医学影像在医学诊断和教学科研中占有极其重要的地位。然而，目前医学影像的保存方式仍然是以胶片为主，这种保存方式存在着费用高、管理困难和影像资料共享困难等诸多问题。随着计算机在医学临床应用的日益增加，数字技术、计算机技术和网络技术的飞速发展及医院信息系统（hospital information system, HIS）和放射学信息系统（radiology information system, RIS）的发展，带动了医学影像技术的飞速发展；同时推动了医生工作模式的变革：要求医生逐渐习惯于在显示器的荧光屏上观看医学影像；允许医生在不使用胶片的情况下通过计算机网络快速、高质量地随时获取所需的医学影像及诊断报告等相关信息并实施诊断。这就要求作为电子病历的一个重要组成部分的医学影像，通过网络技术实现影像资料共享，以便进行远程医学教育(teleeducation)、远程会诊(teleconsultation)和远程诊断(telediagnosis)等。
随着一些全新的数字化影像仪器的陆续应用，如X-CT、MRI、DSA、PET、CR、DR、US和ECT等，医学影像诊断设备的网络化已逐步成为影像科室的必然发展趋势,同时在客观上要求医学影像诊断报告书写的通用化、标准化、规范化。医学影像存档与通讯系统和医学影像诊断报告系统应运而生并得到了快速发展，使整个影像学科发生着巨大变化，提高了影像学科在临床医学中的地位和作用。
医学影像存档和通讯系统(picture archiving and communication system, PAC)以高速计算机设备为基础，以高速网络联接各种影像设备和相关科室，利用大容量磁、光存储技术，以数字化的方法存储、管理、传送和显示医学影像及其相关信息，具有影像质量高，存储、传输和复制无失真，传送迅速，影像资料可共享等突出的优点；是实现医学影像信息管理的重要条件。
一些发达国家的大医院里，早在20世纪80年代初就建成了完善的医院管理信息系统(HIS)，近几年国内各医院也都在争先恐后地建立自己的HIS系统，但在整个信息化建设中，数字化成像技术一直是一个难题。这些问题很大程度上是由于PACS与HIS及其他系统（如RIS）没有实现很好的融合。怎样保证先进的PACS系统能够在不同的地点、随意的时间最大限度地提高医生的诊断质量和效率，是我们需要不断探讨的问题。
一、PACS的起源
国内的远程诊断一般是使用视频会议系统进行双方的通讯，病人信息和诊断影像通过视频方式传递，影像质量得不到保证，与通过胶片观察有明显的差距。如果有PACS支持，则可以实时传递数字化的医学影像，影像质量几乎没有损失，再加上HIS的集成功能，就可以实现真正意义上的远程诊断。
PACS系统起源于20世纪50年代的远程医学(telemedicine)，可以说PACS是实现未来远程医学的基础。
PACS的发展是在20世纪80年代初，它对数据存储容量、网络技术和传输速率等方面都有很高的要求。当时的软硬件技术还不能很好地解决这些问题，而且不同厂家的影像系统由于缺乏统一标准而在设备互联和通讯方面存在障碍。所以在最初几年，过高的价格和有限的性能限制了PACS的迅速发展和推广应用。1990年后，大容量低成本光介质存储技术、光纤和高速网络通讯技术趋于成熟，产品价格大幅度降低，计算机运行速度提高，使得对影像的实时分析成为可能。此外，对医学影像和信息进行计算机智能化处理后，可使影像诊断摒弃传统的肉眼观察和主观判断；借助计算机技术，可以对影像的像素点进行分析、计算和处理，得出相关的各类数据，为医学诊断提供更客观的信息。最新的计算机技术不但可以提供形态影像，还可以提供功能影像，使医学影像诊断技术走向更深层次。再加上医疗界对“无胶片”诊断需求的不断实现和具体化，PACS进入了一个高度发展的实用化阶段。
二、PACS的构成及工作原理
PACS系统，主要包括内容影像采集、显示与处理、传输、存储以及打印等，图8-12为其系统拓扑图。
图8-12 PACS系统拓扑她
1．采集
图像或影像采集是给PACS系统提供资源的基本环节，影像资源是整个系统围绕其动作的“核心内容”。只有采集到影像后，才能进行后续的显示、处理、存档等工作，采集的影像质量决定了系统的可用性以及实用意义。
影像的采集可分为2种类型，一是静态影像采集，主要是单帧图片，例如腹部超声扫查发现的结石影像；二是动态影像采集，是一段或多段连续的影像系列，如心脏超声可以采集一个或多个心动周期的影像。根据仪器的特点和原始信息的表现方式，影像采集大体有3种方式：数字影像、模拟视频影像的采集以及原始胶片的数字化。
（1）数字影像采集 数字影像直接通过网络实现影像采集。实现该方式的前提：一是仪器可输出数字化信号，二是其影像支持国际医学影像标准如DICOM3.0（digital imaging and communication in medicine）或其他标准，三是开发支持对应格式的影像存储、显示等软件。该方式实现起来比较简单，通过网络与影像存储设备工作站连接，然后与服务器相连。该方式要求仪器本身支持DICOM3.0或其它标准。
（2）视频影像采集 视频影像的采集是将影像设备输出的模拟视频信号通过视频影像采集转化为数字信号送到采集工作站，通过DICOM3.0接口送入服务器。该方式目前基本满足所有的设备，实施的条件也比较成熟。
（3）扫描仪 影像科室尚有某些设备既无数字输出接口，又不能输出视频信号，其信息的保存方式为原始胶片，此时必须由扫描仪将胶片影像转化为数字信号送至采集工作站，最终与服务器相连，实现资源共享。
2．存档
通过对影像数据的整理，实现与患者信息的结合以及与数据库的连接。PACS系统影像的存储一般分为在线和离线2种。在线数据一般要求存储在本地计算机硬盘上，而离线的数据则可以存储在价格较低的磁带或光盘上。根据对系统数据的等级划分和系统存储设备的容量，将最近要使用的数据和等级较高的数据存储在在线设备上，其余的则存储在离线设备上。一般医生在客户端查询和显示患者信息和影像时是从服务器上读取数据的。然而，系统可以根据需要将一部分数据直接保留在客户端，这样可以减少网络的流量，提高查询和显示速度，这种技术称为预取(pre-fetch)技术。
（1）存储设备 包括服务器（可采用集群或容错结构）、磁盘阵列、磁带库、光盘库等分级存储设备，配以带有图形数据传输、数据库管理和影像处理等功能的DICOM3.0服务器软件。
（2）存储介质 常用存储介质为：①硬磁盘，用于临时存储采集的影像或显示的影像，在影像采集工作站上或者专门的影像服务器上皆配备该设备；②光盘存储器，即CD-R盘片，一张盘片存储量可达到650MB或更大，使用时可以将一定数量的数据写入其中；多张光盘可组成光盘塔、光盘阵，以实现大量数据的存档；③数码录像带，如在DSA中用于记录高像质连续活动影像。
3．显示与处理
临床医生和放射学研究人员可通过医学影像显示处理工作站、医学影像浏览终端等设备直接调用各种医学影像，用于观察、诊断和会诊。这里要求影像的查询和显示都是实时的，一般第1幅影像的显示时间要在2s以内，而且要求有很强的影像处理功能，以便提供符合医生习惯的医学影像，让医生对影像进行多方位和多角度的观察。影像的显示必须不依赖于硬件，在医生的客户端对患者的医学影像进行显示、处理的同时，在远端也可对数据库进行查询、访问以进行远程诊断或远程教学。依据原始数据实现影像动态或静态显示，也可以通过软件进行影像的三维重建及回放。影像处理目前包括影像放大、缩小、增强、锐化、窗宽、窗位等的调整及感兴趣区域（ROI）的影像面积、周长、灰度等的测量。
4．通讯
（1）网络设备 由于医学影像数据量大，医疗诊断对数据的访问多为突发性的，所以一般应采用高速宽带网络，或者采用存储区域网络（SAN）。
（2）外围接口 在PACS系统、HIS/RIS系统以及Web服务系统三者之间需要进行数据的交换和协调工作时，由于技术标准不相同，须设有外围接口装置进行技术标准变换。
（3）传输类型 PACS与不同传输速率组合，构成不同类型的远程放射学信息系统，一般可分为3个类型：
①低速、窄带远程放射学信息系统以公共电话网（PSTN）为基础，用Modem（传输速在56Kbps之下）相连接，以多媒体PC为平台，提供CT、MRI、静态US以及个别体位的X线片的中低分辨率（1K×1K，10Bit）医学影像的远程会诊服务，这种系统的优点是实施方便(搭载公共电话网即可联成任何话网触及到的地方)，投资少，易于普及。其构成见图8-13。
②中速远程放射学信息系统以ISDN或DSLAM为骨干，采用高分辨率显示器（2K×2K，12bit）的图形工作站，以64Kbps至768Kbps传输速率传输影像信息，除提供CT、MRI、静态US的远程会诊外，还包括几乎所有部位X线片及动态超声心动图、CT心血管影像的远程会诊。
③高速、宽带远程放射信息系统采用ATM、卫星线路或E1电信专用线，其传输速率均在1Mbps以上，甚至可高达2400Mbps，提供包括实时动态医学影像会诊在内的涉及远程医学应用所有领域的远程信息服务。
三、医学数字影像通讯标准DICOM3.0
当我们需要在影像扫描设备、影像存储设备、影像后处理工作站等设备之间交换影像时，必须协商建立一种把数字化影像在这些设备之间进行传输的技术标准。在没有一种工业化的标准之前，每一种影像设备上都必须有一个专门的接口。放射科的影像设备来自多个厂家，它们之间数据都不兼容。实现医疗数字影像设备及网络的集成化，标准是一个基础性的关键问题。为解决不同厂商影像设备的互联问题，美国放射学会（American College of Radiology，ACR）和美国国家电器制造商协会（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）所形成的联合委员会，制订了医学数字影像通讯（digital imaging and communications in medicine，DICOM3.0）标准，用来规范不同厂商影像设备和PACS设备的互联和通讯。此标准的目的：推动开放式与厂牌无关的医疗数字影像的传输与交换；促使影像存档与传输系统（PACS）的发展与各种医院信息系统(HIS)的结合；允许所产生的诊断资料库能广泛地被不同地方的由DICOM3.0协议所连结的设备来访问。DICOM3.0源自ACR-MEMA两次发表的标准，分别为：ACR/NEMAPSNo.300-1985,Version1.0,发表于1985年，1986年10月颁为标准；ACR/NEMAPSNo.300-1988,Version2.0，1988年1月颁为标准，涵盖Version1.0。
DICOM3.0标准以计算机网络的工业化标准为基础，它能帮助医学影像设备之间传输交换数字影像信息，这些设备包括CT、MRI、DSA、ECT、EM、US、DR、CR、胶片数字化系统、视频采集系统和HIS／RIS信息管理系统等。
在DICOM3.0标准中详细定义了影像及其相关信息的组成格式和交换方法，利用这个标准，人们可以在影像设备上建立一个接口来完成影像数据的输入/输出工作。它可以证明系统或设备所提供标准的一致性，包括它所用的指令及资料格式的异动。为了配合未来新增订的内容能迅速地纳入标准，DICOM3.0的文件体系以多部分的结构所制成，藉由国际标准化组织（International Standardization Organization, ISO）的规定，DICOM3.0的文件已完全依照其标准的结构来建立。它增加了一些除了影像图形之外的讯息物件，如：学术研究、报告等。它为每个唯一的讯息物件赋予一个可以运用的处理技术，如：DICOM3.0定义了一系列操作和通知，叫做DICOM消息服务元素。信息对象与这些服务的复合叫做服务器-对象对（service object pair，SOP），这样当这些讯息物件通过网络来处理时，它们彼此之间的关联性才不致于混淆。
DICOM3.0与其前2个版本（ACR-NEMA1.0和2.0）比较,最大的改进在于：以前版本只能应用于点对点通讯环境，而DICOM3.0支持开放系统互连协议（open system interconnection，OSI）、和传输控制协议（transmission control protocol，TCP）和网标协议（internet protocol，IP）。DICOM3.0基于实体-关系模型（entity-relationship，E-R），描述事物（如：患者、影像、临床诊断……）怎样参与医学影像学诊断，以及它们是怎样相互关联的。E-R模型使医学影像设备制造厂商和用户（医生）都能从各自角度清晰地理解DICOM3.0的数据结构。E-R模型不仅描述信息流的流程，而且全面描述信息实体之间的层次关系。DICOM3.0中的数据结构是基于E-R模型，并应用了面向对象的设计方法，对现实世界实体进行抽象分析开发出来的。对象就是模型定义的实体，而实体由对象的属性来描述。
DICOM3.0所参考相关标准：SO/IEC Directives,1989 Part3-Drafting and Presentation of International Standards.ACR-NEMA300-1988 Digital Imaging and Communications. SO 8822,Information Processing Systems-Open Systems Interconnection-Connection Oriented Presentation Service Definition. SO 8649,Information Processing System-Open Systems Interconnection-Service Definition for the Association Control Service Element.
DICOM3.0应用范围不仅包括CT、MRI、DSA、SPECT、EM、US、CR、DR、等，还包括内窥镜影像、病理学影像、耳科影像、皮肤影像以及中医的舌苔影像等。它的应用范围几乎包括所有医学影像领域，它本身具有面向对象的特性和开放性，有利于自身不断的发展和完善，但也带来不少新问题和新课题。
从1995年开始，医学影像设备的生产商（主要是NEMA的会员）与DICOM3.0标准的潜在用户（主要是ACR的会员）联合起来着手建立起这个标准，在这个过程中他们还得到了全球范围内其他标准化组织和保健机构的参与支持，这种广泛的合作最终保证了DICOM3.0标准的成功。
目前，越来越多的医疗设备厂商宣布支持DICOM3.0标准。也就是说，这些厂商的医学影像设备自身带有计算机，可以通过符合DICOM3.0规范的接口与其他医学影像设备进行通讯和交换影像数据。国际上大多数影像设备制造商已经认识到，只有让自己的产品符合为公众所认可的统一标准(即DICOM3.0)，其产品才能具有生命力和发展前途。在美国，医学影像设备如果不支持DICOM3.0标准，将不允许投放市场。这个由ACR、NEMA规范的DICOM3.0标准，使医学影像及相关信息在计算机间的传送有了一个统一的标准，也使医学影像的数字化存储和通讯成为可能。通过数据接口与Internet接通，就可以进行医学影像信息的远程传输，实现异地会诊等功能。无论在提高医疗诊断水平方面，还是在提高与医学影像及其信息有关的经济效益方面，DICOM3.0标准的出现都为医疗机构带来全新的机会。
四、展望PACS
在信息技术（information technology，IT）和医疗影像诊断的交叉领域上出现的PACS系统在20世纪90年代得到了飞速的发展。PACS正处在不断发展的时期，从工作站和服务器的安装到网络的调整，涉及到方方面面的专业知识，需要强大的工程技术力量作为服务的后盾。在此过程中所涉及的产品复杂多样，仅仅工作站软硬件的配置就达几十种之多，覆盖了医院中各个科室、各个领域对影像诊断能力的不同需求。PACS同医院信息系统（HIS）或放射学信息系统（RIS）的结合可以使医院向着实现影像诊断无胶片化的理想更迈进一步。实现彻底的无胶片放射和数字化医院，已经成为医疗现代化不可阻挡的潮流。在研究机构和设备厂商的推动下，各种医疗设备已经陆续具备了DICOM3.0标准网络接入能力。然而一个完整PACS的成功实现，要求一个包括医院相关医疗影像和信息系统的集成方案。医院信息系统（HIS）、放射学信息系统（RIS）、成像设备（如CT和MR）、影像存档及通讯系统（PACS）之间的协同工作和无缝连接，必须全面遵循国际医疗卫生信息交换第七届协议（HL7）和DICOM3.0标准，才能使医院信息系统实现更为紧密的共享。
将医疗影像从成像设备中解放出来并实现集中的数据存档和管理，只是PACS的初步实现形式，先进的PACS系统，应能保证为使用者在任何地点、任意时间提供完整的信息。也就是说能够提供基于医疗影像的工作流（workflow）服务，以最大限度地提高医生诊断的质量和效率，避免对特定用户造成无关信息的干扰。虽然现在这类产品还不够成熟，但下一步PACS技术将一定会有极大的发展。