医院PACS系统的设计与实现分析.docx

医院PACS系统的设计与实现数字信息在计算机之间通信的一个工业标准，它的产生使各国各个不同工厂生产 诊断和治疗设备时有了一个可以遵循的统一标准，必须采用此标准或提供该标准 的数字通信接口。医学影像设备只有采用DICOM3O标准，其图像数据格式和数 据接口才能被存储与传输于目前世界上通用的国际联网系统，并能高速地传输图 像文字表格数据与动态图像以及声音，通行无阻地在国际联网计算机上显示出 来。可以这样说，任何医学影像设备，只有符合DICOM3.0,才能为医院承受， 否则被医疗事业摒弃。图2.1 DICOM文件格式Fig.2.1 DICOM file format如图2.1所示，DICOM文件格式一般由一个DICOM文件头和一个 DICOM数据集合组成。在DICOM文件中最 基本的单元是数据元素(Record ng Data Element)o DICOM数据集合就是由DICOM数据元素按照一定的顺序排 列组成的。DICOM数据元素由四个局部组成：Record Length、Key Length> Key (DICOM File Name). Value (DICOM File Content)o DICOM 文件头(Header, DICOM File Meta Infomation)包含了标识数据集合的相关信息。每个DICOM文 件都必须包括该文件头。文件头的最开场是文件前言，它由128个00H字节组 成，接下来是DICOM前缀，它是一个长度为4字节的字符串“DICM，可以根 据该值来判断一个文件是不是DICOM文件。文件头中还包括其它一些非常有用 的信息，如文件的传输格式、生成该文件的应用程序等等。D1COM文件主要组 成局部就是数据集合。这不仅包括医学图像，还包括许多和医学图像有关的信息, 如病人姓名、图像大小等。DICOM数据集合是由DICOM数据元素按照指定的顺 序依次排列组成的。对于DICOM文件，一般采用显式传输，数据元素按标签从 小到大顺序排列，即 DICOM PS 3.5 规定的 Explicit VR Little En-dian Transfer Syntax o对于医院影像中心的CT、MR、CR、DR等支持DICOM Storage SCU的设 备，可通过在设备上设定DICOM 3.0技术参数(例如：AE Title (Application Entity Title), IP Address, Port NO.等信息)直接接入PACS系统，将其影像传输至服务 器及存储系统进展集中存储管理。通过DICOM Storage方式可获取原始的影像数 据，可保证影像及相关信息的完整性。AE Title是配置影像检查设备DICOM服务(Worklist、Storage> Print等)必 不可少的参数之一。对于某一台影像检查设备，其各个DICOM服务可以对应不 同的AETitle,当然这些DICOM服务也可以对应同一个AETitle。AETiHe是一 个字符串，在整个PACS系统中必须是唯一的。对于医院影像中心的非DICOM设备（超声、内窥镜等），使用PACSGate DICOM网关进展影像采集，PACSGate将采集的影像转换为标准DICOM影像并 与病人信息进展整合后归档到PACS服务器。只要采集设备采集分辨率高于原始 图像分辨率，就可保证获取图像在诊断过程中的质量要求。2. 3 PACS 简介医学影像存档与传输系统（Picture Archiving and Communication System, PACS）：全面解决医学图像的采集、显示、存贮、传送和管理的综合系统。既医 学图像存储与通信系统,它是放射科、影像医学、数字化图像技术、计算机技术及 通讯技术的结合。他将数字资料转化为计算机数字型式，通过高速计算机设备及通 信网络，完成对图像信息的采集、储存、管理、处理。PACS系统在物理构造上采用各种网络技术将不同类型的计算机连接起来， 包括医学成像设备、图像采集计算机、DICOM服务器（包括数据库和归档管理）、 以及图像显示工作站。图2.2为PACS系统的组成及数据流。图2.2 PACS系统的组成及数据流Fig. 2.2 Composition and data stream of PACS system2. 4 PACS和HIS、RIS之间的关系PACS和HIS、RIS之间有大量的数据HIS和RIS保存着病人的人口学信息 和临床资料数据，也保存和传递病人的图形及图象资料。PACS主要保存病人的 图象数据，也使用HIS和RIS中已有的病人信息，从HIS和RIS中直接获得可 防止重复输入，减少错误发生，因此减轻医生的工作量。在书写诊断报告或复查时，工作站在显示病人图象的同时，还能显示HIS和 RIS中病人的各种临床记录；临床医生也可以在HIS中看到病人的检查图象，到 达信息共享。图 2.3 PACS 和 HIS、RIS 关系Fig. 2.3 The relation between PACS and HIS,PACS and RIS如图2.3所示，做影像检查时，病人的姓名、年龄、ID等信息从HIS和RIS 中传输到PACS,并通过worklist进程显示；病人检查完成后，图像和诊断报告 (reports)随即传回到H即和RIS,临床医生能立即看到。临床医生的工作站也 有图像分析处理功能。对于复诊或者曾有过影像检查的病人，随着病人信息的到 来，PACS能够将长期保存的图象检索调出，传输到书写报告的工作站，便于对 患者病情的前后对照。2. 5本章小结本章介绍了与医学影像存档与传输系统(PACS)相关的技术，包括医院信息 系统、DICOM的简介、PACS和HIS、RIS之间的关系。第3章系统分析医院目前由东西两院构成，数据中心机房在东院，西院只负责网络搭建、数据 传输，东西两院通过两条联通光纤专线连接。当前，医院已经上线运行的系统有 HIS系统、LIS系统等在一个中心机房，现有的核心网络设备使用高性能产品，支 持大吞吐量图像数据传输。PACS服务器使用刀片服务器，存储空间在逐年扩容， 已建成SAN网络，并在此根基上搭建了双机环境，以提高数据处理的安全性、高 可用性和有效性。根据医院的总体要求以及PACS自身的规律性，并充分考虑到PACS系统的 工作流程及数据构造特征，在设计医院PACS时，将遵循下述设计原则：(1)建设PACS考虑的首要因素是标准性原则。系统遵循DIOCM3.0国际 标准，并符合卫生部医院信息系统 基本功能标准要求，同时按照IS09001 国际质量管理体系进展开发与系统实施。按照Integrating the Healthcare Enterprise (IHE,医用信息系统集成)的建议进展流程设计。基本目标:确保提供应医疗保健专业人员对病人诊断必需的所有信息是正确、可用。第二、应用优先，为临床和病人服务考虑的是实用性原则。PACS能够充分 满足放射科的'业务需求与应用，并满足临床应用、教学、会诊和科研的需要，快 速、准确、实时地提供有效的医学影像以及诊断等综合信息，满足医院本地化要 求，增强PACS系统的实用性。也即符合IHE的 基本目标： 基本目标:确保提 供应医疗保健专业人员对病人诊断必需的所有信息是正确、可用。第三、保护医院投资，物有所值遵守经济性原则。充分利用医院现有根基设 施、设备和信息技术资源，保护医院原有投资，同时全面考虑系统升级时对现有 设施的利用，保证用户在系统中的投资及实现其价值的最优化。第四、遵守整体性原则。遵循硬件、系统软件、应用软件及用户界面的整体 设计部署原则，全面表达PACS系统功能，实现医学影像信息全院共享。在系统 设计过程中遵循整体规划，分步实施，防止形成新的信息孤岛。第五、采用先进的服务器存储架构，安全应急设计，则遵守科学性原则。采 用成熟的、先进的、开放的及符合国际标准的系统构造、计算机技术、存储技术 和网络技术，并遵循PACS建设的一般规律，以保证系统具有国际先进水平。第六、应用和技术在不断进步，要求可持续性开展，遵守扩展性原则。考虑 到医院未来开展后续所产生的可能需求，在不改变总体设计构造的前提下，医院 新的需求可顺畅进入系统。可扩展局部包括服务器以及存储系统，未来新购置设 备接入PACS,各应用工作站的扩展，预留的数据接口保障软件系统的融合等。第七、业务不连续运行的重要保障，遵循安全可靠性原则。在系统架构中， 充分考虑到系统运行的安全和稳定性，考虑防病毒、大数据量压力、系统安全应 急解决方案，保证业务7*24小时连续运行。3.1系统设计目标医院PACS系统总体解决方案的目标是通过PACS工程建我走向三甲医院目 标，实现整个医院影像诊疗过程数字化、网络化、信息共享化、无胶片化；优化 业务流程，提高工作效率，降低工作成本，更好地遵照“以病人为中心，全心全 意为病人服务 口号。结合医院对数字化医院的整体规划，以建设大型局域网级别PACS系统为总 目标，通过总体规划建设、分步实施工程，遵从国际、国内及行业标准，同时又 符合当地医院实际情况的数字化影像系统，以优化现有医院业务流程、提高工作 效率，改善医疗服务质量为核心指导思想，为最终实现数字化医院打下良好根基。 通过实施PACS工程，除了降低胶片的使用成本之外，还将为医院工作带来如下 有点：(1)实现医院影像诊疗过程效率提高50%300%,为医院创造良好的社会效 应和经济效益：工作方式从原来的单机模式转为小型局域网络模式，分工更详细 协作提高工作效率；影像传递从原来的“胶片输出传递模式转为“数字网络传 递模式，实现瞬时传递患者数字影像；患者影像查找从原来的“片库手工查询 模式转为“准确比对查询模式，实现15秒内调阅数字比照影像；诊断报告输出 从原来的“手工重复模式转为“电子模版模式；会诊模式从原来的“专家集中” 模式转为“远程会诊、“电子会诊模式；临床医生查看放射科报告从原来的“人wd.工传递模式转变为“一键调阅瞬时查看模式。第一期实现全部影像数据及诊断数据两年在线存储，未来可平滑升级存储； 调阅患者在线静态影像数据时间（第一幅任何图像）小于等于2秒； 调阅患者归档静态影像数据时间（第一幅任何图像）小于等于15秒；系统一年内系统宕机不超过一次，故障恢复时间小于等于4小时。3.实现医院影像诊断过程中各类信息的全面科学管理，提高医院管理效率及 管理水平：查询三年内的患者诊断信息时间小于等于5秒；查询超过三年的患者诊断信息时间小于等于7秒；统计三年内的诊疗信息时间小于等于15秒； 统计超过三年的诊疗信息时间小于等于30秒；生成统计报表时间小于等于5秒。4.通过完善的系统接口功能，实现与医院HIS进展无缝连接，实现医院信息 系统、工作流程的高效整合：检查申请单从原来的“人工传递模式转变为“一键调阅瞬时查看模式； 医生查看报告从原来的“人工传递模式转为“一键调阅瞬时查看模式； 医生查看报告从原来的“胶片输出传递模式转为“数字网络传递模式； 医生调阅放射科在线静态影像数据时间（第一幅任何图像）小于等于3秒 医生调阅放射科归档静态影像数据时间（第一幅任何图像）小于等于15秒。3.2需求分析为了提高医院的信息化建设，响应国家医改的号召，标准和优化功能检查科室 的工作流程，降低成本，以此同时服务于患者，木院PACS系统的建设目的在于：（I）连接医院放射科现有主要影像设备，实现非DICOM接口设备的影像标准 化，实现全院影像资料标准化存储与管理；（2）逐渐实现医院医学影像信息无胶片化、无纸化及自动化运行及管理；构 建各个影像学科图像及文本信息整合，实现在统一 ID、统一界面及统一索引下涵 盖医疗、教学和科研信息的电子医学图像档案（EMIR）管理；(3)通过与HIS及电子病历系统融合，实现患者检查申请、收费确认、预约 管理、诊断结果反响等关联'业务流程的自动进展；优化放射科室内部工作流程，实 现诊断报告模版化、标准化，报告集中管理打印；提高工作效率并减少人工操作可 能出现的错误；(4)提供多种影像调阅模式，实现放射科、门诊、住院及局部相关科室的影像 快速调阅，可提供各种影像后处理功能以提高质量诊断；(5)实现临床科室影像调阅和报告阅读，重点科室以C/S模式快速调阅，实现 影像诊疗的无胶片化、无纸化作业；(6)实现科室内用户权限管理、病人报告等各种信息全面、实时、客观统计管 理，提供数据分析统计功能并可作为量化管理与绩效考核的考评依据，系统可提供 流程评估分析功能；(7)以SAN存储架构为中心，建设PACS服务器集群和大容量集中存储系统, 并且存储可平滑扩容，所有数据按照国家相应法律法规进展长期备份保存。实现医 院内部影像资料及相关信息的统一存储管理，数据共享，建设整个医院PACS系统;(8)系统的系统安全机制，实现数据的容错、容灾及安全备份，在线数据系 统出现灾难性故障时，可提供及时、准确的数据恢复。科室需求对于影像科室需求，市医院主要影像科室有放射科、功能检查科、病理科等。 将医学影像设备资源和人力资源合理有效地配置，实现数字化诊室的工作模式，使 得影像科医生可以更好更快地为病人服务。基本功能如下：(1)登记病人信息；(2)对医疗影像进展计算机化提取、处理、存储、查看、检索、比照；(3)提供必要的病例模板；(4)打印图文报告;(5)各种影像科室间共享病人图像信息和诊断报告；(6)调取HIS中病人的文字信息。按照DICOM或非DICOM影像设备进展分类，统计医院所有影像设备并详细 记录每个接入PACS系统的设备每日检查量，计算出计算量。需要接入医院PACS 的DICOM影像设备有：16排计算机断层成像系统、数字胃肠造影、数字化X线成 像系统、计算机X线成像系统、C型臂血管造影、64排计算机断层成像系统、经颅 多普勒超声诊断仪、X射线断层扫描系统、彩色多普勒超声诊断仪和内镜成像系统 等。需要接入医院PACS的非DICOM影像设备有：电子胃镜、电子全结肠镜、摄 像显微镜、腹腔镜和血细胞显微镜摄像系统等。如果某个科室DICOM拍片设备每日检查的人数n,每人平均m幅照片，非 DICOM拍片设备每日检查的人数a,每人平均b幅照片。估算出每天的数据量L为:L = nm + ab医院接入PACS系统的影像科室有5个，则全院检查量为：N = 5L 即 N = 5* (nm + ab)为满足对PACS影像、报告访问，淘汰落后的工作站，新购置影像报告工作站PC、影像采集卡和医用专业显示器，也称竖屏。从CPU、内存、存储容量和操作系统，以及兼容采集卡的角度考虑，影像科室 软硬件需求如下：(1)放射和超声缺少图像采集诊断工作站假设干台；(2)临床科室图像显示工作站(现有根基上增加)；(3)操作系统假设干；(4)采集卡假设干块，DVI线假设干，脚踏板假设干；(5)Oracle 客户端；(6)医用专业显示器假设干(考虑大小、分辨率、像素灰阶级别)；(7)实施工程方提供培训。对于临床科室，要求本院PACS系统建成后，实现以下功能：(1)调阅病人图像和诊断报告；(2)对图像进展相应的处理，以满足临床医生的需要；(3)提取病人的其他文字信息(4)实施工程方提供培训。(5)临床科室硬件可同时使用原来HIS系统根基上的台式机，软件只需要安装 PACS客户端软件。管理科室需求包括对全院影像科和影像设备的使用情况进展科学的管理，对所 有病人信息进展管理，以及所有影像科室的用户进展管理。该院的PACS管理工作 由网络中心进展管理.，主要工作有：(1)对PACS服务器进展必要维护；(2)对所有病人信息进展维护；(3)对所有影像科室进展管理；(4)提供远程影像服务接口；(5)提高影像诊断水平和工作效率；(6)提供RIS中病人数据的统计；(7)实施工程方提供相关维护文档、说明文档；(8)实施工程方提供培训。硬件需求包括服务港及42U标准机柜、光纤交换机和大容量高性能磁盘阵列， 假设干台式机并连接PACS网络。软件的需求包括安装Linux操作系统和双机集群 软件、远程连接服务器图形用户界面(Graphical User Interface,简称GUI程序)， Windows操作系统，安装PACS系统的管理工作站程序、统计工作站，以及客户端 工作站软件。网络建设分析对于大量数据传输的PACS系统来说，网络无疑是一个重要的组成局部。只有 架设了高性能、高速率和高可用性的网络，才能满足高传输数量级的PACS系统。 在网络设计中，需要考虑每个节点的位置和功能，两个节点间信息交换的频率、传 输费用，通信可靠性和吞吐能力。设计参数不单是考虑节点性能，还需包括网络拓 扑构造、通信线路容量和流量分配。目前医院楼宇之间、楼层之间采用光缆，主干到达100M,甚至千M带宽，但 是有些科室缺少信息点，使用了 I00M交换机，因此可能会导致拥塞，影响影像批 量传输的速度。楼层交换机和核心交换机都采用Cisco主流交换机。分析目前各种 业务流量，满足目前使用，但是会在两年内到达饱和，到时候会给医院信息系统带wd.来不小的压力。建议医院适时适当考虑升级。利用服务器分级体系架构可以有效控制网络流量，减轻对服务器的负担。如以 以下列图3.1所示：图3.1服务器分级体系中的网络流量控制图Fig.3.1 Server classification system of network traffic control chart通过服务器分级体系架构，80%的流量在2层本地网络之间传输，只有20% 需要和第三层核心网络层进展交换，大大减少了对核心层的负担，一定程度 上保护了数据的安全；(I)采用存储专用网络SAN,与IP数据网络独立；(2)利用热备用路由协议(HSRP),保障系统的高可用性；利用端口聚合协议(PAgP),主干链路采用Trunk,成倍提高带宽，并提供 主干链路冗余；(4)PACS划分在独立的VLAN内；(5)放射科等PACS应用科室采用千兆到桌面。323服务器分级体系架构分析该院综合考虑空间、成本，所支持操作系统，可管理、可用性和安全特性，可 扩展性、强大、安全的可用性特性，选刀片服务器作为目前PACS中心服务器。市场上有dell和hp等多家知名服务厂家，是当前市场上最节能、最灵活和最易 于管理的刀片服务器之一。但是刀片服务器很难同时兼顾性能和能效，从开展的眼光 来看，中小型机仍然是未来选取的对象。但是，再高性能的服务器都有瓶颈，同时 还需考虑医院成本。兼顾多方，综合考虑采用服务器分级系统。图像及病人的相关信息从图像采集工作站、HIS和RIS系统送往PACS服务器， 又称DIC0M服务器、中心服务器、中心PAS (PACS Archive server) o PACS服务 器群是是PACS的核心，一般采用双机或集群。整个服务器集群系统包含两台中心 服务器构成双机热备份)、-套临床服务器、多套科室(病理科、超声内窥镜科) 前置服务器，目前医院使用一套影像设备前置服务器、一套临床前置服务器。PACS 系统服务器群示意图如图3.2所示：图3.2 PACS系统服务器群现阶段我国数字化医院快速开展。提高医疗管理水平、工作效率、更好地为患者 服务，为社会服务，已经成为数字化医院考虑的首要问题。数字化医院主要指医院信 息系统(HIS)、放射信息系统(RIS)、数字化医学影像归档及传输系统(PACS)三 个局部。医学影像存档与传输系统(Picture Archiving and Communication System, PACS)是指全面解决医学图像的采集、显示、存贮、传送和管理的综合系统。系统以国内医疗环境与法令为根基，遵循了国际医疗信息交互标准开展，运用了 现代科学技术，通过对医院信息系统的现有环境、管理现状和特点进展分析，实现了 医院PACS的运行。文章的主要内容是围绕PACS系统的需求分析，围绕实现PACS系统的中心服务 器、前置机服务器的搭建，围绕放射科工作站、内窥镜网络信息系统、病理工作站， 以及临床工作站等进展设计和实现的。系统的重点是PACS的实现，难点是DICOM 影像数据的读取分析、影像显示和图像编辑。最后局部是对此系统进展合理的测试， 并提出将来的改良与开展。关键词：数字化医院；医院信息系统；放射科信息系统；PACS； DICOM声明错误!未定义书签。中文摘要错误!未定义书签。ABSTRACT错误!未定义书签。第1章绪论I1.1 研究背景错误!未定义书签。1.2 研究意义41.3 文章内容安排4第2章相关技术介绍错误!未定义书签。3.2Thc PACS server cluster system(1)服务器的基本操作主要包括：(2)承受图像采集工作站发送过来的医学图像；(3)提取承受图像的相关文字信息；(4)配置图像设备、采集工作站的通信方式，包括ip、AE名和Port NO.；(5)通过网络提取、更新RIS系统中的数据；(6)确定图像显示的显示工作站所在位置；(7)确定图像显示的最正确比照度和亮度参数；(8)服务器之间更新传送文件；(9)压缩、备份图像的数据；(10)为其他工作站和控制器提供图像存取服务。中心服务器系统是PACS系统的核心，系统基于Linux平台运行，部署PACS 中心数据库、RIS服务模块及PACS中心服务模块，负责对各个前置服务器发送来 的影像进展自动归档存储，进展全局影像数据库管理，系统网络通信管理；提供全 部RIS、超声、内镜和病理系统的文本信息存储及检索服务，提供全部影像数据的 存储和检索服务，提供长期历史影像数据的访问服务；在接收到来自各个检查科室 前置服务器转发来的数据后，负责向临床服务器发送影像及报告数据；当各个子网 的图像访问终端试图调阅图像时，中心服务器负责返回给调阅者指定影像信息存储 的具体位置；当某个前置服务器出现故障时，中心服务器负责顶替前置服务器工作 以保持医院业务的连续性。PACS前置服务器(超声科、内窥镜科、病理科等检查科室服务器)可以部署 在各个检查子网上，部署PACS分中心服务模块，主要负责向PACS中心服务器转 发设备发来的原始图像，同时向子网终端客户提供近期图像访问服务以减轻主服务 器访问压力，进展系统负载均衡，形成多级访问机制，提高系统安全性、稳定性、 可靠性和访问速度。PACS前置服务器可配合PACS中心服务器组成负载均衡集群, 解决前端(各影像科室)应用压力和负载压力，并额外提供多一级的本地应用安全 保障。PACS临床服务器部署在各个临床科室子网上，部署PACS分中心服务模块， 主要负责向对影像质量和处理功能要求较高的临床终端客户提供病人原始图像及 文字报告访问服务以减轻主服务器访问压力，进展系统负载均衡，形成多级访问机 制，提高系统安全性、稳定性、可靠性和访问速度。PACS临床服务器可参加到PACS 中心服务器集群系统中，解决前端应用压力和负载压力，并额外提供多一级的本地 应用安全保障。目前本院还未架设PACS Web服务器系统。部署PACS Web服务模块，主要负 责向对图像要求一般的临床终端客户或配置较低的临床终端客户提供病人原始或 压缩图像及文字报告访问服务，客户端以浏览器方式运行，不须安装任何软件，对 硬件要求较低，易于部署和快速实施，后台系统通过数据库实体化视图方式保持与 中心服务器的数据同步，可以到达减轻主服务器访问压力，形成多级访问机制，提 高系统安全性、稳定性、可靠性和访问速度的目的。PACS中的存储归档系统(Archiving Manager)不是简单的影像存储，还包括 影像及其相关信息的定位、传送和存储规划等功能。PACS具备图像及相关信息的 长期存储管理(Long Term Storage Management, LTSM)和短期存储管理(Shot Term Storage Management STSM)。存储系统中存储设备通常会分成三种角色：在线存储、近线存储、离线存储。 通常将传输速率要求高或经常访问的数据存放在在线存储的设备上(如SAN磁盘 阵列)，将不经常访问的数据存放在近线存储的设备上。在线(On-Line)存储，是指连接在计算机系统中可保持直接、实时、快速访 间的存储设备。在线设备实际应用中通常选用光纤磁盘阵列。离线(Off-Line)存 储，是指设备或介质平时不装载在计算机系统中，在存取数据时将设备或介质临时 装载或连接到计算机系统，最典型的离线存储设备是磁带机。离线方式通常在访问 速度上要低一些，但是因其可以随时更换存储介质，所以其存储容量没有实际限制。 由于离线到在线的介质装载过程很长，所以离线存储一般用来存储那些不经常使用 的冷数据。近线(Near-Line)存储介于在线存储和离线存储之间，近线存储可采 用硬盘、数据流磁带、光盘作为存储介质，通常由SATA磁盘阵列、磁带库、光盘 库和存储管理软件构成。根据对医院数据要求的分析，推荐两级存储解决方案：前置、中心在线存储归 档。影像数据访问分析在病人到放射科就诊的实际业务过程中，服务器集群系统的各个子系统相互协 作，分别在病人检查、图像匹配、存储归档、医生调阅的各个环节上发挥作用。当病人在放射科进展登记后，影像设备即可通过访问所属前置服务器来取得 RIS中存储的病人Worklist信息，并通过DICOM MPPS服务将检查状态反响给前 置服务器，前置服务器随之根据MPPS中的内容更改保存在中心服务器RIS系统中 的病人检查状态。当病人完成检查，技师将图像发送给设备所属前置服务器后，前置服务落通过 DICOM Storage Commit服务对图像数目进展确认，并与RIS中保存的病人文本数 据进展匹配，确保病人信息与图像信息的一致性；随后前置服务器对图像进展标记, 并将图像压入图像归档队列；安装于各个前置服务器上的队列管理器实时监测图像 归档队列，按照预定义规则将队列中的图像送至接收者指中心服务器），并对归 档过程进展监控，当发现归档失败时队列管理器可以自动按照预定义规则处理错误 （一定时间后自动重试，屡次重试仍失败后记录报警日志，而后管理员可以选择手 动重试或取消任务，以保证中心服务器和前置服务器之间数据的一致性。归档过程完成后，在医生以显示病人本次或历史影像时，所有的调阅请求均先 提交给中心服务器调度管理程序，调度管理程序查阅中心数据库中保存的数据迁移 记录（图像是否已从前置服务器迁出或从中心服务器回迁），按照就近分配原则指 示客户端从前置服务器或中心服务器上取得所需图像，通常情况下的图像分配策略 是，病人本次检查的各种图像（一次检查可以包括不同类型、如既做CT又做超声 或MR）将从所做检查对应科室前置服务器上获得，病人历次检查的所有图像将从 中心服务器（无预约时）或所属科室前置服务器上获得（病人提前预约时）。服务器集群系统实际上采用了一种集中加分级的混合型构造，综合了分布式系 统网络负载均衡和集中式系统数据统一管理的优点，同时防止了分布式系统数据容 易发生不一致和集中式系统所有终端直联服务器导致网络和中心节点负载过大的 问题。在服务器分级体系架构中，可以通过以下两个策略来保证了多级节点之间数据 的一致性：首先所有用户可以访问的数据（报告和图像）索引只保存一份，均直接存储在 中心服务器上，客户端直接与中心服务器进展交互，然后按照中心服务器的指示从 集群内指定节点上1通常是前置服务器）取得所需数据，这样既可以保证不同前置 服务跆所属的终端客户均访问的是同一份数据，又可以保证因图像传输而产生的大 量数据流均保持在科室服务器和所属工作站之间，大大节省了珍贵的中心网络带 宽；其次所有可能导致在多个节点之间需要进展同步数据的更新操作（如管理员手 动修改了图像中的姓名，医生将对图像所作标注保存到服务器上等）也直接由客户 端向中心服务器提交，中心服务器收到数据更新请求后，首先按照操作内容更新本 地影像数据，并修改中心数据库中相应数据记录以保证所有对已修改数据的访问请 求均直接从中心服务器本地影像中获得响应，随后再将所作更新操作播送到集群中 每个节点上，保证整个集群内部数据的一致性；即使因为网络故障等原因导致个别 节点的更新操作不能进展，系统也可以日志方式通知管理员，同时由于更新操作涉 及的图像均可以直接从中心服务器本地阵列中获得，该局部“脏数据用户永远也 不可能访问到，从而确保了整个系统数据的统一。由于医院门诊量大，由此产生的业务数据量很大，为提高设备利用效率，优化 系统设计，提高大业务量下的终端数据访问速度，设计以下影像预取方案。为实现 对影像进展预取，相关影像设备需支持DICOM设备操作过程步骤（Modality Performed Procedure Step,MPPS）,应用 MPPS 服务，成像设备就可以想 PACS/RIS 系统传递检查执行过程中的各种状态信息，从而改善和加强工作流程的管理。根据医院业务特点，将预取工作流程分为两大类，由临床或门诊科室触发预取和 由放射科或影像科室触发预取，其 基本原理和流程一样，只是触发对象不同。预取 的信息主要是患者的历史信息、，主要包括：患者影像信息、患者检查信息、患者诊断 信息、患者随访信息及其它信息（如专家信息）。预取触发事件主要是复诊患者，包 括门诊患者与住院患者。如果复诊患者指定所预约的临床医生，则预取过程是：（1）检索患者历史信息，观察所有信息是否均在线，如果不在线，则将所有数据 逐级预取到中心服务器；（2）将数据（包括影像、诊断信息、随访信息等历史信息）预取到影像科室前置服务器;(3)从前置服务器推送到临床医生的工作站上；(4)临床医生下检查申请单之后，如果制定了放射科室诊断医生，则数据从中心 服务器推送到相应的放射科室诊断医生本地：(5)如果复诊患者未指定所预约的临床医生，则预取过程是：检索患者历史信息, 观察是否所有信息均在线，如果不在线，则将将数据(包括影像、诊断信息、 随访信息等历史信息)预取到前置服务器；(6)临床医生通过工作站直接访问前置服务器。3.3本章小结本章介绍了系统设计的目标是通过PACS工程建设，走向三甲医院目标，实 现整个医院影像诊疗过程数字化、网络化、信息共享化、无胶片化。其次，介绍 了医院PACS系统需求分析，包括各个科室需求、网络和服务器的分析、影像数 据访问分析。第4章系统设计4.1 PACS系统网络架构设计医院目前由东西两院构成，数据中心机房设在东院，西院只负责网络传输， 目前未设服务器。目前医院有HIS系统、RIS和LIS系统中心机房现有的核心网络 设备支持大吞吐量图像数据传输；在原有的信息化建设根基上，新上线的PACS 中心服务器使用某厂家的刀片服务器，建成SAN网络，在中心服务器和前置服务 器上安装Redhat Linux和oracle,并用Roseha软件搭建成双机环境。如图4.1是全 院PACS总体网络拓扑图。图4.1医院PACS总体网络拓扑图Fig.4.1 Hospital PACS overall network topology4. 2患者检查工作流程设计参照医院现行工作流程，根据系统需求和系统设计目标，引进PACS系统后， 检查科室的检查工作流程发生改变。患者进入医院挂号，申请检查遵照检查工作 的流程，如图4.2所示：图4.2患者检查工作流程图Fig.4.2Patients were examined the work flow chart一位病人来到医院门诊看病，首先需要挂号登记收费。挂号登记这一操作就 在HIS数据库中存下了该病人的HISID号、姓名、年龄等信息。然后病人到相 应的门诊科室看病，门诊医生按病人病情为病人开检查申请单。待缴完检查费用 后，病人到检查科室排号登记。在登记工作站上给病人登记信息时，便可自动从 HIS系统中获取患者挂号时的信息，登记人员此时需补充检查类的信息（检查科 室、检查类别、检查医生等）。轮到该病人做检查时，检查医生利用医疗影像设 备获取病人的影像，并自动保存到相应的中心PACS归档服务器（中心PAS）和 相应的前置机，为了保证数据的安全，病人影像同时被保存到本地诊断工作站中。 医生查看影像对患者病情书写诊断报告的同时，自动把诊断报告回填到HIS数据 库。最后检查医生打印诊断报告。临床医生可以利用临床工作站调阅到全院患者 的影像资料，包括诊断报告，方便他进一步治疗疾病。4.3影像系统功能总体流程影像系统是PACS系统中最重要的局部之一，也是整个系统最复杂的局部，流程如图4.3：图4.3影像系统功能总体流程图Fig.4.3 Flowchart of image system function本影像系统流程划分为三大步骤：input （输入）、process （加工）、output（输 出）。输入步骤是先连通服务器，然后从服务器用movescu （是dcmnet程序包中 的工具）下载图片。首先用cchoscu （是dcmnet程序包中的工具）检查与服务端 的连通性，假设连通性失败，则检查相关服务状态是否正常，或者服务端口是否 被占用，或者AEtitle填写是否正确，然后把它设置完善并测试。图片显示与编 辑步骤包括加载图片，通过显示、编辑、查阅数据字典功能提供医生判断依据， 并影像医师可将DICOM文件另存为常用格式图像文件，如BMP、JPEG、PNG 和 TIFFo影像系统最高层是应用程序。整个影像系统设计成4个模块，分别是格式转 换模块、影像的界面显示模块、图像诊断模块、通信模块。4个模块的可被上层 是应用程序调用；中间层针对应用层分成不同的模块，因此，设计了三个类，分 别是DCMImage、DcmData和Pipe；其中Pipe类包含了四种服务,分别是 storeSCU、FindSCU、MoveSCU、EchoSCUo 系统最底层是 DCMTK 库。如图 4.4所示：图4.4系统架构图Fig.4.4 System architecture diagramDe in I mage类的功能实现是通过调用DCMT中的de mi mage和demimgle中 的函数。该类的功能主要实现旋转图像、镜像、标注区域、调窗、反色、复原等 图像编辑。通过DcmData类显示图像的 基本信息，提供应医生进展图像诊断。 通信模块是Pipe类运用匿名管道技术将DCMTK中已编译的findscu.exe, storescu.exe, movescu.exe, echoscu .exe进展搭建，通过管道技术写入并读取命令行 中的信息，最后反响到显示界面中。4. 4存储构造设计DICOM标准是传输和存储图像的格式，图像信息的存储构造影像图像的传 输，它在PACS系统中有着重要的地位，下面对其进展设计。在对患者做一次检查时，医生可能采集多幅图像，为了区分每一幅图像，需 要对每一幅图像进展编号，这个编号由图像实例号（Instance Number）给出。在对 图像进展显示时，一般先通过解析图像的光度，来判断D1C0M图像的类型。因wd.为它与每象素的样本数和象素分配位数的取值、平面构造属性的有无，以及象素 数据(Pixel Data)的数据构造有着密切的关系。图像行数、图像列数、象素空间距 离的取值可以直接由BMP或JPEG信息头的相关属性来决定。象素分配位数的 取值确定后，象素