PACS felépítése

A RadiWiki wikiből

PACS a „Picture Archiving and Communication System” kezdőbetűiből alkotott betűszó. Az orvosi képalkotásban a PACS képalkotó modalitások, tároló eszközök, képmegjelenítő munkaállomások és hardcopy eszközök számítógépes hálózata, amely célja a képek és hozzájuk tartozó egyéb információk átvitele az eszközök és alkalmazások között. Az új képalkotó technikák megjelenése és a digitális képalkotó modalitások növekvő aránya vezetett a digitális képkezelő rendszerek fejlődéséhez. A korai PACS centralizált rendszer volt, amely központi archívumot használt a képek és hozzájuk tartozó egyéb információk tárolására, elérésére. Újabban elosztott archívumok kialakítása terjed el.

Tartalomjegyzék 1 Története: 2 CR = Computed Radiography 3 DR = Direct Radiography 4 Archiválás 5 PACS munkaállomás:

Története:

• 1970-es évek eleje, Arizonai Egyetem. Első digitális szubtrakciós angiográf (DSA), digitális képek első klinikai használata.
• 1979, Heinz Lemke professzor (Berlini Műszaki Egyetem) koponya CT vizsgálatokon végrehajtható képfeldolgozási és számítógépes grafikai módszerekről publikált egy cikket („A network of Medical Workstations for Integrated Word and Picture Communication in Medicine”)
• 1982, első PACS konferencia Los Angeles-ben: „1st International Conference and Workshop on Picture Archiving and Communication Systems for Medical Applications”. Ekkor a PACS még nem volt elfogadott betűszó.
• 1982-83, Kansasi Egyetem, első PACS (CT, UH, filmdigitalizáló, munkaállomások, Ethernet hálózat, $700 000.)
• 1980-as évek közepe, Pennsylvániai Egyetem, mini PACS (első CR)

A 80-as évek közepén úgy gondolták, hogy a PACS, mint teljesen filmnélküli radiológia, hamarosan meg fog valósulni. Ezek a jóslatok túl optimistának bizonyultak. Több, mint tíz évre volt még szükség a PACS technológia fejlődésének, hogy a filmnélküli radiológia, a 90-es években, realitássá váljon.

• A technikai kihívás mellett, a rendszerek integrációs problémája szintén felelős volt a nehézségekért.
• A PACS fejlesztés kezdeti magas költsége is szerepet játszott a kevés sikeres projektszámban.
• 1992 Bécsi Duna Kórház - a világ első, teljesen digitális radiológiai rendszere.

Rögtön az elején érdemes tisztázni, hogy a digitális képalkotásnak nincs köze a röntgen vagy egyéb felvételek utólagos digitalizálásához. Utólagos digitalizáláson kell értenünk, amikor a numerikus adat nem reprezentálja megfelelően a röntgen detektor analóg jelét. Ennek megfelelően utólagos digitalizálás a röntgen vagy ultrahang felvételek szkennelése vagy S-VHS videofelvétel digitalizálása, de nem az a CCD kamera video jelének teljes felbontásban történő kiolvasása. A szkennelés csupán arra való, hogy analóg környezetből hozott képeket egy teljesen digitális környezetben megtekinthetővé, kiértékelhetővé és archiválhatóvá tegyünk.

Az úgymond digitális, az szükségszerűen nem mindig jobb is! A képminőséget technikai szempontból alapvetően befolyásolják:

• a röntgensugár minősége (kV, spektrum időbeli változása),
• mennyisége (mA, expozíciós idő, a felvétel geometriája),
• a röntgencsővel és a vizsgálószerkezettel összefüggésbe hozható paraméterek (fókusz pont méret, anód állapota),
• sugárhatárolás technikája,
• szórt sugárzás elleni védelem módja,
• szerkezet vibrálása, (stb.)

Csak ezután következik a detektor, mint a képminőségért ugyancsak felelős „szerkezet”! Az is igaz, hogy a digitális rendszereket általában kompletten szállítják. Ennek és a digitális detektoroknak köszönhetően valóban jobb képminőséget nyújthatnak, de vajon ebben mennyi szerepe van a digitális detektoroknak, a posztprocesszingnek? Csak az előbbi, nem teljes felsorolás után következik a detektor, mint a képminőségért ugyancsak felelős „szerkezet”! A hagyományos röntgen diagnosztikus tevékenység során a képalkotás a röntgen expozíciót követő film előhívással ér véget. Hagyományos képalkotás esetén a film játssza a detektor, információhordozó, képmegjelenítő eszköz és archívum szerepét. Minden szerepében megbízhatatlan: könnyű túl- vagy alul exponálni, érzékeny az előhívás körülményeire, sérülékeny, nem időtálló, nem másolható korlátlanul, stb. A primeren digitális képalkotás során a röntgen expozíció csupán a képalkotás kezdete, ezt követi a jelkiolvasás, képtartalom feldolgozás, megjelenítés és archiválás. A funkciók különválnak:

• A röntgenfotonok érzékelése a detektor feladata,
• a képtartalom kiolvasása az elektronika dolga,
• a képmegjelenítés a monitoré (ennek köszönhetően ugyanaz a kép egyszerre több helyen is nézhető),
• a képmanipulációkat a számítógép végzi,
• a képtovábbítás a hálózatra hárul,
• az archívum szerepét a digitális háttértárak jelentik
• és csupán a kiadható hardcopy az, ami még mindig film

Mivel a funkciók különváltak az egyes alkotó egységeket optimalizálni lehet az adott feladat ellátására.

A szakirodalomban a következő kifejezésekkel illetik a digitális képalkotás különböző módozatait:

CR = Computed Radiography

(az angolszász irodalomban még: photostimulable phosphor radiography, digital luminescence radiography, storage phosphor radiography, radioluminography) alatt az energia tárolásos foszfor lemezes rendszereket értik.

DR = Direct Radiography

ez alatt többnyire a direkt digitalizáláson alapuló flat-panel technikákat értik. A jelenleg diagnosztikában alkalmazható detektorokat több szempont szerint is lehetne csoportosítani, az egyik ilyen osztályozás a képalkotás fizikáját helyezi előtérbe. Ily módon megkülönböztethetünk direkt és indirekt digitális detektorokat. A direkt digitális röntgen detektor (a továbbiakban DDRD) a röntgen-fotonok energiáját közvetlenül a digitalizálás tárgyát képező energiává alakítja. Az indirekt digitális röntgen detektorban (a továbbiakban IDRD) a röntgen foton energiája több konverzión megy át (pl. röntgen foton – fény foton – elektron) és az információt hordozó jel digitalizálása csak a lánc végén következik be. A besorolás nem mindig teljesen egyértelmű.

DDRD

Ezen detektorokban a röntgenfotonok energiája nem fénnyé, hanem közvetlenül elektromos töltéssé alakul, tehát nincs fényszóródás az elnyelő rétegben. Az elnyelő réteget amorf szelén alkotja, ennek saját felbontása extrém nagy, emiatt a felbontást kizárólag a pixel pitch határozza meg. Pixel pitch alatt a pixelek középpontjai közötti távolságot értjük. A félvezető detektor-réteget két oldalról körülfogó két elektródamező közül az alsó ún. TFT-kre, azaz vékonyréteg-tranzisztorokra (Thin-Film Transistor) oszlik. A röntgenfoton hatására keletkező elektron-lyuk pár az elektródákra merőleges elektromos térben szétválik és a legközelebbi kiolvasó elektronikán, töltés formájában felhalmozódik. Így gyakorlatilag nincs oldalirányú szivárgás vagy más szóval szétfolyás (blooming). Ezáltal lehetségessé válik az elnyelő réteg vastagságának növelése, a detektálási hatásfok növelése érdekében anélkül, hogy a felbontás romlana.

A radiológiai képalkotás folyamata tárolásos képlemez (CR) esetén:

• A törölt képlemezt a szokásos módon elhelyezik a vizsgálószerkezetben.
• Elkészítik a felvételt kb. 200-400 erősítésű fóliának megfelelő értékekkel. A képlemezen ekkor látens módon előáll a röntgen felvétel.
• A kazettát az olvasó egységbe helyezik, amely a kazettában lévő képlemezt, lézerfénnyel stimulálja. A kibocsátott fényfotonokat egy PMT csőre vezetik. A lézer sugár által stimulált foszfor szemcsék látható fényt bocsátanak ki, amit ebben az esetben száloptika segítségével egy fotoelektronsokszorozó csőre juttatnak. A cső kimenetén megjelenő elektromos jelet logaritmikus kompressziónak vetik alá (erre az alacsony denzitás különbségek kiemelése érdekében van szükség), majd mintavételezik azaz digitalizálják.
• A PMT cső kimenetén megjelenő elektromos impulzusokat digitalizálják (a digitális képtartalomban meghatározzák a diagnosztikus képtartalom tartományát és csak ezt képezik le a végső képben), majd számítógépre és/vagy lézer kamerára küldik.
• A képlemezt erős fénnyel törlik és visszahelyezik a kazettába.

A digitális képek jellemzői:

• Térbeli felbontás (képrészletgazdagság)
• Pixelszám, 5 Megapixel, 2500x2000
• Egy pixel mekkora méretet reprezentál a „valódi” világban
• Egységnyi hosszra jutó képpontok száma, Pixel/dimenzió, dots per inch (dpi: nyomtató), vonalpár/mm (lp/mm: röntgenfilm, fotó)
• Szín(bit)mélység - egy pontban megjeleníthet- színek száma

Archiválás

Alapvetően az archiválás funkciója az adatok azonosítása, tárolása és védelme. Bármely film archívumnak képesnek kell lennie:

• képek azonosítására és tárolására
• engedéllyel rendelkező felhasználók által korlátlan hozzáférésre
• képek kiadására bármikor
• 100%-os biztonságú képlokációra
• szükségtelen és duplikátum információk kiszűrésére
• mindezt biztonságos körülmények között

A digitális archívumnak elektronikusan kell a fenti funkciókat megvalósítania.

Tipikus képmátrixok:

• CT: 512x512x12 bit/pixel = 1/2 MB
• MR: 512x512x12 bit/pixel = 1/2 MB
• CR: 1760x2140x10 bit/pixel = 7 MB
• DR: 2048x2560x16 bit/pixel = 10 MB
• SPECT: 128x128x8/16 bit/pixel = 1/24 MB
• UH: 512x512x8 bit/pixel = 1/4 MB

Hierarchikus tárolás, Hierarchical tárolás management (HSM):

• RAID (1 év) (1.2 – 12 TB)
• Jukebox MOD / DVD RAM (2-3 év) (1.5 - 4.5 TB)
• Mágnesszalag (30 év) (30-100 GB) Jukebox 14 TB

Prefetching! Távarchiválás, regionális képtároló centrumok, adatfarm

PACS munkaállomás:

Funkcionális specifikáció

• Server/modalitás elérés: képtárolás, visszakeresés
• 2D képfeldolgozás: kontraszt, fényerő, zoom, szűrés, távolság mérés, …
• 3D képfeldolgozás: szegmentálás, registrálás, fúzió, idegensíkú rekonstrukció, volume/surface rendering, távolság mérés, …
• Dokumentáció: annotálás és hardcopy
• Leletezés

vissza a TELEMEDICINA lapra

Bágyi 2009. április 25., 17:55 (UTC)