胡敏，聶聰，馬錫坤

（南京軍區(qū)南京總醫(yī)院 a.信息科；b.醫(yī)學(xué)影像科，江蘇 南京 210002）

醫(yī)院PACS的設(shè)計(jì)與實(shí)施

胡敏a，聶聰b，馬錫坤a

（南京軍區(qū)南京總醫(yī)院 a.信息科；b.醫(yī)學(xué)影像科，江蘇 南京 210002）

本文介紹了PACS的涵義、標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)展，闡述了基于“均衡策略下的服務(wù)器集群”的全院級(jí)PACS架構(gòu)設(shè)計(jì)、特點(diǎn)和實(shí)施方案。

PACS；HIS；系統(tǒng)集群；負(fù)載均衡

Abstract:This paper describes the meaning, standards and development of PACS, expatiates the architecture design, features and implementation plans of PACS based on server clusters under equilibrium strategy.

Key words:PACS; HIS; system cluster; load balancing

我院是一所，集醫(yī)療、教學(xué)、科研、保健于一體的大型現(xiàn)代化綜合性醫(yī)院，隨著雙源螺旋CT、PET-CT等先進(jìn)的大型影像設(shè)備不斷投入臨床使用，醫(yī)院每年的影像數(shù)據(jù)也是成倍，甚至數(shù)十倍增長(zhǎng)?，F(xiàn)在影像數(shù)據(jù)量每年近30TB，如此大的數(shù)據(jù)量對(duì)PACS的實(shí)時(shí)處理能力提出了非常高的要求。

1 PACS的涵義、標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)展

1.1 PACS的涵義

PACS（Pictures Archiving & Communication System），為圖像存檔與通信系統(tǒng)，以全數(shù)字化、無(wú)膠片化方式采集、閱讀、存儲(chǔ)、管理和傳輸醫(yī)學(xué)影像資料，并實(shí)現(xiàn)資源共享。PACS主要有以下組成部分：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存單元、影像工作站和其他系統(tǒng)的相關(guān)接口。

1.2 PACS遵循的標(biāo)準(zhǔn)

為解決醫(yī)療影像的傳送問(wèn)題, 在不同時(shí)期建立了不同版本的影像傳輸和共享協(xié)議。在經(jīng)歷了不完善的ACRNEMA1.0、ACR-NEMA2.0的醫(yī)療影像傳輸協(xié)議后，直至1993年ACR-NEMA的第三版，才推出了基于TCP/IP、ISOOSI協(xié)議的DICOM3.0（Digital Imaging and Communication in Medicine）醫(yī)學(xué)影像通訊標(biāo)準(zhǔn)，2003年開(kāi)始稱(chēng)為DICOM標(biāo)準(zhǔn)。

近年來(lái)，國(guó)際醫(yī)學(xué)影像組織多次對(duì)醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)范化建設(shè)，其中基于DICOM3.0和HL7協(xié)議的IHE（Integrated Healthcare Enterprise）規(guī)范已成為組建醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)IHE 技術(shù)框架實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，可以減少數(shù)據(jù)和功能的冗余，增強(qiáng)數(shù)據(jù)完整性、一致性和可訪(fǎng)問(wèn)度，并且在醫(yī)院信息系統(tǒng)、放射科信息系統(tǒng)、設(shè)備和PACS 之間能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)完整的信息鏈[1]。這為實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化、無(wú)膠片化現(xiàn)代化醫(yī)療環(huán)境提供了有力保證。

1.3 PACS系統(tǒng)的發(fā)展

PACS系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：

第一代PACS：大約在上世紀(jì)90年代，PACS概念剛提出不久，系統(tǒng)的典型特點(diǎn)是“使用者查找數(shù)據(jù)（User find data）”。需要大量人工參與PACS的工作流程，給出查詢(xún)路徑、查詢(xún)條件等。

第二代PACS：在20世紀(jì)90年代末，PACS技術(shù)有了很大發(fā)展，“自動(dòng)路由（Autorouting）”和“預(yù)提?。≒re-fetch）”技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于PACS系統(tǒng)，使得系統(tǒng)的工作流程更為流暢，人工干預(yù)大大減少；同時(shí)可以更高效地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，利用網(wǎng)絡(luò)相對(duì)較為空閑時(shí)間完成大量檢索、提取數(shù)據(jù)工作。其典型特點(diǎn)是“數(shù)據(jù)找設(shè)備（Data find device）”。

第三代PACS：進(jìn)入21世紀(jì)后，PACS設(shè)計(jì)理念更加先進(jìn)，要求系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)的工作流程：用戶(hù)在任意一臺(tái)PACS工作站上登錄以后，系統(tǒng)根據(jù)該用戶(hù)的預(yù)先設(shè)定，自動(dòng)將當(dāng)前病人資料的最新、最完整的影像數(shù)據(jù)傳送給用戶(hù)。其典型特點(diǎn)為“數(shù)據(jù)找用戶(hù)（Data find user）”。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)要求

⑴ 系統(tǒng)架構(gòu)合理、穩(wěn)定，支持在線(xiàn)升級(jí)、擴(kuò)容。

⑵ 圖像的接收、存儲(chǔ)、管理、發(fā)送、再現(xiàn)、后處理能力強(qiáng)。

⑶ 嚴(yán)格遵循DICOM3.0和IHE標(biāo)準(zhǔn)。

⑷ 支持基于WEB模式的訪(fǎng)問(wèn)、瀏覽影像數(shù)據(jù)。

2.2 設(shè)計(jì)方案

采用“均衡策略下的服務(wù)器集群”架構(gòu)設(shè)計(jì)。

⑴ 數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組 用兩臺(tái)高性能服務(wù)器做數(shù)據(jù)庫(kù)集群，來(lái)處理數(shù)據(jù)的查詢(xún)和存儲(chǔ)。

⑵ 應(yīng)用服務(wù)器組 將應(yīng)用服務(wù)與數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)與發(fā)布服務(wù)分開(kāi), 由多臺(tái)服務(wù)器來(lái)承擔(dān)DICOM 查詢(xún)和DICOM存儲(chǔ)，在應(yīng)用服務(wù)器之間采用“動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡技術(shù)”來(lái)智能地分配來(lái)自臨床科室的并發(fā)任務(wù)。 “應(yīng)用服務(wù)器組”中任何一臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障都不影響其它服務(wù)器的正常工作。隨著醫(yī)院設(shè)備的擴(kuò)充和業(yè)務(wù)量的增加，可以隨時(shí)在線(xiàn)增加新的應(yīng)用服務(wù)器到“應(yīng)用服務(wù)器組”中來(lái)平衡系統(tǒng)的壓力。

⑶ 完整的在線(xiàn)、近線(xiàn)和離線(xiàn)三級(jí)存儲(chǔ)體系 存儲(chǔ)架構(gòu)是PACS僅次于應(yīng)用服務(wù)的核心單元，采用一臺(tái)EMC CX4-480 光纖磁盤(pán)存儲(chǔ)作為SAN光纖存儲(chǔ)設(shè)備做在線(xiàn)存儲(chǔ)。采用一臺(tái)EMC CX4-480 SATA磁盤(pán)存儲(chǔ)做近線(xiàn)存儲(chǔ)。采用DHC（Centricity?Digital Hardcopy）設(shè)備做離線(xiàn)存儲(chǔ)。通過(guò)EMC NAS網(wǎng)關(guān)NS40，將SAN光纖存儲(chǔ)共享到局域網(wǎng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)在全院范圍內(nèi)共享。

總之，這種“均衡策略下的服務(wù)器集群”架構(gòu)設(shè)計(jì)既能保證系統(tǒng)對(duì)醫(yī)院大數(shù)據(jù)量的負(fù)載，又能滿(mǎn)足影像一致性顯示的要求，保證系統(tǒng)“零”停機(jī)地穩(wěn)定運(yùn)行。

3 系統(tǒng)的特點(diǎn)

3.1 系統(tǒng)的高可用性

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器架構(gòu)示意如圖1，兩臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器互為備份，當(dāng)一臺(tái)服務(wù)器出現(xiàn)故障后另一臺(tái)服務(wù)器能夠自動(dòng)接管；兩臺(tái)服務(wù)器共用一臺(tái)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)裝在存儲(chǔ)上，通過(guò)第三方軟件備份到近線(xiàn)存儲(chǔ)上，近線(xiàn)存儲(chǔ)可以異地部署，達(dá)到數(shù)據(jù)容災(zāi)。

圖 1 服務(wù)器集群架構(gòu)示意圖

3.2 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)負(fù)載能力和優(yōu)秀的峰值數(shù)據(jù)處理機(jī)制

利用應(yīng)用服務(wù)器集群實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，讓單臺(tái)服務(wù)器難以承受的計(jì)算或I/O任務(wù)由多臺(tái)服務(wù)器或多條鏈路共同承擔(dān)，滿(mǎn)足高峰時(shí)段的大量并發(fā)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)需求，從而以較低成本消除網(wǎng)絡(luò)瓶頸，提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可靠性。

3.3 可靠的數(shù)據(jù)安全保證

采用SAN架構(gòu)的光纖存儲(chǔ)設(shè)備作為在線(xiàn)存儲(chǔ)，SAN標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放性適合服務(wù)器集群和存儲(chǔ)之間的共享；SAN架構(gòu)下，服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備之間的協(xié)議是專(zhuān)為數(shù)據(jù)密集型存取所設(shè)計(jì)，能滿(mǎn)足PACS所要求的高效的數(shù)據(jù)存??；在SAN的架構(gòu)下，存儲(chǔ)是獨(dú)立于應(yīng)用的，本身具有良好的可擴(kuò)充性；在SAN架構(gòu)中，主機(jī)、光纖交換機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備之間的連接均是冗余的，在正常情況下，作為帶寬的擴(kuò)充，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)負(fù)載均衡，在某一通路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，另一通路承擔(dān)全部業(yè)務(wù)，保證系統(tǒng)的高可靠性。

3.4 分布式布局，集中式管理

系統(tǒng)采用集中式數(shù)據(jù)管理，所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在存儲(chǔ)設(shè)備上，但支持主機(jī)系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)、交換機(jī)和光纖適配器等設(shè)備分布式布局，從而達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的容災(zāi)。

4 系統(tǒng)建設(shè)

4.1 建設(shè)原則

PACS應(yīng)建設(shè)成為真正面向臨床醫(yī)療工作需要，覆蓋全院所有科室，將放射、超聲、病理、內(nèi)鏡等影像信息系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的整體化醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)。建設(shè)中以影像診斷科室為出發(fā)點(diǎn)，立足全院、面向臨床，充分認(rèn)識(shí)到系統(tǒng)建設(shè)的復(fù)雜性和長(zhǎng)期性，按照總體規(guī)劃、分步實(shí)施的建設(shè)原則，有計(jì)劃有步驟地推進(jìn)項(xiàng)目的建設(shè)[2]。

4.2 建設(shè)實(shí)施

根據(jù)前期充分的調(diào)研論證，結(jié)合醫(yī)院的現(xiàn)狀和實(shí)際需求，PACS建設(shè)分三個(gè)階段實(shí)施：

第一階段：建立影像信息管理中心（PACS系統(tǒng)），集成目前所有DICOM設(shè)備，將影像中心的所有圖像資料實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一集中數(shù)字化存儲(chǔ)和管理；建立影像中心信息化流程，為醫(yī)生配備專(zhuān)業(yè)豎屏診斷工作站，實(shí)現(xiàn)數(shù)字閱片（軟閱讀）和數(shù)字報(bào)告，確保診斷質(zhì)量；建立臨床圖像發(fā)布系統(tǒng)（WEB系統(tǒng)），根據(jù)臨床的需求通過(guò)WEB的方式發(fā)布圖像以及相應(yīng)診斷報(bào)告，部分臨床科室能按設(shè)定的權(quán)限調(diào)閱醫(yī)學(xué)影像報(bào)告和圖像并且實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上會(huì)診；建立醫(yī)學(xué)影像科數(shù)字化會(huì)診中心；重建RIS系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)集成，包括與HIS、門(mén)急診等系統(tǒng)的集成，特別是在RIS系統(tǒng)與 PACS系統(tǒng)之間集成；建立影像數(shù)據(jù)歸檔系統(tǒng)，以保證病人信息的安全保存和病人資料的電子分發(fā)。

第二階段：建立超聲和核醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)，將相應(yīng)科室的影像設(shè)備及工作站接入影像中心系統(tǒng)，并納入PACS范疇，形成全院級(jí)大影像中心；完成超聲系統(tǒng)和HIS等現(xiàn)有系統(tǒng)的集成；增加備用服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)冗余備份，建立影像中心容災(zāi)備份和長(zhǎng)期歸檔機(jī)制；根據(jù)需要提高近線(xiàn)存儲(chǔ)容量，滿(mǎn)足醫(yī)院未來(lái)3～5年的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量；擴(kuò)展臨床圖像發(fā)布網(wǎng)絡(luò)（WEB系統(tǒng)）配置全院的WEB瀏覽點(diǎn)。

第三階段：建立病理、內(nèi)鏡信息系統(tǒng)，完善全院PACS；完成病理、內(nèi)鏡系統(tǒng)與現(xiàn)有其他系統(tǒng)的集成；在心電系統(tǒng)穩(wěn)定上線(xiàn)的前提下，將心電圖像納入PACS范疇；考慮建立區(qū)域化醫(yī)學(xué)影像平臺(tái)數(shù)據(jù)中心，將所屬分院接入，實(shí)現(xiàn)基于遠(yuǎn)程醫(yī)療的高質(zhì)量影像服務(wù)。

4.3 實(shí)施中應(yīng)注意把握的幾個(gè)問(wèn)題

PACS是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要和眾多的設(shè)備集成、和HIS集成、和其他相關(guān)的臨床信息系統(tǒng)集成；牽涉到眾多的相關(guān)科室，并且將或多或少地改變現(xiàn)有的工作流程；并且PACS與設(shè)備不同，設(shè)備的使用年限一般為5～10年，PACS的使用周期會(huì)更長(zhǎng)。因此，在實(shí)施過(guò)程中應(yīng)注意把握以下幾方面問(wèn)題[3]：

⑴ 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性 實(shí)施PACS以后，和影像相關(guān)的所有工作均在系統(tǒng)上進(jìn)行，一旦出現(xiàn)任何的意外，都將對(duì)正常的醫(yī)療工作產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

⑵ 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性 系統(tǒng)中保存了所有相關(guān)的病人信息和管理信息，一旦發(fā)生數(shù)據(jù)丟失、病毒侵入、惡意進(jìn)入等意外情況，都將給醫(yī)院帶來(lái)無(wú)法挽回的損失[4]。

⑶ 系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)性、開(kāi)放性和升級(jí)性 PACS工程是一個(gè)長(zhǎng)期的項(xiàng)目，必須嚴(yán)格遵循DICOM、HL7、IHE、HIPPA、ICD-1等標(biāo)準(zhǔn)，保證系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，今后具有良好的可持續(xù)升級(jí)空間。

通過(guò)PACS的建設(shè)，能夠?qū)崿F(xiàn)臨床科室和管理部門(mén)共享影像數(shù)據(jù)，醫(yī)療工作流程數(shù)字化，從而降低醫(yī)療成本；能夠提供醫(yī)生軟閱讀工作方式，提高工作效率和診斷水平；能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的網(wǎng)上會(huì)診和遠(yuǎn)程醫(yī)療，提升醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量，提高病人滿(mǎn)意度?？傊?，PACS不僅僅是數(shù)字化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通訊技術(shù)在醫(yī)院放射、超聲、病理、內(nèi)鏡等影像科室的應(yīng)用、推廣和普及的過(guò)程，同時(shí)它更是醫(yī)療觀念更新、醫(yī)療體制改革過(guò)程中的重要一步。PACS 系統(tǒng)已經(jīng)成為評(píng)價(jià)現(xiàn)代化醫(yī)院的必備標(biāo)準(zhǔn)之一[5,6]。

[1] 王世威,呂旭東,等.基于IHE技術(shù)框架實(shí)現(xiàn)工作流集成[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)成像雜志,2007,13(1): 63-67.

[2] 劉謙,陳加宜.如何構(gòu)建大型綜合醫(yī)院的醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)[J].醫(yī)學(xué)信息,2006,19(7): 1117-1119.

[3] 張九妹,等.醫(yī)院PACS建設(shè)中應(yīng)慎重思考的幾個(gè)問(wèn)題[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2008(3):74-75.

[4] 李彭軍,等.建設(shè)全院PACS網(wǎng)絡(luò)相關(guān)問(wèn)題探討[J].現(xiàn)代醫(yī)院, 2006(10):137-139.

[5] 麥遠(yuǎn)其.PACS系統(tǒng)的發(fā)展及相關(guān)技術(shù)[J].基層醫(yī)學(xué)論壇,2008,12 (22):734-735.

[6] 李淑梅,等.淺談醫(yī)院PACS系統(tǒng)的建設(shè)[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展, 2006(5):95-96.

Design and Implementation of PACS in Our Hospital

HU Mina，NIE Congb，MA Xi-kuna
(a. Information Department;b. Medical Imaging Department,Nanjing General Hospital of Nanjing Area Command, Nanjing Jiangsu 210002, China)

TN911.73；R197.324

C

1674-1633(2010)01-0065-02

2009-04-01

作者郵箱：flora2001@163.com