统网络
   显示工作站是PACS系统的终端设备，其作用和用途直接和操作人员以及诊断医师相关。工作站的设计应该充分利用整个PACS网络的资源和处理能力，一般一台显示工作站应该包括以下的内容和功能：数据通讯、图像和文档显示、资源管理、图像处理软件和数据库，其功能和相互关系见图15-4。
   显示工作站大致可分成四类：（1）作诊断用的高分辨率(2.5K×2K)显示工作站；（2）作三维成像、图像分析和重要临床科室使用的中等分辨率(1.5K×1K)显示工作站；（3）临床医师的桌面工作站(512×512)；（4）胶片打印使用的打印工作站。
计算机网络的基本功能是提供一种访问的路径，使某处的终端用户能访问另一处的信息资源。PACS网络的设计，首先必须了解不同站点和用户的信息流量，其次组网所需的数据包括每一个节点的位置与功能，两个节点之间通过信息的频度，不同节点之间利用不同速度的线路进行传输所需的费用，通讯的可靠性要求及所需的吞吐量。另外，网络的拓扑结构、通讯线路的容量也是必须考虑的重要因素。
一般，可供选择的网络有：低速10Mb/s的以太网，中速100Mb/s的FDDI网以及高速155～622Mb/s的异步传输模式ATM。通常从成像设备到网关之间可采用低速网，如局域以太网，有时由于所采用的计算机类型与软件的不同，以太网的传输速度可有所下降，但由于成像设备本身完成一次成像的速度也不快，低速网应该已能应付。在网关与PACS单元之间一般需要用传输速度较快的网络，这是因为网络中的数个网关有可能同时传送图像给PACS单元，但最后是选用中速网还是高速网还应根据传输数据的量和投入费用两方面权衡决定。所采用的网络传输协议通常都是TCP/IP。