二、网络的通讯协议和标准

   PACS是在80年代初开始发展和逐步形成的，但由于各影像设备制造厂家所采用的图像数据格式不一，使各厂家设备之间的信息交换和通讯无法实现，同时也阻碍了PACS系统的发展。自80年代以来，美国放射协会（americancollegeofradiology,ACR）和电气制造商协会(nationalelectricalmanufacturesassociation,NEMA)联合开发了一些数字图像的通讯标准，其中最著名的是DICOM3.0标准，成为了目前PACS组建的金标准。

1.PACS组建的标准
一个PACS系统的许多设备和元件可能来自众多厂家，不同的厂家都有各自的企业标准，组建PACS的首要任务是尽可能把这些东西有机地结合在一起。PACS组建的指导思想是少使用专业化很强的软件，尽可能使用标准化的硬件和软件，使系统能与其它计算机平台很好地兼容。一般，PACS的基本系统应采用如UNIX和WindowsNT操作系统，TCP/IP和DICOM通讯传输协议，采用结构查询语言（structuredquerylanguage,SQL）作为数据库查询语言，图像数据的格式采用ACR-NEMA和DICOM标准，编程语言采用C和C++，和HL7作为医疗服务数据信息的交换等。
PACS组建的标准化优点是：（1）便于将来PACS的扩展和升级；（2）标准化设备维修和保养方便。此外，在PACS的实施中要尽可能简化系统中计算机程序编码，并使它们容易理解、查找和排除故障。使用标准的专业术语、数据格式和通讯协议，其中HL7和DICOM是两个最重要的协议，前者是PACS与HIS/RIS之间的接口协议，而后者是各厂家设备间的图像通讯协议。
由于组建PACS的设备和元器件来自于不同厂家，以及计算机平台和所连接设备的不同，医疗服务信息系统中图像和文本之间的通讯始终是一个问题，为了使这些根本不同的文本数据和图像数据互相之间能够通讯，因而就产生了像文本通讯标准医疗服务7层(healthlevel7,HL7)和图像通讯标准ACR-NEMA及DICOM。HL7是标准的文本通讯格式，而ACR-NEMA及DICOM则包括数据格式和通讯协议，只有符合HL7标准，PACS系统中的HIS/RIS互相之间才能共享各种医学信息资源。此外，采用ACR-NEMA及DICOM协议中规定的数据通讯标准术语，不同厂家设备之间的图像数据才能互相转换和通讯。

2.HealthLevel7(HL7)标准
HL7是美国用户协会(theuser-vendorcommittee)1987年组织开发的一个标准，其目的是用于医疗服务环境，特别是医院范围内的电子数据的交换，它的主要作用是简化和方便各计算机生产厂家之间计算机平台的连接，及规定了通讯协议和数据格式，使一些重要的文本数据能在HIS、RIS和PACS之间交换通讯。在国际标准化组织(internationalstandardorganization,ISO)规定的开放互连系统(opensysteminterconnection,OSI)中，HL7位于协议的最高层第7层(level7)，与OSI第7层规定的内容不完全相同，但符合了OSI第7层应用-应用的接口定义。HL7简化了医疗服务信息系统中的数据通讯，提供了抽象信息转换的规则。

3.ACR-NEMA标准
ACR-NEMA标准由图像格式和点对点通讯协议组成。ACR-NEMA标准也采用分层结构模型，各层的命名与功能划分参考OSI参考模型，但两者不完全相同。ACR-NEMA标准中将传输层与网络层合并为传输/网络层，因而总层数为6层。两层合并的原因是ACR-NEMA标准定义了一个点对点的接口，所以原来网络层功能及它的路由控制部分取消。因为点对点通讯已完全由DICOM网络协议取代，但目前很多PACS系统仍使用ACR-NEMA标准，此处我们将重点讨论图像的格式和转换。
根据ACR-NEMA2.0数据词库，每一幅图像应该包含两个部分内容：命令组和数据组。而数据组又可分成识别信息、病人信息、采集信息、关系信息、图像表示信息、覆盖信息和图像像素数据，这些信息在传送时统称为报文（message）。如由某一厂家的成像设备所产生的一幅图像，该图像中就包含了两个内容：图像头和图像像素，其中的图像头是用来描述图像性质的。因为图像头格式没有一个统一的标准，其内容的多少各个厂家各不相同，所有厂家定义的图像头也并非都是ACR-NEMA标准所规定的格式，另外，ACR-NEMA标准所规定的图像头格式也无法包容所有厂家自定义的内容。因此，必须规定一个核心数据结构，而且组别和内容都要尽可能精简，也就是说，所有的厂家在定义图像格式时必须遵守上述规则，但附加组别和内容由厂家定义。附加组可使用两个影子组（shadowgroups），即显示影子组和原始图像头影子组，显示影子组包含一些工作站显示和快速存取方面的重要信息，原始图像头影子组保留了完整的图像头信息，允许检索时这些数据不被重新格式化。
由上述表14-4可得知，如采集信息（0018）、关系信息（0020）、图像表示信息（0028）和覆盖信息（6000-601E，仅为偶数）可由厂家根据使用情况定义，即根据不同的设备，所取格式的组别和内容可有所不同。ACR-NEMA标准确立了一个结构文件，该文件包括了组别和内容，使图像头转换为ACR-NEMA格式，并为数据排除和匹配的程序提供了一个系统的方法。根据这个标准，设备的编码器通过该结构文件读取和寻找程序中不同的模式，并将图像数据转换成ACR-NEMA标准格式，最后转换的是附着于报文后的图像像素数据（7FE0）。此外，每一个设备数据库中的程序编码器有多个，以用于各种模式的编码，该数据库还贮存于采集网关计算机中，一旦收到由成像设备发出的图像数据，则由采集网关计算机实行数据格式的转换。将原始图像数据转换成ACR-NEMA格式的过程如下：从成像设备发出图像后，如果采集网关计算机收到的不是ACR-NEMA格式，则通过程序编码器处理将其转换为标准格式，然后已重新格式化的图像被送入PACS控制单元归档，以及传送给显示工作站。

4.DICOM标准
DICOM标准的全称是“医学数字成像与通讯”(digitalimagingandcommunicationinmedicine)标准，是根据NEMA原有的标准修订和发展的，它实际上是ACR-NEMA的第三个版本。其不再称为ACR-NEMA3.0而改称DICOM3.0是因为（1）该标准并非是由ACR-NEMA联合委员会单独制订，世界上其它一些标准化组织也共同参与了制订，如欧洲的标准化委员会、日本的放射设备企业协会和医学信息发展中心，在制订过程中也参考了一些其它标准如IEEE、HL7和ANSI等；（2）标准不仅支持放射医学图像，也支持其它医学方面的图像如心电图图像、内窥镜图像、病理学图像和牙科图像等，它只要简单地增加相应的服务对象类（service-objectpairs,SOP），即可面向所有的医学图像。
DICOM标准的内容主要由以下十五各部分组成：
第一部分：概况
第二部分：一致性（conformance）
第三部分：信息对象定义(informationobjectdefinitions)
第四部分：服务类说明(serviceclassspecifications)
第五部分：数据结构和语义(datastructureandsemantice)
第六部分：数据词典(datadictionary)
第七部分：报文交换(messageexchange)
第八部分：支持报文交换的网络通讯
第九部分：支持报文交换的点对点通讯
第十部分：用于数据交换的媒质存贮和文件格式
第十一部分：媒质存贮应用规范
第十二部分：用于数据交换的媒质格式和物理媒介
第十三部分：打印管理的点对点通讯
2001年的DICOM版本又增添了两部分内容，它们是：
第十四部分：灰阶标准显示功能
第十五部分：安全性规程
   所有这些部分的内容是既相关又独立的文件，它们的扩展和受认可程度不完全一样。
将DICOM作为一个多部分标准文件好处在于以后扩展修改时，不必重新出版整个标准。在标准的每一部分中，有可能添加或修改的部分都被安排在附录中，又进一步减轻了更新标准时的编辑工作。
与ACR-NEMA相比，DICOM3.0增加了一些新的功能：
适用于网络环境；
说明了指令和数据交换诸多方面的一致性；
提供了一致性水平的界限；
采用多部分文件结构；
使用信息对象描述实体（图像、图形、检查和报告等）；
信息对象唯一标识符(UID)的确定，采用了实体-关系模式。
   DICOM3.0与ACR-NEMA两者的主要差异是标准的设计思想不同。ACR-NEMA1.0和2.0是建立在使用信息隐性模式基础上的，数据元素的分组是根据设计人员的经验，其规定的报文结构不能满足必要的信息传递；相反DICOM3.0是建立在显性模式基础上的，模型说明了放射科日常活动中所涉及的事物（如病人、图像、报告等）是如何被描述的，它们之间的关系又如何等。这类模型被称为“实体-关系”（entity-relationship）模型，使用这种模型便于生产商和用户理解DICOM中所使用的数据结构。

5.其它标准
PACS的组建还涉及一些其它标准和要求，首先最常见和最重要的是操作系统，它们有UNIX和WindowsNT操作系统。
最早的UNIX操作系统是1983年由美国AT&T公司开发并投入使用，后来其它一些计算机公司相继开发了适合自己产品、不同版本的UNIX操作系统，如美国的BSD(BerkeleySoftwareDistribution公司)、Solaris(SunMicrosystems公司)、HP-UX(Hewlett-Packard公司)、Xenix(Microsoft公司)、Ultrix(DigitalEquipment公司)、AIX(InternationalBusinessMachines公司)和A/UX(AppleComputers公司)。尽管UNIX有众多的版本，但有一点是相同的，即UNIX是一个开放的系统，它适合在本机的系统内部和不同的系统之间集成一些复杂的、专业化的软件。此外，UNIX极其适合在网络环境下工作，它能适应多任务操作的需要、稳定性、安全性好，是医学图像贮存和通讯系统的首选操作系统，UNIX还适合于在网关和高端工作站上使用。
WindowsNT(WindowsNewTechnology,WindowsNT)是由美国微软公司开发的、运行于个人微机上的操作系统，它是BSDUNIX的派生版本。像UNIX操作系统一样，它也支持TCP/IP通讯协议和多任务操作。另外，它能在PC机环境下工作，所以硬件配置和软件开发等费用相对低廉。通常，WindowsNT多用于工作站和单任务环境。
其它还有如PACS系统中一般采用C和C++作为程序开发语言，数据库操作、管理采用标准的结构查询语言(structuredquerylanguage,SQL)等。