［醫(yī)學(xué)圖象信息系統(tǒng)三要素
-－－-質(zhì)量 速度 投資評(píng)估］
上海第二醫(yī)科大學(xué)附屬瑞金醫(yī)院計(jì)算機(jī)中心 姚志洪 索仲良 200025
摘要
醫(yī)學(xué)圖像信息系統(tǒng)（PACS）已成為醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）和遠(yuǎn)程醫(yī)療不可缺少的重要組成部分。醫(yī)學(xué)圖象是疾病診斷的重要依據(jù)，并直接影響診斷的正確性。數(shù)字醫(yī)學(xué)圖象的質(zhì)量是醫(yī)學(xué)圖象信息系統(tǒng)第一要素，圖象的傳輸是醫(yī)院信息網(wǎng)絡(luò)通信的瓶頸，而正確的投資評(píng)估是推廣應(yīng)用PACS的關(guān)鍵。在HIS 的設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中，必須充分考慮PACS的各種需求，統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵字
醫(yī)學(xué)圖像 PACS 醫(yī)院信息系統(tǒng) HIS
一、概述
近年來(lái)隨著數(shù)字成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步醫(yī)學(xué)圖象信息系統(tǒng)得到了迅速的發(fā)展，PACS ( Picture Archiving and Communication Systems, 醫(yī)學(xué)影像存檔與通信系統(tǒng) )是其中的重要組成部分，它旨在解決醫(yī)學(xué)圖像的獲取、顯示、存貯、傳送和管理等問(wèn)題。雖然目前在國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)一套完整的PACS，并存在著這樣和那樣的問(wèn)題，但它始終是醫(yī)學(xué)圖象信息化的標(biāo)志。因而PACS一直是醫(yī)學(xué)圖象專家和臨床醫(yī)師所關(guān)心的熱點(diǎn)，而且已引起醫(yī)療衛(wèi)生部門(mén)、醫(yī)學(xué)研究單位和計(jì)算機(jī)公司的高度重視。PACS已成為HIS（Hospital Information System，醫(yī)院信息系統(tǒng)）和遠(yuǎn)程醫(yī)療不可缺少的重要組成部分。
醫(yī)學(xué)圖像信息系統(tǒng)是利用人體內(nèi)不同器官和組織對(duì)X射線, 超聲波和光線的散射、透射、反射和吸收的不同特性而發(fā)展起來(lái)的一種醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)。它為對(duì)人體骨骼，內(nèi)臟器官疾病和損傷進(jìn)行診斷、定位提供了有效的手段。迄今為止，醫(yī)學(xué)圖像成像和處理技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了整整一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展過(guò)程。在其前期的發(fā)展中，盡管醫(yī)學(xué)圖像的分辨率、清晰度和診斷技術(shù)有了顯著的改進(jìn)和提高，多種新的醫(yī)學(xué)圖像成像和造影術(shù)（例如核醫(yī)學(xué)的放射性元素示蹤造影、超聲波探查和內(nèi)窺鏡技術(shù)）相繼問(wèn)世，但以膠片為主的醫(yī)學(xué)圖像采集、顯示、儲(chǔ)存和傳輸技術(shù)并無(wú)突破性進(jìn)展，在國(guó)內(nèi)醫(yī)院中仍占主導(dǎo)地位。信息時(shí)代的到來(lái)，從根本上克服了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)圖像系統(tǒng)中所成在的問(wèn)題，開(kāi)辟了醫(yī)學(xué)圖像信息系統(tǒng)發(fā)展的新里程。嶄新的醫(yī)學(xué)圖像成像技術(shù)和系統(tǒng)為醫(yī)學(xué)診斷、臨床治療以及醫(yī)學(xué)研究提供了精確的醫(yī)學(xué)圖像信息,并進(jìn)而提高了醫(yī)學(xué)圖像資源的使用價(jià)值和使用效率。醫(yī)學(xué)圖像信息數(shù)字化及其計(jì)算機(jī)處理技術(shù)從根本上改變了傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)圖像采集、顯示、存儲(chǔ)和傳輸?shù)哪Ｊ剑瑸橹鸩綄?shí)現(xiàn)膠片數(shù)字化，建立無(wú)膠片醫(yī)學(xué)圖像系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)和通信系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。
二．醫(yī)學(xué)圖象信息系統(tǒng)的定義和框架
到目前為止，醫(yī)學(xué)圖像信息系統(tǒng)尚無(wú)統(tǒng)一嚴(yán)格的定義, 但從其名稱來(lái)看是一種醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)和通信系統(tǒng)。它是將數(shù)字電子學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字化、儲(chǔ)存和通信，使醫(yī)學(xué)圖像資源得到充分的利用。醫(yī)學(xué)圖像信息系統(tǒng)以數(shù)字形式保存圖像信息，醫(yī)院各科室、城市、國(guó)家以至全世界各醫(yī)療機(jī)構(gòu)可通過(guò)計(jì)算機(jī)局部網(wǎng)、電話網(wǎng)和Internet 等遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸醫(yī)學(xué)圖像信息。醫(yī)學(xué)圖像信息系統(tǒng)打破了時(shí)間上和地域上的限制，使得各類醫(yī)護(hù)人員能為病人提供及時(shí)和高質(zhì)量的診斷、治療和護(hù)理。由于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、多媒體技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展以及醫(yī)學(xué)社會(huì)需求的不斷增長(zhǎng)，醫(yī)學(xué)圖像信息系統(tǒng)所包含的內(nèi)容和功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越PACS原來(lái)的含義。
1993年誕生了統(tǒng)一的醫(yī)學(xué)圖像及相關(guān)信息的格式及交換方法的標(biāo)準(zhǔn)DICOM 3.0(Digital Imaging and Communication in Medicine，醫(yī)學(xué)數(shù)字圖象和通信標(biāo)準(zhǔn))。DICOM 3.0為各國(guó)不同廠商生產(chǎn)的醫(yī)療診斷和治療設(shè)備提供了醫(yī)學(xué)圖象數(shù)字通信接口的標(biāo)準(zhǔn)。醫(yī)學(xué)圖象設(shè)備只有采用DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)，其圖像數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)才能在國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)上傳輸，在國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)能實(shí)時(shí)地接受到圖像、文字、表格、數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)圖像、聲音和視頻等多媒體信息。只有符合DICOM 3.0的醫(yī)療設(shè)備，才能為醫(yī)院所接受。醫(yī)學(xué)圖像信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信則采用TCP/IP協(xié)議。
醫(yī)學(xué)圖像信息系統(tǒng)由圖象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、儲(chǔ)存系統(tǒng)和通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等組成，如
三、醫(yī)學(xué)圖象的質(zhì)量是醫(yī)學(xué)圖象信息系統(tǒng)第一要素
數(shù)字醫(yī)學(xué)圖象是臨床醫(yī)生和專家進(jìn)行疾病診斷的重要依據(jù)。數(shù)字圖象質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響醫(yī)生的診斷。因此，數(shù)字醫(yī)學(xué)圖象的質(zhì)量是醫(yī)學(xué)圖象信息系統(tǒng)第一要素。
圖二和圖三分別表示了在不同的分辨率和灰度量化級(jí)的情況下，所得到的醫(yī)學(xué)圖象的質(zhì)量。從圖中可以清楚地看到，分辨率和灰度量化級(jí)越高，圖象的質(zhì)量越好。因此，提高分辨率和灰度量化級(jí)是改善醫(yī)學(xué)圖象的有效措施。但是隨之帶來(lái)的是數(shù)字圖象的存儲(chǔ)容量增加。
a) 256 dpi b) 32 dpi c) 16 dpi d) 8 dpi e) 4 dpi a) 256級(jí) b) 32 級(jí) c) 16 級(jí) d) 8 級(jí) e) 4 級(jí)
圖二 在不同采樣密度（分辨率）下的圖象效果 圖三 在256分辨率情況下用不同量化灰度級(jí)獲得的圖象效果
數(shù)字醫(yī)學(xué)圖象的特點(diǎn)：二高一大（高分辨率、高精度和大數(shù)據(jù)量）.
CT和MRI等成像技術(shù)一般是在512×512象素的分辨率，12位灰度級(jí)下對(duì)斷層掃描圖像信息進(jìn)行數(shù)字化采集的。每次采集40或80幀層位片。每幀圖像為512×512點(diǎn)，40幀總長(zhǎng)約20M，80幀長(zhǎng)40M。實(shí)際應(yīng)用中，常將1024稱為"1k"；一幀2k×2k×12位的胸片(以2Byte字為單位存儲(chǔ))約需8M存儲(chǔ)容量。各種醫(yī)學(xué)圖象容量如下表：
醫(yī)學(xué)影像信息容量表
名 稱 一幅圖象容量 每次圖象數(shù) 總?cè)萘?br />
DSA 512×512×8 15-40 4-10MB
MRI 256×256×12(16) 60 8MB
CT 512×512×12(16) 40 20MB
CR 2048×2048×12 2 16MB
X光片數(shù)字化 2048×2048×12 2 16MB
美國(guó)Johs Hopkins醫(yī)院曾進(jìn)行了一次對(duì)比實(shí)驗(yàn)：對(duì)120例X線片（其中60例是不易判斷的陽(yáng)性病例，60例是有疑點(diǎn)的病例），然后讓醫(yī)師分成兩組，分別輪流在一個(gè)分辨率為2000×2400×12 bit，80朗伯高亮度的高分辨率診斷工作站上讀軟拷貝圖像和在觀片燈上讀硬拷貝X線片。讀片結(jié)果表明，兩組讀硬拷貝膠片都比讀軟拷貝圖像更準(zhǔn)確。但這種差別并不嚴(yán)重影響臨床診斷。該院認(rèn)為在高分辨率診斷工作站上讀軟拷貝圖像可用于急診室的初步診斷。
盡管CR一般可以被接受，但是并不能完全代替 X線膠片，因?yàn)?X線膠片具有更高的精度。在某些條件下，要求采用4k×4k（1k=1024）圖像，以保證診斷信息不丟失。目前2k×2k的圖像分辨力即便是用于初步診斷，也存在一些問(wèn)題。例如，在觀察氣胸和肺間質(zhì)異�；蚬趋赖募�(xì)微裂紋時(shí)，需要分辨率為4K×4K×12 bit的數(shù)字監(jiān)視器；對(duì)于乳房腫瘤測(cè)定是不夠的，在乳房膠片上發(fā)現(xiàn)微鈣化灶簇或?qū)Ρ榷鹊偷娜橄倌[瘤則要求高達(dá)6K×6K×12 bit的數(shù)字顯示點(diǎn)陣。而這是目前任何一種監(jiān)視器都達(dá)不到的。
目前，國(guó)內(nèi)PACS和遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)集成商對(duì)數(shù)字化醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量的臨床要求了解不夠，普遍采用普通的、非X線專業(yè)用的平板掃描儀掃讀X線片，在沒(méi)有任何技術(shù)措施的情況下，用微機(jī)監(jiān)視器讀醫(yī)學(xué)影像（一般分辨率為800X600，最高1280X1024），并以此作為疾病診斷的依據(jù)，顯然是不負(fù)責(zé)任的。
數(shù)字化醫(yī)學(xué)圖象的質(zhì)量評(píng)估應(yīng)引起足夠的重視。工作站的顯示器集片盒、相機(jī)、洗片機(jī)和觀片燈諸功能于一身。因此，它的分辨率、對(duì)比度、亮度、噪聲及失真等的性能好壞直接影響著最終診斷結(jié)果。
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