医学影像归档与通信系统(PACS)

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1、医学影像归档与通信系统(PACS)PACS系统是医学影像信息无片化和网络化管理的具体实现。PACS融各种医学影像的获 取、处理、归档、复制、分析、比较以及资源共享、远程传输、异地会诊等功能于一体，不 仅可以是一个政务、事务处理中心，而且更重要的是一个现代医学影像诊断、处理中心。医学影像归档与通信系统(PACS)服务器是PACS系统的核心组成部分，它负责图像的 存储、归档、管理与通讯，并为PACS工作站对图像数据的查询、提取提供服务。因为它的 重要性， PACS 服务器必须是可靠、稳定和安全的，因此系统对软、硬件都有较高的要求。二、PACS 服务器的组成PACS服务器包括两部分：PACS控制器和

2、图像存储设备。PACS控制器由一个数据库服务 器和一个归档系统组成，它通过一系列的进程来引导数据在整个PACS系统中流动。如图1 所示，图中虚线框所示即为PACS服务器的结构组成。它的工作流程是：图像采集工作站在 获得由图像产生设备生成的图像后，将其进行一定的处理，然后将图像传送到PACS控制器； PACS 控制器首先将与图像相关的各种医学信息插入到图像数据库，然后将图像存储到短期 存储设备中；PACS控制器将定期检查短期存储设备，将一定时间内的需要保存的图像归档 到长期存储设备；PACS控制器还要将图像传送到图像显示工作站，或由图像显示工作站通 过PACS控制器对图像数据库进行查询、提取图像

3、；另外，PACS控制器还要与HIS、RIS进 行数据通讯，交换与病人、检查有关的信息。UlS/RJtS一圏*采第工作站I-也期存筒说备第总建赤工作姑图 1 PACS 服务器的系统组成三、PACS服务器的数据流程如图2所示，PACS服务器包含了七个连续不断运行的进程：图像接收、图像存储、图 像归档、图像路由、图像移动、图像发送及查询提取服务。数据流程为：首先由图像接收 进程接收图像采集工作站传送的图像文件，然后将图像文件重新命名后加入到一个专门为 PACS 设计的队列中；图像存储进程从队列中取出图像文件，打开图像文件，取出与图像相 关的各种医学信息，将这些信息加入到数据库，同时在磁盘阵列中生成一

4、个图像文件的拷贝， 并将图像文件加入到队列中；图像归档进程定期检查磁盘阵列，将超过一定时间的、需要长 期保存的图像文件保存在磁带库或光盘库中，同时将图像位置的更改通知数据库，在数据库 中作相应的修改；图像路由进程从队列中取出图像文件，根据图像文件中的信息，查找数据 库中的路由表，确定图像应传送的显示工作站，并将图像文件及显示工作站名（计算机名） 加入到队列中；图像发送进程从队列中取出图像文件和显示工作站名，根据服务器记录的计 算机名与IP地址对，将图像发送到显示工作站。PACS服务器支持PACS局域网内部的任何 一台工作站的查询提取请求和外部主机的提取请求，这些请求由查询提取服务进程响 应，查

5、询提取服务进程通过查找数据库，将查询结果返回给提出查询请求的工作站，或将 从数据库取出的图像文件加入队列；由图像移动进程从队列中取出图像文件，并加入队列； 根据请求的来源，由图像发送进程将图像发送到内部工作站或外部主机。四、PACS服务器的设计与实现方法41 设计原则根据该服务器的主要组成单元和数据流程，我们提出了服务器设计的五点原则：（1） 标准性；（2）开放结构和可扩展性；（3）安全性和可靠性、稳定性；（4）跨平台、多功 能；（5）与 HIS、 RIS 的融和。I田象數据密4 附址览送图猱攥收外韓生机 理眠清求査询f扯耽尿 务関役貉由査询/提取请 卑側徐柿入图 2 PACS 服务器的数据流

6、程42实现方法(1) 数据模型设计与数据库的实现根据DIC0M3. 0定义的信息对象模型，建立服务器的数据模型，并根据该模型在数据库 中建立一系列相关表。数据库采用ORACLE数据库系统。采用ORACLE提供的数据库操作接口 和语言ORACLE CALL INTERFACE和PL / SQL开发对数据库对像进行操作的程序，并设计与实 现在数据库中对普通病人与VIP病人的数据进行隔离操作。(2) 图像通讯与服务功能的实现本服务器程序工作在七层网络协议的应用层，图像通讯都采用DICOM3. 0标准，低层协 议采用TCP/IP协议。服务器首先以TCP/IP方式初始化一个端口，进行对网络的监听，在 收

7、到一个请求后，服务器端要检查对方的IP地址是否有效，即能否被服务器识别，另外还 要检查对方请求的服务是否在本系统所支持DICOM服务(如CStore, CFind, CMove等)范 围之中。在检查通过后，服务器端发给对方一个承认请求的回答，双方即可建立连接，进行 数据的传输。由于现在广泛使用的网络都支持TCP / IP协议，因此只要通讯双方都采用DICOM 标准，数据即可在大多数通讯网络(ATM，Ethernet, ISDN等)上传输。DICOM3. 0定义了 许多服务，本服务器主要实现了其中最基本的两类：存储(St。rage)和查询/提取(Query/Retrieve)。存储服务主要是对图

8、像数据的接收和发送，查询/提取服务则是对PACS 工作站对数据库进行数据查询与图像提取的响应。( 3)可扩展性考虑到不同医院或同一医院不同阶段的应用和扩展需求，本服务器的存储策略采用短、 中、长期相结合的方法。短、中期可考虑使用磁盘阵列RAID)，它可用来保存两、三周的 各种医学图像。长期存储设备使用磁带库或光盘库，它们的容量很大，可长久保存大量病人 信息。保存在磁盘阵列的病人信息需要定期刷新，将信息写到磁带或光盘上。这样随着医院 的发展，存储容量可相应扩大。由于本论文课题要应用到上海华东医院数字影像会诊与管理 系统中，在该系统中需要长期存储的病人图像数据量不大，故使用磁盘阵列(RAID5)对

9、图 像进行长期存储。( 4 )安全性由于病人信息属于个人隐私，因此要保证数据存放在服务器上的安全性，不能随意让人 存取。除了 UNIX系统和ORACLE数据库本身提供的用户与密码管理外，通过在服务器端进行 应用程序标志(ApplicationEntityTitie)检查，来保证病人信息的安全性。另外设置使 用VIP数据的用户帐号和密码，限制一般人对VIP数据的存取。(5) 可靠性和稳定性为了保证系统的可靠性和稳定性，首先要米用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

10、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。打开文件将数据插入 数据库。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

11、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。(6) PACS与RIS的接口和集成方法PACS与RIS的集成方法有三种，第一种是终端模拟，即一个PACS工作站作为RIS的一 个终端，进行RIS的操作，这种方法的缺点是不能在PACS与RIS之间进行数据交换；第二 种是数据库与数据库之间的传输，即两个系统共享存储在公共区域的一部分数据，由于PACS 的数据通讯与存储格式采用DICOM, RIS的部分数据通讯格式采用HL7，所以两者在使用数 据时要进行数据格式转换；第三种是接口机器，由接口提供查询语言(程序)来在网络上存 取不同系统之间的数据，该查询语言能分析请求信息、辨别要查询的数据库、提取数据、转 换数据格式及传送数据。由于我们采用的数据库系统ORACLE提供了较强大的数据库接口 ORACLE CALL INTERFACE和ODBC，在此，我们采用第三种方法来进行PACS与RIS的集成。