PACS數據存儲與安全管理論文(2)
PACS數據存儲與安全管理論文篇二
《PACS中醫學影像數據存儲及管理方案的設計與研究》
摘要：醫學影像存儲與傳輸系統(PACS)實現了醫院臨床放射圖像的有效管理和共享，目前已在臨床中得到了比較廣泛的應用。醫學影像具有數據量大、數據類型復雜、規定保存時間長等特點，要求PACS不僅具有海量的存儲空間，而且有比一般系統更高的讀取數據的能力。本文以計算機和醫學領域為切入點,是計算機技術應用于醫學領域,加強醫療管理的例證和探索。
關鍵詞：醫學影像;存儲與傳輸系統;PACS
一、PACS簡介
隨著現代醫學技術的發展，醫院的診療工作越來越多地依賴于現代化的檢查結果。像X光檢查、CT、B超、胃鏡腸鏡、血管造影等影像學檢查的應用也越來越普遍。在傳統的醫學影像系統中，影像的存儲介質是膠片、磁帶等，這樣使用中存在諸多問題。如圖像存儲介質所占的空間不斷增加，給存放和查找帶來了嚴重的問題;各種不同檢查的圖像分別存放，臨床醫生要同時參考一個病人不同檢查所產生的影像時往往借閱和查找困難;傳統圖像存儲和管理只在本院進行，異地會診困難; CT等圖像硬拷貝到膠片上，保留的只是操作醫師認為有用的信息，圖像無法做后期處理，固定的窗寬、窗位已經丟失了大部分原始信息等。因此，傳統的醫學影像管理方法已經無法適應現代醫院中對如此大量和大范圍醫學影像管理的要求。采用數字化影像管理方法來解決這些問題已經得到公認。醫學影像存儲與傳輸系統(即PACS)應運而生。
PACS由圖像信息的獲取、傳輸、存檔和處理等部分組成。圖像信息的處理由計算機中心完成。計算機的容量、處理速度和可接終端的數目決定著PACS的大小和整體功能。軟件則關系到檢索能力、編輯和圖像再處理的功能。
二、醫學影像存儲系統需求分析
醫學影像的存儲一直是PACS的一項關鍵技術，也是制約PACS應用與發展的瓶頸。近幾年計算機存儲技術發展很快，新的技術和思想不斷出現。存儲設備的價格也以每年30%的速度下降。存儲技術理念已滲入到PACS解決方案中。
1.傳統醫學圖像的保存和處理方式存在的問題
主要問題列舉如下：
①保存膠片需要很大的存放空間。為了提高膠片的利用價值，不得不建立膠片庫來儲存數量龐大的影像膠片，這就是所謂的“歸檔”，指對膠片的管理。管理難度與數量同步增長，耗費大量財力、物力和空間。
②常規X 射線攝影沿用膠片增感屏系統，成像后有膠片記錄，需暗室沖洗，在顯影、定影、沖洗、烘干、歸檔等環節上要耗費大量的人力和財力。③膠片庫手工管理效率低，資料查詢的速度慢，圖像傳遞需要大量時間，效率低，不能滿足臨床需要，如遇急診就更嚴重。④易將膠片歸錯檔，使資料的查找和利用效率降低。⑤傳統X 射線膠片更不便實現實時或快速異地會診。⑥膠片的丟失，損壞和變質所引起的信息丟失也是一個難以解決的問題。⑦即使是一個管理制度十分完善的醫院，因借出、會診等丟失膠片也不可避免，給資料的再次利用和科研工作帶來不便。⑧把 CT等圖像拷貝到膠片上，保留的只是操作醫師認為有用的信息，圖像無法后期處理，固定的窗寬、窗位已經丟失了大部分原始信息。
2.對存儲介質容量的需求分析
臨床上對病人影像的回溯按照訪問量可以分成3類：第一是短期數據的回溯，無論影像科室自己還是臨床方面最關心當前病人的影像，短期數據的標志為3個月內的數據，這些數據的回訪占總訪問量的90%;第二是對當前病人的前期存檔圖像的回訪，病人又來醫院看病了，臨床醫生需要翻閱他以前的影像資料，這種回訪大約占9%;第三是個別的影像查詢，占回訪的不足1%。系統必須具備必要的響應速度，高響應速度是PACS系統是否具有生命力最為重要的因素之一。從點擊病人姓名到顯示出第一幅圖像的時間，這段時間越短越好，應限制在10秒以內。
從信息源數據形態來看，可分為：原有 X 射片、CT 膠片等介質形態掃描轉換為數字影像;直接由CR、CT、DSA 等數字化影像檢查設備產生的數字影像;由胃鏡、腸鏡、腹腔鏡、宮腔鏡、喉鏡、纖支鏡等內窺鏡及顯微鏡、B 超等檢查設備產生的視頻模擬影像轉換為數字影像;從其他數據格式的數字影像轉換而來。影像數據一旦形成就不會再改變，對影像的標注、解釋等可通過另外保存數據實現。
三、醫學影像存儲系統系統設計
系統采用全院影像集中存儲與管理結構，同時在各級工作站、分級管理服務器、分中心服務工作站冗余存儲當前影像數據和進行影像管理。
1.存儲系統硬件構成
①中心服務器：影像主服務器采用兩臺服務器構成，一臺為主服務器，一臺為備份服務器。二者均采用雙CPU、4G內存的微機服務器。在硬件設計上采用全冗余策略，一旦主服務器出現硬件故障，系統自動切換到備份服務器，保證PACS的正常運行。②分中心服務器：分級管理服務器，設在放射科、核醫學科、超聲科三個主要影像檢查科室。分中心服務器采用單CPU、3G內存、300G磁盤空間的微機服務器。③診斷工作站、采集工作站、游覽工作站：CPU P4 3.0G、80G硬盤、512M內存，雙屏或三屏顯示器。顯示器分三種檔次：專業顯示器、21 英寸 SONY500 顯示器、普通 17 純平顯示器。④分發服務器：CPU P4 3.0G、80G硬盤、256M內存，單屏顯示器。
2.存儲設計方案
在醫院影像集中存儲和管理的總體結構下，采用多級存儲結構，即系統在影像集中存儲與管理區域內，再分為影像在線存儲與管理、影像近線存儲與管理、影像離線存儲與管理三級結構。①在線存儲：用于存儲正在使用的影像數據。采用磁盤陣列在線保存數據，容量為980GB，集中存儲全院100天內在線影像。②近線存儲：用于存儲經常使用的影像數據。使用磁帶庫(LTO)保存近線數據，容量最少為18TB，集中存儲全院5年內在線影像，供各科室醫生快速地從網絡中調閱、查詢。③離線存儲：用于存儲歸檔的影像數據。使用LTO磁帶，按需求選擇無損壓縮/有損壓縮格式，人工將磁帶按序存放在影像檔案柜中，永久性海量存儲影像數據。各科室醫生對離線存儲的病人歷史影像及相關信息可以進行調閱。醫生發出調閱指令，主服務器在判明指令權限后，由系統管理員從影像檔案柜中取出相應磁盤，放入磁帶庫中，由主服務器自動發指令給來源工作站。若調閱指令無調閱權限,主服務器會提示管理員此調閱者缺少相應的操作權限，同時拒絕工作。
3.存儲鏡像管理
在服務器數據庫中建立病人ID號與影像內容及存儲位置對照表;當數據庫不可用時，手工切換到替代數據庫保證PACS的正常工作，待數據庫恢復可用后同步更新數據。
4.存儲管理策略
第一級，在線存儲設備：存儲介質以磁盤陣列和磁盤為代表，存儲介質一直處于在線狀態，隨時可以存取，具有讀取速度快，吞吐量大等優點，存儲3個月內全院各類檢查的影像。醫院的網絡結構宜采用扁平模式，所有的影像設備都直接連接到服務器，在服務器上統一管理和備份，避免了多級分布存儲代理的數據遷移和備份造成過高的管理代價。由于這一級的查詢速度是關鍵，所以選用磁盤陣列。
第二級，近線存儲設備：存儲介質以磁帶庫為代表，用于PACS系統和影像數據備份。其共同特點：第一，在任一時刻，設備中只有少數幾個存儲介質處于在線狀態，而大多數存儲介質是離線的，當需要的數據在這些離線的存儲介質中時，需要把這些存儲介質加載到驅動器里，與在線存儲相比這往往需要較長的時間。第二，對數據的定位以及讀取時間也比磁盤要長。第三，設備中的離線存儲介質，通過控制機械手自動加載到驅動器中。我們認為磁帶具有讀寫速度快，單盤超高容量，以及單位容量低成本的特點，是備份存儲方案的首選。
第三級，為離線存儲，海量存儲，當磁帶離開磁帶庫后，對磁帶只能進行手工管理，當數據存儲在這些介質上，需要手工將所需磁帶加入磁帶庫中，數據才能讀、寫。對于這一級而言，一個完善的永久存檔方案是PACS系統“長治久安”的重要保障，其容量變得非常重要，而且管理要高度自動化，查詢速度也應保持在5min以內，因此存儲方式的選擇尤其重要。綜合比較各種因素，選擇具有使用壽命長、容量大、查詢及讀寫速度快等性質的LTO磁帶庫作為永久存儲設備。
4.可靠性和穩定性
為了保證系統的可靠性和穩定性，首先要采用UNIX系統，因為在目前Windows NT系統還不是很穩定的情況下，UNIX仍然是服務器上較理想的操作系統。其次采用功能強大、可靠穩定的商業數據庫系統ORACLE來建立數據庫。
在程序設計方面，則采用父/子多層進程的方法。
服務器在收到并承認一個應用請求后，就產生一個子進程，由子進程來處理這個請求。如果在通訊中產生任何網絡問題或由于程序的漏洞，使得子進程異常中斷,則父進程不受任何影響，服務器可以繼續工作。另外將一個大的應用進行分割處理,中間通過一個隊列來連接，例如圖像存儲就分為圖像接收和數據插入數據庫操作兩部分。圖像接收進程將接收的圖像文件加入到一個隊列,而數據插入進程從隊列中取出圖像文件。這樣就降低程序漏洞出現的可能性和防止網絡傳輸與數據庫操作的相互干擾。同時,由于采用父、子進程和隊列的方法，服務器的各個進程之間以流水線的方式工作。服務器根據進來的多個請求分別產生子進程，這些子進程和服務器主進程同時并發運行，由較大的應用分割產生的各個進程也是并發運行。這樣就可最大限度消除圖像通訊、存儲及查詢中的瓶頸效應，提高了服務器的工作性能。
作者單位：四川師范大學信息技術學院
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