PACS의 이해

[미쓰쩜]

PACS 의 이해



1. 디지털 영상 이란 ?

영상(Image)이란 우리의 눈에 보이는 이차원적인 개체로 색과 밝기의 정보를 가지고 있는 아주 작은 점들이 연속적으로 연결되어 만들어진 평면체이다.
이 영상을 디지털화(digitalization)한다는 의미는 영상을 가로와 세로축으로(X,Y) 위치를 정한 화소(pixel)라는 영상의 최소 단위에 각각 색상과 밝기의 정보를 2진법(bit)으로 수록하는 것으로 CT나 MRI의 이미지가 이 디지털화된 영상이다.
CT에서 하나의 단층면을 모니터 혹은 필름으로 보이기 위해서 가로 512, 세로 512의 화소로 이루어지며, Hounsfield''s number를 충실히 표현하기 위해서는 각 화소 당 10 bit( 2의 10승,1024)에서 12 bit(4096)의 정보양이 필요하게 되어 총 512 Kbyte의 정보가 필요하며 한 CT 검사 당 약 40개의 영상이 만들어 지면 20 Mbyte 이며, 흉부 단순엑스선의 경우 고해상도 디지털영상을 만들기 위해서는 가로,세로 3500 X 4200의 화소수가 필요하며 화소 당 최소한 1024 개의 gray scale 을 만들기 위해 2 Byte가 필요하기 때문에 흉부엑스선 한 장을 저장하기 위해 약 30 Mbyte의 저장 공간이 필요하다.
하루에 발생되는 데이터량은 600 병상급의 병원에서 약 30 Gbyte가 되므로 이 방대한 용량을 그대로 저장하는 것은 경제성이 없을 뿐더러 현실적으로 불가능하다고 할 수 있다.
그러므로 데이터를 영상정보의 손실이 다소 있더라도 압축을 하여 저장을 하게 되는데 어느 정도의 압축율을 유지해야 하는지에 대해서는 활발하게 연구가 되고 있는데 검사 종류에 따라 큰 차이가 있으며, 흉부엑스선 영상의 경우 10-20배의 압축의 경우도 원본 영상에 비해 임상정보의 손실은 미미하기 때문에 압축을 하여 저장 한다.
하지만 판독을 하거나 초기 진료를 위해서는 영상정보의 손실이 전혀 없는 무손실 압축(약 2배)을 하여 단기간 (1-2주)동안 보관한다.



2. PACS의 구성

PACS 란 Picture Archiving and Communicating System의 머리글자로 의료정보 저장 및 전달 시스템으로 해석되며 과거 또는 현재의 대부분의 병원에서와 같이 엑스선용 필름 대신에 디지털화 하여 하드디스크 등에 저장하고 네트워크를 통하여 전송하는 시스템이다.
PACS를 위해서는 각종 디지털화된 영상을 만드는 엑스선 장비가 필요하며, 디지털화되지 않은 엑스선 영상은 이를 디지털화하는 별도의 장비가 필요하다.
또한 이 디지털화된 영상데이터 및 각종 환자정보를 저장하고 정보를 처리하는 하는 서버 및 여러 개의 디스크를 하나로 결합한 디스크어레이와, 이런 장비들을 연결해 주는 네트워크 장비, 그리고 임상의사가 영상을 볼 수 있는 영상 관찰대가 필요하다.

1) 디지털 영상 획득
현재 생산되어 판매되고 있는 대부분의 디지털 방사선 촬영 장비들은 DICOM 3.0(국제의료영상표준규약)을 따른 옵션을 추가하면 별도의 장비없이 네트워크에 연결만 하면 영상데이터를 전송할 수 있다.
이러한 장비로는 상기에 언급한 CT와 MR 이외에도 초음파, 혈관촬영 및 투시기 핵의학 감마카메라 등이 있다.
하지만 과거에 생산되어 DICOM3.0을 지원하지 않는 장비의 경우는 별도의 장비를 설치 하여야만 영상데이터를 전송할 수 있다.
이러한 장비를 DICOM Gateway라 부른다. 최근에 설치되지 않은 초음파와 핵의학 장비 등은 비록 모니터 상에서 영상을 볼 수 있지만 아날로그 영상이기 때문에 DICOM Gateway 이외에 영상을 디지털화 하는 별도의 과정인 image capture가 필요하다.
대부분의 검사에 해당되는 흉부엑스선과 같은 단순촬영은 필름 대신에 영상저장판(image plate)이 들어 있는 카세트에 촬영을 하여 필름의 현상기에 해당하는 CR 현상기 ( Computor Radiography Processor) 에서 영상저장판에 보관되어 있는 영상을 디지털화 하게 된다.
단순엑스선의 경우 또다른 방법은 LCD판에 직접 촬영을 하는 방법으로 DDR(Direct Digital Radiography)이 있는데 고가의 설치 비용이 소요되므로 아직은 설치된 병원이 극소수이며, 국내에서도 실험적으로 설치된 정도이다.
이미 필름에 인화된 PACS가 설치되기 이전 영상은 필름스캐너 혹은 디지털 카메라를 이용하여 디지털화 하는 작업이 필요하다.

ㄱ. Film Scanner
Film Scanner는 방사선과 영역에서는 대표적이며 보편적인 이미지 처리 디바이스로 해상도가 우수하며 개인용컴퓨터에도 쉽게 연결이 가능하다.
영상을 스캔하는데 기종에 따라 차이는 많지만 보통 약 30초에서 90초가 소요되어 많은 양의 사진을 한꺼번에 입력시키는데는 엄청난 시간이 소요된다.

ㄴ. Digital camera
디지털 카메라는 최근에 와서 일반 카메라를 대신하여 빠르게 보급되고 있는데 고해상도 카메라를 이용하면 스캐너보다는 다소 영상의 화질은 떨어지기는 하지만 빠른 시간에 엑스선 영상을 입력할 수 있어 최근에 와서 다량의 과거 영상을 한꺼번에 디지털화하는데 유리하다.

2) 영상데이터 저장장치
촬영 장비에서 직접 또는 디지털 영상 획득 장비를 통해 컴퓨터에 전달된 영상데이터의 양은 서두에 언급된 바와 같이 엄청나서 하루에 발생하는 데이터량은 600병상 규모의 병원의 경우 20 기가바이트가 넘게 된다.
이를 일정기간 보관하며 조회가 신속하게 이루어지도록 하기 위해서는 가능한 빠른 조회 기능을 갖는 저장장치에 저장하여야 한다.
현재로서는 하드디스크가 가장 빠르고 안정된 저장장치이다. 하지만 하드디스크는 큰 용량이라 하더라도 20기가바이트를 넘지는 못하다. 그러므로 PACS에 필요한 수백 기가바이트의 용량을 확보하기 위해 하드디스크를 여러 개를 하나처럼 쓰도록 만든 디스크어레이를 사용하게 된다. 이 디스크어레이는 하드디스크이기 때문에 속도가 아주 빠를 뿐 아니라 하드디스크의 손상 등에 의해 데이터의 손상이 생기더라도 복구가 가능하도록 설계된 안전한 저장장치이기는 하지만 용량을 증설하기가 용이하지 않고 이를 구동하는 서버의 부담이 크기 때문에 최근에는 NAS (Network Attached Storage)를 사용하는 경향이 있다. 이 NAS 기존의 d 거이다.
하지만 디스크어레이는 가격이 아주 비싸고 용량을 무한정 늘리는데 한정되어 있기 때문에 수주에서 수개월이 지난 영상은 조회속도는 다소 떨어지더라도 가격이 저렴하며 많은 양을 저장할 수 있는 보조 저장장치가 필요하다. 그 종류는 다음과 같다.

ㄱ. MOD(magnetooptical disk) juke box : 현재 가장 많이 이용되는 장비로 안정성이 뛰어나고 비교적 빠른 조회속도를 갖추고 있다. 반면에 가격이 비싸며, 저장 용량이 상대적으로 작은 단점이 있다.
ㄴ. CD ROM juke box : 가격이 저렴하지만, 디스크의 저장 용량이 작기 때문에 데이터량이 많은 큰 병원에서는 사용이 어렵다.
ㄷ. DLT(Digital linear tape) library : 가격이 매우 저렴하며, 저장용량이 아주 크기 때문에 최근 들어 도입을 늘리고 있다.
단점으로는 테이프로 되어 있기 때문에 안정성이 떨어 지며 조회 속도가 다소 떨어진다. backup용으로 가장 적합하다.
ㄹ. DVD(Digital video disk) juke box : 최근에 와서 개발되었기 때문에 아직 임상에 이용된 예는 없지만, 용량이 크고 조회 속도도 빠르기 때문에 앞으로 가장 유망한 기억장치로 대두되고 있다.

3) 영상관찰대 최근까지 영상관찰대는 고가의 고성능 전용컴퓨터와 고해상도 전용모니터를 사용하였기 때문에 PACS설비 비용이 높아서 극소수의 대형 병원에만 설치가 가능하였다.
하지만 최근에 와서 개인용 컴퓨터의 기능향상과 가격하락 그리고 개인용 컴퓨터용 고해상도 컬러모니터의 발달로 이를 채용한 PACS가 개발되어 급속도로 확산되고 있다.
그러므로 과거에 사용되어 왔던 PACS 전용 영상관찰대는 판독용으로만 한정되어 설치하고 대다수의 임상용 영상관찰대는 개인용 컴퓨터를 이용하는 추세로 가고 있다.
특히 임상용으로 이용되는 컬러모니터는 1600 X 1200 의 해상도를 지원하며 천연색(1600만)을 지원하기 때문에 임상의사가 PACS뿐만 아니라 처방전달시스템이나 내시경사진 또는 병리사진을 조회할 수도 있으므로 과거와 달리 하나의 컴퓨터에서 사용이 가능하게 되어 경제적인 운용뿐 아니라 편의성을 제공하게 되었다. 4) 네트워크
영상획득장치와 저장장치 그리고 영상관찰대와 연결해 주는 것이 네트워크이다.
네트워크의 종류는 여러 가지가 있지만 최근에 널리 이용되는 것으로는 크게 Ethernet과 ATM이 있는데 Ethernet은 100 Mbps의 fast Ethernet, 1 Gbps의 Gigabit Ethernet이 있고, ATM은 622 Mbps, 155 Mbps, 25 Mbps가 있다.
과거에는 Ethernet이나 ATM 중 하나를 택일 하여 사용하였지만 이제는 성능이 좋은 반면 고가인 ATM은 기간통신축으로 한정적으로 이용하고 클라이언트는 저가인 Ethernet을 혼용하는 추세이다.
하지만 Gigabit 기술의 발달로 기간통신축을 Gigabit으로 함으로써 전체를 Ethernet으로 하려는 시도도 있다. PACS의 경우는 네트워크상에 전송되는 데이터 용량이 엄청나기 때문에 기간통신축을 고성능의 ATM 622Mbps을 두개 이상 묶어 이용하고 서버는 622 Mbps, 영상관찰대는 155 Mbps를 이용하기도 하며.
경제적인 운용을 위해 일부 클라이언트는 100Mbps의 Fast Ethernet을 혼용하는 하기도 한다.



3. PACS의 장점

가) 영상관찰대만 있으면, 최근 영상은 수초이내에 그리고 오래된 과거영상은 수분이내에 병원 어느 곳에서도 조회가 가능하며, 동시에 다른 곳에서도 같은 영상을 조회할 수 있다.
나) 모니터 나타나는 영상의 밝기 조정이 가능하고 , 길이,각도 등의; 측정이 아주 용이하며, 이상부위를 확대하여 관찰할 수 있기 때문에 다양한 정보와 편의성 제공된다.
다) 회진, 수술 등의 의료행위를 위해 해당 환자의 필름을 찾기 위해 위해 소모되었던 전공 또는 수련의 또는 보조 의료인력을 효율적 재배치 가능하다.
라) 영상데이터를 여러 곳에 별도로 나누어 보관하면 분실 또는 훼손의 가능성이 없으며 영구적인 보관이 가능하다.
마) 필름보관 시 필요한 장소, 암실, 관리인력이 전혀 필요하지 않다.
바) 관용도가 높고 현상 과정이 없기 때문에 재촬영율이 현저히 떨어진다.
사) 폐필름, 현상시 생기는 공기오염, 폐기물 처리 문제의 완전 해결이 가능하다.
아) 아무리 오래된 영상 자료라 하더라도 정보의 손실이 없이 신속하고 정확하게 검색이 가능하기 때문에 교육 및 연구에 지대한 공헌을 한다.
자) 의료영상 표준안인 DICOM 3 파일로 저장된 영상은 비교적 쉽게 구할 수 있는 공개 프로그램으로도 영상의 손실이 없이 원본과 같은 영상을 볼 수 있기 때문에 인터넷 등을 통한 타 병원과의 정보 교환이 용이해진다.



4. PACS의 단점

가) 초기투자비가 상대적으로 많이 든다.
나) 정전 혹은 기계적 고장에 의해 진료에 큰 지장을 줄 수 있다.
다) 사용자의 부주의 또는 고의에 의해 큰 피해를 입을 수 있다.
라) 사용자의 지속적인 교육이 필요하다.
마) 환자의 비밀이 노출될 가능성이 있다.