PACS设计

PACS设计（共7篇）

PACS设计 篇1

我院是一所,集医疗、教学、科研、保健于一体的大型现代化综合性医院,随着双源螺旋CT、PET-CT等先进的大型影像设备不断投入临床使用,医院每年的影像数据也是成倍,甚至数十倍增长。现在影像数据量每年近30TB,如此大的数据量对PACS的实时处理能力提出了非常高的要求。

1 PACS的涵义、标准和发展

1.1 PACS的涵义

PACS(Pictures Archiving&Communication System),为图像存档与通信系统,以全数字化、无胶片化方式采集、阅读、存储、管理和传输医学影像资料,并实现资源共享。PACS主要有以下组成部分:数据采集模块、数据管理模块、数据储存单元、影像工作站和其他系统的相关接口。

1.2 PACS遵循的标准

为解决医疗影像的传送问题,在不同时期建立了不同版本的影像传输和共享协议。在经历了不完善的ACR-NEMA1.0、ACR-NEMA2.0的医疗影像传输协议后,直至1993年ACR-NEMA的第三版,才推出了基于TCP/IP、ISO-OSI协议的DICOM3.0(Digital Imaging and Communication in Medicine)医学影像通讯标准,2003年开始称为DICOM标准。

近年来,国际医学影像组织多次对医疗网络进行规范化建设,其中基于DICOM3.0和HL7协议的IHE(Integrated Healthcare Enterprise)规范已成为组建医院网络系统的标准。依据IHE技术框架实现系统集成,可以减少数据和功能的冗余,增强数据完整性、一致性和可访问度,并且在医院信息系统、放射科信息系统、设备和PACS之间能够实现一个完整的信息链[1]。这为实现无纸化、无胶片化现代化医疗环境提供了有力保证。

1.3 PACS系统的发展

PACS系统的发展经历了三个阶段:

第一代PACS:大约在上世纪90年代,PACS概念刚提出不久,系统的典型特点是“使用者查找数据(User find data)”。需要大量人工参与PACS的工作流程,给出查询路径、查询条件等。

第二代PACS:在20世纪90年代末,PACS技术有了很大发展,“自动路由(Autorouting)”和“预提取(Pre-fetch)”技术开始应用于PACS系统,使得系统的工作流程更为流畅,人工干预大大减少;同时可以更高效地利用网络带宽资源,利用网络相对较为空闲时间完成大量检索、提取数据工作。其典型特点是“数据找设备(Data find device)”。

第三代PACS:进入21世纪后,PACS设计理念更加先进,要求系统实现完全自动的工作流程:用户在任意一台PACS工作站上登录以后,系统根据该用户的预先设定,自动将当前病人资料的最新、最完整的影像数据传送给用户。其典型特点为“数据找用户(Data find user)”。

2 系统架构设计

2.1 设计要求

⑴系统架构合理、稳定,支持在线升级、扩容。

⑵图像的接收、存储、管理、发送、再现、后处理能力强。

⑶严格遵循DICOM3.0和IHE标准。

⑷支持基于WEB模式的访问、浏览影像数据。

2.2 设计方案

采用“均衡策略下的服务器集群”架构设计。

⑴数据库服务器组用两台高性能服务器做数据库集群,来处理数据的查询和存储。

⑵应用服务器组将应用服务与数据库查询与发布服务分开,由多台服务器来承担DICOM查询和DICOM存储,在应用服务器之间采用“动态负载均衡技术”来智能地分配来自临床科室的并发任务。“应用服务器组”中任何一台服务器发生故障都不影响其它服务器的正常工作。随着医院设备的扩充和业务量的增加,可以随时在线增加新的应用服务器到“应用服务器组”中来平衡系统的压力。

⑶完整的在线、近线和离线三级存储体系存储架构是PACS仅次于应用服务的核心单元,采用一台EMC CX4-480光纤磁盘存储作为SAN光纤存储设备做在线存储。采用一台EMC CX4-480 SATA磁盘存储做近线存储。采用DHC(Centricity®Digital Hardcopy)设备做离线存储。通过EMC NAS网关NS40,将SAN光纤存储共享到局域网内,实现存储在全院范围内共享。

总之,这种“均衡策略下的服务器集群”架构设计既能保证系统对医院大数据量的负载,又能满足影像一致性显示的要求,保证系统“零”停机地稳定运行。

3 系统的特点

3.1 系统的高可用性

数据库服务器架构示意如图1,两台数据库服务器互为备份,当一台服务器出现故障后另一台服务器能够自动接管;两台服务器共用一台存储,数据库装在存储上,通过第三方软件备份到近线存储上,近线存储可以异地部署,达到数据容灾。

3.2 强大的数据负载能力和优秀的峰值数据处理机制

利用应用服务器集群实现负载均衡,让单台服务器难以承受的计算或I/O任务由多台服务器或多条链路共同承担,满足高峰时段的大量并发访问服务需求,从而以较低成本消除网络瓶颈,提高网络的灵活性和可靠性。

3.3 可靠的数据安全保证

采用SAN架构的光纤存储设备作为在线存储,SAN标准的开放性适合服务器集群和存储之间的共享;SAN架构下,服务器和存储设备之间的协议是专为数据密集型存取所设计,能满足PACS所要求的高效的数据存取;在SAN的架构下,存储是独立于应用的,本身具有良好的可扩充性;在SAN架构中,主机、光纤交换机和存储设备之间的连接均是冗余的,在正常情况下,作为带宽的扩充,实现自动负载均衡,在某一通路出现问题时,另一通路承担全部业务,保证系统的高可靠性。

3.4 分布式布局,集中式管理

系统采用集中式数据管理,所有数据统一存放在存储设备上,但支持主机系统、存储系统、交换机和光纤适配器等设备分布式布局,从而达到整个系统的容灾。

4 系统建设

4.1 建设原则

PACS应建设成为真正面向临床医疗工作需要,覆盖全院所有科室,将放射、超声、病理、内镜等影像信息系统有机结合的整体化医学影像信息系统。建设中以影像诊断科室为出发点,立足全院、面向临床,充分认识到系统建设的复杂性和长期性,按照总体规划、分步实施的建设原则,有计划有步骤地推进项目的建设[2]。

4.2 建设实施

根据前期充分的调研论证,结合医院的现状和实际需求,PACS建设分三个阶段实施:

第一阶段:建立影像信息管理中心(PACS系统),集成目前所有DICOM设备,将影像中心的所有图像资料实现统一集中数字化存储和管理;建立影像中心信息化流程,为医生配备专业竖屏诊断工作站,实现数字阅片(软阅读)和数字报告,确保诊断质量;建立临床图像发布系统(WEB系统),根据临床的需求通过WEB的方式发布图像以及相应诊断报告,部分临床科室能按设定的权限调阅医学影像报告和图像并且实现网上会诊;建立医学影像科数字化会诊中心;重建RIS系统,进行系统集成,包括与HIS、门急诊等系统的集成,特别是在RIS系统与PACS系统之间集成;建立影像数据归档系统,以保证病人信息的安全保存和病人资料的电子分发。

第二阶段:建立超声和核医学信息系统,将相应科室的影像设备及工作站接入影像中心系统,并纳入PACS范畴,形成全院级大影像中心;完成超声系统和HIS等现有系统的集成;增加备用服务器,实现原始数据的实时冗余备份,建立影像中心容灾备份和长期归档机制;根据需要提高近线存储容量,满足医院未来3~5年的数据存储量;扩展临床图像发布网络(WEB系统)配置全院的WEB浏览点。

第三阶段:建立病理、内镜信息系统,完善全院PACS;完成病理、内镜系统与现有其他系统的集成;在心电系统稳定上线的前提下,将心电图像纳入PACS范畴;考虑建立区域化医学影像平台数据中心,将所属分院接入,实现基于远程医疗的高质量影像服务。

4.3 实施中应注意把握的几个问题

PACS是一个复杂的系统工程,需要和众多的设备集成、和HIS集成、和其他相关的临床信息系统集成;牵涉到众多的相关科室,并且将或多或少地改变现有的工作流程;并且PACS与设备不同,设备的使用年限一般为5~10年,PACS的使用周期会更长。因此,在实施过程中应注意把握以下几方面问题[3]:

⑴系统的稳定性和可靠性实施PACS以后,和影像相关的所有工作均在系统上进行,一旦出现任何的意外,都将对正常的医疗工作产生严重的影响。

⑵系统数据的安全性系统中保存了所有相关的病人信息和管理信息,一旦发生数据丢失、病毒侵入、恶意进入等意外情况,都将给医院带来无法挽回的损失[4]。

⑶系统的标准性、开放性和升级性PACS工程是一个长期的项目,必须严格遵循DICOM、HL7、IHE、HIPPA、ICD-1等标准,保证系统是一个开放的系统,今后具有良好的可持续升级空间。

通过PACS的建设,能够实现临床科室和管理部门共享影像数据,医疗工作流程数字化,从而降低医疗成本;能够提供医生软阅读工作方式,提高工作效率和诊断水平;能够实现真正意义上的网上会诊和远程医疗,提升医疗服务质量,提高病人满意度。总之,PACS不仅仅是数字化技术、计算机技术、网络技术和通讯技术在医院放射、超声、病理、内镜等影像科室的应用、推广和普及的过程,同时它更是医疗观念更新、医疗体制改革过程中的重要一步。PACS系统已经成为评价现代化医院的必备标准之一[5,6]。

摘要：本文介绍了PACS的涵义、标准和发展,阐述了基于“均衡策略下的服务器集群”的全院级PACS架构设计、特点和实施方案。

关键词：PACS,HIS,系统集群,负载均衡

参考文献

[1]王世威,吕旭东,等.基于IHE技术框架实现工作流集成[J].中国医学计算机成像杂志,2007,13(1):63-67.

[2]刘谦,陈加宜.如何构建大型综合医院的医学影像信息系统[J].医学信息,2006,19(7):1117-1119.

[3]张九妹,等.医院PACS建设中应慎重思考的几个问题[J].中国医疗设备,2008(3):74-75.

[4]李彭军,等.建设全院PACS网络相关问题探讨[J].现代医院,2006(10):137-139.

[5]麦远其.PACS系统的发展及相关技术[J].基层医学论坛,2008,12(22):734-735.

[6]李淑梅,等.浅谈医院PACS系统的建设[J].现代生物医学进展,2006(5):95-96.

PACS设计 篇2

关键词：PACS系统,云存储,云计算,数据存储

1 前言

在医学影像领域,数字成像技术的创新促进了医疗影像存储与传输系统(Picture Archiving and Communication System,PACS)的开发。目前,PACS系统已经日益成为各级医院实现信息化建设的重要组成部分。

2 PACS系统的存储特点

1)PACS系统和医院信息系统(HIS)的数据各有特点,在存储容量、访问响应速度、访问频率、存储可扩展性等方面存在差异,需要分别考虑,采用分类存储策略。2)PACS系统中数据保存量大,数据量增长速度快,部分数据将作为归档数据,实现安全保存和随时方便地调用,需采用分级存储策略。3)PACS系统数据以多媒体文档为主,文件尺寸较大,并发访问量小。4)许多影像资料用于科研和教学,重要性高,需要可靠有效的容灾数据保护方案。5)PACS存储系统的设计需要具备高扩展性和灵活性,需要支持容量增长的高度可扩展架构和对异构存储环境的支持,以实现将来无缝扩容,且尽量减少因扩容带来的成本开销。

3 PACS系统存储现状分析

我院由总院、分院、传染病医院三个院区组成,各院区均有影像科室。分院距总院5公里,传染病医院距总院3公里,分别由光纤接入总院服务器,实现三院区HIS系统无缝联接。PACS系统有专用服务器和磁盘存储阵列,采用SAN存储架构;支持DICOM存储和DICOM查询;支持影像数据的长期存储管理(LTSM)和短期存储管理(STSM);提供影像有损和无损压缩;支持多种方式查询检索;在数据库建立病人ID号与影像内容及存储位置对照表;可从Intranet和Web Server上获取DICOM影像;支持影像调出、转存、删除和图像迁移功能。在各院区的影像科建立了科室级的PACS存储服务器,临床医生通过HIS系统的医生工作站访问CT、核磁共振、超声等影像图像和电子报告编辑。

4 基于云存储的PACS系统存储设计

4.1 云存储的概念

云存储是在云计算(Cloud Computing)概念上延伸和发展出来的一个新的概念,是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能,将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作,共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。

4.2 云存储的结构模型

与传统的存储设备相比,云存储不仅仅是一个硬件,而是一个网络设备、存储设备、服务器、应用软件、公用访问接口、接入网、和客户端程序等多个部分组成的复杂系统。各部分以存储设备为核心,通过应用软件来对外提供数据存储和业务访问服务。云存储的结构模型由四层组成,如图1所示。

4.3 PACS存储系统的分级存储需求分析与设计

4.3.1 分院区(科室级)存储需求分析与设计

分院区存储容量一般在0.5~5GB/日数据量,以为临床医生提供3个月的在线影像资料查询为例计算,需保存的在线可用容量为0.5GB/日~5GB/日×365=182.5~1825GB;预计存储空间达到总空间的80%时的性能损耗,配置20%的冗余空间,由此得出总空间需求为:182.5~1825GB/80%=228.1~2281GB;按RAID5模式估算:存储裸容量需求为:228.1~2281GB/(3/4)=304.2~3042GB;考虑到数据库空间、文件损失和热备份等因素,配置800GB~4TB的裸容量作为科室级存储。

分院区PACS存储系统应具有良好的性能、可扩展、经济实用等特点。该级存储采用24盘位SAS磁盘阵列插入24块300G的SAS硬盘,提供7.2T裸容量,完全满足了要求的800GB~4TB总裸存储容量,用于PACS的数据库和短近期的医疗图像的存储。

4.3.2 总院区(全院级)存储需求分析与设计

总院级存储容量可在20GB/日数据量以上;在线容量将为临床医生提供1年以内的在线影像资料查询,需保存的在线可用容量为20GB/日×365=7300GB=7.3TB;预计存储空间达到总空间的80%时的性能消耗,配置20%的冗余空间,由此得出总空间需求为:7.3TB/80%=9.125TB;整体上按照RAID5模式估算:存储裸容量需求为9.125TB/(3/4)=12.2TB;考虑到数据库空间、文件损失和热备份等因素,配置15TB的裸容量作为总院级存储。

存储系统在异地建立独立的容灾备份中心,保证在发生灾难时对数据保护。考虑备份存储容量以大于全院10年的影像总量为例,备份存储容量为80TB。

全院级PACS存储系统需具备高性能、高可靠性、高可用性以及高可扩展能力,兼顾容灾功能的考虑。采用24盘位磁盘阵列,使用独立双控制器,包括4个4GB光纤主机接口,总带宽达到1600MB。采用两台扩展柜,使用SAS硬盘共提供7.2×3=21.6TB的裸容量,满足最大15TB的容量需求。容灾采用VTL结合磁带库,增强了备份数据管理特性,提高备份和恢复的速度。

4.4 云存储技术的优点

1)硬件冗余自动故障切换;2)存储设备升级不会导致服务中断;3)容量分配不受物理硬盘限制;4)海量并行扩容;5)负载均衡;6)容易管理。

5 总结

医院PACS系统的存储要求较高,当有异地多院区需通过光纤接入局域网形成全院级的一致性存储需求,同时网络中存在各种不同类型的存储设备时,采用基于云计算的数据存储概念云存储技术实现PACS存储系统,即可满足用户对PACS存储系统的新建、升级、扩容、数据管理和数据安全等需求,也可进一步增强数据应用的灵活性和可靠性。

参考文献

[1]王鹏.云计算的关键技术与应用实例[M].北京:人民邮电出版社,2010:105-111.

[2]陈全,邓倩妮.云计算及其关键技术[J].计算机应用,2009,9.

PACS设计 篇3

关键词：影像存储与传输系统,放射科信息系统,超声信息系统,病理信息系统,医疗集成项目

0 引言

随着医院现代化建设和数字化、信息化医院发展步伐的加快,我院除已经建有的EMR、HIS等医院核心业务系统外,还陆续启动了PACS/RIS、超声、病理等影像信息系统。这些系统对我院的发展同样发挥着重要的作用。由于分期建设实施,各影像的格式和传输方式与报告系统的计算机工作站、成像设备和生产厂商都不尽相同,难以实现各影像数据的共享和集成。北美放射医学协会(RSNA)和美国医疗卫生信息与管理系统协会(HIMSS)共同发起的IHE医疗集成项目[1],提出了全面医疗集成的新概念。IHE技术框架遵循HL7、DICOM等标准,对我院影像系统的整合起到了很好的指导作用。

1 我院影像系统的现状

我院放射科PACS/RIS已经启动,可以实现整个放射科影像设备图像的统一存储和管理,RIS与HIS患者信息关联,HIS工作站的网络与PACS网络互通互联,医生可以调阅PACS影像和报告(CT、CR、MR等);超声科内部有独立的超声信息系统,各超声工作站的图像和报告存储在超声服务器上,超声数据与HIS、PACS数据独立,临床无法直接调阅患者超声报告信息;病理科内部有独立的采集图文报告工作站,已有若干年的历史数据,其采集的图像和报告资料存储在本地硬盘,病理数据与HIS、PACS数据分离。

2 超声病理与PACS/RIS整合的设计

2.1 系统结构设计

我院新大楼启用不久,网络建设进行了严谨的规划和设计,网络部署涉及到全院各个角落,网络速度达到纵向千兆、横向百兆。这为本次的系统整合平台提供了良好的硬件基础。由于超声服务器和病理服务器安置在各自科室内部,而且配置比较低,只能满足科室内部的数据访问和存储要求。因此,医院统一采购2台高性能服务器,部署到医院信息中心标准机房,实现与PACS/RIS、HIS、EMR联网,其系统结构如图1所示。

2.2 设计方法

2.2.1 遵循标准

工作流程参照IHE规范工作流程模式[2],各系统模块之间通信遵循HL7标准,图像采集、传输与存储遵循DICOM3.0标准。

2.2.2 系统设计

设计将超声病理图像和报告系统与PACS/RIS整合,形成一个“数字化、信息化的诊断平台”,供临床访问。该平台同时在HIS、EMR中被调用,如病区医生在开立医嘱的同时,能够查看当前患者的所有影像资料,包括CT、CR、MR等放射影像,还包括超声和病理图像以及各类诊断报告。整合设计涵盖了门诊和住院各部门,保证了数据关联的准确性、严谨性、安全性。

2.2.3 流程设计

整合平台基于PACS/RIS,超声图像经转换接口实时转存标准DICOM格式图像到PACS/RIS服务器,病理图像在显微镜成像经摄像头拍摄的同时经转换接口转存标准DICOM格式图像到PACS/RIS服务器。超声病理的报告头信息直接从HIS中获取,报告内容信息通过HL7标准传输到PACS/RIS服务器,与放射报告有机整合,如图2所示。

2.2.4 系统实施

影像系统的整合,是在充分了解和掌握临床需求的基础上,按以下步骤实施的:(1)做好整合建设规划,分析病理和超声的数据库结构和软件特点,形成系统设计概要说明书。(2)软件厂商、信息科与各个业务科室充分沟通,收集整合建设的意见和要求。(3)设计整合建设框架和业务流程,形成详细说明书。(4)根据详细说明书,开发者对现有软件系统修改和新增接口,并不断地完善各模块。

3 超声病理与PACS/RIS整合平台应用及意义

3.1 整合后效果展示

以某个住院患者为例,该患者近期同时进行了CR、CT、B超、病理切片检查,在超声病理与PACS/RIS整合平台上,医生可以快速准确地调阅到该患者检查的影像和报告资料,如图3所示,其中PS代表病理检查,US代表超声检查。只要选择其中的任何一条记录,该患者相应检查的图像和报告资料就立刻显示在当前的屏幕上,如图4所示。这里由于报告资料太多,不再截图显示。需要强调的是:医生不仅能看到静态的图像,还能浏览动态的影像信息。

3.2 整合平台的意义

3.2.1 对临床疾病诊断的意义

整合平台扩展了PACS的图片后处理功能,在专业的高清显示器上可以对图像进行旋转、边缘检测、平滑、拼接等特殊处理;多视角、多维度对图像进行展现。同时还可以对比同一患者的同类或不同类的影像资料,也可以对比不同患者的影像资料进行疾病诊断,提高了疾病诊断率[3]。

3.2.2 对医疗质量的意义

临床医师通过患者的住院号或门诊号可以方便地索引到平台内的医学影像信息[4],节省了大量的时间,使医师更专注于患者的诊疗过程,而非边缘次要环节,从而提高了医疗质量。

3.2.3 整合平台统一管理和存储数据,为数字化医院的建设夯实了基础

将原本独立的影像数据集中存储和充分共享,不再形成“信息孤岛”,提高了数据的重复利用率[5];实现了各影像数据和报告文档的统一,影像数据和报告文档的完整性得到保证;超声病理与PACS/RIS整合平台形成一个功能强大的门户入口,使诊疗和管理流程得到全面优化;该平台采用了HL7、DI-COM等国际标准,能够满足医院未来信息化发展的需求,为数字化医院的建设夯实了基础。

4 结语

系统集成一直以来都是医院数字化发展中最重要的问题,我院的这次超声病理与PACS/RIS整合迈出了医院系统集成坚实的一步。IHE技术框架是工作流程的标准,进一步规范DICOM和HL7的实现方式,为医疗系统集成提供了指导性框架。在这个框架下,要体现以患者为核心,对医院来说,面向临床应用这一主要目标的系统集成,道路还很漫长。下一步,电子申请单集成在电子病历和RIS中将成为我院系统集成下一个研究方向,值得同行们一同思考和探索。

参考文献

[1]马文虎,刘友华.基于IHE的医学影像信息系统集成研究与实现[J].信息技术与信息化,2011(2):52-55.

[2]谭易芬,朱向明.基于医疗信息整合的超声科工作运行平台的构建与应用[J].中国医学影像技术,2012,28(6):1218-1220.

[3]王耀彬,王凯.医学影像信息系统整合临床应用探讨[J].武警医学,2012,23(2):126-129.

[4]李振涛.基于原有PACS/RIS系统的医院影像平台的实现[J].中国医疗设备,2011,26(7):45-46.

PACS设计 篇4

我院于2009年采购了美国通用电气公司的影像归档和通信系统(picture archiving and communication systems,PACS),并与超声科信息系统(ultrasonography information system,UIS)、病理科信息系统(pathology information system,PIS)和实验室信息系统(laboratory information management system,LIS)等信息系统合并,完成了医院Mini PACS向全院的大影像系统解决方案的改造。系统自上线至今,已有6 a,运行基本稳定。但随着时间的推移,由于连入PACS的终端设备的增加和PACS硬件设备的老化,系统的故障率明显上升。因此,如何充分发挥PACS的效率,对其全面流程管理模式的持续改进值得进一步深入探讨。

1 升级前PACS面临的考验

1.1 升级前PACS的配置

(1)硬件配置:采用2台HP DL580作为PACS数据库服务器并作集群,用作数据的查询和存储;4台HP DL380作为PACS应用服务器承担DICOM查询和DICOM存储工作;1台企业归档服务器(enterprise archive,EA);1台23 TB的EMC CX4-480光纤磁盘存储设备用作在线存储设备;2台Web服务器;1台90 TB的EMC CX4-480 SATA磁盘存储设备用作近线存储设备;1台实现全院存储共享的EMC NS40网关设备,将存储区域网络(storage area network,SAN)光纤存储共享到局域网内,实现存储在全院范围共享。

(2)软件配置:PACS各服务器主机安装Windows XP操作系统、双机热备程序、防火墙;数据库服务器采用Microsoft SQL 2000数据库软件;PACS应用服务器安装GE EA3.0归档软件。

1.2 升级前PACS存在的弊端

(1)系统自2009年5月开始启用,启用初期共连接14台影像设备,数据量为8 GB/d。随着科室的不断发展,截至目前已安装5台数字化X线摄影(digital radiography,DR)系统、5台CT、5台MRI、4台影像采集服务器(data acquisition system,DAS)、3台数字胃肠机及1台泌尿机,共计23台设备,且今年又采购了1台MRI、1台DR、1台PET/MR。当前,科室日检查量DR 600人次/d、CT 600人次/d、MR 350人次/d,平均数据量70 GB以上。巨大数据量的管理和流量对服务器的负载压力是我们当前面临的最大挑战,在线和近线存储服务器的升级扩容迫在眉睫。

(2)升级前PACS核心服务器的架构由美国通用电气公司专有EA3.0应用服务器和数据库服务器组成[1]。各服务器均安装32位Windows系统,面对日益增长的业务需求,已经不能高效地支持。由于32位自身的缺点,系统能够充分使用的内存数量固定在4 GB以内,使得内存不能够高效使用,影响了服务器的处理性能,加之微软公司已正式宣布,不再进行XP系统的维护,因此更加坚定了我们升级PACS的决心。

(3)作为影像科终端的调图软件RA600,当调图终端发出调阅请求,服务器会把所有的图像发送到终端,客户端个人计算机(personal computer,PC)必须要完成所调阅所有图像的本地保存和归档后,方可进行诊断操作。相对于目前放射科50多个客户终端和26台检查设备,每天1 000多例的检查量,系统能够支持的最大负载已经不能很好地满足医院科室的业务发展趋势。

(4)目前的服务器都是2009年采购的,到2015年服务器已运行了6 a,已经进入高频率故障期,硬件产品的更新换代也进入了周期[2]。

2 PACS升级改造的解决方案

本次PACS升级的主要原则是“双机、双核(双回路)”,PACS要基于医院未来5 a的发展趋势,并充分利用医院现有的资源,保证系统健康平稳地升级、过渡和运行。简而言之,方案的中心思想是:基于现状,保资利旧,未来5 a,系统先进。

(1)硬件升级改造:根据实际情况,PACS数据库服务器、应用服务器和Web服务器均可采用之前的服务器,不需要新购硬件,但需要考虑到硬件的延长保修问题;4台HP DL380 DAS负责图像的压缩、数据的缓冲和图像的传输等任务;2台HP DL360数据库复制服务器保证2台数据库服务器之间的数据实时同步;2台F5BIG IP服务器支持Active-Stand By工作方式,提供心跳线和网线的冗余判断连接方式,当发生当前活动的设备到备用设备的自动故障切换时,镜像连接为当前的连接提供无缝故障恢复保护且具有安全保密机制,要求可以防止对服务器的端口扫描,防止常见的拒绝服务(denial of service,Do S)、分布式拒绝服务(distributed denial of service,DDo S)攻击[3];2台归档服务器实现在线数据存储的数据向近线存储的归档任务;2台100 TB的EMC VNX5500在线存储设备实现存储数据分流,提高存储效率[4];1台EMC CX4-480近线存储设备。上述硬件设备均由原厂商提供3 a全天候上门硬件服务,保修期为3 a。

(2)软件配置:PACS服务器主机操作系统为64位企业高级别的Linux系统,安装双机热备程序、防火墙;数据库服务器采用64位企业级别的SYBASE数据库复制技术;PACS终端工作站安装RA600的升级版软件RA1000;终端诊断设备的操作系统均为Windows 7系统。

(3)升级后PACS各部分工作流程如下:①影像设备完成患者扫描并上传图像至DAS服务器;②DAS服务器负责和影像设备握手通信,完成图像的压缩和数据的缓冲,并将患者的图像数据存入在线存储服务器,其他信息如患者姓名、年龄、ID号等则存入数据库服务器,所有DAS服务器采用负载均衡的架构设计;③IMS数据库负责服务器完成和设备、存储器及各工作站的连接和控制,承担整个系统管理、数据库查询,并实时匹配2个PACS数据库服务器之间的数据,数据库服务器之间的这种时时同步,使得其中一个数据库服务器出现故障时,可以做到毫秒级热切换;④2台F5 BIGIP交换机实现硬件级别的智能负载均衡机制,将DAS服务器、Web服务器、复制服务器、核心服务器进行数据分流[5],且当任何1台服务器出现问题,F5将自动将其置为非活动状态并将所有的数据连接指向其他的服务器;⑤每隔24 h后,在线服务器通过内部软件检测,如果患者图像在24 h没有被撤销或修改,在线存储会自动将当天的所有患者图像归档到近线存储设备中。具体工作流程如图1所示。

3 PACS升级改造的效果

PACS升级改造后的效果主要体现在以下几个方面:(1)新的PACS采用64位企业级解决方案,可以支持无限大的内存,克服了Windows XP系统内存大小固定在4 GB以内的弊端,从而保证业务可以在未来多年内得到有效支持,且PACS服务器采用64位企业高级别的Linux系统,降低了系统中病毒的概率,保证了系统能够长期稳定运行。(2)新的PACS终端工作站采用美国通用电气公司私有传输和压缩协议,不需要DICOM传输,平均压缩比为3∶1,可以做到影像的高速传输和无损压缩。RA1000工作站可直接从服务器拽取图像,无需像RA600客户端那样调阅的图像必须先下载到客户端,再由客户端进行保存和归档后方可看图,大大提升了调图速度,提高了医院的工作效率。(3)2台F5 BIGIP交换机实现硬件级别的负载均衡,将DAS服务器、Web服务器、复制服务器、核心服务器进行数据分流。任何1台服务器出现问题,F5会自动将其置为非活动状态,将所有的数据连接指向其他正常工作的服务器,实现了硬件系统的“零故障率”。(4)2台数据库服务器通过PACS复制服务器,数据实时同步,双机热备,毫秒级热切换,消除了单点故障(single point of failure,SPOF)导致的全科网络瘫痪,保障了网络的稳定性。(5)针对非诊断用工作站的特定的分辨率,PACS Web服务器通过Tru Rez增量传输技术,传送满足该工作站成像的足够多的数据,以实现全院PACS网络的实时显像功能。(6)影像在线存储,由目前的1套网络附属存储(network attached storage,NAS)升级为2套在线存储,影像可以平均分布到不同的存储器来进行负载,且存储容量由之前的30 TB升级为100 TB,并留有扩容的端口,安全性高,后期扩容方便[6]。

4 结语

现代医学已越来越离不开医学图像信息,医学图像在临床诊断、教学科研等方面发挥着极其重要的作用。PACS作为实现全院静态和动态医学图像获取、显示、传输、存储等综合性能的医学图像管理系统,是医院信息系统的重要组成部分。PACS可以使医院所有的图像资料实现统一集中存储和管理,使各临床科室可通过网络浏览图像及相应诊断报告,解决了信息孤岛问题[7],实现了全院各科室图像数据的共享[8]。

本次PACS的升级改造,主要是基于医院未来几年的发展趋势,充分利用医院现有的资源进行升级,能够做到降低成本、保资利旧、未来5 a内系统的先进性。本次PACS的升级主要解决了图像调取速度缓慢、影像存储空间不足、PACS数据库服务器单点故障导致的全院PACS瘫痪等问题。新的PACS采用全新的后台架构,整个设计过程贯穿了“双机、双核(双回路)”的思路,能够做到硬件设备的“零”停机。全新的模块化设计,保证了数据归档和历史图像的提取速度更快,和升级前相比提高了近20倍,并对存储量进行了大幅度的扩容。后续根据患者数据的实际增长,通过预留的扩容端口,可以方便地进行存储的扩容。本次PACS系统的升级改造,基本上解决了升级前PACS存在的问题,提高了医院的工作效率,实现了PACS健康平稳地升级、过渡和运行。

摘要：目的:针对医院影像归档和通信系统(picture archiving and communication systems,PACS)长期运行过程中出现的问题,对PACS进行升级改造,使该系统健康平稳地升级、过渡。方法:采用“双机、双核(双回路)”的思路,PACS的核心服务器由2台高性能的数据库服务器组成,2台复制服务器保证2台数据服务器的数据实时同步,2台F5 BIGIP交换机实现硬件级别的智能负载均衡机制,在影像采集服务器(data acquisition system,DAS)和Web服务器之间自动分配工作量,以实现流程管理模式的持续改进。结果:实现了硬件级别的“零”故障率,数据归档和历史图像提取较升级前系统提高了近20倍,在线、近线存储量得到了大幅度提高。结论:本次升级降低了设备的故障率,提高了医院的工作效率,达到了预期效果。

关键词：PACS,负载均衡,服务器,升级和改造

参考文献

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[7]李享,束研,张红,等.基于WEB的全院性PACS体系改进与优化[J].中国数字医学,2011,6(7):94-96.

PACS设计 篇5

随着计算机技术发展以及医学数字化成像设备的广泛应用,PACS系统的需求更加广泛。PACS[1](Picture Archiving and Communication System,影像存档及通讯系统)系统实际上是一个专业化的医学信息管理系统,它代表了构成一个现代数字化放射科最基本的成分和系统单元的集成化体系和过程,主要包括影像采集系统、影像存储管理系统、影像工作站以及连接所有设备和系统并提供影像数据传输和交换平台的计算机网络系统等。目前,PACS系统主要采用的结构是C/S(Client/Server,客户端/服务器)结构,这样的结构要求在PACS的每一个客户端必须安装PACS客户端,这样一来不仅增加了系统的成本,而且数据共享困难。为了弥补C/S架构的PACS的缺点,基于Web的中小型PACS系统的开发非常有必要,B/S(Browser/Server,浏览器/服务器)结构在客户端无需安装专门的软件,在处理模式、数据共享、系统维护、系统安全以及系统成本开销等方面都优于C/S结构。

2 基于Web的中小型PACS系统体系结构的设计

2.1 系统的网络拓扑结构

PACS系统包括医学影像采集设备、影像存储管理系统(PACS服务器)、影像工作站、DICOM标准、影像硬拷贝输出系统以及网络基础结构。基于Web的中小型PACS系统采用的网络拓扑结构如图1系统网络拓扑结构图所示。

2.2 B/S模式的三层体系结构

B/S模式的三层体系结构[2]指的是PACS系统客户端、Web服务器以及PACS数据库服务器。其体系结构图如图2 B/S三层体系结构所示:

其中PACS客户端属于表示层,它的主要职责是通过浏览器向Web服务器发送需要执行的命令请求并通过浏览器查看执行命令的结果;Web服务器属于业务逻辑层,作为PACS系统客户端和PACS数据库服务器的中间件,其主要职责是接收PACS客户端的命令请求,并将请求发送给PACS数据库服务器,另外还需要接收PACS数据库服务器执行的数据结果并将数据结果处理后反馈给PACS客户端;PACS数据库服务器属于数据存储层,其主要职责是接收Web服务器的数据并将处理后的数据返回给Web服务器。其中PACS客户端和Web服务器之间的通讯是在广域网中,而Web服务器和PACS数据库服务器之间的通讯则是在局域网中。

3 基于Web的中小型PACS系统的设计与实现

3.1 基于Web的中小型PACS系统客户端的设计与实现

基于Web的中小型PACS系统不需要在客户端安装专门的PACS客户端软件,只需要借助IE浏览器来完成对PACS系统的访问即可。因此,基于Web的中小型PACS系统中最主要的就是PACS Web客户端软件的设计。其总体的设计如图3基于Web的中小型PACS系统客户端总体设计所示:

1)系统登录模块:该系统通过浏览器来访问数据,系统登录模块主要的功能就是用户通过登录模块进入系统,可以实现注册用户等。

2)数据查询模块:该模块主要是用来查询病人的相关信息,查看病人的图像是否已经采集好以及病人的其他的一些信息。

3)图像采集模块:该模块主要是用来采集设备的图像,通过与CT、MR和超声等设备的连接,采集相关的数据。

4)图像处理模块:该模块主要是对采集好的图像数据进行处理,包括旋转、缩放以及灰度变化等。

5)打印输出模块:该模块的主要功能是对已采集并处理好的数据进行打印输出。

6)系统退出模块:该模块的功能就是控制系统的退出。

基于Web的中小型PACS系统客户端的六个模块的实现主要采用Java技术,由于Web浏览器不能直接解析DCIOM格式的文件,因此采用Java Applet技术来实现对DICOM文件的解析。Java程序的开发软件比较多,包括JBuilder、Eclipse以及My Eclipse等软件。为实现PACS系统客户端软件的功能,结合实际的情况,该系统的开发采用Eclipse软件并结合My Eclipse插件对系统客户端的进行开发。

3.2 基于Web的中小型PACS系统服务器的设计

基于Web的中小型PACS系统服务器的设计主要是Web服务器的设计以及数据访问的实现。Web服务器的功能主要是接收PACS客户端的信息并将数据信息反馈给PACS数据库服务器,然后接收PACS数据库服务器处理后的数据并将该信息在客户端显示。基于PACS系统的功能,该系统采用Apache Tomcat Web服务器来实现。Tomcat服务器是基于Web的免费并且开源的服务器,该服务器是一种轻量级的服务器,应用于中小型PACS系统还是非常合适的。选择服务器后,还需要对该Web服务器进行配置,包括JDK(Java Development Kit)环境变量的配置以及Tomcat环境变量的配置。

基于Web技术的PACS系统数据访问方式主要有三种:公共网关接口CGI(Common Gateway Interface,公共网关接口)技术、ASP(Active Server Page)技术以及JSP(Java Server Page)[3]技术。该系统的数据访问方式采用的是JSP技术,JSP技术主要采用JDBC(Java Data Base Connectivity,java数据库连接)技术来实现,JDBC与ODBC((Open Database Connectivity,开放数据库互连)非常类似,JDBC作为数据连接的中间件其主要的功能就是发送请求、连接数据以及返回数据信息等。由于PACS数据库服务器采用的软件是SQL Server软件,JDBC与SQL语句处理以及各种数据库的操作都无关,是独立于SQL数据库的,所以采用JDBC的优势很明显。但通过JDBC来读取数据库,需要使用JDBC driver,用此技术来连接SQL数据库与JDBC API,实现对数据库的访问。

4 结束语

PACS系统近几年发展迅速,技术不断成熟,应用范围也不断扩大。基于Web的中小型PACS系统是为适应用户的需求而设计的,其主要的目的是减少客户端安装带来的成本过高、维护困难等现状。基于Web的中小型PACS系统的开发,系统的客户端无需安装专门的软件,只需要借助IE浏览器即可实现对PACS系统的操作,这样一来不仅降低了系统的成本开销、有助于系统的维护以及安全性的提高,更有利于远程医疗技术的不断发展。

摘要：PACS(Picture Archiving and Communication System,影像存档及通讯系统)系统是一个专业化的医学信息管理系统。由于C/S架构的PACS系统存在成本过高、异地数据共享困难以及系统维护困难等原因,该文提出采用B/S架构来构建PACS系统。在基于Web的中小型PACS系统的设计与实现过程中,采用JAVA技术设计PACS客户端,采用开源免费的Tomcat Web浏览器,并采用JSP访问方式实现对数据库的访问。基于Web的中小型PACS系统的实现,降低了系统的成本开销、有助于系统的维护以及安全性的提高,更有利于远程医疗技术的不断发展。

关键词：Web,PACS系统,B/S

参考文献

[1]曹奕雯,陶蔷.PACS关键技术及国内应用[J].医疗卫生装备,2011,32(1):77-78.

[2]孟勋.基于Web服务的PACS系统研究[J].科技创新与应用,2016(1):64-66.

PACS设计 篇6

随着现代医学技术的发展, 医院的诊疗工作越来越多地依赖于现代化的检查结果。像X光检查、CT、B超、胃镜肠镜、血管造影等影像学检查的应用也越来越普遍。在传统的医学影像系统中, 影像的存储介质是胶片、磁带等, 这样使用中存在诸多问题。如图像存储介质所占的空间不断增加, 给存放和查找带来了严重的问题;各种不同检查的图像分别存放, 临床医生要同时参考一个病人不同检查所产生的影像时往往借阅和查找困难;传统图像存储和管理只在本院进行, 异地会诊困难;CT等图像硬拷贝到胶片上, 保留的只是操作医师认为有用的信息, 图像无法做后期处理, 固定的窗宽、窗位已经丢失了大部分原始信息等。因此, 传统的医学影像管理方法已经无法适应现代医院中对如此大量和大范围医学影像管理的要求。采用数字化影像管理方法来解决这些问题已经得到公认。医学影像存储与传输系统 (即PACS) 应运而生。

PACS由图像信息的获取、传输、存档和处理等部分组成。图像信息的处理由计算机中心完成。计算机的容量、处理速度和可接终端的数目决定着PACS的大小和整体功能。软件则关系到检索能力、编辑和图像再处理的功能。

二、医学影像存储系统需求分析

医学影像的存储一直是PACS的一项关键技术, 也是制约PACS应用与发展的“瓶颈”。近几年计算机存储技术发展很快, 新的技术和思想不断出现。存储设备的价格也以每年30%的速度下降。存储技术理念已渗入到PACS解决方案中。

1. 传统医学图像的保存和处理方式存在的问题

主要问题列举如下: (1) 保存胶片需要很大的存放空间。为了提高胶片的利用价值, 不得不建立胶片库来储存数量庞大的影像胶片, 这就是所谓的“归档”, 指对胶片的管理。管理难度与数量同步增长, 耗费大量财力、物力和空间。 (2) 常规X射线摄影沿用胶片增感屏系统, 成像后有胶片记录, 需暗室冲洗, 在显影、定影、冲洗、烘干、归档等环节上要耗费大量的人力和财力。 (3) 胶片库手工管理效率低, 资料查询的速度慢, 图像传递需要大量时间, 效率低, 不能满足临床需要, 如遇急诊就更严重。 (4) 易将胶片归错档, 使资料的查找和利用效率降低。 (5) 传统X射线胶片更不便实现实时或快速异地会诊。 (6) 胶片的丢失, 损坏和变质所引起的信息丢失也是一个难以解决的问题。 (7) 即使是一个管理制度十分完善的医院, 因借出、会诊等丢失胶片也不可避免, 给资料的再次利用和科研工作带来不便。 (8) 把CT等图像拷贝到胶片上, 保留的只是操作医师认为有用的信息, 图像无法后期处理, 固定的窗宽、窗位已经丢失了大部分原始信息。

2. 对存储介质容量的需求分析

临床上对病人影像的回溯按照访问量可以分成3类:第一是短期数据的回溯, 无论影像科室自己还是临床方面最关心当前病人的影像, 短期数据的标志为3个月内的数据, 这些数据的回访占总访问量的90%;第二是对当前病人的前期存档图像的回访, 病人又来医院看病了, 临床医生需要翻阅他以前的影像资料, 这种回访大约占9%;第三是个别的影像查询, 占回访的不足1%。系统必须具备必要的响应速度, 高响应速度是PACS系统是否具有生命力最为重要的因素之一。从点击病人姓名到显示出第一幅图像的时间, 这段时间越短越好, 应限制在10秒以内。

从信息源数据形态来看, 可分为:原有X射片、CT胶片等介质形态扫描转换为数字影像;直接由CR、CT、DSA等数字化影像检查设备产生的数字影像;由胃镜、肠镜、腹腔镜、宫腔镜、喉镜、纤支镜等内窥镜及显微镜、B超等检查设备产生的视频模拟影像转换为数字影像;从其他数据格式的数字影像转换而来。影像数据一旦形成就不会再改变, 对影像的标注、解释等可通过另外保存数据实现。

三、医学影像存储系统系统设计

系统采用全院影像集中存储与管理结构, 同时在各级工作站、分级管理服务器、分中心服务工作站冗余存储当前影像数据和进行影像管理。

1. 存储系统硬件构成

(1) 中心服务器:影像主服务器采用两台服务器构成, 一台为主服务器, 一台为备份服务器。二者均采用双CPU、4G内存的微机服务器。在硬件设计上采用全冗余策略, 一旦主服务器出现硬件故障, 系统自动切换到备份服务器, 保证PACS的正常运行。 (2) 分中心服务器:分级管理服务器, 设在放射科、核医学科、超声科三个主要影像检查科室。分中心服务器采用单CPU、3G内存、300G磁盘空间的微机服务器。 (3) 诊断工作站、采集工作站、游览工作站:CPU P4 3.0G、80G硬盘、512M内存, 双屏或三屏显示器。显示器分三种档次:专业显示器、21英寸SONY500显示器、普通17纯平显示器。 (4) 分发服务器:CPU P4 3.0G、80G硬盘、256M内存, 单屏显示器。

2. 存储设计方案

在医院影像集中存储和管理的总体结构下, 采用多级存储结构, 即系统在影像集中存储与管理区域内, 再分为影像在线存储与管理、影像近线存储与管理、影像离线存储与管理三级结构。 (1) 在线存储:用于存储正在使用的影像数据。采用磁盘阵列在线保存数据, 容量为980GB, 集中存储全院100天内在线影像。 (2) 近线存储:用于存储经常使用的影像数据。使用磁带库 (LTO) 保存近线数据, 容量最少为18TB, 集中存储全院5年内在线影像, 供各科室医生快速地从网络中调阅、查询。 (3) 离线存储:用于存储归档的影像数据。使用LTO磁带, 按需求选择无损压缩/有损压缩格式, 人工将磁带按序存放在影像档案柜中, 永久性海量存储影像数据。各科室医生对离线存储的病人历史影像及相关信息可以进行调阅。医生发出调阅指令, 主服务器在判明指令权限后, 由系统管理员从影像档案柜中取出相应磁盘, 放入磁带库中, 由主服务器自动发指令给来源工作站。若调阅指令无调阅权限, 主服务器会提示管理员此调阅者缺少相应的操作权限, 同时拒绝工作。

3. 存储镜像管理

在服务器数据库中建立病人ID号与影像内容及存储位置对照表;当数据库不可用时, 手工切换到替代数据库保证PACS的正常工作, 待数据库恢复可用后同步更新数据。

4. 存储管理策略

第一级, 在线存储设备:存储介质以磁盘阵列和磁盘为代表, 存储介质一直处于在线状态, 随时可以存取, 具有读取速度快, 吞吐量大等优点, 存储3个月内全院各类检查的影像。医院的网络结构宜采用扁平模式, 所有的影像设备都直接连接到服务器, 在服务器上统一管理和备份, 避免了多级分布存储代理的数据迁移和备份造成过高的管理代价。由于这一级的查询速度是关键, 所以选用磁盘阵列。

第二级, 近线存储设备:存储介质以磁带库为代表, 用于PACS系统和影像数据备份。其共同特点:第一, 在任一时刻, 设备中只有少数几个存储介质处于在线状态, 而大多数存储介质是离线的, 当需要的数据在这些离线的存储介质中时, 需要把这些存储介质加载到驱动器里, 与在线存储相比这往往需要较长的时间。第二, 对数据的定位以及读取时间也比磁盘要长。第三, 设备中的离线存储介质, 通过控制机械手自动加载到驱动器中。我们认为磁带具有读写速度快, 单盘超高容量, 以及单位容量低成本的特点, 是备份存储方案的首选。

第三级, 为离线存储, 海量存储, 当磁带离开磁带库后, 对磁带只能进行手工管理, 当数据存储在这些介质上, 需要手工将所需磁带加入磁带库中, 数据才能读、写。对于这一级而言, 一个完善的永久存档方案是PACS系统“长治久安”的重要保障, 其容量变得非常重要, 而且管理要高度自动化, 查询速度也应保持在5min以内, 因此存储方式的选择尤其重要。综合比较各种因素, 选择具有使用寿命长、容量大、查询及读写速度快等性质的LTO磁带库作为永久存储设备。

5. 可靠性和稳定性

为了保证系统的可靠性和稳定性, 首先要采用UNIX系统, 因为在目前Windows NT系统还不是很稳定的情况下, UNIX仍然是服务器上较理想的操作系统。其次采用功能强大、可靠稳定的商业数据库系统ORACLE来建立数据库。

在程序设计方面, 则采用父/子多层进程的方法。服务器在收到并承认一个应用请求后, 就产生一个子进程, 由子进程来处理这个请求。如果在通讯中产生任何网络问题或由于程序的漏洞, 使得子进程异常中断, 则父进程不受任何影响, 服务器可以继续工作。另外将一个大的应用进行分割处理, 中间通过一个队列来连接, 例如图像存储就分为图像接收和数据插入数据库操作两部分。图像接收进程将接收的图像文件加入到一个队列, 而数据插入进程从队列中取出图像文件。这样就降低程序漏洞出现的可能性和防止网络传输与数据库操作的相互干扰。同时, 由于采用父、子进程和队列的方法, 服务器的各个进程之间以流水线的方式工作。服务器根据进来的多个请求分别产生子进程, 这些子进程和服务器主进程同时并发运行, 由较大的应用分割产生的各个进程也是并发运行。这样就可最大限度消除图像通讯、存储及查询中的“瓶颈”效应, 提高了服务器的工作性能。

参考文献

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[2]晶辰工作室.最流行图像格式使用参考手册[M].北京:电子工业出版社, 1998.128-130.

PACS设计 篇7

近年来,随着IT技术的发展以及医院信息化水平的提高,越来越多的医院开始应用RIS/PACS。PACS(picture archiving and communication system,PACS)是专门解决医学影像的获取、显示、处理、存储、传输和管理的综合系统,而RIS(radiology information system,RIS)[1]是提供影像科室的日常业务管理,如申请、登记、预约、检查、报告、审核等功能[1]。RIS和PACS一般是紧密集成的,甚至在多数情况下是同一家厂商承建,所以这两者之间的集成并不是问题。

HIS(hospital information system,HIS)一般是医院信息化的初期建立起来的,与RIS/PACS在多数情况下并不是同一厂商承建,相互之间的数据结构和编码方式各不相同。但是,为了实现医院的业务流程,就需要把HIS和RIS集成起来,使得系统之间达到信息共享。

当前,HIS与RIS集成比较常见的方法是采用数据库的方式,即HIS和RIS开放一些表,需要的时候再到对方的数据库里读写数据。这种方式的缺点显而易见:需要熟悉双方的数据结构;系统耦合度高,如果一方作了修改,另一方也要跟着改动;可维护性低,出了问题很难追踪是谁的责任;可扩展性低,给将来产品的更新换代带来麻烦。

所以,我们需要一种标准化的方式来做集成,这就用到医疗行业的数据交换标准———HL7。

2 HL7介绍

HL7(health level 7)标准是由美国国家标准局(ANSI)授权的标准开发机构———HL7组织、研究、开发的一个专门用于医疗机构及医用仪器设备数据信息传输的标准,适用于医院不同信息系统之间交换病历资料、临床检查检验结果、财务信息,便于医院内部、医院与医院之间、或者医院与其他部门之间信息的沟通和管理[2,3]。

一个HL7消息由消息头(MSH)、事件(ENV)和消息体组成,其中消息体由段(Segment)、字段(Field)、元素(Component)及子元素(Subcomponent)组成,如图1所示。

段是数据字段的一个逻辑组合。每个段都具有一个段标识符,它是由3个字符组成的代码作为标志。如ADT消息可以包含以下段:消息头(MSH)、事件类型(ENV)、患者基本信息(PID)、患者来访信息(PV1)等。

字段(Field)由1个字符串表达。在数据传送时,所有字段均转换为字符串传送。字段由元素组成,而元素由子元素组成。

3 HL7集成接口的设计

3.1 HIS与RIS的数据交换过程

在开始设计接口之前,我们先看一下目前HIS与RIS之间主要的数据交换过程(如图2所示):

(1)患者在HIS登记,这时候HIS发出ADT消息;患者信息修改时,HIS也会发出患者的修改消息;

(2)医生给患者下医嘱后,HIS发出医嘱消息;

(3)放射科登记员接收到医嘱消息后,对患者的检查进行预约,RIS发出预约消息;

(4)患者在检查状态变化时,例如开始检查、完成检查等状态,RIS发出检查状态变化的消息,这样临床医生可以随时看到检查状态的变化;

(5)在一些医院,登记员或技师会对检查进行划价,RIS把划价收费的消息回传给HIS;

(6)患者做完检查后,放射科医生对该检查写报告。报告消息回传给HIS,这样临床医生可以在医生工作站调阅报告;

(7)HIS的一些价表信息,科室信息,人员信息等,需要同步给RIS。这时候HIS会发出字典同步消息。

在HIS与RIS/PACS消息交换的过程中,主要用到的消息如表1所示。

3.2 架构设计

本文把HL7接口分成2部分,分别运行在HIS端和RIS/PACS端。每一部分都由3个模块组成,分别是:HL7应用程序接口,HL7数据处理模块和HL7发送/接收模块。HIS端和RIS/PACS端的HL7接口通过HL7发送/接收模块连接起来。这是一种基于总线的消息传递系统[4],架构如图3所示。

3.3 各模块设计

3.3.1 HL7应用程序接口

应用程序接口模块的功能主要是与外部应用(如HIS,RIS)交换数据,起到适配器的作用。主要方式有:提供接口供外部应用程序调用;调用外部应用的接口。出发点类似于GOF23种模式中的Adapter模式[5],是将应用程序端的接口转换成HL7传输的TCP/IP接口。应用程序接口模块根据实际情况可能需要支持多种接口类型,例如COM、EJB、Web Service、CORBA、数据库表或视图、存储过程等,也有可能是特定厂商的接口。

3.3.2 HL7数据处理模块

(1)模块架构。数据处理模块包括HL7解析和生成、数据缓存、数据过滤和数据转换等模块。发送端有HL7生成模块,把通过发送端应用程序接口获取的数据,生成HL7消息,然后传给HL7发送模块把消息发出去。接收端在接收到HL7消息后,把接收到的数据依次通过HL7解析模块,数据过滤模块,数据缓存模块和数据转换模块,最终通过接收端的应用程序接口把数据传给应用程序。这是一种管道过滤器[6]的架构设计,如图4所示。

(2)HL7解析和生成。数据格式化模块是根据HL7消息的构成规则,在HL7发送端根据应用接口传来的数据生成HL7消息;在接收端解析HL7消息,并把数据传给应用接口。例如,在HIS端登记一个住院患者后,通过应用程序接口,可以获取患者的基本信息,然后HL7生成模块会生成一个ADT^A01的消息;RIS接收端收到ADT^A01消息后,通过解析消息获得患者的基本信息,再调用RIS的接口把数据传到RIS里。HL7的解析和生成需要用到XML和XSLT技术。

HL7消息生成的流程为:

(1)通过HL7应用程序接口获取需要传递的数据;

(2)提取数据,生成基于业务的XML文档,以业务的字段名为标记,数据作为元素的XML文件。如下所示:

(3)调用XSLT转换程序,根据XSLT文件描述生成基于HL7的XML文档。基于HL7的XML文档是以HL7段名代码为标记,中间接口表的数据作为元素的XML文件,并按HL7的段进行分隔,元素名以HL7段名开头,后面依次是字段序号、元素序号和子元素序号,这样可以保证标签的唯一性,同时,也方便了生成HL7格式的消息。XSLT转换的规则,就是基于HL7标准的定义,把相应的业务数据放在XML文件相应的元素里面,这相当于数据的映射。如:

(4)根据HL7的语法规则,把基于HL7的XML文件转换为HL7格式的消息。如下所示:

PID|||900285|李四||1983-10-01|F|||北京市东城区东四十条||12345678||||||11010519831001123

HL7的解析流程与生成流程正好相反,流程为:

(1)读入HL7消息;

(2)根据HL7的语法规则,把HL7消息转换为基于HL7的XML文件;

(3)读取基于HL7的XML文件的数据,根据XSLT文件描述生成基于接收方业务的XML文档;

(4)调用接收方的接口函数,将生成的文档按接收方数据库的数据结构,存入应用数据库中。

(3)数据过滤。数据过滤模块的功能是从一个应用输出来的数据中,根据一定的规则,过滤出另一个应用所需要的数据。这是因为在实际的很多情景下,应用A往往根据自己的业务逻辑,有条件地选取另一个应用B的数据。例如,对于门诊患者的医嘱,RIS只需要在HIS中已交费的医嘱信息,而不理会未交费的医嘱信息。

数据过滤模块可以在发送端实现,也可以在接收端实现。如果在接收端实现,接收端需要定义消息处理的脚本,在接收到消息并解析后,根据消息某一个或几个字段的值,来决定这些信息是不是要传到相应的业务处理程序。如果在发送端实现,则发送端要判断哪些信息要传往接收端,然后再生成HL7消息。

(4)数据缓存。数据缓存模块的作用有:在并不需要实时地更新数据的场合,可以把应用A的消息暂时存储起来,等到需要的时候再一次性地把数据传到应用B,这样可以减少网络的交互次数,提高集成接口的性能;把消息存起来方便日后的问题定位以及纠错处理。

在HL7发送端和接收端都需要有数据缓存的功能。实现的方式为采用数据库方式,发送端在发送消息之前,要把消息存在发送端的消息发送表里;接收端收到消息后,把消息存在接收端的消息接收表里。接收端在完成消息的处理后,往发送端回传ACK消息。发送端根据接收到的ACK消息里面的消息ID,从消息发送表里找到之前发送的消息,标记为“已返回ACK”。由于缓存的数据量达到一定程度会影响系统性能,所以需要建立数据库的计划任务,把缓存的数据每隔一段时间备份到另外的数据表里面,并把当前缓存表的数据清除。

(5)数据转换。数据转换模块是按照一定的规则,对数据进行转换。常见的转换有以下几种:

(1)内容转换。例如患者性别在HIS中的表示为1和2,在RIS的表示为男和女,当数据从HIS传到RIS的时候,需要通过数据转换模块把1改成男,把2改成女。

(2)格式转换。例如患者的出生日期在HIS的格式为YYYYM-MDD,在RIS的格式为YYYY-MM-DD,所以当数据从HIS传到RIS的时候,需要通过数据转换模块把HIS的日期格式转换成RIS的日期格式。

(3)特定函数转换。例如可能会有HIS的一个字段的数据按照一定的规则,才能被RIS接受;也有可能HIS的某几个字段数据合并起来,对应RIS的一个字段,合并的方式可以为字符串拼接,或者是几个字段的数据做算术运算;还有可能HIS的一个字段的数据按照一定的拆分规则拆分出来,对应到RIS的几个字段;这几种情况都不能通过通用的内容转换或格式转换来实现,只能通过写特定的转换Script才能实现。

为了实现数据转换。消息的接收端收到发送端的消息后,调用相应的数据转换函数,把数据转换成接收端所能识别的数据后,再转往接收端相应的业务处理程序。

3.3.3 HL7发送接收模块

当前,HL7应用的主要消息传递机制是通过TCP/IP的方式,在发送端和接收端建立起Socket连接,然后传递HL7消息。接收端收到消息后,回复发送端一个ACK确认信息,确认信息已经发送成功。

具体实现方式为:首先在HIS端和RIS端分别建立Socket监听服务。假如HIS要发送消息给RIS,则HIS先根据之前协商好的IP地址和端口号建立Socket通道,把消息发送出去;然后RIS的监听服务会监听到HIS发过来的消息,并根据收到的消息的消息ID,产生一个ACK消息,沿着Socket通道把ACK消息传回给HIS,最后把Socket通道断开。这样就完成了一个完整的发送—确认流程。反之,RIS往HIS发送消息也是同样的流程。

4 结束语

通过在HIS和RIS/PACS间建立HL7接口,可以使患者信息和医嘱信息直接传到RIS工作站,这样放射科室不必重新录入,提高了放射科的工作效率;可以使检查状态,报告信息从RIS回传HIS,这样医生可以及时追踪检查状态,及时看到报告信息,方便了医生的诊断过程;可以使各种字典信息在HIS与RIS/PACS间共享,方便了医院的管理。用HL7来做HIS与RIS/PACS间的集成,可以使系统间的耦合度降低,使得可扩展性和可维护性都大大提高。相信基于HL7标准的集成将会在医疗领域不断发展,推动我国医疗卫生信息标准化的进程。

摘要：目的:设计基于HL7的HIS与RIS/PACS集成接口。方法:分析了HL7的消息格式,并结合医院现有的HIS与RIS/PACS数据交换过程,设计了基于HL7的HIS与RIS/PACS接口集成。结果:实现了HIS和RIS/PACS的HL7集成。结论:通过用HL7来做HIS与RIS/PACS间的集成,提高了医院的工作效率,并且使系统间的耦合度降低,使得可扩展性和可维护性都大大提高。

关键词：HL7,集成,接口,HIS,RIS

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