【正文】 %的流量在 2 層本地網(wǎng)絡(luò)之間傳輸，只有20%需要和第三層核心網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行交換，大大減少了對(duì)核心層的負(fù)擔(dān)，一定程度上保護(hù)了數(shù)據(jù)的安全；(1)采用存儲(chǔ)專用網(wǎng)絡(luò) SAN，與 IP 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立；(2)利用熱備用路由協(xié)議（HSRP ） ，保障系統(tǒng)的高可用性； (3)利用端口聚合協(xié)議（PAgP ） ，主干鏈路采用 Trunk，成倍提高帶寬，并提供主干鏈路冗余；(4)PACS 劃分在獨(dú)立的 VLAN 內(nèi)；(5)放射科等 PACS 應(yīng)用科室采用千兆到桌面。 服務(wù)器分級(jí)體系架構(gòu)分析 該院綜合考慮空間、成本，所支持操作系統(tǒng)，可管理、可用性和安全特性，可擴(kuò)展性 、強(qiáng)大、安全的可用性特性，選刀片服務(wù)器作為目前 PACS 中心服務(wù)器。市場上有 dell 和 hp 等多家知名服務(wù)廠家，是當(dāng)前市場上最節(jié)能、最靈活和最東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 系統(tǒng)分析 16易于管理的刀片服務(wù)器之一。但是刀片服務(wù)器很難同時(shí)兼顧性能和能效,從發(fā)展的眼光來看，中小型機(jī)仍然是未來選取的對(duì)象。但是，再高性能的服務(wù)器都有瓶頸，同時(shí)還需考慮醫(yī)院成本。兼顧多方，綜合考慮采用服務(wù)器分級(jí)系統(tǒng)。圖像及病人的相關(guān)信息從圖像采集工作站、HIS 和 RIS 系統(tǒng)送往 PACS 服務(wù)器，又稱 DICOM 服務(wù)器、中心服務(wù)器、中心 PAS（PACS Archive server） 。PACS 服務(wù)器群是是 PACS 的核心，一般采用雙機(jī)或集群。整個(gè)服務(wù)器集群系統(tǒng)包含兩臺(tái)中心服務(wù)器（構(gòu)成雙機(jī)熱備份） 、一套臨床服務(wù)器、多套科室（病理科、超聲內(nèi)窺鏡科）前置服務(wù)器，目前醫(yī)院使用一套影像設(shè)備前置服務(wù)器、一套臨床前置服務(wù)器。PACS 系統(tǒng)服務(wù)器群示意圖如圖 所示：圖 PACS 系統(tǒng)服務(wù)器群 The PACS server cluster system(1)服務(wù)器的基本操作主要包括：(2)接受圖像采集工作站發(fā)送過來的醫(yī)學(xué)圖像；(3)提取接受圖像的相關(guān)文字信息；(4)配置圖像設(shè)備、采集工作站的通信方式，包括 ip、AE 名和 Port NO.；(5)通過網(wǎng)絡(luò)提取、更新 RIS 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)；(6)確定圖像顯示的顯示工作站所在位置；(7)確定圖像顯示的最佳對(duì)比度和亮度參數(shù)；(8)服務(wù)器之間更新傳送文件；東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 系統(tǒng)分析 17(9)壓縮、備份圖像的數(shù)據(jù)；(10)為其他工作站和控制器提供圖像存取服務(wù)。中心服務(wù)器系統(tǒng)是 PACS 系統(tǒng)的核心，系統(tǒng)基于 Linux 平臺(tái)運(yùn)行，部署 PACS中心數(shù)據(jù)庫、RIS 服務(wù)模塊及 PACS 中心服務(wù)模塊，負(fù)責(zé)對(duì)各個(gè)前置服務(wù)器發(fā)送來的影像進(jìn)行自動(dòng)歸檔存儲(chǔ)，進(jìn)行全局影像數(shù)據(jù)庫管理，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信管理；提供全部 RIS、超聲、內(nèi)鏡和病理系統(tǒng)的文本信息存儲(chǔ)及檢索服務(wù)，提供全部影像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和檢索服務(wù)，提供長期歷史影像數(shù)據(jù)的訪問服務(wù)；在接收到來自各個(gè)檢查科室前置服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)后，負(fù)責(zé)向臨床服務(wù)器發(fā)送影像及報(bào)告數(shù)據(jù)；當(dāng)各個(gè)子網(wǎng)的圖像訪問終端試圖調(diào)閱圖像時(shí)，中心服務(wù)器負(fù)責(zé)返回給調(diào)閱者指定影像信息存儲(chǔ)的具體位置；當(dāng)某個(gè)前置服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，中心服務(wù)器負(fù)責(zé)頂替前置服務(wù)器工作以保持醫(yī)院業(yè)務(wù)的連續(xù)性。PACS 前置服務(wù)器（超聲科、內(nèi)窺鏡科、病理科等檢查科室服務(wù)器）可以部署在各個(gè)檢查子網(wǎng)上，部署 PACS 分中心服務(wù)模塊，主要負(fù)責(zé)向 PACS 中心服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備發(fā)來的原始圖像，同時(shí)向子網(wǎng)終端客戶提供近期圖像訪問服務(wù)以減輕主服務(wù)器訪問壓力，進(jìn)行系統(tǒng)負(fù)載均衡，形成多級(jí)訪問機(jī)制，提高系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性、可靠性和訪問速度。PACS 前置服務(wù)器可配合 PACS 中心服務(wù)器組成負(fù)載均衡集群，解決前端（各影像科室）應(yīng)用壓力和負(fù)載壓力，并額外提供多一級(jí)的本地應(yīng)用安全保障。PACS 臨床服務(wù)器部署在各個(gè)臨床科室子網(wǎng)上，部署 PACS 分中心服務(wù)模塊，主要負(fù)責(zé)向?qū)τ跋褓|(zhì)量和處理功能要求較高的臨床終端客戶提供病人原始圖像及文字報(bào)告訪問服務(wù)以減輕主服務(wù)器訪問壓力，進(jìn)行系統(tǒng)負(fù)載均衡，形成多級(jí)訪問機(jī)制，提高系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性、可靠性和訪問速度。PACS 臨床服務(wù)器可加入到 PACS中心服務(wù)器集群系統(tǒng)中，解決前端應(yīng)用壓力和負(fù)載壓力，并額外提供多一級(jí)的本地應(yīng)用安全保障。目前本院還未架設(shè) PACS Web 服務(wù)器系統(tǒng)。部署 PACS Web 服務(wù)模塊，主要負(fù)責(zé)向?qū)D像要求一般的臨床終端客戶或配置較低的臨床終端客戶提供病人原始或壓縮圖像及文字報(bào)告訪問服務(wù)，客戶端以瀏覽器方式運(yùn)行，不須安裝任何軟件，對(duì)硬件要求較低，易于部署和快速實(shí)施，后臺(tái)系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫實(shí)體化視圖方式保持與中心服務(wù)器的數(shù)據(jù)同步，可以達(dá)到減輕主服務(wù)器訪問壓力，形成多級(jí)訪問機(jī)制，提東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 系統(tǒng)分析 18高系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性、可靠性和訪問速度的目的。PACS 中的存儲(chǔ)歸檔系統(tǒng)（Archiving Manager）不是簡單的影像存儲(chǔ)，還包括影像及其相關(guān)信息的定位、傳送和存儲(chǔ)規(guī)劃等功能。PACS 具備圖像及相關(guān)信息的長期存儲(chǔ)管理（Long Term Storage Management，LTSM ）和短期存儲(chǔ)管理（Shot Term Storage Management STSM） [8]。存儲(chǔ)系統(tǒng)中存儲(chǔ)設(shè)備通常會(huì)分成三種角色：在線存儲(chǔ)、近線存儲(chǔ)、離線存儲(chǔ)。通常將傳輸速率要求高或經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)存放在在線存儲(chǔ)的設(shè)備上（如 SAN 磁盤陣列） ，將不經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)存放在近線存儲(chǔ)的設(shè)備上。 在線（OnLine）存儲(chǔ)，是指連接在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中可保持直接、實(shí)時(shí)、快速訪問的存儲(chǔ)設(shè)備。在線設(shè)備實(shí)際應(yīng)用中通常選用光纖磁盤陣列。 離線（OffLine）存儲(chǔ)，是指設(shè)備或介質(zhì)平時(shí)不裝載在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在存取數(shù)據(jù)時(shí)將設(shè)備或介質(zhì)臨時(shí)裝載或連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，最典型的離線存儲(chǔ)設(shè)備是磁帶機(jī)。離線方式通常在訪問速度上要低一些，但是因其可以隨時(shí)更換存儲(chǔ)介質(zhì)，所以其存儲(chǔ)容量沒有實(shí)際限制。由于離線到在線的介質(zhì)裝載過程很長，所以離線存儲(chǔ)一般用來存儲(chǔ)那些不經(jīng)常使用的冷數(shù)據(jù)。 近線（NearLine）存儲(chǔ)介于在線存儲(chǔ)和離線存儲(chǔ)之間，近線存儲(chǔ)可采用硬盤、數(shù)據(jù)流磁帶、光盤作為存儲(chǔ)介質(zhì)，通常由 SATA 磁盤陣列、磁帶庫、光盤庫和存儲(chǔ)管理軟件構(gòu)成。根據(jù)對(duì)醫(yī)院數(shù)據(jù)要求的分析，推薦兩級(jí)存儲(chǔ)解決方案：前置、中心在線存儲(chǔ)歸檔。 影 像 數(shù) 據(jù) 訪 問 分 析在病人到放射科就診的實(shí)際業(yè)務(wù)過程中，服務(wù)器集群系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)相互協(xié)作，分別在病人檢查、圖像匹配、存儲(chǔ)歸檔、醫(yī)生調(diào)閱的各個(gè)環(huán)節(jié)上發(fā)揮作用。當(dāng)病人在放射科進(jìn)行登記后，影像設(shè)備即可通過訪問所屬前置服務(wù)器來取得RIS 中存儲(chǔ)的病人 Worklist 信息，并通過 DICOM MPPS 服務(wù)將檢查狀態(tài)反饋給前置服務(wù)器，前置服務(wù)器隨之根據(jù) MPPS 中的內(nèi)容更改保存在中心服務(wù)器 RIS 系統(tǒng)中的病人檢查狀態(tài)。當(dāng)病人完成檢查，技師將圖像發(fā)送給設(shè)備所屬前置服務(wù)器后，前置服務(wù)器通過DICOM Storage Commit 服務(wù)對(duì)圖像數(shù)目進(jìn)行確認(rèn)，并與 RIS 中保存的病人文本數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，確保病人信息與圖像信息的一致性；隨后前置服務(wù)器對(duì)圖像進(jìn)行標(biāo)記，東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 系統(tǒng)分析 19并將圖像壓入圖像歸檔隊(duì)列；安裝于各個(gè)前置服務(wù)器上的隊(duì)列管理器實(shí)時(shí)監(jiān)測圖像歸檔隊(duì)列，按照預(yù)定義規(guī)則將隊(duì)列中的圖像送至接收者（指中心服務(wù)器） ，并對(duì)歸檔過程進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)歸檔失敗時(shí)隊(duì)列管理器可以自動(dòng)按照預(yù)定義規(guī)則處理錯(cuò)誤（一定時(shí)間后自動(dòng)重試，多次重試仍失敗后記錄報(bào)警日志，而后管理員可以選擇手動(dòng)重試或取消任務(wù)） ，以保證中心服務(wù)器和前置服務(wù)器之間數(shù)據(jù)的一致性。歸檔過程完成后，在醫(yī)生以顯示病人本次或歷史影像時(shí)，所有的調(diào)閱請求均先提交給中心服務(wù)器調(diào)度管理程序，調(diào)度管理程序查閱中心數(shù)據(jù)庫中保存的數(shù)據(jù)遷移記錄（圖像是否已從前置服務(wù)器遷出或從中心服務(wù)器回遷） ，按照就近分配原則指示客戶端從前置服務(wù)器或中心服務(wù)器上取得所需圖像，通常情況下的圖像分配策略是，病人本次檢查的各種圖像（一次檢查可以包括不同類型、如既做 CT 又做超聲或 MR）將從所做檢查對(duì)應(yīng)科室前置服務(wù)器上獲得，病人歷次檢查的所有圖像將從中心服務(wù)器（無預(yù)約時(shí)）或所屬科室前置服務(wù)器上獲得（病人提前預(yù)約時(shí)） 。服務(wù)器集群系統(tǒng)實(shí)際上采用了一種集中加分級(jí)的混合型結(jié)構(gòu)，綜合了分布式系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡和集中式系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了分布式系統(tǒng)數(shù)據(jù)容易發(fā)生不一致和集中式系統(tǒng)所有終端直聯(lián)服務(wù)器導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)和中心節(jié)點(diǎn)負(fù)載過大的問題。在服務(wù)器分級(jí)體系架構(gòu)中，可以通過以下兩個(gè)策略來保證了多級(jí)節(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的一致性：首先所有用戶可以訪問的數(shù)據(jù)（報(bào)告和圖像）索引只保留一份，均直接存儲(chǔ)在中心服務(wù)器上，客戶端直接與中心服務(wù)器進(jìn)行交互，然后按照中心服務(wù)器的指示從集群內(nèi)指定節(jié)點(diǎn)上（通常是前置服務(wù)器）取得所需數(shù)據(jù)，這樣既可以保證不同前置服務(wù)器所屬的終端客戶均訪問的是同一份數(shù)據(jù)，又可以保證因圖像傳輸而產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)流均保持在科室服務(wù)器和所屬工作站之間，大大節(jié)省了寶貴的中心網(wǎng)絡(luò)帶寬；其次所有可能導(dǎo)致在多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間需要進(jìn)行同步數(shù)據(jù)的更新操作（如管理員手動(dòng)修改了圖像中的姓名，醫(yī)生將對(duì)圖像所作標(biāo)注保存到服務(wù)器上等）也直接由客戶端向中心服務(wù)器提交，中心服務(wù)器收到數(shù)據(jù)更新請求后，首先按照操作內(nèi)容更新本地影像數(shù)據(jù)，并修改中心數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)數(shù)據(jù)記錄以保證所有對(duì)已修改數(shù)據(jù)的訪問請求均直接從中心服務(wù)器本地影像中獲得響應(yīng)，隨后再將所作更新操作廣播到集群中東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 系統(tǒng)分析 20每個(gè)節(jié)點(diǎn)上，保證整個(gè)集群內(nèi)部數(shù)據(jù)的一致性；即使因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)故障等原因?qū)е聜€(gè)別節(jié)點(diǎn)的更新操作不能進(jìn)行，系統(tǒng)也可以日志方式通知管理員，同時(shí)由于更新操作涉及的圖像均可以直接從中心服務(wù)器本地陣列中獲得，該部分“臟” 數(shù)據(jù)用戶永遠(yuǎn)也不可能訪問到，從而確保了整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。由于醫(yī)院門診量大，由此產(chǎn)生的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量很大，為提高設(shè)備利用效率，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高大業(yè)務(wù)量下的終端數(shù)據(jù)訪問速度，設(shè)計(jì)以下影像預(yù)取方案。為實(shí)現(xiàn)對(duì)影像進(jìn)行預(yù)取，相關(guān)影像設(shè)備需支持 DICOM 設(shè)備操作過程步驟 (Modality Performed Procedure Step,MPPS)，應(yīng)用 MPPS 服務(wù)，成像設(shè)備就可以想 PACS/RIS系統(tǒng)傳遞檢查執(zhí)行過程中的各種狀態(tài)信息，從而改善和加強(qiáng)工作流程的管理。根據(jù)醫(yī)院業(yè)務(wù)特點(diǎn)，將預(yù)取工作流程分為兩大類，由臨床或門診科室觸發(fā)預(yù)取和由放射科或影像科室觸發(fā)預(yù)取，其基本原理和流程相同，只是觸發(fā)對(duì)象不同。預(yù)取的信息主要是患者的歷史信息，主要包括：患者影像信息、患者檢查信息、患者診斷信息、患者隨訪信息及其它信息（如專家信息） 。預(yù)取觸發(fā)事件主要是復(fù)診患者，包括門診患者與住院患者。 如果復(fù)診患者指定所預(yù)約的臨床醫(yī)生，則預(yù)取過程是：(1) 檢索患者歷史信息，察看所有信息是否均在線，如果不在線，則將所有數(shù)據(jù)逐級(jí)預(yù)取到中心服務(wù)器；(2) 將數(shù)據(jù)（包括影像、診斷信息、隨訪信息等歷史信息）預(yù)取到影像科室前置服務(wù)器；(3) 從前置服務(wù)器推送到臨床醫(yī)生的工作站上；(4) 臨床醫(yī)生下檢查申請單之后，如果制定了放射科室診斷醫(yī)生，則數(shù)據(jù)從中心服務(wù)器推送到相應(yīng)的放射科室診斷醫(yī)生本地；(5) 如果復(fù)診患者未指定所預(yù)約的臨床醫(yī)生，則預(yù)取過程是：檢索患者歷史信息，察看是否所有信息均在線，如果不在線，則將將數(shù)據(jù)（包括影像、診斷信息、隨訪信息等歷史信息）預(yù)取到前置服務(wù)器；(6) 臨床醫(yī)生通過工作站直接訪問前置服務(wù)器。 本 章 小 結(jié)本章介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是通過 PACS 項(xiàng)目建設(shè)，走向三甲醫(yī)院目標(biāo)，實(shí)東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 3 章 系統(tǒng)分析 21現(xiàn)整個(gè)醫(yī)院影像診療過程數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息共享化、無膠片化。其次，介紹了醫(yī)院 PACS 系統(tǒng)需求分析，包括各個(gè)科室需求、網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的分析、影像數(shù)據(jù)訪問分析。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第 4 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 第 4 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) PACS 系 統(tǒng) 網(wǎng) 絡(luò) 架 構(gòu) 設(shè) 計(jì)醫(yī)院目前由東西兩院構(gòu)成，數(shù)據(jù)中心機(jī)房設(shè)在東院，西院只負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)傳輸，目前未設(shè)服務(wù)器。目前醫(yī)院有 HIS 系統(tǒng)、RIS 和 LIS 系統(tǒng)中心機(jī)房現(xiàn)有的核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備支持大吞吐量圖像數(shù)據(jù)傳輸；在原有的信息化建設(shè)基礎(chǔ)上，新上線的PACS 中心服務(wù)器使用某廠家的刀片服務(wù)器，建成 SAN 網(wǎng)絡(luò)，在中心服務(wù)器和前置服務(wù)器上安裝 Redhat Linux 和 oracle，并用 Roseha 軟件搭建成雙機(jī)環(huán)境。如圖 是全院 PACS 總體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。圖 醫(yī)院 PACS 總體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D Hospital PACS overall work topology 患 者 檢 查 工 作 流 程 設(shè) 計(jì)參照醫(yī)院現(xiàn)行工作流程