第二节　系统相关硬件

目前，影像存储与传输系统（PACS）与RIS、HIS和电子病历（electronic medical record，EMR）系统通过接口进行集成，形成医学影像信息系统（medical imaging information system，MIIS）。医学影像信息系统中的影像存储与传输系统（PACS）是最主要的部分，目前大多数依托院内集成平台来实现系统集成。

一、影像存储与传输系统架构

初期影像存储与传输系统（PACS）一般采用客户端 / 服务器（client/server，C/S）架构，目前的PACS大多采用灵活的浏览器 / 服务器（browser/ server，B/S）架构，下面分别介绍。

（一）客户端/服务器架构

客户端 / 服务器（client/server，C/S）架构是信息化系统中常用的开发、部署架构，如图2-1所示。它于20世纪80年代提出，该架构将复杂的计算机管理任务承载在位于局域网的高性能服务器上，同时与用户交互任务交于客户端程序。通过这种信息化的解决方案，将任务分配到客户端和服务端两个角色上，充分借助了网络和计算机的特性，又达到信息资源共享的目的。由于这种架构能够切合局域网的网络环境，因此得到了广泛的应用。

C/S架构充分发挥了客户端的计算处理能力，程序界面和操作更加丰富。服务端通常采用性能较高、资源管理更简单的小型计算机或高性能PC服务器系统提供服务，因此，整个信息交互过程响应速度较快。

随着计算机及信息网络技术的不断进步，C/S架构已不能完全满足信息化建设的要求。

1.局域网环境下使用

互联网技术的发展，使移动办公和分布式办公逐渐成为企业的生产环境，也就要求系统具有较高的可扩展性。C/S架构在移动业务访问上需要利用专门的技术才能实现，同时需对现有的信息系统进行针对性的设计以应对分布式解决方案。

2.客户端需要独立部署软件

对客户端软件的部署需要花费相当多的人力资源，任何客户端出现问题都需要单独进行维护，不具备集中维护的特性。客户端操作系统或软件进行升级时，也需要人员进行维护，提高了维护和升级的成本。

3.维护性较差

客户端操作系统一般也有限制，例如当Windows系统更新换代或停止维护时，软件的开发环境和应用环境也需要进行相应的升级或变更，提高了软件的开发和维护成本。

（二）浏览器/服务器架构

随着互联网和WebService等技术的逐渐发展，C/S架构逐渐无法满足业务系统的扩展需求，出现了浏览器 / 服务器（browser/server，B/S）架构，它能够在很多业务场景下解决C/S架构所不能提供的灵活扩展性和敏捷部署方案的问题，同时能够极大地降低人工维护成本，逐渐被人们所接受，开始被广泛使用。B/S架构是互联网技术崛起后的网格结构模式，主要利用的是互联网应用中不断成熟的Web浏览器技术，用浏览器作为客户端的应用软件，服务器端实现专用软件核心和复杂的系统功能。它分为浏览器端、浏览器服务器端（Web服务器）、数据库服务器端三层。B/S架构以浏览器作为客户端的应用程序，是C/S架构技术的变革和扩展，如图2-2所示。随着互联网技术的快速发展，B/S架构的功能越来越强大。

1.组成

（1）浏览器端：

浏览器成为用户操作系统的接口，是客户端，用户的电脑只要有浏览器就能在网络中浏览信息，可以面对许多用户。它仅具有简单的输入输出功能，只处理少部分的事务逻辑，界面设计简单通用即可。用户在浏览器中发出任务请求，浏览器将展现任务请求的结果。

（2）Web服务器端：

是运行在浏览器和数据库服务器之间的服务，主要完成系统逻辑，实现具体的功能。它接收用户请求并将这些请求传送给数据库服务器，然后将数据库服务器的结果返回给用户，浏览器和数据库服务器端需要交互的信息都是通过这个“中间件”完成。

（3）数据库服务器端：

一般称为后端。它是整个系统的核心，存储着所有的往来数据。当数据库服务器通过Web服务器收到用户请求后，即刻对相关请求进行处理，并将处理结果返回给Web服务器，Web服务器将收到的处理结果转换为特定的文本格式发送给客户端的浏览器，亦即反馈给用户。

2.优点

B/S架构的优点包括：①可以进行信息分布式处理，有效降低建设成本，提高整个信息系统的性能；②使用了统一的客户端应用程序，并将系统功能的核心部分集中到服务端，简化了系统的开发、维护；③具有良好的互通性，对应用环境的依赖性较小。

3.缺点

B/S架构的缺点包括：①程序开发者需要考虑浏览器的选择，应用软件在不同的浏览器上呈现的效果不尽如人意；②未达到和C/S客户端程序的强交互性，需要增加开发成本；③响应速度较C/S架构低；④可能需要用户频繁刷新浏览器页面或清理浏览器缓存。

4.C/S和B/S两种架构的比较

我们将C/S和B/S两种架构的特点进行比较，如表 2-1 所示。

二、存储设备

早期的存储特指某一种具体的存储介质，比如软盘、光盘（CD、DVD）和硬盘，以及医院生产环境中可能使用到的磁带。而目前的存储则是指在医院数据中心中部署的专用存储设备，包含了硬件系统、软件系统、存储网络及存储解决方案等一系列的组件。

（一）存储设备分类

1.在线存储

在线存储是工作级的存储，也称之为“一级存储”，是PACS必须存在的存储层，其最大的特征是存储设备和所存储的数据时刻保持“在线”状态，可以随时被用户快速读取和修改，满足应用服务器或数据库对数据访问的速度要求。在PACS中，系统将SCP接收的检查设备或后处理工作站发送的检查影像数据归档并存放于在线存储中，便于用户随时进行调阅、再次后处理。

为了保证数据存储的效率，通常在该存储层中使用光纤通道储存区域网（FC-SAN）架构存储设备。FC-SAN架构的存储设备通过专用的存储光纤交换机将服务器和存储设备连接，并提供高速读写带宽和IOPS，使得整个系统能够在多用户并发请求时快速响应。同时在线存储设备上的物理磁盘均需要采用高速机械磁盘或固态磁盘，并使用读写性能更优的廉价磁盘冗余陈列（RAID）10进行磁盘阵列的配置，既保证了数据的安全，也提供了高效的读写能力。

2.近线存储

随着用户对访问影像数据存储环境的时效性细化提出了近线存储设备概念，它主要定位于在线存储和离线存储之间，是指将日常生产环境下访问量不大或不常访问的数据存放于性能相对较低的存储设备上，但同时要求存储设备具备较大的存储空间，传输速率高和寻址迅速。因此对近线存储的性能要求并不太高，多数情况下，由于不常用的数据在总数据量中的比重较大，因而近线存储在容量上的需求较大。

当PACS在线存储设备接收到检查数据并完成归档后，系统根据设定好的数据生命周期维护参数，自动将在线存储的数据复制到近线存储中存放。如检查数据写入在线存储24h后，系统自动将该检查数据复制到近线存储；当在线存储容量达到生命周期的阈值时，系统则将已经存在于近线存储的检查数据，从在线存储中移除，以保证业务系统的正常运行。

近线存储为在线存储提供多一层的数据安全保护和较大容量的影像存储空间。它保障了中远期数据能够被快速调取，同时降低了在线存储的容量压力。通常使用在近线存储层的设备可以是网络接入存储（network-attached storage，NAS）或 FC-SAN存储。NAS存储通过网络为业务系统提供了基于网络访问互联网小型计算机系统接口（iSCSI）和通用网络文件系统（CIFS）的能力，FC-SAN存储为业务系统提供了光纤通道的块设备。由于近线存储需要业务系统提供更大的存储空间，且不需要非常高的读写性能，通常会配置容量大、性能稍差的NLSAS（SAN附接存储）或串行先进技术总线附属接口（SATA）磁盘，并使用读写性能略低但安全系数很高的RAID 6来保障数据的安全。

3.离线存储

离线存储设备是相对于在线存储设备而言的，主要用于对在线存储数据进行备份，以防可能发生的数据灾难，因此又称为“备份级存储”。从离线存储的定义上能够看出，在PACS的数据生命周期中，离线存储扮演的角色就是备份在线存储的数据。PACS完成影像数据归档后，系统根据设定好的数据生命周期维护参数，将存放于在线存储中的数据备份到离线存储层中。

离线存储设备通常使用光盘、虚拟磁带库、磁带库作为其存储介质。随着存储技术的进步与存储空间单位价格的降低，NAS存储设备也逐渐被广泛地应用于PACS的离线存储角色中。离线存储设备主要有以下两种：

（1）磁带库：

通常是指自动加载磁带机和磁带库的集合，它将自动加载磁带机和磁带库有机结合。通过SCSI或FC系统形成网络存储系统。磁带库可以从装有多盘磁带的磁带匣中拾取磁带并放入驱动器中，或执行相反的操作。每盒磁带的容量从几百GB到几TB，其单位存储空间的价格最低。

（2）虚拟磁带库：

虚拟磁带库技术是数据备份领域的里程碑，具有性能高、故障率低、可靠性高、成本投入低及运营成本低等特点。它通过存储控制器将设备模拟成一台磁带库，设备内部使用物理磁盘为系统提供存储空间，不仅提供了物理磁带库自动备份的功能，还解决了磁带读写性能不高、磁带存放环境严格等问题。

（二）影像数据存储的特点

1.大容量存储

数字医学影像具有高分辨力、高精度的特点，每幅图像的数据文件都比较大，所以对整个PACS的存储容量要求非常高。

2.高速度传输

PACS还涉及图像的传输速度问题，高精度、高质量图像的高速传输是很重要的。除了对网络带宽的要求外，对图像存储介质的速度也有较高的要求。

3.高可靠性和高稳定性

PACS作为医院信息系统的一部分，在运行时必须与医院信息系统实现无缝连接，各种影像数据和相关信息是医院运行的核心，高可靠性和高稳定性的存储器，才能够保障医院信息系统可靠、不间断地稳定运行。

4.高安全性

由于患者信息属于个人隐私，因此，不仅要保障数据存放的安全性，还要限制数据管理和访问的权限，不能随意存取、修改和删除。

5.可扩展性

随着医疗技术的不断发展，对存储的需求量也不断增加，这就要求PACS所用的存储系统可以方便可靠地在线扩展。

（三）影像数据存储的要求

影像数据存储要求系统能够支持常用的CR、DR、DSA、CT、MR、US、PET、ECT、内镜检查等不同类型的医学影像。系统在存储影像数据时，采取无压缩（原始数据）或者无损压缩方式进行存储。换言之，任意一份影像资料，在系统中均应保证至少一份无压缩或者无损压缩的数据资料。不得采用任何有损压缩方式永久保存影像资料。系统需要具备提供超过十五年的保存办法，影像资料永久保存的介质必须通过相关质量保证。系统要求具有较高的影像资料安全性设计。

（四）影像数据的存储架构

1.直连式存储

直连式存储（direct-attached storage，DAS）是以影像数据服务器为中心的一种存储设备，它与影像数据服务器直接相连，如图2-3所示。DAS为服务器提供块级的存储服务（非文件系统级）。如服务器内部的硬盘、直接连接于服务器上的磁带库、直接连接在服务器上的外部硬盘盒。基于存储设备与服务器间的位置关系，DAS分为内部DAS和外部DAS两种。

（1）内部DAS：

在内部DAS架构中，即服务器内置的磁盘，通过服务器内部的并行或串行总线连接到存储控制器上。但服务器内部总线受线缆长度条件所限制，仅能支持较短距离内的高速数据传输。此外，很多内部总线能够连接的设备数目也十分有限，将存储设备放于服务器机箱内部，也会占用大量的空间，同时也增加了对服务器其他部件的维护及服务器本身的散热难度。

（2）外部DAS：

在外部DAS结构中，服务器与外部的存储设备直接相连。在大多数情况下，它们之间通过FC协议或SCSI协议进行通信。与内部DAS相比，外部DAS克服了内部DAS对接设备的距离和数量的限制。另外，外部DAS还可以提供存储设备的集中化管理，更加方便。

2.网络接入存储

网络接入存储（networkattached storage，NAS）是以数据为中心的存储方式，是一种连接到网络上、基于网络地址（IP地址）寻址的存储设备，它通过文件级数据访问和共享，为影像数据服务器提供存储资源，使用户可以快速且直接地共享数据，如图2-4 所示。采用NAS无需部署多个文件服务器，是统一文件共享存储的首选解决方案。NAS可以有效降低客户端与服务器端在访问过程中产生性能瓶颈的可能。NAS使用网络共享协议或应用程序对客户端提供服务，如数据传输的TCP/IP协议和远程文件服务的CIFS、NFS技术。

UNIX系统和Windows系统用户能够通过NAS无缝共享数据，最为常见的方式有NAS和FTP两种。采用NAS共享时，UNIX和Linux通常使用NFS，Windows使用CIFS。Windows默认支持使用通过CIFS进行文件共享，但目前的Windows Server或Windows Desktop操作系统具备原生的NFS客户端组件，可以使用与UNIX或LINUX系统相同的mount命令，挂载NFS文件系统使用。随着网络技术的发展，NAS存储被广泛使用在医院环境中，以满足医院对存储设备的易扩展、高性能、集群化的需求。在NAS存储环境中，NAS设备通常具备多种形态及高带宽的网络接口，客户端借助IP网络与服务端进行通信。NAS存储内部配置专门定制的操作系统、文件系统和硬件设备，满足特定的数据存储服务需求。NAS对操作系统和文件I/O进行了优化，执行文件I/O比一般用途的服务器更好。与传统服务器相比，NAS设备能接入更多的客户机，达到对传统服务器进行整合的目的。

3.存储区域网络

存储区域网络（storage area network，SAN）是通过专用高速网将一个或多个网络存储设备与服务器连接起来的专用存储系统。即一个独立于服务器网络系统之外、集中式管理、采用高速光纤通道作为传输体的高速存储网络，支持服务器与存储设备之间的直接高速数据传输，将存储系统网络化，实现真正的高速共享存储，如图2-5所示。常见的SAN有FC-SAN（光纤存储区域网络）和IP-SAN（网络互联存储区域网络）两种，其中FC-SAN为通过光纤通道协议转发SCSI协议，IP-SAN通过TCP协议转发SCSI协议。FC-SAN大多应用于高端的医院生产环境中，这些应用对存储性能、链路冗余和数据安全性都有相当高的要求，磁盘阵列、备份一体机等都成为存储系统中不可缺少的设备。

SAN不但提供了对数据设备的高性能连接，提高了数据备份的速度，还增加了存储系统的冗余连接，提供了对高可用集群系统的支持。SAN是连接存储设备和服务器的专用光纤通道网络，由支持光纤通道的服务器、光纤通道卡（FC-HBA）、SAN交换机和光纤通道存储设备组成。

（1）服务器：

为光纤通道卡提供电源、操作系统及驱动程序。在服务器的操作系统中能够识别光纤通道卡设备，并安装设备驱动程序和多路径识别软件。

（2）光纤通道卡：

连接在服务器内部总线上，是带有HBA的全球唯一编码（WWN）设备，用于服务器身份识别并与光纤通道存储进行数据通信。

（3）SAN交换机：

提供存储网络，是SAN架构的核心设备。连接存储设备和服务器的光纤通道卡，并通过配置完成存储和服务器之间的对应关系。同时能够对HBA间的通信广播进行隔离。

（4）光纤通道存储：

连接在SAN交换机上，通过服务器光纤通道卡上的WWN号进行身份识别，为相应的服务器提供存储空间。

三、网络传输

（一）网络传输介质

1.定义

网络传输介质是网络中传输信息的载体，是网络中信息发送方与接收方之间的物理通道，常用的传输介质有双绞线、光纤、无线传输媒介等。

2.分类

网络传输介质一般分为有线传输介质和无线传输介质两种。

（1）有线传输介质

1）光纤和光缆：

光纤是光导纤维的简称，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可以作为光传导的工具，其原理是光的全反射。由于光在光导纤维的传导损耗比电在电线传导中的损耗低，因此一般被用作长距离的信息传递。光缆是为了满足光学、机械或环境的性能规范，利用置于包覆层中的一根或多根光纤为传输媒质并可以单独或组合使用的通信线缆。光缆一般由缆芯、加强钢丝、填充物和护套等基本部分组成，另外还有防水层、缓冲层及绝缘层等。

光纤应用光学原理，由光收发器产生光束，将电信号转化为光信号，并将光信号导入光纤。在另一端由光接收器接收光纤传导的光信号，并将它变为电信号，经解码后再处理。

与其他传输介质相比，光纤介质具有电磁绝缘性能好、信号衰减小、频带宽、传输速度快、传输距离长等优势，主要用于远距离传输、综合布线的主干网络连接等。

光纤一般分为多模光纤和单模光纤两种。通常根据物理位置的距离来选择光传导介质：多模光纤的纤芯直径为50~62.5μm，以二极管为光源，其传输距离一般在500~550m内；单模光纤的纤芯直径为8~10μm，以激光为光源，其传输距离在5km以上，最长可达120km。单模光纤和多模光纤的特点比较如表2-2 所示。

2）双绞线：

它是综合布线最常用的网络传输介质，由螺旋结构的4对（8根）绝缘导线组成，不仅可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰，也可以降低多对双绞线之间的相互干扰，如图2-6所示。

根据有无屏蔽层，双绞线分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP），两者之间的区别是在双绞线和外层绝缘套之间有一个金属的屏蔽层，可以减少辐射、防止信息窃听和抑制外部的电磁干扰。但由于在综合布线工程中，屏蔽双绞线很难做到接地，因此在实际施工过程中，非屏蔽双绞线使用广泛。

目前使用的非屏蔽双绞线主要有以下几类：①超五类线（CAT5e），与传统五类线（CAT5）相比衰减小，串扰少，并且具有更高的衰减与串扰比、更小的时延误差，性能得到很大的提高，一般用于千兆以太网的建设。②六类线（CAT6），其电缆传输速率在1~250MHz，提供了2倍于CAT5e的带宽，传输性能远高于CAT5e，适用于传输速率高于1Gbps的应用环境。与超五类线不同，它改善了串扰以及回波损耗方面的性能。永久链路的长度不得超过90m。③七类线（CAT7），其传输速率为600MHz，传输速度达10Gbps，适合万兆以太网环境。

双绞线标准序列中，应用最广泛的连接方法被定义为：ANSI/EIA/TIA-568A和ANSI/EIA/TIA-568B。

568A：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕。

568B：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕。

双绞线的标准连接方法并不是随便规定的，其目的是保证线缆接头布局的对称性，使固定于线缆接头中的4对线缆之间的干扰相互抵消。

（2）无线传输介质：

在计算机网络中，无线传输突破了有线网络的限制，利用空间的电磁波，实现站点之间的通信，可以为广大用户提供移动通信。常用的无线传输介质有无线电波、微波、红外线。

1）无线电波：

指在自由空间传播的射频频段的电磁波，其技术原理是导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这个特点，通过调制可将信息加载于无线电波上。当电波通过空间传播到收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。通过解调将信息从电流变化中提取出来，达到了信息传递的目的。

2）微波：

是一种频率为 300MHz~300GHz，波长在1mm~1m（不含1m）的电磁波。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。

3）红外线：

在太阳光谱中，红光外侧不能引起人视觉反应的光线，就是红外线，也可以作为传输介质。红外线通信的优点有：①不易被人发现和截获，保密性强；②几乎不受到环境、人为干扰，抗干扰性强；③红外线通信机体积小、重量轻、结构简单、价格低廉，但必须在直视距离内通信。

（二）网络传输技术

1.网络传输技术定义

网络传输是指一系列的线路经过电路的调整变化，依据网络传输协议进行通信的过程。网络传输协议是网络中传递、管理信息的规范。网络传输技术是网络传输的核心。传输线路带宽的大小、网络的通信能力，体现了现代的网络水平。

PACS运用网络传输技术在计算机网络中传输影像数据与信息，需要遵从网络传输协议。如此，开放系统互联参考模型 （open system interconnection reference model，OSI-RM）和DICOM协议之间就建立了联系。

（1）开放系统互联参考模型：

1962年12月，美国国防部高级计划研究署的分组交换网——ARPANET投入运行，当时该网络中有4个节点，在这4台计算机之间进行数据通信。但在该网络中进行数据传输的同时，还必须遵守一些约定的规则。这些规则明确了所交换数据的格式及有关同步问题。实践经验表明，复杂的计算机网络结构最好是层次型的。1977年，ISO根据这一特点建立了委员会，发布了不再基于硬件操作系统及其他隐私的网络体系，即“OSI开放系统互联参考模型”。其定义了不同计算机互联的标准，是设计和描述计算机网络通信的基本架构。OSI模型将网络结构分为7层，如图2-7所示。

1）物理层（physical layer）：

是 OSI模型中最重要、最基础的一层，它建立在传输媒介上，其作用是建立、维护和取消物理连接，实现设备之间的物理连通。物理层的通信方式是接收和发送比特流，不考虑信息的意思和信息结构。物理层的典型设备主要包括光纤、双绞线、中继器和集线器等。

2）链路层（data link layer）：

在链路层上传输的数据单位是“帧”。由于物理层只承载比特流，链路层则将信息封装成数据帧，在物理链路上实现建立、撤消、表示逻辑连接和链路复用以及差错校验等功能。即数据链路层是在不可靠的物理介质上提供的可靠传输。

链路层的主要作用有物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的验错和重发等，其主要功能是：①完成数据二进制信息在物理设备间进行可靠的传输；②保障数据信息在网络层能够传输正确；③解决链路层中信息模式、操作模式、差错控制、信息交换过程和通信控制规程的问题。

链路层的主要网络设备包括二层交换机、网桥、网卡等。

3）网络层（network layer）：

用于控制数据通信的操作，是通信子网与资源子网的接口。网络层的任务是先选择合适的网间路由和交换节点，确保数据及时传送。网络层将解封装数据链路层收到的帧，提取数据包，数据包中封装有网络层包头，其中含有逻辑地址信息源站点和目的站点地址的网络地址。

IP主要工作在OSI模型中的第三层，工作在这个层次的还有路由协议和地址解析协议（ARP）等，可以完成拥塞控制、网际互联、信息包顺序控制及网络记账等。其主要功能包括：①路由选择和中继；②激活、中止网络连接；③在一条物理链路上复用多条逻辑的网络连接，并且可实现分时复用；④差错检测与恢复；⑤排序、流量控制；⑥服务选择；⑦网络管理。

工作在网络层中的数据传输单元是“包”。在三层交换网络中，传输的数据被切分成众多的数据块，数据包发送到目的地后被重新组合。网络层协议包括IP、IPX、OSPF等。网络层的典型设备有网关、路由器等。

4）传输层（transport layer）：

是建立在网络层和会话层之间的逻辑层次，是OSI中高低层之间的接口层，是一个独立结构层，也是OSI模型分层体系的核心。传输层的数据单元称为“段”，面对的数据对象是和会话层界面的端口，其最终目的是为会话提供可靠的、无误的数据传输。该层的主要功能是从OSI的较高层次接收数据，然后将数据切分成数据段，并交付到下一层网络层。在确保数据段正确无误地到达网络层后，继而实现二层数据的透明传输。工作在传输层的协议包括TCP、UDP等。

5）会话层（session layer）：

处于开放系统互联参考模型的高层次中，数据的传输单位被统称为“报文”。其本身不参与具体的数据传输，它提供的是诸如访问验证、会话管理在内的建立和维护应用之间通信的机制。其主要功能有：①会话层连接到传输层的映射；②会话连接的流量控制；③会话连接的恢复与释放；④会话连接的管理、差错控制。该阶段在两个会话用户之间实现有组织的、同步的数据传输。

6）表示层（presentation layer）：

起衔接应用层和会话层的作用，向上为应用层提供服务，向下接收会话层的服务。表示层主要完成特定的功能，即不同数据编码格式的转换，提供信息压缩、解压缩服务，对信息进行加密、解密。表示层为应用层提供包括语法选择、语法转换等服务：①语法选择提供一种初始语法和以后修改这种选择的手段；②语法转换涉及代码转换和字符集转换、数据格式的修改以及对数据结构操作的适配。

7）应用层（application layer）：

是 OSI模型的最高层，也是最复杂的。作为操作系统提供给用户的接口，它为用户提供网络管理、文件传输、事务处理等管理服务。

应用层包含了若干独立的用户服务协议模块，为用户间的通信提供专用的应用程序。常用的诸如Telnet、FTP、HTTP、DNS等通信协议都工作在应用层。

（2）DICOM的网络通信：

DICOM 3.8中，详细描述了DICOM数据在网络传输中的信息交换。一般数据的网络传输如图2-8所示，DICOM数据在网络中的传输如图2-9所示。

可以看出，DICOM是建立在OSI模型基础之上的通信协议，DICOM是上层协议，主要负责与TCP相对接。

DICOM采用C/S架构描述网络传输，即客户端连接到服务端，使用服务端提供的各项服务。传统C/S架构中的角色被定义为“Server”和“Client”，而在DICOM协议中，“Server”端角色被称为服务类提供者（service class provider，SCP），而“Client”端的角色被称为服务类用户（service class user，SCU）。

当需要进行DICOM通信时，SCU会向SCP发送连接请求消息，主要描述SCU本次连接请求的DICOM服务及相关设置。随后SCP接收该信息并确认是否支持SCU请求的相关服务，并给出反馈信息，在DICOM协议中定义为响应信息（response message）。响应信息主要分为以下两类：①如果服务端能够支持客户端的服务请求，则会给客户端返回确认信息（association acknowledge），表明此次连接完成；②如果服务端不能支持客户端的服务请求，则会向客户端返回拒绝信息（association reject），表明此次连接失败。

综上所述，若SCU需要SCP提供相应的服务，则需要先发送连接请求，SCP接收信息后需要与SCU进行相互确认，类似于TCP的“三次握手”，这种交互也确保了DICOM通信的可靠性。

除此之外，请求消息中还应包括以下信息：①请求端实体名称（calling AE title），DICOM中用于指代SCU的身份符号；②被请求实体名称（called AE title），DICOM中用于指代SCP的身份符号；③描述上下文（presentation contexts），作为服务清单，其长度不可超过128个字符，主要用于描述SCU向SCP请求获得的服务，每一项服务都包括了服务堵塞的服务对象类（server object pipe class，SOP Class）和传输语法清单（list of transfer syntaxes）。具体如下：

1）AE title：

在DICOM网络中每一个DICOM系统都会被指定一个名称，被称为“AE title”（application entity title，实体名称）。它用来标识DICOM网络中不同的DICOM系统，与网络中每台服务器都被赋予主机名类似。在一个DICOM网络环境中，要确保每一个DICOM系统拥有一个唯一的名称。在DICOM标准的定义中，“AE title”不得大于16个字符，在实际应用过程一般不建议大于8个字符，可以采用大写字母、小写字母、数字等。

2）presentation contexts：

自 1993 年 DICOM提出以来，其间出现的新的网络连接，也被不断地融合到DICOM协议中。大多数DICOM服务能够实现DICOM中的部分功能，不同的DICOM服务也被应用于不同的场景中。SCU和SCP之间的通信过程为SCU先向SCP发送其服务请求，而SCP会查看其是否能够满足SCU所请求的若干服务期望。鉴于以上原因，SCU会向SCP发送被称为“presentation contexts”（描述上下文）的消息列表，每一个描述上下文代表一种SCU所期望得到的DICOM服务。SCU用DICOM标识符来标识每种服务，即“SOP class UID”（service object pair class unique identifier，服务对象对类唯一标识符），它被明确地定义在DICOM的第4部分。

在传输“SOP class UID”的同时，会发送与该服务对应的编码格式，即“Transfer Syntaxes”。通常SCU在向SCP发送影像时，会向SCP宣告本次信息交互的传输语法，比如乳腺X线照片文件很大，需要进行压缩。SCU在向SCP发送上下文信息时会提供给SCP相应的压缩方式，如JPEG2000，当然也会提供被大多数SCP接受的非压缩方式。当SCP确认支持且能够提供SCU请求的语法时，会向SCU发送确认信息，进而完成数据传输。

2.网络传输技术分类

网络传输技术主要依赖于具体信道的传输性能，分为有线传输技术和无线传输技术。

（1）有线传输技术：

具有抗干扰能力，能够保持信号的稳定，准确地将信息从一端传递到另一端。快速的信息传递提高了人们工作和生活的效率，而且在传输过程中对人体的危害小，具有准确、迅速、安全等特点。但同时有线传输技术需要进行线路铺设，其过程会受到空间的限制。有线传输将传输信号等进行光电转换，并传至终端设备。传输介质有电话线、同轴电缆、光缆等。目前最普及的有线传输技术是光纤传输。光纤传输技术的特点：①频带较宽，光纤传输结构中包含了32个话路系统，16个话路负责上行部分发送，16个话路负责下行部分接收，因此能够传送大量信息，并保证通信信号的畅通。②抗干扰能力强，传输距离远，光纤不传导电，在传递信号过程中可以有效避免电磁信号的干扰。因为其不导电，也能够避免雷击现象的出现。不同光纤使用的波长也不一样，波长越长损耗越低，因此其传输距离远。③数据准确，保真能力强，光纤的原材料主要为石英，容易获得，并且在传输信号的过程中很少出现失真的现象，具有较高的安全性能与传输质量，所以光纤的传输非常稳定。

（2）无线传输技术：

是利用无线技术进行数据传输的方式，与有线传输相对应。其安装方便，灵活性强、性价比高等特性使更多行业的监控系统采用无线传输方式建立监控点和监控中心之间的连接。

无线通信是利用电磁波信号在自由空间中传播的特性进行信息交换的通信方式。无线通信技术具备很多优点：①成本低，无线通信技术不需要建立物理线路，也不用大量的人力去铺设电缆；②无线通信技术不受环境场地的限制，对抗环境的变化能力较强，故障诊断也较为容易；③当网络需要扩展时，无线通信不需要扩展布线；④灵活性强，不受环境地形等因素的限制，在环境发生变化时，只需要进行很少的调整，就能适应新环境。

常见的无线通信技术分为近距离无线通信技术和远距离无线传输技术两种。

1）近距离无线通信技术：

指通信双方在较近的传输距离内通过无线电波传输数据，其应用范围非常广泛。近年来，应用较为广泛且具有较好发展前景的短距离无线通信标准有①蓝牙（bluetooth）：蓝牙能够在10m半径的范围内实现点对点或一点对多点的无线数据和声音传输，其数据传输带宽可以达到1Mbps。蓝牙技术广泛地应用于局域网络中的各种数据及语音设备，可以实现各类设备之间随时随地的通信。②无线宽带（WiFi）：是基于802.11协议的无线局域网接入技术，其突出的优势在于它有较广的局域网覆盖，其覆盖半径可达100m。与蓝牙技术相比，其覆盖范围广，传输速率高，适合高速数据的传输业务。无需布线，可满足无线移动办公用户的需求。在人员密集的地方设置“热点”，可以通过高速线路将因特网接入公共场所。与手机相比，WiFi产品的辐射更小。③近场通信（NFC）：近场通信是一种新型的无线通信技术，其工作频率是13.56MHz，由RFID射频技术与无线互联技术相结合发展而来。近场通信采用幅移键控（ASK）调制方式，其数据传输速率一般为106kbit/s、212kbit/s和424kbit/s三种。NFC的主要优势是距离近、带宽高、能耗低，与非接触智能卡技术兼容，其在门禁、公交、手机支付等领域有着广阔的应用价值。

2）远距离无线传输技术：

目前偏远地区广泛使用的无线通信技术主要有通用分组无线服务（GPRS）/宽带码分多址（CDMA）、无线网桥及卫星通信等。主要应用于较为偏远或不宜铺设线路的地区。

① GPRS/CDMA：GPRS是基于GSM通信系统的无线分组交换技术，是利用包交换概念发展的一种无线传输方式。包交换技术是将数据封装成许多独立的包，再将这些包一个一个传送出去，其优势在于有数据需要传送时才会占用频宽，有效提高网络的利用率。GPRS网络同时支持电路型数据和分组交换数据，从而能够方便地与因特网互相连接，相比原来的GSM网络的电路交换数据传送方式，GPRS的分组交换技术具有实时在线、按量计费、高速传输等优点。CDMA是一种基于码分技术和多址技术的新的无线通信系统，其原理基于扩频技术。即将需传送的信息数据用一个远大于信号带宽的高速伪随机码序列进行调制，使原信号带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。它具有现代移动通信网所要求的频谱利用率高、大容量、高质量、保密性强、电磁辐射小、覆盖范围广等特点。

② 无线网桥：无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物。无线网桥是为使用微波进行远距离数据传输的点对点互联设计的，是一种在链路层实现LAN互联的存储转发设备，可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离（可达50km）、高速（可达百兆bps）无线组网。扩频微波和无线网桥技术都可以用来传输对带宽要求相当高的视频监控等大数据量信号传输业务。

③ 卫星通信：是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，从而实现在多个地面站之间通信的一种技术。它是地面微波通信的继承和发展。卫星通信系统通常由两部分组成，分别是卫星端、地面端。卫星端在空中，主要用于将地面站发送的信号放大再转发给其他地面站。地面站主要用于对卫星的控制、跟踪以及实现地面通信系统接入卫星通信系统。

四、医学影像显示器

医学影像显示器即医疗行业所使用的高清晰度、高亮度显示器。随着PACS的广泛应用以及数字影像技术和设备的不断发展，医学影像显示器已经成为医院和PACS厂商关注的焦点。医学影像显示器是PACS中医学影像的最终呈现，具有替代传统照片、保证影像显示质量、实现医师直接调阅数字照片的作用。

（一）医学影像显示器的分类

1.按工作原理分类

分为阴极射线显像管显示器（cathode ray tube，CRT）和液晶显示器（liquid crystal display，LCD）两种。

2.按用途分类

（1）医用诊断显示器：

用于 DR、CT、MRI以及PACS等影像的电子化阅片。因铺放传统胶片的影像布置及阅片习惯，此类显示器往往在日常使用中旋转为竖屏（需要旋转90°）。此类医用显示器对医学影像的灰阶处理有特殊的医用标准，也有灰阶、彩色、一体双屏等多种规格。

（2）医用会诊显示器：

需要完全符合DICOM，满足医学影像稳定一致的显示要求，同时可以方便医生进行影像标注、记录和回放，具备多点触控和电子白板功能，可以应用在综合会诊、手术示教、综合培训及远程会诊等场景。

（3）医用内镜显示器：

需要连接的设备包括消化内镜、腹腔镜、关节镜等，也被称为“内镜监视器”。这种显示器需要能够真实精确地还原图像的色彩、清晰度和画面质量，确保在微创手术室环境下的显示效果，为医生进行细节观察提供可靠的支持。

为满足手术室环境的需要，显示器应具有良好的防护能力，实现容易清洁与消毒的要求。多种视频输入输出接口，完全符合各种内镜、手术室及ICU的要求。满足手术室高等级净化标准的安装结构，完全兼容手术室环境的安装。

（4）医用超声显示器：

用于显示超声诊断仪的图像，因为医用超声诊断的影像有其自身特殊的灰阶诊断需求，需要使用专门的超声显示器，才能完整清晰地展示超声影像中的画面细节及灰阶层次。

3.按分辨力分类

医用显示器按分辨力分类见表2-3。

（二）医学影像显示器的特点

1.稳定性

与普通显示器相比，医学影像显示器价格较为昂贵，一般使用寿命超过5年。无论是传统的CRT显示器还是目前主流的液晶显示器，其亮度都会随着使用时间的延长而不断衰减。通常显示器寿命的定义是亮度衰减到最大亮度的50%的时间。以液晶显示器而言，此时间为30 000~50 000h。即使在使用寿命内，亮度也并不是每天都相同。所以使用3~6个月后，显示器必须进行亮度及灰阶的校正，以保证显示器的一致性。较先进的显示器内部配置传感器，能侦测显示器的亮度变化而自动调整，使显示器在使用寿命内能随时保持亮度稳定。

显示器刚开机时，显示亮度不会立刻达到预设值，经过20~30min后才能完成对其亮度的调整。在此亮度未达到预设值时，显示器是不适合进行诊断使用的。而使用者也常因其他事务暂停使用显示器，当操作系统的屏幕保护程序开始运行，显示器电源也随之关闭，这种处理方法对延长显示器的使用年限有一定的保护作用。设计精良的显示器可以增加内部传感器部件，在显示器开机时进行亮度侦测，若亮度未达标则应提高显示器的供电电压，使显示器在极短的时间内到达预设亮度并投入使用。如此，既无需等待显示器开机预热，又可以延长显示器寿命。

2.一致性

在PACS未普及时，影像科室为保存患者的历史检查，通常会设立专门的胶片室用于保存打印后的胶片以实现影像信息的长久保存，即使经过较长时间也可以清晰如初。为了确保在医院不同工作站上呈现完全一致的同一影像以及打印在胶片上与显示在显示器上的图像一致，医学影像显示器厂商需要提供针对显示器的预防性维护的工具，显示器也应具有质量控制功能，用以保障影像显示的一致性。

（三）医学影像显示器的校准

影响医学影像显示器正常使用的主要因素有外因和内因两个方面。外因主要是环境光源影响显示器的成像效果，内因则是显示器液晶面板的物理特性引起的亮度变化。

液晶面板的背光灯管的效率很大程度上受限于温度，背光灯管启动后随着温度的变化，亮度可以在很短的时间内发生极大的变化。在工作了较长时间后，由于背光灯管的老化，显示器亮度会逐渐变暗。为了解决这个问题，DICOM推出了关于灰度影像显示标准方面的内容即灰度标注显示函数（grayscale standard display function，GSDF），其目的是保证传输到任何地点、在任何符合DICOM的显示设备上的医学影像能够以一致的灰度呈现。在实际应用中，医用显示器需要使用亮度计和相应的程序进行校正，使其符合DICOM的要求，常见的有外置亮度计手动校正和内置亮度计自动校正。

1.外置亮度计手动校正

在校正时，亮度计置于显示器前方。显示器显示各种不同的测试图片，亮度计分别测量该图片中特定位置的亮度值。然后利用显示器配套的亮度校正软件，对显示器的亮度进行校正。

其最大的优点是直观，因为亮度计放置在显示器前，亮度计所测得的数据即为人眼所见的亮度，不需要通过计算进行转换。但也存在以下不足：①需要具备专门技术的人员手动操作，对人员的要求较高；②显示器每隔一段时间就需要进行校正，工作量大，且容易错过矫正时间；③亮度计采光区域小，所测得的数据不能代表整个屏幕的亮度水平。

2.内置亮度计自动校正

内置亮度计安装在液晶面板后部，从透光孔接收液晶背光，测量背光的亮度，并由校正器控制电路完成校正工作。其采用光学传感技术来实现医用显示的校正。它是一台自动检测亮度和温度的精密控制系统，有效解决了传统医用显示器需要定期检测和重新校准的问题。显示器内置的处理器能够存储DICOM校正结果，根据校正结果智能地修正和补偿显示的亮度输出，是主流医用显示器所采用的技术。其优点是：①不需人工介入，显示器自动完成，避免了人工操作可能产生的误差；②自动检测显示器的亮度变化并自动调整，使得显示器在使用寿命内保持稳定的亮度输出；③测量的背光灯亮度即显示器的整体亮度，能够准确地标识显示器的整体水平。

（四）医学影像显示器的应用环境

1.人类视觉感知的差异

人类视觉系统的信息处理机制是一个高度复杂的过程，通过对生物学、解剖学、神经生理学、心理物理学等方面的大量研究，表明其主要具有视觉关注、亮度及对比度、视觉掩盖、视觉内在推导机制四个特征。特别是视觉掩盖效应，可以直接或间接用于改善视频信息的处理。

人的眼睛有着接收及分析视像的不同能力，从而组成知觉，以辨认物像的外貌和所处的空间（距离）及该物像在外形和空间上的改变。脑部将眼睛接收到的物像信息，分析出四类主要资料，即有关物像的空间、色彩、形状及动态。有了这些数据，便可以辨认外物，并对外物作出及时、适当的反应。

当有光线时，人的眼睛能辨别物像本体的明暗。物像有了明暗的对比，眼睛便能产生视觉的空间深度，看到对象的立体程度。同时眼睛能识别形状，有助我们辨认物体的形态。此外，人眼能辨别颜色的能力，称为色彩视或色觉。人眼对于空间、色彩、形状及动态四种视觉的能力，是混为一体使用的，作为我们探察与辨别外界数据、建立视觉感知的源头。

2.数字化阅片室的设计

（1）房间布局：

传统的阅片环境需要一个较大的阅片室，便于医生集体阅片和交流。在现代的数字化阅片场景下，网络化使医生之间出现了更多的交流方式，便于医生在相对独立的环境下工作，以提高诊断效率和准确率。将诊断、会诊等区域相对分开，既可以减少相互干扰，又可以优化空间布局。

（2）环境光：

环境光在传统的阅片环境下几乎没有影响，在数字化阅片场景下，环境光亮度的增加将会导致医生眼疲劳程度的增加，选择使用高亮度的医学影像显示器会抵消掉一部分环境光的负面影响。数字化阅片室需要环境光连续且可以进行调节，同时需要按照功能分配公共照明和阅读灯光。

（3）噪音：

在数字化阅片场景下阅片需要相对安静的环境，噪音不可避免地会影响医生的工作，因此在数字化阅片室设计时，建议采用一些隔音和吸音材料。同时尽量将诊断区域和其他区域隔离，以减少声源对诊断医生的干扰。

（4）人体工学的工作台和座椅：

随着PACS和影像技术的更新，影像科医生的工作量也不断增加，办公桌椅设计得不合理，导致诊断医生的疲劳度增加、工作效率下降，甚至影响诊断的准确性。采用人体工学设计的办公家具，可以明显提高医生工作的舒适度和满意度。因此工作台和座椅的高度应做到可以自由调节，显示器的上下高度和倾斜度也需要可调。

（5）显示系统：

显示系统对数字化阅片室而言是非常重要的。为了保证PACS中影像显示的一致性，DICOM对显示部分有严格的定义，因此需要在阅片室配置专门的医用诊断显示器。

（6）诊断信息的整合显示：

在数字化阅片室工作时，信息的传递更多地依靠网络承载。数字化的信息整合使影像科医生可以获取更多的关于患者的病史、检查、检验等医疗信息，使数字化阅片的工作更加完善。

3.特定工作环境的需求

（1）手术科室：

主要业务是接诊各类常规或突发的需要进行外科手术的病例，常规的医疗手段是借助医学影像检查，对患者的器官、骨骼、组织等病灶或创伤进行甄别、确诊和定位。手术科室在进行疾病诊断、确定手术术式和手术范围时对医学影像的依赖程度较高，这就需要为医生配备能够清晰展现器官和骨骼组织的医学影像显示器。

为了满足手术科室对医学影像的阅片需求，通常会配置3M的灰阶显示器。此类型的显示器不但可以满足诊断医生对CT、MRI检查影像的阅片需求，同时能够满足对CR、DR设备产生的高分辨力影像的阅片需求。通过医学影像准确了解患者的疾病部位、侵害程度等信息，再进行手术方案的制定，提高诊断与治疗的效率和符合度。此外，对于特定的手术科室，还可以按其要求，配备与其影像分辨力相适应的医用显示器，如乳腺科对数字乳腺的阅片，就需要配备5M的医用显示器等。

（2）内镜科室：

当前，内镜检查和手术盛行，这些科室需要配备专用的医学影像显示器与内镜手术检查设备连接，用于手术与检查过程中清晰地还原检查情况或手术细节。与医用诊断显示器不同，它需要提供高亮度、高分辨力及彩色的显示效果。因此一些医学影像显示器生产厂家也细化了显示器的用途，发布了专门应用于内镜科室的医用显示器。内镜医用显示器能真实显现内镜输出的医学影像，并在手术与检查过程中精确地显示解剖、放射、监护、超声等多种影像，满足内镜、微创等数字化手术与检查的精确性和复杂性等的需求。

（3）其他临床科室：

以内科为主的其他临床科室，在影像学检查方面一般采用CR等设备，配备2M的医用显示器，即可满足这类临床科室诊断与治疗的需求。

（五）医学影像显示器的测试

我国DICOM符合性测试主要根据当前国家卫生健康委员会发布的《WS 538-2017 医学数字影像通信基本数据集》 《WS/T 544-2017 医学数字影像中文封装与通信规范》 《WS/T 548-2017 DICOM中文标准符合性测试规范》及国际公认的《DICOM CP1234 Add GBK and GB2312 Character Sets for Chinese Text》进行标准符合性测试。

通常会根据厂商提供的一致性声明，对标准要求的基本数据集和中文封装规范进行标准符合性测试。根据医院影像设备输出的影像基本信息和PACS输入的影像基本信息进行现场测试和查验，确保影像设备和 PACS 之间能够进行互联互通，实现医学数字影像基本信息在通信、存储、发布、交换等应用中的一致性和准确性，保证医学影像基本信息的有效交换、分析和共享。

（六）医学影像显示器的选择

医学影像显示器是PACS的终端设备，为使用者提供“软阅读”的功能。医学影像根据不同的临床使用需求，一般分为基本级、参照级、定位级三级。基本级，一般为影像科室医生凭原始影像作出初步的临床诊断，撰写诊断报告；参照级，一般为临床科室医生，参照影像科的诊断报告，同时阅读图像；定位级，一般用于教学，仅需要显示特定的病变区域影像。一般来说，CT、MRI、DSA、PET及超声等设备生成的医学影像，与1k和2k显示器的“操作者特性曲线（ROC）”重合，亦即1k显示器即可满足上述医学影像的诊断要求。当对胸部X线影像作精准诊断时，则必须应用2K显示器。医学影像显示器的选择需注意以下几个方面：

1.亮度

显示器的亮度越高，人眼对灰阶的辨识能力越强，人眼能辨识的灰阶也就越多。这说明人眼对灰阶的辨识能力和亮度之间不是线性关系。只有提升显示器的亮度，才能提高灰阶的分辨力。阅片环境的照度对显示器的折射率有影响，进而影响显示器的亮度。利用光学手段对显示器亮度进行DICOM校正，使亮度基本保持在一定的区间，从而保证亮度的稳定性和影像的一致性。

2.灰阶

人眼对灰阶的反应并不是线性的，人眼对黑暗部分的反应灵敏度不如明亮部分。在影像学诊断中，区分组织密度小的影像灰度差异，有可能对早期病灶的诊断有很大帮助。显示器显示的黑白影像的灰阶数与所连接的显卡有关，普通显卡在Windows操作系统环境下，其8bit的输出信号应当是256灰阶。由于Windows系统调色盘占据了20个灰阶，显示器实际显示的灰阶只有236个，这就导致了一些影像会出现明显的灰阶断层。要完整地显现灰阶连续的黑白影像，应该选配专业的灰阶输出≥10bit的显卡。

3.分辨力

高分辨力的影像在低分辨力的显示器上显示时，影像会严重失真，显示器的分辨力与图像本身的分辨力是密切相关的。数字影像的分辨力基本要求为：DSA、数字胃肠为1 024×1 024；MRI为 256×256或 512×512；CT为 512×512；CR/DR为300万像素以上；MG为500万像素以上。在浏览DSA、CT、MRI的单幅图像时，仅需要1 280×1 024分辨力的显示器即可，但要同时浏览多幅图像时，分辨力应该在1 600×1 200左右才能满足诊断需求。因MG影像的分辨力一般都超过500万像素，所以最好选择500万像素的显示器阅片。CR / DR 则适合选择300万像素的显示器阅片。

4.响应时间

响应时间一般是指显示器对输入信号的反应速度，主要有上升时间和降落时间，通常以毫秒计算。响应时间一般是针对动态影像而言，对于静态的CR/DR影像并无太大影响。人眼具有“视觉暂留”的情况，若响应时间过长，会出现动态影像的拖尾状况，不适合动态影像的实时播放。因此在需要浏览DSA和数字胃肠机等影像时，应首先考虑选择响应时间在20ms以下的显示器。

5.横屏或竖屏

选择横屏或竖屏的显示器，其实并没有相关的标准或规定。根据医生阅片的习惯和需求，显示器厂家已设计生产了可以转换横竖方向的显示器。医学影像有横向有竖向，一般选择可以自由转换横竖方向的显示器。

6.其他

显示器还应具备以下条件：①能用专用的校正软件实现DICOM影像校正功能；②背面应有光学传感器接口，可以接入光学传感器进行校正；③还应可以运用电子白板功能，进行影像学会诊与教学等功能。

五、工作站

根据工作站开展的业务不同进行分类，通常分为以下几种：

1.登记及事务管理工作站

登记工作站是PACS/RIS的数据入口，无论是通过数据集成 / 电子申请单方式的信息，或者全新手工录入的患者信息，都会从登记工作站发起数据流，直到整个检查结束。事务工作站是对系统流程进行查看、修改和配置的角色。它在整个系统的后端，提供设定系统字典、角色管理、系统配置等任务，并对整个系统中的HIPPALOG进行监控，是进行系统管理不可缺少的角色。

登记工作站主要提供的功能有检查预约、检查登记、检查排程、扫描申请单、打印条形码、打印报告等工作。进行信息系统集成后的登记工作站，还需要对检查费用进行确认。

事务工作站能够提供针对系统后端的功能包括统计报表、系统配置、日志管理、站点配置、检查项目、设备管理、排班管理、模板管理等。

2.影像重建工作站

通常为影像设备厂商为满足业务应用场景，为检查设备配备的专门用于影像重建的高性能工作站。它部署了影像设备厂商的影像软件，专门针对复杂的增强检查，如心脏CTA、血管CTA等进行影像重建，作为影像诊断或科研过程的辅助和支持，为影像科医生提供病情诊断辅助工具。影像处理模块应为开放式，医院可根据需求添加所需的影像处理功能。

影像后处理工作站提供的主要功能包括：①编辑图像、对图像进行直方图、影像均衡、影像平滑处理、边缘增强处理，对窗宽、窗位的预设及调整窗口位置；②影像灰阶和对比度调节、正负向旋转，影响色彩反向显示；③伪色彩绘制与计算、灰阶旋转；④影像水平、垂直翻转与按角度旋转功能；⑤影像冻结、数字减影；⑥参数显示、长度角度测量、面积测量，在影像上进行文字、数字、箭头标记；⑦同屏显示多幅图像、分格显示患者不同体位、不同设备的影像，供诊断比较；⑧动态电影回放，同屏显示同一患者不同设备检查的多个动态电影影像；⑨影像漫游、无级缩放、局部放大；⑩CT值坐标方式显示。

3.影像诊断工作站

影像诊断工作站是供影像科医生对检查影像进行浏览、处理、编辑检查报告、提交和审核使用的电脑系统。工作站在日常工作中需要进行大量医学影像的调阅及处理，使用专业显卡，连接1台或2台医学影像显示器，通常会建议使用配置较高的个人计算机或专用的工作站。

影像诊断工作站可以提供的功能包括①调阅影像：调阅PACS影像并可以浏览处理后的检查影像；②基本功能：对原始检查影像进行缩放、平移、标注、测量、关联等处理；③高级功能：对原始检查影像进行3D、MPR、容积匹配、血管分析等功能对影像进行处理；④编辑报告：初级别医生使用工作站对检查进行诊断，并编辑诊断报告，向上级医生提交；⑤审核报告：高级别医生对初级别医生提交的报告进行审核，如诊断符合要求，则通过审核。如不符合，则可以自行进行编辑后审核，也可以退回给提交医生重新进行报告的书写。

4.临床浏览工作站

临床浏览工作站部署在临床医生办公室，并部署了电子病历软件，使临床医生能够对患者的病历医嘱进行增加或修改。PACS与EMR进行系统集成后，临床医生可以通过EMR系统中的检查状态及时看到患者的影像检查及相关报告，及时在EMR系统中更新或修改治疗方案。为了保证临床工作站能够看到符合诊断条件的医学影像，通常工作站会配置医学影像专用的高分辨力显示器。

六、医学影像辅助信息系统

（一）分诊叫号系统

医院分诊叫号系统专门用于进行医院就诊患者的分诊，根据不同业务类型、不同科室的业务流程定制不同的分诊方案。

患者可以根据检查登记时的预约时间到相应的科室进行检查，而不必在检查科室持续等待。在需要进行多项检查的情况下，可以更加充分、合理地利用就诊时间。既保证了对患者公平的就诊顺序，又不影响特殊情况的患者优先就诊，能够真正让患者感受到优质的服务。

对医院而言，分诊叫号系统能够有效改善服务环境，实现了就诊环境的有序化，减少医务工作者维护就诊秩序的工作量，进而从整体上提高工作人员的工作效率，增强了医院的服务质量，提升了医院的服务形象。

（二）胶片集中打印管理系统

胶片集中打印管理系统专门用于胶片打印任务的集中、批量处理。

检查完成后的胶片打印任务输出到打印管理服务器上进行保存，再由固定人员通过打印列表对打印任务进行逐一或批量确认，将不同的打印任务批量发送到一台或多台激光相机处理。打印后照片与检查报告一同装入照片袋，统一对患者进行发放。

胶片集中打印管理系统是自助胶片打印系统的雏形，它可以根据业务流程的需求，做到按需打印，减少了胶片的浪费；避免了批量胶片输出后，需要人工进行分拣的工作量。在当前的业务科室的工作流程中，自助报告与胶片打印系统已经替代了胶片集中打印管理系统。

（三）胶片打印机

1.传统胶片打印机

DCIOM医学影像胶片输出系统在行业中被称为激光相机，主要完成对胶片盒的操作、胶片的传送、曝光、定影直到输出等一系列的功能，是较为复杂的机电一体化设备。根据设备成像过程，可以将激光相机分为湿式激光相机和干式激光相机。

（1）湿式激光相机：

湿式激光相机是在激光感光后采用湿法显像技术的相机，包括电源、影像控制系统、抓片控制系统、打印控制系统、胶片传动控制系统和自动冲洗单元。

当湿式激光相机接收到设备或工作站输入的打印任务时，经相机的各种接口处理转换为可以处理的数字信号。影像控制系统对图像进行处理后，激光相机胶片抓片系统将处理后的图像传送到激光扫描区进行扫描。扫描后的胶片再被送至自动洗片机，最终得到诊断照片。

影响湿式激光相机影像质量的因素较多，且其会造成水环境污染，长期接触刺激性气味的化学冲洗药对操作者的身体健康也存在潜在风险。因此医疗机构已经放弃了对湿式激光相机的使用。

（2）干式激光相机：

干式激光相机是在完全干燥的环境下进行激光成像的设备，包括电源、影像控制系统、抓片控制系统、打印控制系统、胶片传动控制系统和胶片光热成像系统。

与湿式相机的工作原理大致相同，当干式激光相机接收到设备或工作站输入的打印任务时，经过相机的各种接口处理转换为可以处理的数字信号。影像控制系统对图像进行处理后，激光相机胶片抓片系统将处理后的图像传送到激光扫描区进行扫描。扫描后形成潜影的胶片被传送到胶片加热鼓进行加热显影。显影后的照片再被送到密度检测调节装置，信息处理单元的计算机得到影像质量信息的回传报告，使干式激光相机的图像质量保持稳定的质量。

（3）干式激光相机和湿式激光相机的比较：

干式激光相机较湿式激光相机具有明显的优点，包括①图像质量稳定：干式激光相机的处理过程都是在干燥的环境下、自动化完成的，没有人为的干扰和湿式激光相机的药液问题影响，成像质量稳定；②减少污染，运行成本低：无需冲洗胶片和定影液，节省了配换药液的人力成本，不存在酸碱污染等环境危害；③降低了故障发生率及维修成本，提高了经济效益；④对环境要求低、安装简便：体积小、节省空间；⑤没有对管道和水资源的要求；⑥根据需要灵活安装，可直接放置在控制室或机房中；⑦符合DICOM标准：可实现点对点的连接，为PACS的发现及网络化管理提供了条件；⑧分辨力高：干式激光相机的成像质量达到了湿式激光相机所能达到的最高标准，其产生的影像完全满足影像设备的打印需求和影像诊断要求。

2.自助报告与胶片打印系统

自助胶片打印管理系统，主要用于无人值守但需为患者发放检查结果的科室。该系统通过打印服务器、一体化自助设备和检查设备或打片工作站进行网络通信，结合条形码识别设备完成整个业务流程。一体化自助设备集成了符合DICOM标准的胶片打印机和普通纸质打印机。

患者在进行检查登记时，会获得包含了检查信息的条形码，影像科技术人员将根据相应的登记信息为患者完成检查。当检查结束后，技师将具有诊断意义的影像进行重新排版，调整窗宽 / 窗位，设置胶片参数，并最终将打印任务发送到打印服务器上进行保存。诊断医生可以根据PACS保存的数字影像进行诊断，并最终完成诊断报告，也可以将诊断报告以打印任务的形式保存在打印服务器上。患者依据登记时获取的登记条形码，在自助终端上扫描并获取此次检查的胶片及纸质检查报告。

与传统的照片和报告分发方式相比，自助胶片打印管理系统减少了整个业务流程中人为干预的成分，不但节省了传统人工核对胶片和报告的工作量，也极大地降低了人工核对造成错误的概率。通过系统对检查结果和诊断结果的数字化保存，实现按需打印，也进一步降低了影像科室及医院的耗材成本。

（四）医学影像光盘输出系统

传统的影像科室对历史检查结果进行归档，一般采用保存胶片及纸质报告的方式，在前面的章节中已经提及。后来由于存储介质的不断进步，PACS可以通过光盘刻录的方式进行医学影像的传递与存储。

PACS厂商通过对软件进行设计，按照定义好的生命周期或存储策略将PACS的所有影像通过光盘刻录机写入CD/DVD介质上，达到对整个PACS影像数据的长期归档。一是依赖光盘介质存储，其采购成本大大低于存储设备。二是光盘介质相对于存储而言是离线存储方案，也能有效避免设备故障导致的数据丢失。三是光盘存储介质的存储容量要大大高于传统纸质文档，能够有效节省物理的存储空间。当然，光盘存储也有其缺点：①光盘存储层面的划伤可能导致整张光盘的数据无法正常读取；②光盘的读写性能也是其瓶颈之一；③光盘刻录机设备对光盘介质存在兼容性的问题。因此对光盘的使用和其保存的环境需要严格管理。

另外，光盘介质也可以进行影像文件的传递。针对患者检查进行的光盘刻录，是将患者本次检查或患者所有的历史检查数据，合并DICOM浏览器一起刻录在一张光盘介质上交付患者，由患者自行保存检查信息。患者可以携带光盘介质到上级医院就诊，使数字影像能够在不同的医疗机构间传递，解决了胶片信息量有限和不易携带的问题。

（五）医学影像其他输出系统

云胶片是基于移动互联和云储存支撑的一种新的医学影像服务。它能将医学影像检查所得到的图像存储在云服务器，用户可以在电脑或移动设备上进行调阅、管理。因图像存储在云服务器上，所以称为“云胶片”。

云胶片系统实现了影像数据更大范围的互联互通，方便患者的历史数据归档、调阅、对比。影像检查档案云存储，既满足了影像数据长期存储的需求，又节省了医院影像资料的存储空间。还可以减少医院胶片的采购量，节约采购成本，也方便了各项互联网医疗服务的开展，尤其是互联网医院的应用。

（六）电子签名认证系统

《中华人民共和国电子签名法》的颁布和实施，为数字签名的使用提供了法律依据，使数字签名与传统手工签字、盖章具有同样的法律效力。电子签名是指数据电文中以电子形式所含、所附用于识别签名人身份并表明签名人认可其中内容的数据。这些数据是指以电子、光学、磁或者类似手段生成、发送、接收或者储存的信息。电子签名就是通过密码技术对电子文档的电子形式的签名，并非书面签名的数字图像化。证书授权中心（certificate authority，CA）是管理和签发安全凭证与加密信息安全密钥的网络机构，它以公钥基础设施（public key infrastructure，PKI）体系为核心，主要实现数字证书的发布和密钥管理等功能。数字证书由权威的CA签发，是网络用户的身份证明。电子签名系统在医疗机构内部部署，能够发挥如下功能：

1.实名认证功能

实名认证功能是电子签名系统中最为核心的重要环节，通过实名认证技术可以确保电子签名使用者的真实身份，避免了签章被人冒用、滥用的隐患。为了实现这一功能，电子签名系统应严格遵照《中华人民共和国电子签名法》的相关规定，联合数字认证中心，提供身份证验证、银行卡认证、刷脸认证、手机认证等多种认证方式，确保签名主体的真实性和有效性。

2.电子签名管理功能

电子签名管理功能包括电子签章的制作、授权、使用、撤销、管理、维护等一系列操作，为医疗机构提供便捷、安全、可靠的电子签名管理服务。同时，电子签名系统采用可靠的电子签名技术，能够确保用户制作的电子签名的法律效力。

当影像科报告医师将诊断报告进行提交、审核时，系统会要求校验操作者的电子签名。报告医师将自己的电子签章连接在诊断工作站上，程序会自动校验电子签章的合法性，并将电子签名信息和诊断结果进行绑定，并将电子签名绑定的图形签名显示在诊断报告上。

（七）电子申请单管理系统

为了提高医院工作人员的工作效率，提高医院对患者的服务质量，规范医院自身的管理，使患者就诊更加科学、合理，越来越多的医院开始使用电子申请单管理系统。

1.门诊电子申请单系统

门诊医生通过门诊医生工作站开具检查电子申请单，申请内容包括患者的基本信息、患者病史、申请科室、检查项目、检查目的等。电子申请单开具以后，系统会自动生成相应的费用信息。患者在完成缴费后，系统将电子申请单标记为“有效”。检查执行科室进行检查登记时，可以通过患者的门诊号、医保卡号等身份标识调阅电子申请单信息，获取信息后，登记员为待检查的患者分配检查设备、检查时间，并将本次检查的登记状态同步到电子申请单（以此记录来判断是否可以进行退费的依据）。患者依照分配的设备和时间进行医技检查。检查完成后，系统将再次同步电子申请单状态，将电子申请单状态标记为“完成检查”。当医技科室发布了患者检查的影像及报告后，系统会将此状态同步到电子申请单系统。门诊医生可以在门诊医生工作站系统中调阅患者的检查结果进行辅助诊断。

2.住院电子申请单系统

住院医生使用电子申请单时与门诊的情况略有不同。住院医生通过住院医生工作站开具医嘱后，由医护人员对检查执行记账操作。在科室进行检查登记预约时，通过患者的住院号调阅电子申请单信息。获取信息后，登记员为待检查的患者分配检查设备、检查时间，并将本次检查的登记状态同步到电子申请单，系统进行自动扣费。患者依照分配的设备和时间进行医技检查。检查完成后，系统将再次同步电子申请单状态，将电子申请单状态标记为“完成检查”。当医技科室发布了患者检查的影像及报告后，系统会将此状态同步到电子申请单系统。住院医生可以在EMR系统中调阅患者的检查结果进行辅助诊断，并引用报告结果完成患者的电子病历。