基于分布式结构的医学影像归档和通信系统设计

沈强（浙江省人民医院 放射科，浙江 杭州　310014）

基于分布式结构的医学影像归档和通信系统设计

沈强
（浙江省人民医院 放射科，浙江 杭州310014）

随着计算机技术的飞速发展，医院的信息化建设也越来越受到大家的重视，将传统的医院建设成为数字化医院已经成为了趋势。而在数字化影像管理的方法中，PACS系统逐渐占据了主导地位。本文通过分析医院的实际需求，采用分布式的结构模式，设计并开发了一个全新的PACS系统的设计方案。并对系统的结构，服务器设计以及安全设计做出了详细介绍，经后期实际使用，达到了设计要求。

PACS系统；HIS系统；数字化影像

医院已经成为人们生活中不可缺少的一部分，随着医院的发展，医学成像设备已经成为医院必不可少的设施之一。其为医生在进行诊断时提供了直观的图像和数据依据，医生通过对胶片的观察，对病人的病情做出判断。传统的胶片管理方式是手工管理，但是这种管理方式存在很多明显的问题，比如人工管理的过程中，随着病人人数的不断增多，管理效率就会变得非常低，在查询和咨询的时间上就会浪费掉许多时间。还有就是在面对比较多的病人时，人工传递胶片的速度会很慢，这不仅造成效率低，有时还会对病情造成影响。还有一个很关键的问题就是，对已同一张胶片，在不同地方的医生不能同时查看，这就为会诊带来了麻烦，延误了病人得到好的治疗方案的时间，不同科室甚至不同医院的医生无法实现同时查看和分析胶片，对建立数字化医院也是必须跨过的一步。当然，这种传统方法的缺陷还有很多，这里就不一一提出了［1-2］。为了改变这种现状，PACS系统应运而生。所谓PACS系统，就是医学影像归档和通信系统。其是伴随着计算机与计算机网络技术，数字影像技术等的发展而出现的。目的就是通过数字化和网络实现对病人信息以及图像的实时传递，采集，分析，显示，管理等等的综合系统。该系统不仅可以将医院的各个科室连接到一起，还可通过互联网，将病人的信息与其他医院经行共享，实现科室与科室间，医院与医院间的信息共享。其最终目的就是效的提高医学影像诊断的准确度和工作效率，为医院实现数字化打下扎实的基础。正式因为PACS系统有着如此关键和重要的作用，所以分析设计开发一个好的PACS系统就显得非常重要以及十分有意义［3-4］。

1　分布式对象技术

分布式对象技术实际上就是将分布在网络上的不同节点进行相互的作用，特别是在不同的操作环境中。中间件将物理层上相对分散的资源进行组合后成为一个完整的整体。将分布式对象技术应用在系统中可以大大简化程序设计时的操作和步骤，将通信过程中的细节进行弱化，使使用者可以绕过数据提取的服务器的位置，只需知晓使用对象的用户名和接口即可。这就实现了远程调控与近程调控一样的效率和方法。目前，分布式对象技术已经在互联网中体现出其独特的优势，使系统的互联性和开放性都得到了提升［5］。分布式对象结构如图1所示。分布式对象技术的一个关键概念就是所谓的构建概念。构建可以不受语言，网络，平台，使用工具等的限制，将传统的软件模式进行彻底的颠覆。之所以这么说，是因为其在软件开发的各个阶段，比如软件的定义，设计，集成，调试等各个环节中，对回因网络和对象这两个主要因素进行巨大的变化。软件之间也会实现无缝连接。这么做的优势就是可以大大提高用户的使用效率，节约了软硬件资源。如果采用了构件程序设计思想，随时可以把有问题的模块更换，使其维护成本降低［6-7］。

图1　分布式对象结构

2　系统结构设计

系统的结构设计方面主要就是体现在客户机/服务器结构中，客户机主要包含了交互逻辑，信息数据处理逻辑以及数据存储逻辑，而服务器只是一个DBMS。在本文介绍的三层客户/服务器结构中，三层客户/服务器结构的基础就是分布式对象技术，这也是目前使用最多的结构之一。在此模式中，程序被有条理的分为清楚地两个部。客户机由原来复杂的逻辑关系简化为只包含交互逻辑即用户接口。而之前的信息数据处理逻辑与数据存储逻辑则在应用服务器上体现。而客户端此时的作用就变为了对用户的控制和协调。三层客户/服务器结构如图2所示。客户机是负责用户的交互以及会根据用户的需求处理和协调各种指令工作，再交给专用的数据处理与数据存储服务器进行管理和操作。其中逻辑规则存在于一个或者多个服务器中，在对于具体的请求作出具体的不同的处理。在之前的双层结构中，客户机可以不通过指令直接访问数据库，而在三层客户/服务器系统中的客户机既可以是运行在浏览器中的Java Applet或ActiveX控件，也可以是独立的应用程序。客户机在向服务器发送请求的同时，应用层会将数据直接从数据库中进行提取，直接发给客户机。而三层客户/服务器被大力推广的关键就是其基于分布式对象技术和组件技术，再加上数据处理器本身自带的强大的管理功能。在医学影像归档和通信系统中，由于医院需要处理的图像信息量非常的大，如果使用采用数据集中存储，网络及数据库可能会因为负载过大出现崩溃的现象。而使用本文的系统，会对数据进行自动分类，记录其各自不同的特点，比如特征，数据精度等，这就使原来的混乱管理得到了改善。每个科室或者单位可以对这些数据进行独立的粗存，构成独立的子系统。在通过应用服务组件使其进行内部的沟通和联系［8-9］。

图2　三层客户/服务器逻辑结构

3　系统服务器设计方案

PACS可以依照应用规模与数据流量的不同，灵活的进行分配与组合。在小型的 PACS网络方案里，一台简单的服务器就可提供所有的数据、存储、DICOM等服务。但是在大型的PACS网络中，其中的一个服务就可能是由两台或者更多的服务器同时对其进行作用，所以，PACS可根据医院的不同甚至环境的不同，灵活的调控系统的配置。服务器按功能分为：DICOM服务器、主要信息服务器、数据处理服务器、临床WEB发布服务器、档案管理服务器、动态输出服务器、二级缓存服务器，它们之间根据需求动态的进行组合，来满足医院不同的使用环境，即可基本满足医院目前的所有硬性需求，也可以为医院未来的数字化及信息化建设打下坚实的基础［10-11］。在 DICOM服务器中，DICOM图像首先通过检查设备的分析处理传入PACS，此时的图像存储在DICOM服务器中，服务器此时会对图像进行进一步的分析和处理，保证数据的准确无误，并与 PACS中之前登记过得数据进行匹配，保证数据的一致性和准确性。同时，数据在这里还可自行进行压缩处理，系统支持八种压缩的模式。DICOM服务器具有的功能也十分强大。首先是DICOM服务，可提供包括DICOM Storage、DICOM send/receive、DICOMMPPS等所有标准DICOM服务。可实现影像的处理、中转、打印等控制。其次就是网关作用，对影像进行匹配和检测工作，确保病人的信息与出来的图像保持一致性。对于检查中出现的错误或无效数据，会自动交给差错管理程序纠错。下面就是网络均衡作用，检查设备产生影像后会大量的向 PACS传送，此时的网络流量很大，带宽占用非常严重，DICOM服务器可以起到缓冲得作用，自动调节数据的传输速率。在网络压力恢复正常值时传输的率会自动提高。还有就是影像压缩作用，在原始图像所占的字符特别大的时候，网络占有率就特别高［12］。严重影响传输速度，系统可对影像进行无损、有损多级别压缩传输，保证了传输的速度，减下了网络的使用压力。最后就是数据连接功能，可同时接收多个不同影像设备发送的数据，并提供影像资料的存储，同时完成数据库链接和多个不同种类的影像设备的链接。

4　服务器安全设计

系统服务器的安全设计应该考虑到两个方面，首先是本地硬板在受到破坏时防止服务器的停止工作的情况，其次是服务器的硬件在损坏时服务无法继续的情况。针对第一种情况，本文设计的PACS系统的服务器采用RAID技术，当某一个硬盘出现问题是，其余的硬板会自动接手其工作，保证使用者的正常运行，并对使用者发出更换硬板的提示。而针对第二种问题，系统的设计采用的是双机热备或集群技术，会自动对系统的运行环境与安全级别做出判断进而对其做出选择。双机热备简单来说其实就是使用互为备份的两台服务器同时执行一项服务。一台主机为工作机（Primary Server），另一台主机为备份机（Standby Server）。

两台服务器采用的是交互、主从、联通等不同的方式。在实际工作的过程中，两台服务器使用同样的虚拟IP地址对外进行服务，根据工作方式的不同，系统会将服务请求经分析后发送给其中一台合适的服务器进行处理［13-14］。同时，服务器通过心跳线的形式 （目前采用的是建立私有网络的方式）侦测另一台服务器的工作和使用状况。当有一台服务器出现故障时，另一台服务器会根据心跳侦测的结果迅速的做出判断，并自动进行切换，代替原服务器的工作。对于使用者来说，上述过程是全自动的，会在很短的时间内完成一些列指令，所以不会对业务造成影响。由于存储设备在系统中是并行存在的，因此服务器之间所使用数据其实是没有区别的，由控制或分析软件对其进行控制和管理。而系统网络的安全指的就是网络系统中的硬件、软件与系统中的数据受到保护，不会由于偶然或者恶意的原因而受到损坏、篡改甚至泄露，系统可以连续并稳定的运行，网络服务不会突然中断。但是通常来说，系统的安全性与其性能不能同时达到很高的标准，为了平衡两者的关系，本系统在设计时，首先，根据医院的具体情况进行虚拟网络的划分，够保证整个网络不会被随意访问。其次，在多级网络访问时设置权限管理的操作［15］。最后可根据医院的具体需求设计冗余网络链路。

5　结　论

文中在综合考虑和分析了现如今医院对数字化及信息化高要求的基础上，设计开发出了基于分布式结构的医学影像归档和通信系统，给出了具体的设计方案。并详细介绍了系统的结构和服务器设计方案，其中系统的结构是在分布式结构的基础上设计的，而服务器的设计也是利用了分布式结构的优势，实现了许多之前完全无法达到的功能，并对服务器的安全设计做出了说明。经后期实际使用的效果来看，该系统运行稳定，安全性高，为未来医院信息化，数字化建设提供了保障。

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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稿件编号：201601021

沈 强（1980—），男，浙江嘉兴人，硕士，工程师。研究方向：数字医学或医学信息化。