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摘 要：随着医院信息化建设发展的需要,各医疗机构之间信息的共享成为必然趋势.创建一个区域化的医学影像数据中心,通过综合运用互联网技术、医学影像传输技术、海量数据存储技术、以及不同影像信息系统之间的集成技术等实现大区域内影像检查信息的共享有着重要的意义.阐述了医学影像数据中心系统建设的重要性,并重点研究了医学影像数据中心存储系统的设计与实现.
关 键 词：PACS；区域医学影像数据中心；存储系统
中图分类号：TP392文献标识码：A文章编号：16727800（2013）009012503
作者简介：陈彬彬（1975-）,女,硕士,雅安职业技术学院讲师,研究方向为多媒体技术及其应用.
0引言
在2009年颁布的《国务院关于深化医药卫生体制改革的意见》中提出大力推进医药卫生信息化建设,明确了信息技术的应用是医改的重要任务之一.在国家新医改政策实施过程中,现代医院的信息化建设和业务网络化应用程度得到了飞速的发展,数字影像设备在各级医疗单位应用广泛.PACS（影像归档和通信系统）系统作为医院信息化建设的重要组成部分,与医疗诊断环节紧密结合,已成为病人诊治的重要依据.医疗信息化的发展,使各医疗机构之间信息的共享成为必然趋势.创建一个区域化的医学影像数据中心,提供医疗机构之间信息和存储设备的共享平台,将起到支撑区域医疗发展,提高医疗服务水平的重要作用.
1区域医学影像数据中心概述
1.1区域医学影像数据中心功能
随着我国医疗卫生事业的发展,数字化医学影像设备在医学诊断中的应用越来越多,与临床各学科的结合也日益紧密,在医疗诊治工作中发挥着相当重要的作用.PACS系统是利用计算机和网络技术对医学影像进行数字化处理的系统,主要包括数字化医学影像的采集、存储、传输和重现等,该系统所需设备和技术与传统的文字信息处理系统差别很大.许多医院在建成了全院PACS后,医学影像数据呈海量增长,其管理和使用成为急需解决的问题,医学影像数据中心的出现解决了这一难题.目前区域医学影像数据中心一般由政府部门建设,统一架构将各医院的医学影像数据集中存储和共享.区域医学影像数据中心采用基于安全存储和高效检索的IDC（InterDatacenter）体系架构,集成了安全环境和专业服务环境,向各级医疗机构及医政管理部门提供医学影像信息存储和共享服务.以医学影像数据中心为平台,利用网络将各医院的医疗影像数据集中交给专业人员进行专业化管理,医院不需管理日益膨胀的海量影像数据,可以更专注于对病人的诊断治疗.对于数据中心的数据实现区域化数据共享,不同医院之间可以互相调阅被作为重要诊治依据的医学影像资料、诊断结果、电子病历等相关信息,对患者在不同医院和不同时期的就诊数据进行跟踪,报告互认共享,初步实现基于医学图像的远程医疗,有利于减少重复检查费用,降低医疗成本,提高诊治的有效性.汇集到数据中心的数据还可以为更多的机构服务,如医学院可向数据中心申请对医学影像数据的借阅,起到了医学影像教育和培训平台的功能.
1.2区域医学影像数据中心系统设计要求
区域医学影像数据中心特别强调的是资源的充分共享和流程运作的一体化,优化医疗资源和提高诊疗水平.该中心以实现区域数字医学影像信息实用共享为目标,基于业务分布、数据集中的管理模式,采用区域化集中式存储管理架构,建立区域医学影像共享应用系统,确保医学影像数据的集中归档管理和存储.区域医学影像数据中心实现市、区级阅片、诊断、报告、会诊（TDS）、管理、业务应用和数据挖掘分析等的全面应用和管理；支持区域医学影像资源专家库和区域远程影像会诊中心的建立；支持区域内各级医院调阅在本区域内就诊的病人影像信息和诊断信息；支持区域医学影像教育和培训平台的建立,实现资源共享.在新的模式下,患者的医学影像资料由前端的医疗设备采集后,通过交换机传送到中心服务器,并存储在中心数据库中.当有影像数据应用需求时,服务器会通过网络将图像传输给相应的临床医生的终端,或者传输到科室的工作站.医学影像共享应用系统须遵循国家及医疗卫生行业的信息化数据标准或规范,如HL7CDA、DICOM、ICD10、电子签名法、电子病历国家标准等,能够确保数据的准确性、可靠性、完整性、安全性及保密性.在大量数据环境下能保证系统的运行速度；有数据迁移功能和技术；能确保数据存储及共享的标准化.
1.3医学影像数据中心体系结构
区域PACS在各级医疗机构以及医疗主管部门之间通过专用网络或公共网络进行影像同步和传输,主要实现跨医疗机构的影像共享和中小医疗机构的影像托管.区域影像数据中心采用符合IHE相关技术规范的应用架构,建立三层体系结构,自下而上是资源层、服务层、应用层,如图1所示.各层有相应的功能构件,来实现服务器系统、存储系统、区域内医院各种异构PACS的集成、系统安全和数据安全以及运行维护管理等方面的功能.当需要扩展影像数据中心的功能时,通过在服务层增加对应的功能模块来实现,充分体现了系统的可扩展性.
2区域医学影像数据中心存储技术
2.1区域医学影像数据中心影像存储系统设计要求
医学影像数据具有占用存储空间大、保管时间长的特点；数据类型复杂多样,主要是大量的图形和影像等信息：使用时响应速率要求高.区域医学影像数据中心采用DICOM标准来统一管理影像数据,归档数据统一存储,必须配有专门的服务器、磁盘阵列、光盘库、磁带库,以支持影像的在线、近线和离线存储,满足医学影像资料存储空间巨大的需要.区域医学影像数据中心负责存储和处理PACS系统中的在线影像和归档过期的影像,对存储系统的要求有：影像数据完整无缺失；数据访问的高效率,及时响应医生在各工作站上提出的各类检查影像的调阅申请；支持异质存储设备,即不同厂商提供的不同类别的存储设备；无限扩充系统在线数据存储容量,各级存储点可自由增设,且存储容量可扩充；灵活实用的存储策略规划；支持服务器集群机制,保障系统24h不间断服务.2.2医学影像数据智能分级存储管理
区域医学影像数据中心的建立解决了各医疗单位日益膨胀的医学图像数据安全高效存储的难题.依据影像数据存储要求和数据量,在集中统一存储和管理的架构下,医学影像数据大多采用多级存储和管理结构,分为影像在线存储、近线存储、离线存储,如图2所示：
（1）在线存储：集中存储区域内各医疗单位产生的短期（3个月）在线影像数据,供各医院医生及医政管理机构快速地通过网络实现查阅.在线存储需要大容量、高性能存储器,能满足工作站高频率的访问、读取、写入请求.设备存储介质采用高转速、高接口带宽的SAS/FC高速磁盘,具有访问速度快、吞吐量大的特点,但存储空间有限,单位存储价格较高.
（2）近线存储：集中存储区域内各医疗单位产生的超过一定期限的影像数据,在某一时刻存储设备中只有少数存储介质在线,要获取所需影像数据时通过各种优化算法将其加载到系统中,提供安全、及时、准确的数据访问.设备存储介质采用大容量SATA硬盘,可集中存储区域内5年的在线影像数据,每GB的存储价格最低.近线存储满足数据精确定位及存取要求所耗费的时间长,智能化程度低,需要一定的手工操作与管理.
（3）离线存储：各医院的过时（5年以上）的医学影像数据交由数据中心统一存储和管理.医学影像数据中心服务平台与各医院的PACS系统相连接,通过VPN专线将影像数据定时上传.离线存储在安全性、大容量等方面提出更高的要求,存储介质以磁带库（AIT）和光盘塔为代表,将影像数据刻录在磁带或光盘存储介质上,按时间顺序垒放在档案柜中,实现医学影像资料的永久性海量存储.
通过合理配置各级存储设备容量构建的医学影像数据在线、近线和离线存储系统,在一定程度上解决了海量影像数据的长期存储与管理问题.
2.3影像数据存储解决方案
区域影像数据中心以存储和查询为主要应用,而影像数据存取的效率与存储架构密切相关,可以使用大容量存储器实现海量永久存储要求,使用高速存储设备满足影像高速率的存储要求.目前常用的存储架构有：
（1）以服务器为中心的直连式存储（DirectAttachedStorage,简称DAS）是将RAID硬盘阵列直接连接到服务器扩展接口的数据存储设备,有近40年的使用历史.DAS依赖服务器主机操作系统进行数据的存储维护管理,大量占用服务器主机资源（包括CPU、I/O等）,数据流需要回流主机后再存储到与服务器相连的磁带库.由于DAS本身是硬件的堆叠,不带有存储操作系统,存储效率较低.另外直连式存储的数据量越大,存储和恢复操作耗时越长,对服务器性能的依赖性就越大.
（2）以数据为中心的网络附接式存储（NetworkAttachedStorage,简称NAS）是一种任务优化的直接与网络介质相连的存储设备,每个设备都分配有IP地址,所以客户机通过充当数据网关的服务器来实现数据的集中存储与访问.NAS具有网络服务器的功能,能够提供独立的存储空间和设置文件夹或文件的存取权限,通过以太网接口实现存储设备与LAN的互连,支持数据从服务器中传送到外接的磁带机上,保证数据安全和快捷备份.
（3）以网络为中心的存储区域网络（StorageAreaNetwork.,简称SAN）SAN是一种基于光纤通道技术的高速网络或子网络,提供在计算机与存储系统之间的数据传输.SAN的传输介质是同轴电缆和光纤,以专用SAN光交换机（或光集线器）为核心,与配备光纤接口的存储设备（如磁带库、磁盘阵列等）组成一个专用存储网络系统.非光纤连接的存储设备（如基于SCSI的存储设备等）可通过网桥、路由器等互联设备连接到SAN中.SCSI和iSCSI是使用较广泛的两种存储区域网络协议.
SAN存储实现的是直接对物理硬件的块级存储访问,提高了存储效率和具备更强的升级能力,适合做数据库服务器存储；NAS可提供多台服务器文件系统级的共享,适合做文件服务器；DAS存储效率低,逐渐被淘汰.在区域影像数据中心存储应用中,建议采用FCSAN（FC,FiberChannel光纤通道）存储架构,SAN可简化数据管理及实现集中控制,允许服务器连接到任何存储阵列中,不仅增加系统存储容量,而且方便服务器实现数据的直接存取.基于SAN的存储架构能更好地满足医学影像数据中心日益增长的存储和查询需求,实现对医学影像数据的高效管理和维护.
2.4医学影像数据存储、查询的实现
区域数据中心的存储系统存在两种数据存储类型：关系数据库和文件.影像文件通常以文件的形式存储,而病人基本数据则采用关系数据库存储.
影像数据存储格式遵循DICOM（医学数字图像存储与通信标准）规定,DICOM医学图像文件的后缀名为.dcm,一般的图像处理软件不支持该种格式.DICOM文件包含文件头和数据集两部分,其中DICOM文件头包含病人信息（如ID号、姓名、性别、年龄等）、图像信息（如生成日期、采集设备型号、厂商信息等）、文件大小等数据.图像数据集部分存储数字医疗设备的原始图像数据,其数据量大小因医疗设备而异.
PACS大部分是基ߛ
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0;文件系统的.病人的某次检查的所有DICOM影像数据,以文件形式单独存放在文件服务器上为该次检查建立的文件夹下,而其相关信息如：病人信息、医疗信息、诊断分析等文字信息及医学影像文件的物理存储路径以记录的形式仍旧存储在关系数据库服务器中.该数据库记录使得影像数据与病人信息之间建立起了索引关系,客户端在查询某个病人的影像资料时,首先从数据库服务器上依据病人ID、姓名等基本信息索引出相关影像资料存储的路径,然后登陆文件服务器,在该路径下读取所需影像资料.2.5医学影像数据中心安全措施
（1）链路安全：二级以上医院均采用双链路、双路由器做热备份.
（2）数据安全：通过存储消冗网关对数据进行重复数据删除、数据自动归档及网络查询调用,实现数据绿色智能存储；中心容灾架构,实现正常情况下的数据备份、遇到不同灾难时的数据修复,确保数据无损；在应用层面进行数据加密传输防止数据外泄,数据库行为审计防止非法数据操作.可实现对归档信息及归档操作日志的记录,并可以查询某个时间范围的归档日志或用户操作日志,方便管理员对归档过程的监控.
（3）边界安全：在数据中心和医疗机构间架设防火墙、入侵检测,数据中心和公众服务区用网闸隔离.
（4）虚拟机安全：采用虚拟化技术,打造计算资源统一管理、按需分配的基础架构云计算平台,占用资源少,升级维护简单.
（5）业务安全性：关键业务采用负载均衡技术,有效提高业务的连续性.核心业务利用医院原有设备,将数据同步至医院.
3结语
在建立医学影像数据中心之后,可以逐步完成各级医疗机构的PACS系统集成,并在建立和完善医学影像数据库的基础上实现各医院的远程会诊,具有在会诊医生之间进行高效影像综合信息传输功能.医学影像数据中心的出现突破了医院局域网限制,使优质的医疗资源得到高效共享,医生可随时随地了解患者的情况并给予及时处理,这样不仅可以提升医生的工作效率,还可以提高患者的满意度.区域医学影像中心的建立与使用为我国医疗的现代化及医疗资源的高效利用,提供了更为广阔的应用前景.