李 健

影像歸檔與傳輸系統(tǒng)(picture archiving and communication system，PACS)的概念最早于1982年提出，應(yīng)用至今已經(jīng)超過了30年[1-4]。在此期間，信息技術(shù)的進(jìn)步也推動(dòng)著PACS應(yīng)用水平的進(jìn)步。而網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)技術(shù)(network attached storage，NAS)作為近年來(lái)新興的并已非常成熟的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域有了成功的實(shí)踐[5-8]。本文旨在探討NAS技術(shù)應(yīng)用在PACS中的實(shí)現(xiàn)方法與評(píng)價(jià)[9-12]。

1 NAS在PACS中的實(shí)現(xiàn)方法

我院PACS于2007年進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，迄今已有7年臨床應(yīng)用歷史。最初的PACS僅僅是一個(gè)符合DICOM標(biāo)準(zhǔn)的影像歸檔系統(tǒng)。其后經(jīng)過臨床功能擴(kuò)充與硬件更新升級(jí)，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了符合全院規(guī)劃的滿足影像科室臨床需求的影像信息系統(tǒng)。

1.1 PACS在線系統(tǒng)

PACS歸檔系統(tǒng)采用GE公司的Centricity PACS，IMS數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器主機(jī)硬件為2臺(tái)Sun Fire V480小型機(jī)，運(yùn)行專用的Solaris 64位操作系統(tǒng)。DICOM應(yīng)用服務(wù)器(DAS)主機(jī)為4臺(tái)Sun Fire V500服務(wù)器，運(yùn)行專用的Solaris 64位操作系統(tǒng)。長(zhǎng)期存儲(chǔ)服務(wù)器(LoTS)主機(jī)為1臺(tái)Sun Fire V120，運(yùn)行專用的Solaris 64位操作系統(tǒng)。PACS短期存儲(chǔ)器硬件采用EMC CX4-10，圖像存儲(chǔ)有效容量為25 TB。通過光纖點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直連方式與PACS在線系統(tǒng)IMS服務(wù)器進(jìn)行連接。PACS在線系統(tǒng)共實(shí)現(xiàn)了與14臺(tái)影像采集設(shè)備的連接。

1.2 PACS歸檔系統(tǒng)

PACS歸檔系統(tǒng)采用GE公司EA系統(tǒng)，主機(jī)硬件為1臺(tái)惠普ProLiant DL380 G5服務(wù)器，操作系統(tǒng)為Windows 2003 Server。主機(jī)提供了2個(gè)千兆位(Gbps)網(wǎng)卡，使用HP Network Configuration Utility工具將雙網(wǎng)卡綁定為TLB模式，可以提供2Gbps網(wǎng)絡(luò)帶寬。

PACS歸檔存儲(chǔ)采用網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)技術(shù)，NAS存儲(chǔ)器硬件采用EMC VNX 5500，具體技術(shù)配置：CS控制臺(tái)1臺(tái)、SP存儲(chǔ)處理器一組2臺(tái)、Blade刀片服務(wù)器一組2臺(tái)、SPS備用電源及Clariion CX4-10磁盤陣列柜一組2臺(tái)。每臺(tái)CX3-10磁盤陣列柜配置15塊SATA II硬盤，單塊硬盤容量為2000 GB，每臺(tái)CX4-10磁盤陣列柜分別預(yù)留1塊熱備硬盤。磁盤陣列柜配置為RAID 5，實(shí)現(xiàn)有效存儲(chǔ)空間為48 TB。VNX Blad刀片服務(wù)器共提供了4個(gè)千兆位(Gbps)網(wǎng)卡，將其中2個(gè)千兆位網(wǎng)卡進(jìn)行綁定配置為Trunk模式，提供2Gbps的網(wǎng)絡(luò)帶寬。PACS歸檔系統(tǒng)以CIFS文件共享方式對(duì)NAS存儲(chǔ)器VNX 5500進(jìn)行I/O讀寫操作。2臺(tái)設(shè)備通過千兆位以太網(wǎng)交換機(jī)Cisco 3750 G進(jìn)行連接，由于他們均工作在雙網(wǎng)卡綁定模式，因此在PACS長(zhǎng)期歸檔系統(tǒng)與NAS存儲(chǔ)器之間實(shí)現(xiàn)了2 Gbps網(wǎng)絡(luò)帶寬。

1.3 影像數(shù)據(jù)傳輸與歸檔流程[13-15]

影像數(shù)據(jù)傳輸與歸檔流程包括：①當(dāng)影像采集設(shè)備完成影像采集，其生成的DICOM圖像將自動(dòng)發(fā)送至DAS服務(wù)器；②DAS將對(duì)圖像進(jìn)行圖像信息解析與圖像內(nèi)容壓縮處理，而后分別傳送至IMS數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與PACS在線存儲(chǔ)；③圖像經(jīng)過校驗(yàn)確認(rèn)后，長(zhǎng)期存儲(chǔ)服務(wù)器會(huì)將圖像與圖像信息重新進(jìn)行融合成為DICOM圖像；④長(zhǎng)期存儲(chǔ)服務(wù)器將圖像對(duì)象發(fā)送至PACS長(zhǎng)期歸檔系統(tǒng)；⑤PACS歸檔系統(tǒng)在接收到圖像對(duì)象后將其最終歸檔存儲(chǔ)至NAS存儲(chǔ)器VNX 5500，至此，影像數(shù)據(jù)完成了由影像采集設(shè)備到PACS在線系統(tǒng)、再由PACS在線系統(tǒng)到PACS歸檔系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與歸檔過程；⑥當(dāng)PACS長(zhǎng)期歸檔系統(tǒng)收到圖像取回(Retrieve)請(qǐng)求時(shí)，PACS歸檔系統(tǒng)將從NAS存儲(chǔ)器VNX 5500取回圖像對(duì)象，并發(fā)送至圖像取回(Retrieve)目的地。

1.4 影像讀取速率測(cè)量方法

從PACS歸檔系統(tǒng)中，調(diào)取指定內(nèi)容的圖像，記錄下傳輸進(jìn)程的開始和結(jié)束時(shí)間，圖像的數(shù)量和數(shù)據(jù)量，計(jì)算出單個(gè)檢查的平均圖像數(shù)量、單個(gè)檢查的平均調(diào)取時(shí)間、單幅圖像的平均調(diào)取時(shí)間以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)Mbps值。為了提高時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確度，同時(shí)，也盡量減少偶然誤差，計(jì)算影像傳輸速率時(shí)采用測(cè)量多個(gè)同類檢查(≥500個(gè))取單個(gè)檢查平均值的方法得出結(jié)果。

2 結(jié)果

2.1 PACS歸檔系統(tǒng)單傳輸進(jìn)程影像讀取速率

從PACS歸檔系統(tǒng)中，以單傳輸進(jìn)程方式，調(diào)取下面所列檢查方法的影像檢查500例，結(jié)果見表1。

2.2 PACS歸檔系統(tǒng)多個(gè)并發(fā)傳輸進(jìn)程影像讀取速率

從PACS歸檔系統(tǒng)中，以多個(gè)并發(fā)傳輸進(jìn)程方式調(diào)取內(nèi)容相同的影像檢查500例，當(dāng)選取的并發(fā)傳輸進(jìn)程方式的值分別為5、10、15、20、25個(gè)時(shí)，測(cè)試結(jié)果見表2。

表1 單一傳輸進(jìn)程影像讀取速率

表2 多個(gè)傳輸進(jìn)程影像讀取速率

3 討論

基于NAS存儲(chǔ)技術(shù)的PACS歸檔系統(tǒng)影像讀取速率分析。PACS歸檔系統(tǒng)主機(jī)與NAS存儲(chǔ)器之間實(shí)現(xiàn)了最高為2Gbps的網(wǎng)絡(luò)帶寬，根本上確保了網(wǎng)絡(luò)帶寬不會(huì)成為影像調(diào)取過程中的瓶頸。從結(jié)果2.1中可以得出，在單傳輸進(jìn)程的情況下，4種不同類型的影像均可以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)取。而從結(jié)果2.2中可以得出，當(dāng)多個(gè)傳輸進(jìn)程同時(shí)進(jìn)行時(shí)，單幅圖像的平均調(diào)取時(shí)間隨著傳輸進(jìn)程的增加或減少而基本保持穩(wěn)定。測(cè)量結(jié)果表明，使用NAS技術(shù)的PACS歸檔系統(tǒng)擁有快速而穩(wěn)定的性能表現(xiàn)，完全可以滿足PACS的實(shí)際應(yīng)用。在PACS應(yīng)用中，NAS技術(shù)提供了快速且穩(wěn)定的性能表現(xiàn)，提高了影像信息系統(tǒng)的工作效率。

綜上所述，NAS技術(shù)可以滿足PACS在臨床實(shí)際應(yīng)用中的需要。

[1]Duerinckx AJ,Pisa EJ.Filmless picture archiving and communication system(PACS) in diagnostic radiology[J].Proc SPIE,1982(318):9-18.

[2]Inamura K,Takahashi T.Storage and presentation of images[J].Int J Biomed Comput,1995,(39):157-162.

[3]Bauman RA,Gell G,Dwyer SJ III.Large picture archiving and communication systems of the world, Part I[J].J Digit Imaging,1996,(9):99-103.

[4]Hruby W,Mosser H,Urban M,et al.The vienna SMZO-PACS-project:the totally digital hospital[J].Eur J Radiol,1992(16):66-68.

[5]John R Heath.High-speed storage area networks Using a fibre channel arbitrated loop interconnect[J].IEEE network,2000,14(2):51-56.

[6]Yasuda Y,Kawamoto S.Concept and evaluation of X-NAS:a highly scalable NAS System[C].Proc of the 20th IEEE/11th NASA goddard conf on mass storage systems and technologies,2003.

[7]Nagle DF,Ganger GR,Butler J,et al.Network support for network-attached storage[C].Proc of Hot Interconnects,1999.

[8]Wong AWK,Huang HK,Arenson RL,et al.Digital archive system for radiologic images[J].Radiographic,1994,14:1119-1126.

[9]張寧,劉朝暉.PACS系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)影像檢查技術(shù)專業(yè)模擬臨床教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)衛(wèi)生產(chǎn)業(yè),2013(5):182.

[10]洪建.醫(yī)療行業(yè)的PACS存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].醫(yī)學(xué)信息雜志,2013,34(4):21-24.

[11]楊征宇,趙建傳,張立波.基于DICOM的醫(yī)學(xué)影像接收存儲(chǔ)技術(shù)研究[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備,2012,9(11):16-19.

[12]謝小為,吳麗霞.醫(yī)院影像數(shù)據(jù)傳輸及儲(chǔ)存系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值淺析[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備,2012,9(11):81-82.

[13]郝雁罡,孫宏國(guó).醫(yī)院PACS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)遷移[J].中國(guó)病案,2013(4):18-19.

[14]王雷,周曉明,肖征.PACS與健康體檢系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2013,28(3):62-63.

[15]唐令勝.PACS的應(yīng)用及其優(yōu)勢(shì)[J].中國(guó)醫(yī)藥指南,2012(28):347-348.