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摘要： 便携式移动PACS是医院信息化发展的重点项目，对于提高医院服务质量及降低医疗成本具有重要意义。分析便携式移动PACS的发展现状，对其关键技术进行研究，以促进移动医疗的发展，为患者提供更好的医疗服务。
关键词： 便携式移动PACS；现状；关键技术
中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1020010－02
1 介绍
现代医学与信息技术的迅速发展，对医学影像系统的要求越来越高。便携式移动PACS（Picture Archiving and Commun
ication System，图像归档与传输系统）的应用，在保证安全性与稳定的性的基础上，进一步提高了医院的服务质量，为病人提供更加快捷舒适的就诊环境。
便携式移动包括两个方面：一是影像设备的便携移动。例如病重患者需要做影像检查时，传统的PACS拍片程序需要将病人送到放射科拍片，这个过程不仅需要特别护理，而且有可能加重患者病情。而采用移动式的检查设备直接在病床旁完成拍片，可以随拍随看，拍得不清楚或者病情有变化能当场重拍以及时获得有助于诊断的证据，这对于救死扶伤来说具有极高的价值[1]；二是影像系统的便携移动。在平板电脑、智能手机等移动设备上部署PACS系统，医生携带它们查房时，每到一个病人身边，可以随时在病房中直接通过无线网络调阅病人的影像数据或诊断资料，通过这种方式实时对照患者当前的病情，及时发现变化，有针对性地调整治疗方案，同时也可以结合图像为患者介绍详细病情。
2 国内外发展现状
传统的PACS工作站只能工作在台式机上面，无法在移动设备上面使用。目前国内仅有少数几家医院和公司对移动PACS进行了积极的探索。比较典型的医院如上海市某医院，该院2011年完成了临床移动PACS项目，包括每个楼层配置移动CR，住院楼每个楼层的护士站区域覆盖54Mbps的802.1la标准的无线网络，实施该项目后，医院的信息化水平提升至了一个新的层次；而目前国内见诸报道的移动PACS公司较少，其中，该亚软件科技有限公司开发的MedicPad是全国第一套安装在iPad上的PACS系统。医师可直接通过iPad连上无线网络接收医疗影像，即时对患者病情做出判断，提供快捷的医疗服务。而在医疗信息化发展较快的欧美国家，移动PACS系统应用在大型医院已经普及，并且在互联网上有大量的应用程序可以使用，允许医疗工作者远程传输数据，并由在城市地区的医疗专业人员（通常是专家）分析。这些医疗专业人员可以诊断患者病情并提供治疗建议，从而节省了患者-临床就诊之间的成本，降低整个社会的医疗支出。
但是，由于以下原因，基于移动终端的PACS系统在国内医院仍鲜有应用。首先，受移动设备的操作系统的限制，现有PACS系统大多无法进行移植；其次，DICOM图像文件较大，数目较多，尤其是CT图像，动辄几百M，普通无线网络传输速度往往难以满足实时传输需求；第三，移动设备上的DICOM图像的查阅、处理等操作受系统限制，需要重新设计、开发。
针对以上问题，本文后述部分将在分析便携式移动PACS系统结构的基本上详细讨论实现便携式移动PACS系统的关键技术。
3 便携式移动PACS系统结构
基于便捷式移动设备的无线医生工作站整体上服从原有PACS系统框架，采用分布式结构。整个系统分为应用界面层、业务逻辑层和数据层三部分，系统总体结构如图1如示。其中服务器执行业务逻辑，包括数据库查询、检索、归档、图像压缩等；客户端包含台式PC与便携式移动设置，移动设备只负责用户交互，医生在办公室时可将移动设备直接连接到PC上进行数据同步，这样可以减轻无线网络压力。
4 关键技术
4.1 无线传输
数字化医院以无纸化、无胶片化以及无线化为主要特点。无线网络无需使用有线网络必须依赖的网线，有效地克服了有线网络的弊端，对于提高医护人员的工作效率、推动医院数字化建设发挥着越来越重要的作用。
无线局域网的最大缺陷在于其信号覆盖范围有限且会随距离增加而明显减弱。室外开放环境下，目前无线产品的传输距离最远能达到300m；室内环境下，最远可达100m。而由于墙壁、玻璃、门窗等障碍物影响，线信号在传输时衰减很快，再加上外界及自身的各种干扰，因此无线传输的距离近、范围小[2]。如果要扩大无线覆盖范围，只有通过增加无线接入设备的办法来延伸距离、拓宽无线传输范围。
另一方面，无线信号作为一种发散型的网络本身就是不安全的[3]，医疗行业的特殊性对于网络的安全性要求更高。为了提高安全，可以通过采用以下三种措施：1）Mac地址过滤：只将获得授权的便携式移动设备的无线适配器的MAC地址加入到无线路由器的MAC地址过滤表中，这样只有指定的移动终端才能访问无线医疗网络；2）设置SSID（Service Set Identifier，服务集标识）并禁用SSID网络：无线网络使用SSID来区分不同网络，只有设置为名称相同SSID的终端才能互相通信。而禁用SSID广播之后，无线网络就不会被非指定的无线设备搜索到；3）无线加密：指定访问无线路由的密钥，增加网络的安全性。
第三方面，在PACS系统中传输的DICOM图像文件较大，数目较多，尤其是CT图像，动辄几百M，这对无线网络的传输速度是个极大的考验。无线网络的传输速率仍受限制。目前的IEEE802.11g速率可达54M，而在实际情况中很难达到这个速度，需要针对医院无线使用特点设计智能交换技术和整个网络的通道路径，以提高网络的吞吐量[4]。
4.2 图像压缩
基于便携式移动设备的PACS工作站主要应用于移动查房，以实现在病床前快速获取病人信息，因此快速、准确是移动工作站的首要需求。要达到这个要求，一方面需要尽量提高网络传输速度，另一方面要尽量降低图像所占用的带宽，这就是要对DICOM图像进行压缩。 图像压缩方案分为无损压缩（可逆）和有损压缩（不可逆）两大类。采用无损压缩可从压缩数据精确的恢复出原始图像。有损图像仅提供原始图像的一个近似，无法完全恢复到原始图像，但可以达到更高的压缩比，高压缩比往往是以降低图像质量为代价的。由于DICOM图像是用作诊断的主要依据，即使是局部的细节也具有重要意义，因而对DICOM图像通常采用无损压缩的方式。
典型的无损图像压缩的包括两个步骤：去相关性和编码。图像去相关性是为了降低图像冗余数据，常用方法包括分层插值（HINT），位平面编码（BPE），差分脉冲编码调制（DPCM）
和乘法自回归（MAR）等。去相关性后的剩余信号可以通过熵编码达到进一步压缩，DICOM图像无损压缩常用的方法主要有算术编码和游程编码（RLE）、Huffm如编码等。典型的无损压缩技术有：CCITT Group 3、CCITT Group 4Lempel-Ziv、Welch等算法[5、6]。
4.3 图像查看
便携式移动设备不同于普通PC，它没有鼠标、键盘等设备，而是直接通过触摸屏来完成操作，这样可以给使用者提供更方便快捷的功能。常用的DICOM图像操作包括：察看、调色、测量三大类。
察看操作包括缩放、放大镜、平移、镜像、旋转等，这些操作通过仿射变换、算术插值等算法可以实现[7]，并且不改变原图像属性，同时在触摸设备上需要设计合理的手势以方便医生操作。
调色也就是调整DICOM图像的色彩。医生在诊断病理过程中对图像的颜色纹理非常关心，有时图像的某些区域看似颜色一致，但却隐藏着细微的差别，而这些差别恰好能反应病理情况，这时就需要对图像进行色彩操作，来加强这些差别的显示；有时设备采集到的图像在色彩上存在失真，则可以在不重新采集的情况下，利用色彩调整操作可以进行校正。对于DICOM图像具体为调节窗宽窗位，并将其灰阶映射到0-255之间，以显示在移动设备屏幕上。
测量操作对于医生观察图像是必不可少的，测量工具应既实用又方便。常用的测量工具包括：距离测量、矩形面积、角度测量、灰度值探针、椭圆面积、十字标记、添加指针和注释等。这些工具在实际测量过程中需要得到所测结果的实际值，即要以毫米或英寸等为单位，可以根据图像的分辨率等参数计算得到[8]。与前面两类操作所不同的是，这类操作需要保存，方便下次打开的时候查看。
5 结语
本文介绍了便捷式移动PACS系统的现状及其系统结构，详细地讨论了该系统的关键技术，以期推动便捷式移动PACS系统在国内的普及，为医生提供更方便的工具，给患者带来更快捷的服务。
参考文献：
[1]陈明，移动PACS系统建设启示录，上海信息化，2010（10）：51-54.
[2]穆晓霞、范海菊、牛振齐，无线局域网络的理论与技术研究，河南师范大学学报，自然科学版，2011，39（6）：154-157.
[3]赵伟艇、史玉珍，基于802.11i的无线局域网安全加密技术研究，计算机工程与设计，2010，31（4）：760-762，902.
[4]葛伦跃、吴其林、田一鸣等，IEEE 802.11e无线局域网中VoIP容量分析及改进，计算机工程与应用，2011，47（18）：73-75.
[5]李绿洲、张巍、唐昌建等，基于存储服务的JPEG2000医学DICOM图像压缩的研究，生物医学工程学杂志，2009，26（2）：225-229.
[6]王华、赖声礼、江悦华，小波变换医学DICOM图像压缩的研究，中国医学影像技术，2002，18（8）：827-829.
[7]王守觉、梁先扬，图像变形计算方法及其应用，计算机辅助设计与图形学学报，2011，23（8）：1304-1310.
[8]杨波、朱新亚、王健琪等，医学图像计算机辅助测量系统的设计，第四军医大学学报，2001，22（5）：478
关键词： 便携式移动PACS；现状；关键技术
中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1020010－02
1 介绍
现代医学与信息技术的迅速发展，对医学影像系统的要求越来越高。便携式移动PACS（Picture Archiving and Commun
ication System，图像归档与传输系统）的应用，在保证安全性与稳定的性的基础上，进一步提高了医院的服务质量，为病人提供更加快捷舒适的就诊环境。
便携式移动包括两个方面：一是影像设备的便携移动。例如病重患者需要做影像检查时，传统的PACS拍片程序需要将病人送到放射科拍片，这个过程不仅需要特别护理，而且有可能加重患者病情。而采用移动式的检查设备直接在病床旁完成拍片，可以随拍随看，拍得不清楚或者病情有变化能当场重拍以及时获得有助于诊断的证据，这对于救死扶伤来说具有极高的价值[1]；二是影像系统的便携移动。在平板电脑、智能手机等移动设备上部署PACS系统，医生携带它们查房时，每到一个病人身边，可以随时在病房中直接通过无线网络调阅病人的影像数据或诊断资料，通过这种方式实时对照患者当前的病情，及时发现变化，有针对性地调整治疗方案，同时也可以结合图像为患者介绍详细病情。
2 国内外发展现状
传统的PACS工作站只能工作在台式机上面，无法在移动设备上面使用。目前国内仅有少数几家医院和公司对移动PACS进行了积极的探索。比较典型的医院如上海市某医院，该院2011年完成了临床移动PACS项目，包括每个楼层配置移动CR，住院楼每个楼层的护士站区域覆盖54Mbps的802.1la标准的无线网络，实施该项目后，医院的信息化水平提升至了一个新的层次；而目前国内见诸报道的移动PACS公司较少，其中，该亚软件科技有限公司开发的MedicPad是全国第一套安装在iPad上的PACS系统。医师可直接通过iPad连上无线网络接收医疗影像，即时对患者病情做出判断，提供快捷的医疗服务。而在医疗信息化发展较快的欧美国家，移动PACS系统应用在大型医院已经普及，并且在互联网上有大量的应用程序可以使用，允许医疗工作者远程传输数据，并由在城市地区的医疗专业人员（通常是专家）分析。这些医疗专业人员可以诊断患者病情并提供治疗建议，从而节省了患者-临床就诊之间的成本，降低整个社会的医疗支出。
但是，由于以下原因，基于移动终端的PACS系统在国内医院仍鲜有应用。首先，受移动设备的操作系统的限制，现有PACS系统大多无法进行移植；其次，DICOM图像文件较大，数目较多，尤其是CT图像，动辄几百M，普通无线网络传输速度往往难以满足实时传输需求；第三，移动设备上的DICOM图像的查阅、处理等操作受系统限制，需要重新设计、开发。
针对以上问题，本文后述部分将在分析便携式移动PACS系统结构的基本上详细讨论实现便携式移动PACS系统的关键技术。
3 便携式移动PACS系统结构
基于便捷式移动设备的无线医生工作站整体上服从原有PACS系统框架，采用分布式结构。整个系统分为应用界面层、业务逻辑层和数据层三部分，系统总体结构如图1如示。其中服务器执行业务逻辑，包括数据库查询、检索、归档、图像压缩等；客户端包含台式PC与便携式移动设置，移动设备只负责用户交互，医生在办公室时可将移动设备直接连接到PC上进行数据同步，这样可以减轻无线网络压力。
4 关键技术
4.1 无线传输
数字化医院以无纸化、无胶片化以及无线化为主要特点。无线网络无需使用有线网络必须依赖的网线，有效地克服了有线网络的弊端，对于提高医护人员的工作效率、推动医院数字化建设发挥着越来越重要的作用。
无线局域网的最大缺陷在于其信号覆盖范围有限且会随距离增加而明显减弱。室外开放环境下，目前无线产品的传输距离最远能达到300m；室内环境下，最远可达100m。而由于墙壁、玻璃、门窗等障碍物影响，线信号在传输时衰减很快，再加上外界及自身的各种干扰，因此无线传输的距离近、范围小[2]。如果要扩大无线覆盖范围，只有通过增加无线接入设备的办法来延伸距离、拓宽无线传输范围。
另一方面，无线信号作为一种发散型的网络本身就是不安全的[3]，医疗行业的特殊性对于网络的安全性要求更高。为了提高安全，可以通过采用以下三种措施：1）Mac地址过滤：只将获得授权的便携式移动设备的无线适配器的MAC地址加入到无线路由器的MAC地址过滤表中，这样只有指定的移动终端才能访问无线医疗网络；2）设置SSID（Service Set Identifier，服务集标识）并禁用SSID网络：无线网络使用SSID来区分不同网络，只有设置为名称相同SSID的终端才能互相通信。而禁用SSID广播之后，无线网络就不会被非指定的无线设备搜索到；3）无线加密：指定访问无线路由的密钥，增加网络的安全性。
第三方面，在PACS系统中传输的DICOM图像文件较大，数目较多，尤其是CT图像，动辄几百M，这对无线网络的传输速度是个极大的考验。无线网络的传输速率仍受限制。目前的IEEE802.11g速率可达54M，而在实际情况中很难达到这个速度，需要针对医院无线使用特点设计智能交换技术和整个网络的通道路径，以提高网络的吞吐量[4]。
4.2 图像压缩
基于便携式移动设备的PACS工作站主要应用于移动查房，以实现在病床前快速获取病人信息，因此快速、准确是移动工作站的首要需求。要达到这个要求，一方面需要尽量提高网络传输速度，另一方面要尽量降低图像所占用的带宽，这就是要对DICOM图像进行压缩。 图像压缩方案分为无损压缩（可逆）和有损压缩（不可逆）两大类。采用无损压缩可从压缩数据精确的恢复出原始图像。有损图像仅提供原始图像的一个近似，无法完全恢复到原始图像，但可以达到更高的压缩比，高压缩比往往是以降低图像质量为代价的。由于DICOM图像是用作诊断的主要依据，即使是局部的细节也具有重要意义，因而对DICOM图像通常采用无损压缩的方式。
典型的无损图像压缩的包括两个步骤：去相关性和编码。图像去相关性是为了降低图像冗余数据，常用方法包括分层插值（HINT），位平面编码（BPE），差分脉冲编码调制（DPCM）
和乘法自回归（MAR）等。去相关性后的剩余信号可以通过熵编码达到进一步压缩，DICOM图像无损压缩常用的方法主要有算术编码和游程编码（RLE）、Huffm如编码等。典型的无损压缩技术有：CCITT Group 3、CCITT Group 4Lempel-Ziv、Welch等算法[5、6]。
4.3 图像查看
便携式移动设备不同于普通PC，它没有鼠标、键盘等设备，而是直接通过触摸屏来完成操作，这样可以给使用者提供更方便快捷的功能。常用的DICOM图像操作包括：察看、调色、测量三大类。
察看操作包括缩放、放大镜、平移、镜像、旋转等，这些操作通过仿射变换、算术插值等算法可以实现[7]，并且不改变原图像属性，同时在触摸设备上需要设计合理的手势以方便医生操作。
调色也就是调整DICOM图像的色彩。医生在诊断病理过程中对图像的颜色纹理非常关心，有时图像的某些区域看似颜色一致，但却隐藏着细微的差别，而这些差别恰好能反应病理情况，这时就需要对图像进行色彩操作，来加强这些差别的显示；有时设备采集到的图像在色彩上存在失真，则可以在不重新采集的情况下，利用色彩调整操作可以进行校正。对于DICOM图像具体为调节窗宽窗位，并将其灰阶映射到0-255之间，以显示在移动设备屏幕上。
测量操作对于医生观察图像是必不可少的，测量工具应既实用又方便。常用的测量工具包括：距离测量、矩形面积、角度测量、灰度值探针、椭圆面积、十字标记、添加指针和注释等。这些工具在实际测量过程中需要得到所测结果的实际值，即要以毫米或英寸等为单位，可以根据图像的分辨率等参数计算得到[8]。与前面两类操作所不同的是，这类操作需要保存，方便下次打开的时候查看。
5 结语
本文介绍了便捷式移动PACS系统的现状及其系统结构，详细地讨论了该系统的关键技术，以期推动便捷式移动PACS系统在国内的普及，为医生提供更方便的工具，给患者带来更快捷的服务。
参考文献：
[1]陈明，移动PACS系统建设启示录，上海信息化，2010（10）：51-54.
[2]穆晓霞、范海菊、牛振齐，无线局域网络的理论与技术研究，河南师范大学学报，自然科学版，2011，39（6）：154-157.
[3]赵伟艇、史玉珍，基于802.11i的无线局域网安全加密技术研究，计算机工程与设计，2010，31（4）：760-762，902.
[4]葛伦跃、吴其林、田一鸣等，IEEE 802.11e无线局域网中VoIP容量分析及改进，计算机工程与应用，2011，47（18）：73-75.
[5]李绿洲、张巍、唐昌建等，基于存储服务的JPEG2000医学DICOM图像压缩的研究，生物医学工程学杂志，2009，26（2）：225-229.
[6]王华、赖声礼、江悦华，小波变换医学DICOM图像压缩的研究，中国医学影像技术，2002，18（8）：827-829.
[7]王守觉、梁先扬，图像变形计算方法及其应用，计算机辅助设计与图形学学报，2011，23（8）：1304-1310.
[8]杨波、朱新亚、王健琪等，医学图像计算机辅助测量系统的设计，第四军医大学学报，2001，22（5）：478