沈強（浙江省人民醫(yī)院 放射科，浙江 杭州　310014）

基于分布式結(jié)構(gòu)的醫(yī)學影像歸檔和通信系統(tǒng)設(shè)計

沈強
（浙江省人民醫(yī)院 放射科，浙江 杭州310014）

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，醫(yī)院的信息化建設(shè)也越來越受到大家的重視，將傳統(tǒng)的醫(yī)院建設(shè)成為數(shù)字化醫(yī)院已經(jīng)成為了趨勢。而在數(shù)字化影像管理的方法中，PACS系統(tǒng)逐漸占據(jù)了主導地位。本文通過分析醫(yī)院的實際需求，采用分布式的結(jié)構(gòu)模式，設(shè)計并開發(fā)了一個全新的PACS系統(tǒng)的設(shè)計方案。并對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，服務器設(shè)計以及安全設(shè)計做出了詳細介紹，經(jīng)后期實際使用，達到了設(shè)計要求。

PACS系統(tǒng)；HIS系統(tǒng)；數(shù)字化影像

醫(yī)院已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的一部分，隨著醫(yī)院的發(fā)展，醫(yī)學成像設(shè)備已經(jīng)成為醫(yī)院必不可少的設(shè)施之一。其為醫(yī)生在進行診斷時提供了直觀的圖像和數(shù)據(jù)依據(jù)，醫(yī)生通過對膠片的觀察，對病人的病情做出判斷。傳統(tǒng)的膠片管理方式是手工管理，但是這種管理方式存在很多明顯的問題，比如人工管理的過程中，隨著病人人數(shù)的不斷增多，管理效率就會變得非常低，在查詢和咨詢的時間上就會浪費掉許多時間。還有就是在面對比較多的病人時，人工傳遞膠片的速度會很慢，這不僅造成效率低，有時還會對病情造成影響。還有一個很關(guān)鍵的問題就是，對已同一張膠片，在不同地方的醫(yī)生不能同時查看，這就為會診帶來了麻煩，延誤了病人得到好的治療方案的時間，不同科室甚至不同醫(yī)院的醫(yī)生無法實現(xiàn)同時查看和分析膠片，對建立數(shù)字化醫(yī)院也是必須跨過的一步。當然，這種傳統(tǒng)方法的缺陷還有很多，這里就不一一提出了［1-2］。為了改變這種現(xiàn)狀，PACS系統(tǒng)應運而生。所謂PACS系統(tǒng)，就是醫(yī)學影像歸檔和通信系統(tǒng)。其是伴隨著計算機與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)字影像技術(shù)等的發(fā)展而出現(xiàn)的。目的就是通過數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對病人信息以及圖像的實時傳遞，采集，分析，顯示，管理等等的綜合系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以將醫(yī)院的各個科室連接到一起，還可通過互聯(lián)網(wǎng)，將病人的信息與其他醫(yī)院經(jīng)行共享，實現(xiàn)科室與科室間，醫(yī)院與醫(yī)院間的信息共享。其最終目的就是效的提高醫(yī)學影像診斷的準確度和工作效率，為醫(yī)院實現(xiàn)數(shù)字化打下扎實的基礎(chǔ)。正式因為PACS系統(tǒng)有著如此關(guān)鍵和重要的作用，所以分析設(shè)計開發(fā)一個好的PACS系統(tǒng)就顯得非常重要以及十分有意義［3-4］。

1　分布式對象技術(shù)

分布式對象技術(shù)實際上就是將分布在網(wǎng)絡(luò)上的不同節(jié)點進行相互的作用，特別是在不同的操作環(huán)境中。中間件將物理層上相對分散的資源進行組合后成為一個完整的整體。將分布式對象技術(shù)應用在系統(tǒng)中可以大大簡化程序設(shè)計時的操作和步驟，將通信過程中的細節(jié)進行弱化，使使用者可以繞過數(shù)據(jù)提取的服務器的位置，只需知曉使用對象的用戶名和接口即可。這就實現(xiàn)了遠程調(diào)控與近程調(diào)控一樣的效率和方法。目前，分布式對象技術(shù)已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)中體現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢，使系統(tǒng)的互聯(lián)性和開放性都得到了提升［5］。分布式對象結(jié)構(gòu)如圖1所示。分布式對象技術(shù)的一個關(guān)鍵概念就是所謂的構(gòu)建概念。構(gòu)建可以不受語言，網(wǎng)絡(luò)，平臺，使用工具等的限制，將傳統(tǒng)的軟件模式進行徹底的顛覆。之所以這么說，是因為其在軟件開發(fā)的各個階段，比如軟件的定義，設(shè)計，集成，調(diào)試等各個環(huán)節(jié)中，對回因網(wǎng)絡(luò)和對象這兩個主要因素進行巨大的變化。軟件之間也會實現(xiàn)無縫連接。這么做的優(yōu)勢就是可以大大提高用戶的使用效率，節(jié)約了軟硬件資源。如果采用了構(gòu)件程序設(shè)計思想，隨時可以把有問題的模塊更換，使其維護成本降低［6-7］。

圖1　分布式對象結(jié)構(gòu)

2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面主要就是體現(xiàn)在客戶機/服務器結(jié)構(gòu)中，客戶機主要包含了交互邏輯，信息數(shù)據(jù)處理邏輯以及數(shù)據(jù)存儲邏輯，而服務器只是一個DBMS。在本文介紹的三層客戶/服務器結(jié)構(gòu)中，三層客戶/服務器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)就是分布式對象技術(shù)，這也是目前使用最多的結(jié)構(gòu)之一。在此模式中，程序被有條理的分為清楚地兩個部。客戶機由原來復雜的邏輯關(guān)系簡化為只包含交互邏輯即用戶接口。而之前的信息數(shù)據(jù)處理邏輯與數(shù)據(jù)存儲邏輯則在應用服務器上體現(xiàn)。而客戶端此時的作用就變?yōu)榱藢τ脩舻目刂坪蛥f(xié)調(diào)。三層客戶/服務器結(jié)構(gòu)如圖2所示?？蛻魴C是負責用戶的交互以及會根據(jù)用戶的需求處理和協(xié)調(diào)各種指令工作，再交給專用的數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)存儲服務器進行管理和操作。其中邏輯規(guī)則存在于一個或者多個服務器中，在對于具體的請求作出具體的不同的處理。在之前的雙層結(jié)構(gòu)中，客戶機可以不通過指令直接訪問數(shù)據(jù)庫，而在三層客戶/服務器系統(tǒng)中的客戶機既可以是運行在瀏覽器中的Java Applet或ActiveX控件，也可以是獨立的應用程序。客戶機在向服務器發(fā)送請求的同時，應用層會將數(shù)據(jù)直接從數(shù)據(jù)庫中進行提取，直接發(fā)給客戶機。而三層客戶/服務器被大力推廣的關(guān)鍵就是其基于分布式對象技術(shù)和組件技術(shù)，再加上數(shù)據(jù)處理器本身自帶的強大的管理功能。在醫(yī)學影像歸檔和通信系統(tǒng)中，由于醫(yī)院需要處理的圖像信息量非常的大，如果使用采用數(shù)據(jù)集中存儲，網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫可能會因為負載過大出現(xiàn)崩潰的現(xiàn)象。而使用本文的系統(tǒng)，會對數(shù)據(jù)進行自動分類，記錄其各自不同的特點，比如特征，數(shù)據(jù)精度等，這就使原來的混亂管理得到了改善。每個科室或者單位可以對這些數(shù)據(jù)進行獨立的粗存，構(gòu)成獨立的子系統(tǒng)。在通過應用服務組件使其進行內(nèi)部的溝通和聯(lián)系［8-9］。

圖2　三層客戶/服務器邏輯結(jié)構(gòu)

3　系統(tǒng)服務器設(shè)計方案

PACS可以依照應用規(guī)模與數(shù)據(jù)流量的不同，靈活的進行分配與組合。在小型的 PACS網(wǎng)絡(luò)方案里，一臺簡單的服務器就可提供所有的數(shù)據(jù)、存儲、DICOM等服務。但是在大型的PACS網(wǎng)絡(luò)中，其中的一個服務就可能是由兩臺或者更多的服務器同時對其進行作用，所以，PACS可根據(jù)醫(yī)院的不同甚至環(huán)境的不同，靈活的調(diào)控系統(tǒng)的配置。服務器按功能分為：DICOM服務器、主要信息服務器、數(shù)據(jù)處理服務器、臨床WEB發(fā)布服務器、檔案管理服務器、動態(tài)輸出服務器、二級緩存服務器，它們之間根據(jù)需求動態(tài)的進行組合，來滿足醫(yī)院不同的使用環(huán)境，即可基本滿足醫(yī)院目前的所有硬性需求，也可以為醫(yī)院未來的數(shù)字化及信息化建設(shè)打下堅實的基礎(chǔ)［10-11］。在 DICOM服務器中，DICOM圖像首先通過檢查設(shè)備的分析處理傳入PACS，此時的圖像存儲在DICOM服務器中，服務器此時會對圖像進行進一步的分析和處理，保證數(shù)據(jù)的準確無誤，并與 PACS中之前登記過得數(shù)據(jù)進行匹配，保證數(shù)據(jù)的一致性和準確性。同時，數(shù)據(jù)在這里還可自行進行壓縮處理，系統(tǒng)支持八種壓縮的模式。DICOM服務器具有的功能也十分強大。首先是DICOM服務，可提供包括DICOM Storage、DICOM send/receive、DICOMMPPS等所有標準DICOM服務?？蓪崿F(xiàn)影像的處理、中轉(zhuǎn)、打印等控制。其次就是網(wǎng)關(guān)作用，對影像進行匹配和檢測工作，確保病人的信息與出來的圖像保持一致性。對于檢查中出現(xiàn)的錯誤或無效數(shù)據(jù)，會自動交給差錯管理程序糾錯。下面就是網(wǎng)絡(luò)均衡作用，檢查設(shè)備產(chǎn)生影像后會大量的向 PACS傳送，此時的網(wǎng)絡(luò)流量很大，帶寬占用非常嚴重，DICOM服務器可以起到緩沖得作用，自動調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸速率。在網(wǎng)絡(luò)壓力恢復正常值時傳輸?shù)穆蕰詣犹岣摺＿€有就是影像壓縮作用，在原始圖像所占的字符特別大的時候，網(wǎng)絡(luò)占有率就特別高［12］。嚴重影響傳輸速度，系統(tǒng)可對影像進行無損、有損多級別壓縮傳輸，保證了傳輸?shù)乃俣龋瑴p下了網(wǎng)絡(luò)的使用壓力。最后就是數(shù)據(jù)連接功能，可同時接收多個不同影像設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，并提供影像資料的存儲，同時完成數(shù)據(jù)庫鏈接和多個不同種類的影像設(shè)備的鏈接。

4　服務器安全設(shè)計

系統(tǒng)服務器的安全設(shè)計應該考慮到兩個方面，首先是本地硬板在受到破壞時防止服務器的停止工作的情況，其次是服務器的硬件在損壞時服務無法繼續(xù)的情況。針對第一種情況，本文設(shè)計的PACS系統(tǒng)的服務器采用RAID技術(shù)，當某一個硬盤出現(xiàn)問題是，其余的硬板會自動接手其工作，保證使用者的正常運行，并對使用者發(fā)出更換硬板的提示。而針對第二種問題，系統(tǒng)的設(shè)計采用的是雙機熱備或集群技術(shù)，會自動對系統(tǒng)的運行環(huán)境與安全級別做出判斷進而對其做出選擇。雙機熱備簡單來說其實就是使用互為備份的兩臺服務器同時執(zhí)行一項服務。一臺主機為工作機（Primary Server），另一臺主機為備份機（Standby Server）。

兩臺服務器采用的是交互、主從、聯(lián)通等不同的方式。在實際工作的過程中，兩臺服務器使用同樣的虛擬IP地址對外進行服務，根據(jù)工作方式的不同，系統(tǒng)會將服務請求經(jīng)分析后發(fā)送給其中一臺合適的服務器進行處理［13-14］。同時，服務器通過心跳線的形式 （目前采用的是建立私有網(wǎng)絡(luò)的方式）偵測另一臺服務器的工作和使用狀況。當有一臺服務器出現(xiàn)故障時，另一臺服務器會根據(jù)心跳偵測的結(jié)果迅速的做出判斷，并自動進行切換，代替原服務器的工作。對于使用者來說，上述過程是全自動的，會在很短的時間內(nèi)完成一些列指令，所以不會對業(yè)務造成影響。由于存儲設(shè)備在系統(tǒng)中是并行存在的，因此服務器之間所使用數(shù)據(jù)其實是沒有區(qū)別的，由控制或分析軟件對其進行控制和管理。而系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全指的就是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的硬件、軟件與系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)受到保護，不會由于偶然或者惡意的原因而受到損壞、篡改甚至泄露，系統(tǒng)可以連續(xù)并穩(wěn)定的運行，網(wǎng)絡(luò)服務不會突然中斷。但是通常來說，系統(tǒng)的安全性與其性能不能同時達到很高的標準，為了平衡兩者的關(guān)系，本系統(tǒng)在設(shè)計時，首先，根據(jù)醫(yī)院的具體情況進行虛擬網(wǎng)絡(luò)的劃分，夠保證整個網(wǎng)絡(luò)不會被隨意訪問。其次，在多級網(wǎng)絡(luò)訪問時設(shè)置權(quán)限管理的操作［15］。最后可根據(jù)醫(yī)院的具體需求設(shè)計冗余網(wǎng)絡(luò)鏈路。

5　結(jié)　論

文中在綜合考慮和分析了現(xiàn)如今醫(yī)院對數(shù)字化及信息化高要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計開發(fā)出了基于分布式結(jié)構(gòu)的醫(yī)學影像歸檔和通信系統(tǒng)，給出了具體的設(shè)計方案。并詳細介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和服務器設(shè)計方案，其中系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是在分布式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計的，而服務器的設(shè)計也是利用了分布式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，實現(xiàn)了許多之前完全無法達到的功能，并對服務器的安全設(shè)計做出了說明。經(jīng)后期實際使用的效果來看，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，安全性高，為未來醫(yī)院信息化，數(shù)字化建設(shè)提供了保障。

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Medical image archiving and communication system based on distributed structure design

SHEN Qiang
（Department of Radiology，Zhejiang Province People’s Hospital，Hangzhou 310014，China）

With the rapid development of computer technology，the hospital information construction is becoming more and more widely，will become a digital hospital traditional hospital construction has become a trend.In the digital image management methods，PACS system occupies the dominant position.In this article，through analyzing the actual needs of the hospital，adopts the distributed structure mode，is designed and developed a new design scheme of the PACS system.And the structure of system，server design and safety design has made the detailed introduction，late through actual use，has reached the design requirements.

PACS system；HIS system；digital image

TB99

A

1674－6236（2016）11-0035-03

2016-01-05稿件編號：201601021

沈 強（1980—），男，浙江嘉興人，碩士，工程師。研究方向：數(shù)字醫(yī)學或醫(yī)學信息化。