医院PACS系统的设计与实现_论文

1、 分类号 密级 UDC 学 位 论 文医院 PACS 系统的设计与实现徐永军指导教师：凌琪 教授 民族大学计算机科学与技术学院黄涛 高级工程师 华海医疗信息技术股份申请学位级别： 硕士学科类别：专业学位学科专业名称： 软件工程论文提交日期： 2012 年 11 月论文答辩日期：2012 年 12 月学位授予日期：答辩委员会主席：评阅人： 2 / 67东 北 大 学2012 年 11 月A A ThesisThesis inin SoftwareSoftware EngineeringEngineeringDesignDesign andand ImplementationImplementat

2、ion ofof DigitalDigital HospitalHospital PACSPACS SystemSystem By Xu YongjunSupervisor: Professor Zhao Lingqi 3 / 67NortheasternNortheastern UniviersityUniviersityOctoberOctober 20122012 独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献

3、均已在论文中作了明确的说明并表示意。 学位论文作者签名： 日 期：学位论文使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年 一年 一年半 两年 学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 签字日期： II / 67医院 PACS 系统的设计与实现摘 要现阶段我国数字化医院快速发展。提高医疗管理水平、工作效率、更好地为患者服务，为社会服务，已经成为数字化医院考虑的

4、首要问题。数字化医院主要指医院信息系统（HIS） 、放射信息系统（RIS） 、数字化医学影像归档与传输系统（PACS）三个部分。医学影像存档与传输系统（Picture Archiving and Communication System，PACS）是指全面解决医学图像的采集、显示、存贮、传送和管理的综合系统。系统以国医疗环境与法令为基础，遵循了国际医疗信息交互标准发展，运用了现代科学技术，通过对医院信息系统的现有环境、管理现状和特点进行分析，实现了医院 PACS 的运行。文章的主要容是围绕 PACS 系统的需求分析，围绕实现 PACS 系统的中心服务器、前置机服务器的搭建，围绕放射科工作站、窥

5、镜网络信息系统、病理工作站，以与临床工作站等进行设计和实现的。系统的重点是 PACS 的实现，难点是 DICOM 影像数据的读取分析、影像显示和图像编辑。最后部分是对此系统进行合理的测试，并提出将来的改进与发展。关键词：数字化医院；医院信息系统；放射科信息系统；PACS；DICOM III / 67DesignDesign andand ImplementationImplementation ofof TongLiaoTongLiao CityCity HospitalHospital PACSPACS SystemSystemAbstractAt the present stage of

6、Chinas rapid development of digital hospital. To improve the medical management level, work efficiency, serve the patients better, serve for the society, has become the primary problem of digital hospital. Digital hospital mainly refers to the hospital information system ( HIS ), radiology informati

7、on system ( RIS ), digital picture archiving and communication system ( PACS ) three parts. Picture archiving and communication system ( Picture Archiving and Communication System, PACS ) is a comprehensive solution to the medical image acquisition, display, storage, transmission and management inte

8、grated system.System to domestic medical environment and act as the basis, to follow the international health information exchange standards development, use of modern science and technology, based on the existing hospital information system environment, management situation and characteristics are

9、analyzed, to achieve the hospital PACS operation.The main content of the paper is structured around PACS system needs analysis, around implementation PACS system center server, front-end server structures, surrounding the radiology workstation, endoscopy, pathology workstation network information sy

10、stems, as well as clinical workstation design and implementation. The system focuses on the PACS implementation, difficulty is the DICOM image data read analysis, image display and image editing. The last part of this system is reasonable test, and put forward the future development and improvement.

11、KeyKey words:words: Digital Hospital; Hospital Information system, Radiology IV / 67Information system, PACS;DICOM V / 67目 录声明I中文摘要IIABSTRACTIII第 1 章 绪论11.1 研究背景 11.2 研究意义 41.3 文章容安排 4第 2 章相关技术介绍52.1 医院信息系统 52.2 DICOM 介绍 52.3 PACS 介绍 72.4PACS 和 HIS、RIS 之间的关系 82.5 本章小结 8第 3 章系统分析93.1 系统设计目标 103.2 需求分

12、析 113.2.1 科室需求 123.2.2 网络建设分析 143.2.3 服务器分级体系架构分析 153.2.4 影像和数据访问分析 183.3 本章小结 20第 4 章系统设计214.1 PACS 系统网络架构设计 214.2 患者检查工作流程设计 21 VI / 674.3 影像系统功能总体流程 234.4 存储结构设计 244.5 DICOM 网关设计 284.6 影像浏览模块设计 294.6.1 影像浏览模块设计 294.6.2DICOM 图像文件解读设计 304.7 登记工作站功能设计 314.8 诊断工作站功能设计 314.9 临床工作站功能设计 324.10 本章小结 32第

13、5 章 PACS 系统实现335.1 医院 PACS 环境搭建 335.1.1 PACS 与 HIS 融合的实现 335.1.2PACS 与 HIS 的接口定义 345.2 DICOM 网关的实现 355.3 影像数据处理 375.3.1 影像数据读取分析 375.3.2 DICOM 图像显示 395.3.3 图像编辑 435.4 工作站的实现 445.4.1 登记工作站 445.4.2 诊断工作站 455.4.3 临床工作站 475.5 本章小结 48第 6 章 系统测试49第 7 章 总结与展望51参考文献53致55 1 / 67第 1 章 绪 论1.1 研究背景提到 PACS 系统，必须

14、先谈到医学信息学（Medical Informatics，MI） 。MI是医学和计算机科学的结合科学，是一门新兴交叉学科。它包含了信息科学和技术支持的医学实践、培训和研究以与信息处理和通讯的认识与应用。医院信息系统（Hospital Information System，HIS）是医学信息学（MI）的重要组成部分，以此同时 HIS 是计算机信息技术的重要应用畴。在国际围，已经形成了一个专门的、不可忽视的卫生信息化产业（Health Information Technology Industry,HIT Idustry） 。美国著名教授 Morris Collen 于 1988 年给医院信息系统

15、定义为：利用电子计算机和通讯设备，为医院所属各部门提供病人诊疗信息和行政管理信息的收集、存储、处理、提取和数据交换的能力，为医院所属各部门提供信息服务，并满足所有授权用户的功能需求。完整的医院信息系统应该包含医院管理信息系统和临床医疗信息系统。HIS 的运用是医院科学管理和医疗服务现代化的重要标志。60 年代初美国、日本、欧洲各国开始建立医院信息系统。到70 年代已建成许多规模较大的医院信息系统。例如，瑞典首都斯德哥尔摩建立了市区所有医院的中央信息系统 MIDAS，可处理 75000 住院和门诊病人的医疗信息。医院信息系统的发展趋势是将各类医疗器械直接联机并将附近各医院乃至地区和国家的医院信息

16、系统联成网络。其中最关键的问题是使不同系统中的病历登记、检测、诊断指标等都要标准化。医院信息系统的高级阶段将普遍采用医疗专家系统，建立医疗质量监督和控制系统，进一步提高医疗水平和保健水平。我国医院信息化经过了近 40 年的发展，主要经历了四个阶段1。第一阶段：单机单用户应用阶段。上世纪7080 年代初，以小型机为主，采用分时终端方式，当时只有少数几家大型的综合医院和教学医院拥有。第二阶段：部门级系统应用阶段。 20 世纪 80 年代中期，随着 XT286 出现 2 / 67和国产化，以与 DBASEIII 和 UNIX 网络操作系统的出现，一些国医院开始建立小型网络，并已经开发出部门管理级别的

17、小型网络管理系统，例如住院管理，药房管理、门诊计价 /划价与收费发药系统等。第三阶段：20 世纪 90 年代，快速以太网和大型关系型数据库日益盛行，完整的网络化医院管理系统的实现已经成为可能，有条件的医院开始开发适合自己医院的医院管理系统。一些 IT 公司也开始开发 HIS。此阶段 HIS 强调以病人为中心，并开发出全院数据充分共享的门诊、住院、药品、物资、固定资产、LIS、PACS 等系统。目前，我国大部分地区的医院在信息化、网络化方面还只是刚刚起步，即使有，也只有如门、急诊系统、住院系统等，跟欧美发达国家有很大的差距。随着网络化的日益普与，以往的医院管理模式已经越来越不能适应时代发展的需要

18、了。报表式、文字式的汇报不但使医院管理者陷在文字的海洋中，而且不靠下属的解释又难以看懂这些材料。不清楚医院的漏洞、不知道收入的比率、不能与时调整人员和资源的分配，病人挂号时间长、交费时间长、取药时间长、看病时间短的“三长一短”的问题也都长期困扰着医院。因此，进行医院信息系统建设，将医院调整到最佳运行状态成为医院管理和建设的一个重点。PACS 的概念提出于 80 年代初。建立 PACS 的想法主要是由两个主要因素引起的：一是数字化影像设备，如 CT 设备等的产生使得医学影像能够直接从检查设备中获取；另一个是计算机技术的发展，使得大容量数字信息的存储、通讯和显示都能够实现。在 80 年代初期，欧洲

19、、美国等发达国家基于大型计算机的医院管理信息系统已经基本完成了研究阶段而转向实施，研究工作在 80 年代中就逐步转向为医疗服务的系统，如临床信息系统，PACS 等方面。在欧洲、日本和美国等相继建立起研究 PACS 的实验室和实验系统。随着技术的发展，到 90 年代初期已经陆续建立起一些实用的 PACS。在 80 年代中后期所研究的医学影像系统主要采用的是专用设备，整个系统的价格非常昂贵。到 90 年代中期，计算机图形工作站的产生和网络通讯技术的发展，使得 PACS 的整体价格有所下降。进入 90 年代后期，微机性能的迅速提高，网络的高速发展，使得 PACS 可以建立在一个能被较多医院接受的水平

20、上。 3 / 67早期的数字化医学影像设备所产生的数字图像格式都是由各个设备生产厂商自己确定的专有格式，别人无法利用。这个问题极影响了 PACS 的发展，这引起广大致力于医学影像研究的学者、厂商和其他行业人士的重视。1982 年美国放射学会（ACR）和电器制造协会（NEMA）联合组织了一个研究组，1985 年制定出了一套数字化医学影像的格式标准，简称 ACR-NEMA 1.0 标准，随后在 1988 年完成了ACR-NEMA 2.02。随着网络技术的发展，人们认识到仅有图像格式标准还不够，通讯标准在 PACS 中也起着非常重要的作用。随即在 1993 年由 ACR 和 NEMA 在 ACR-N

21、EMA 2.0 标准的基础上，增加了通讯方面的规，同时按照影像学检查信息流特点的 E-R 模型重新修改了图像格式中部分信息的定义，制定了 DICOM 3.0 标准。这个标准已经被世界上主要的医学影像设备生产厂商接受，因此已经成为事实上的工业标准。目前，一些主要的医疗仪器公司，如 GE、PHILIPS、西门子、科达等，所生产的大型影像检查设备都配有支持 DICOM 标准的通讯模块或工作站，也有许多专门制造影像系统的公司生产支持 DICOM 标准的影像处理、显示、存储系统。近年来，在每年的北美放射学大会上还专门提供 DICOM 环境，组织各个厂商进行影像设备的互联。随着应用的不断发展，DICOM

22、标准也在不断的更新，它所支持的医学影像种类也不断地增加，已经从原来 ACR-NEMA 标准只支持放射影像扩展到支持窥镜、病理等其他影像。也有学者在研究处理医学图形、声音等信息，同时也有人研究 DICOM与其他医学信息传输标准的沟通，如 HL7 等。人们已经认识到医学影像系统应该是医院信息系统中的一个重要组成部分，PACS 应该与其他系统相互沟通信息，形成一个医院信息的整体。DCMTK(DICOMToolKit)是一套针对 DICOM 标准，由德国的 Kuratorium OFFlS e.V.、HeahhcareInformation and Communication Systems、Esch

23、erweg 等机构联合开发的面向软件设计工程师的开源软件开发包。它是现在主流的 DICOM 的开发包。它用 ANSIC 和 C+混合编程，实现了医学图像的显示、传输、存储和打印等功能，实现了 DICOM 标准的绝大部分功能。它完全以源代码的形式呈现，包括config、ofstd、dcmdata、dcmingle、dcmimage、dcmjpeg、dcmnet、dcmpstat、dcmsign 等多个程序包。可从网上轻松下载到 DCMTK 开发包。目前全世界有很多家医院和企业都在使用它。后面文章将以 DCMTK 为工具来显示 DICOM 图像。 4 / 671.2 研究意义数字化医院的建立，将会

24、使中国目前“以收费为中心”的医院信息系统走向“以病人为中心”的临床信息系统，而医院则会转变为管理病人需要的服务模式。同理，PACS 系统的建立，促进数字化医院环境的形成，提高义务人员的工作效率，降低成本，从根本上提高医疗服务质量和提升竞争力,PACS 可实现诊断信息与图像的在线安全存储与备份，医生可以在工作站上观察任意时间、任意患者的诊断信息与图像资料，实现影像资源共享，方便患者信息查询，大大提高了工作效率。因为每个患者每次到医院就诊，都有唯一的 HISID 号，且不同的检查都有唯一的影像编号。将所有的检查信息统一存储，所以医生在诊断过程中可随时调阅患者以前的影像资料并作对比分析和诊疗观察，从

25、而提高了影像诊断率。另外，通过诊断信息，还可以根据病种做分类查询，统计阳性率，提高病理查询效率，使医院管理者的管理工作更为方便。1.3 文章容安排第 1 章：全文的绪论。对课题产生的背景、研究意义、所做的主要工作和全文组织结构进行了概括性说明。第 2 章：首先介绍医院 PACS 系统相关的理论知识，包括 HIS、RIS、DICOM、和 PACS 等。其次介绍了 PACS 和 HIS、RIS 之间的关系。第 3 章：针对课题进行了系统需求分析。第 4 章：针对课题进行了系统系统设计。第 5 章：这一章是本文的重点。介绍医院 PACS 技术的实现，包括 PACS 系统环境搭建、各个工作站的实现。着

26、重讲述 DICOM 影像读取、显示、转换和编辑。第 6 章：PACS 系统测试。第 7 章： 对该系统的优点和缺点进行总结，提出下一步的改进研究方向和展望。 5 / 67第 2 章 相关技术介绍计算机与网络信息技术的发展，进入了数字化与信息共时代的人们对医院的数字化、信息化程度会有越来越高的要求。以网络通信为基础，将所有的医疗信息整合在一起，已成为现代医院的发展趋势。HIS、RIS、LIS、CIS、PACS 等概念和系统的出现，为医院提供了可行的数字化解决方案。2.1 医院信息系统医院信息系统 HIS (Hospital Information System) ，按照学术界公认的MorrisF

27、. Collen 所给的定义，应该是：利用电子计算机和通讯设备， 为医院所属各部门提供病人诊疗信息( Patient Care Information) 和行政管理信息（Administration Information)的收集(Collect)、存储(Store)、处理(Process) 、提取(Retrieve)和数据交换(Communicate) 的能力并满足所有用户 ( Authorized Users)的功能需求3。医院信息系统 HIS 被业界公认为是迄今为止世界上现存的企业信息系统中最复杂的一类。基本框架模式是采用计算机、网络通信设备，把医院的医疗信息、业务信息进行管理，进而在有

28、条件的情况下，开发管理决策支持和医疗决策支持系统，帮助医院管理者和医务人员作出决策咨询。医院信息系统基本实现了对医院各个部门的信息收集、传输、加工、保存和维护。可以对大量的医院业务层的工作信息进行有效的处理。完成日常基本医疗信息、经济信息和物质信息的统计和分析，并能够提供迅速变化的信息，为医院管理层提供与时的辅助决策信息。医院信息系统的运用，是医院科学管理和医疗服务现代化的重要标志。20 世纪 80 年代 HIS 架构由集中式系统架构发展到分散式体系结构。上世纪90 年代之后，国外开始研究优良的 HIS 体系结构可组合式系统，即 C/S 架构。它优越性在于极高性能、集中式数据管理、扩充升级方便

29、灵活和加速系统的开发。目前国外进入了新一代医院信息系统的体系架构，但是国发展较滞后，没有完整统一的、符合国情的新一代 HIS 体系架构。 6 / 672.2 DICOM 简介DICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine)是医学图像和相关数字信息在计算机之间通信的一个工业标准，它的产生使各国各个不同工厂生产诊断和治疗设备时有了一个可以遵循的统一标准，必须采用此标准或提供该标准的数字通信接口。医学影像设备只有采用 DICOM3.0 标准，其图像数据格式和数据接口才能被存储与传输于目前世界上通用的国际联网系统，并能高速地传输图像文字表格数据与

30、动态图像以与声音，通行无阻地在国际联网计算机上显示出来。可以这样说，任何医学影像设备，只有符合 DICOM3.0，才能为医院接受，否则被医疗事业摒弃4。图 2.1 DICOM 文件格式Fig.2.1 DICOM file format如图 2.1 所示，DICOM 文件格式一般由一个 DICOM 文件头和一个 DICOM 数据集合组成。在 DICOM 文件中最基本的单元是数据元素(Record 或 Data Element)。DICOM 数据集合就是由 DICOM 数据元素按照一定的顺序排列组成的。DICOM 数据元素由四个部分组成: Record Length、Key Length、Key

31、(DICOM File Name)、Value (DICOM File Content)。DICOM 文件头(Header，DICOM File Meta Information)包含了标识数据集合的相关信息。每个 DICOM 文件都必须包括该文件头。文件头的最开始是文件前言，它由 128 个 00H 字节组成，接下来是 DICOM 前缀，它是一个长度为 4 字节的字符串“DICM”，可以根据该值来判断一个文件是不是 DICOM 文件。文件头中还包括其它一些非常有用的信息，如文件的传输格式、生成该文件的应用程序等等。DICOM 文件主要组成部分就是数据集合。这不仅包括医学图像，还包括许多和医学

32、图像有关的信息，如病人、图像大小等。DICOM 数据集合是由 DICOM 数据元素按照指定的顺序依次排列组成的。对于 DICOM 文件，一般采用显式传输，数据元素按标签从小到大顺序排列，即 DICOM PS 3.5 规定的 Explicit VR Little En-dian Transfer Syntax。 7 / 67对于医院影像中心的 CT、MR、CR、DR 等支持 DICOM Storage SCU 的设备，可通过在设备上设定 DICOM 3.0 技术参数（例如：AE Title (Application Entity Title)，IP Address，Port NO.等信息）直接接

33、入 PACS 系统，将其影像传输至服务器与存储系统进行集中存储管理。通过 DICOM Storage 方式可获取原始的影像数据，可保证影像与相关信息的完整性。 AE Title 是配置影像检查设备 DICOM 服务（Worklist、Storage、Print 等）必不可少的参数之一。对于某一台影像检查设备，其各个 DICOM 服务可以对应不同的 AE Title，当然这些 DICOM 服务也可以对应同一个 AE Title。AE Title 是一个字符串，在整个 PACS 系统中必须是唯一的。对于医院影像中心的非 DICOM 设备（超声、窥镜等） ，使用 PACSGate DICOM网关进行

34、影像采集，PACSGate 将采集的影像转换为标准 DICOM 影像并与病人信息进行整合后归档到 PACS 服务器。只要采集设备采集分辨率高于原始图像分辨率，就可保证获取图像在诊断过程中的质量要求。2.3 PACS 简介 医学影像存档与传输系统（Picture Archiving and Communication System， PACS）：全面解决医学图像的采集、显示、存贮、传送和管理的综合系统。既医学图像存储与通信系统,它是放射科、影像医学、数字化图像技术、计算机技术与通讯技术的结合。他将数字资料转化为计算机数字型式,通过高速计算机设备与通信网络,完成对图像信息的采集、储存、管理、处理5

35、。PACS 系统在物理结构上采用各种网络技术将不同类型的计算机连接起来，包括医学成像设备、图像采集计算机、DICOM 服务器（包括数据库和归档管理） 、以与图像显示工作站。图2.2为 PACS 系统的组成与数据流。HIS/RIS成像系统图像采集计算机DICOM服务器图像显示图 2.2 PACS 系统的组成与数据流Fig.2.2 Composition and data stream of PACS system 8 / 672.4 PACS和HIS、RIS之间的关系PACS 和 HIS、RIS 之间有大量的数据 HIS 和 RIS 保存着病人的人口学信息和临床资料数据，也保存和传递病人的图形与

36、图象资料。PACS 主要保存病人的图象数据，也使用 HIS 和 RIS 中已有的病人信息，从 HIS 和 RIS 中直接获得可避免重复输入，减少错误发生，因此减轻医生的工作量。 在书写诊断报告或复查时，工作站在显示病人图象的同时，还能显示 HIS和 RIS 中病人的各种临床记录；临床医生也可以在 HIS 中看到病人的检查图象，达到信息共享。 图 2.3 PACS 和 HIS、RIS 关系Fig. 2.3 The relation between PACS and HIS,PACS and RIS 如图 2.3 所示，做影像检查时，病人的、年龄、ID 等信息从 HIS 和 RIS 中传输到 PA

37、CS，并通过 worklist 进程显示；病人检查完成后，图像和诊断报告（reports）随即传回到 HIS 和 RIS，临床医生能立即看到。临床医生的工作站也有图像分析处理功能。对于复诊或者曾有过影像检查的病人，随着病人信息的到来，PACS 能够将长期保存的图象检索调出，传输到书写报告的工作站，便于对患者病情的前后对照6。2.5 本章小结本章介绍了与医学影像存档与传输系统（PACS）相关的技术，包括医院信息系统、DICOM 的简介、PACS 和 HIS、RIS 之间的关系。 9 / 67第 3 章 系统分析医院目前由东西两院构成，数据中心机房在东院,西院只负责网络搭建、数据传输，东西两院通过

38、两条联通光纤专线连接。当前，医院已经上线运行的系统有HIS 系统、LIS 系统等在一个中心机房，现有的核心网络设备使用高性能产品，支持大吞吐量图像数据传输。PACS 服务器使用刀片服务器，存储空间在逐年扩容，已建成 SAN 网络，并在此基础上搭建了双机环境，以提高数据处理的安全性、高可用性和有效性。根据医院的总体要求以与 PACS 自身的规律性，并充分考虑到 PACS 系统的工作流程与数据结构特征，在设计医院 PACS 时，将遵循下述设计原则：（1）建设 PACS 考虑的首要因素是标准性原则。系统遵循 DIOCM 3.0 国际标准，并符合卫生部医院信息系统基本功能规要求，同时按照 ISO900

39、1 国际质量管理体系进行开发与系统实施。按照 Integrating the Healthcare Enterprise（IHE，医用信息系统集成）的建议进行流程设计。基本目标:确保提供给医疗保健专业人员对病人诊断必需的所有信息是正确、可用。第二、应用优先，为临床和病人服务考虑的是实用性原则。PACS 能够充分满足放射科的业务需求与应用，并满足临床应用、教学、会诊和科研的需要，快速、准确、实时地提供有效的医学影像以与诊断等综合信息，满足医院本地化要求，增强 PACS 系统的实用性。也即符合 IHE 的基本目标：基本目标:确保提供给医疗保健专业人员对病人诊断必需的所有信息是正确、可用。第三、保护

40、医院投资，物有所值遵守经济性原则。充分利用医院现有基础设施、设备和信息技术资源，保护医院原有投资，同时全面考虑系统升级时对现有设施的利用，保证用户在系统中的投资与实现其价值的最优化。第四、遵守整体性原则。遵循硬件、系统软件、应用软件与用户界面的整体设计部署原则，全面体现 PACS 系统功能，实现医学影像信息全院共享。在系统设计过程中遵循整体规划，分步实施，避免形成新的信息孤岛。第五、采用先进的服务器存储架构，安全应急设计，则遵守科学性原则。采用成熟的、先进的、开放的与符合国际标准的系统结构、计算机技术、存储技术和网络技术，并遵循 PACS 建设的一般规律，以保证系统具有国际先进水平。 10 /

41、 67第六、应用和技术在不断进步，要求可持续性发展，遵守扩展性原则。考虑到医院未来发展后续所产生的可能需求，在不改变总体设计结构的前提下，医院新的需求可顺畅进入系统。可扩展部分包括服务器以与存储系统，未来新购置设备接入 PACS，各应用工作站的扩展，预留的数据接口保障软件系统的融合等。第七、业务不间断运行的重要保障，遵循安全可靠性原则。在系统架构中,充分考虑到系统运行的安全和稳定性，考虑防病毒、大数据量压力、系统安全应急解决方案，保证业务 7*24 小时连续运行。3.1 系统设计目标医院 PACS 系统总体解决方案的目标是通过 PACS 项目建设，走向三甲医院目标，实现整个医院影像诊疗过程数字

42、化、网络化、信息共享化、无胶片化；优化业务流程，提高工作效率，降低工作成本，更好地遵照“以病人为中心，全心全意为病人服务”口号。结合医院对数字化医院的整体规划，以建设大型局域网级别 PACS 系统为总目标，通过总体规划建设、分步实施项目，遵从国际、国与行业标准，同时又符合当地医院实际情况的数字化影像系统，以优化现有医院业务流程、提高工作效率，改善医疗服务质量为核心指导思想，为最终实现数字化医院打下良好基础。通过实施 PACS 项目，除了降低胶片的使用成本之外，还将为医院工作带来如下有点：（1）实现医院影像诊疗过程效率提高 50%300%，为医院创造良好的社会效应和经济效益：工作方式从原来的单机

43、模式转为小型局域网络模式，分工更详细协作提高工作效率；影像传递从原来的“胶片输出传递”模式转为“数字网络传递”模式，实现瞬时传递患者数字影像；患者影像查找从原来的“片库手工查询”模式转为“精确比对查询”模式，实现 15 秒调阅数字对比影像；诊断报告输出从原来的“手工重复”模式转为“电子模版”模式；会诊模式从原来的“专家集中”模式转为“远程会诊” 、 “电子会诊”模式；临床医生查看放射科报告从原来的“人工传递”模式转变为“一键调阅”瞬时查看模式。第一期实现全部影像数据与诊断数据两年在线存储，未来可平滑升级存储； 11 / 67调阅患者在线静态影像数据时间（第一幅任何图像）小于等于 2 秒；调阅患

44、者归档静态影像数据时间（第一幅任何图像）小于等于 15 秒；系统一年系统宕机不超过一次，故障恢复时间小于等于 4 小时。3实现医院影像诊断过程中各类信息的全面科学管理，提高医院管理效率与管理水平：查询三年的患者诊断信息时间小于等于 5 秒；查询超过三年的患者诊断信息时间小于等于 7 秒；统计三年的诊疗信息时间小于等于 15 秒； 统计超过三年的诊疗信息时间小于等于 30 秒； 生成统计报表时间小于等于 5 秒。4通过完善的系统接口功能，实现与医院 HIS 进行无缝连接，实现医院信息系统、工作流程的高效整合：检查申请单从原来的“人工传递”模式转变为“一键调阅”瞬时查看模式；医生查看报告从原来的“

45、人工传递”模式转为“一键调阅”瞬时查看模式；医生查看报告从原来的“胶片输出传递”模式转为“数字网络传递”模式；医生调阅放射科在线静态影像数据时间（第一幅任何图像）小于等于 3 秒医生调阅放射科归档静态影像数据时间（第一幅任何图像）小于等于 15 秒。3.2 需求分析为了提高医院的信息化建设，响应国家医改的号召，规和优化功能检查科室的工作流程，降低成本，以此同时服务于患者，本院 PACS 系统的建设目的在于：（1）连接医院放射科现有主要影像设备，实现非 DICOM 接口设备的影像标准化，实现全院影像资料标准化存储与管理；（2）逐渐实现医院医学影像信息无胶片化、无纸化与自动化运行与管理；构建各个影

46、像学科图像与文本信息整合，实现在统一 ID、统一界面与统一索引下涵 12 / 67盖医疗、教学和科研信息的电子医学图像档案(EMIR)管理；（3）通过与 HIS 与电子病历系统融合，实现患者检查申请、收费确认、预约管理、诊断结果反馈等关联业务流程的自动进行；优化放射科室部工作流程，实现诊断报告模版化、规化，报告集中管理打印；提高工作效率并减少人工操作可能出现的错误；（4）提供多种影像调阅模式，实现放射科、门诊、住院与部分相关科室的影像快速调阅，可提供各种影像后处理功能以提高质量诊断；（5）实现临床科室影像调阅和报告阅读，重点科室以 C/S 模式快速调阅，实现影像诊疗的无胶片化、无纸化作业；（6

47、）实现科室用户权限管理、病人报告等各种信息全面、实时、客观统计管理，提供数据分析统计功能并可作为量化管理与绩效考核的考评依据，系统可提供流程评估分析功能；（7）以 SAN 存储架构为中心，建立 PACS 服务器集群和大容量集中存储系统，并且存储可平滑扩容，所有数据按照国家相应法律法规进行长期备份保留。实现医院部影像资料与相关信息的统一存储管理，数据共享，建立整个医院 PACS 系统；（8）系统的系统安全机制，实现数据的容错、容灾与安全备份，在线数据系统出现灾难性故障时，可提供与时、准确的数据恢复。3.2.1 科室需求 对于影像科室需求，市医院主要影像科室有放射科、功能检查科、病理科等。将医学影

48、像设备资源和人力资源合理有效地配置，实现数字化诊室的工作模式，使得影像科医生可以更好更快地为病人服务。基本功能如下： （1）登记病人信息； （2）对医疗影像进行计算机化提取、处理、存储、查看、检索、对比； （3）提供必要的病例模板； （4）打印图文报告；（5）各种影像科室间共享病人图像信息和诊断报告；（6）调取 HIS 中病人的文字信息。 13 / 67按照 DICOM 或非 DICOM 影像设备进行分类，统计医院所有影像设备并详细记录每个接入 PACS 系统的设备每日检查量，计算出计算量。需要接入医院 PACS 的DICOM 影像设备有：16 排计算机断层成像系统、数字胃肠造影、数字化 X

49、线成像系统、计算机 X 线成像系统、C 型臂血管造影、64 排计算机断层成像系统、经颅多普勒超声诊断仪、X 射线断层扫描系统、彩色多普勒超声诊断仪和镜成像系统等。需要接入医院 PACS 的非 DICOM 影像设备有：电子胃镜、电子全结肠镜、摄像显微镜、腹腔镜和血细胞显微镜摄像系统等。如果某个科室 DICOM 拍片设备每日检查的人数 n，每人平均 m 幅照片，非DICOM 拍片设备每日检查的人数 a，每人平均 b 幅照片。估算出每天的数据量 L 为： L = nm + ab医院接入 PACS 系统的影像科室有 5 个，则全院检查量为： N = 5L 即 N = 5*（nm + ab）为满足对 P

50、ACS 影像、报告访问，淘汰落后的工作站，新购置影像报告工作站PC、影像采集卡和医用专业显示器，也称竖屏。从 CPU、存、存储容量和操作系统，以与兼容采集卡的角度考虑，影像科室软硬件需求如下：(1)放射和超声缺少图像采集诊断工作站若干台；(2)临床科室图像显示工作站（现有基础上增加） ；(3)操作系统若干；(4)采集卡若干块，DVI 线若干，脚踏板若干；(5)Oracle 客户端；(6)医用专业显示器若干（考虑大小、分辨率、像素灰阶级别） ；(7)实施项目方提供培训。对于临床科室，要求本院 PACS 系统建成后，实现以下功能：(1)调阅病人图像和诊断报告； 14 / 67(2)对图像进行相应的

51、处理，以满足临床医生的需要；(3)提取病人的其他文字信息(4)实施项目方提供培训。(5)临床科室硬件可同时使用原来 HIS 系统基础上的台式机，软件只需要安装PACS 客户端软件。 管理科室需求包括对全院影像科和影像设备的使用情况进行科学的管理，对所有病人信息进行管理，以与所有影像科室的用户进行管理。该院的 PACS 管理工作由网络中心进行管理，主要工作有：(1)对 PACS 服务器进行必要维护；(2)对所有病人信息进行维护；(3)对所有影像科室进行管理；(4)提供远程影像服务接口；(5)提高影像诊断水平和工作效率；(6)提供 RIS 中病人数据的统计；(7)实施项目方提供相关维护文档、说明文

52、档；(8)实施项目方提供培训。硬件需求包括服务器与 42U 标准机柜、光纤交换机和大容量高性能磁盘阵列，若干台式机并连接 PACS 网络。软件的需求包括安装 Linux 操作系统和双机集群软件、远程连接服务器图形用户界面（Graphical User Interface，简称 GUI 程序） ，Windows 操作系统，安装 PACS 系统的管理工作站程序、统计工作站，以与客户端工作站软件。3.2.2 网络建设分析对于大量数据传输的 PACS 系统来说，网络无疑是一个重要的组成部分。只有架设了高性能、高速率和高可用性的网络，才能满足高传输数量级的 PACS 系统。在网络设计中，需要考虑每个节点

53、的位置和功能，两个节点间信息交换的频率、传输费用，通信可靠性和吞吐能力。设计参数不单是考虑节点性能，还需包括网络拓扑结构、通信线路容量和流量分配。目前医院楼宇之间、楼层之间采用光缆，主干达到 100M，甚至千 M 带宽，但是 15 / 67有些科室缺少信息点，使用了 100M 交换机，因此可能会导致拥塞，影响影像批量传输的速度。楼层交换机和核心交换机都采用 Cisco 主流交换机。分析目前各种业务流量，满足目前使用，但是会在两年达到饱和，到时候会给医院信息系统带来不小的压力。建议医院适时适当考虑升级。利用服务器分级体系架构可以有效控制网络流量,减轻对服务器的负担7。如下图 3.1 所示：图 3

54、.1 服务器分级体系中的网络流量控制图Fig.3.1Server classification system of network traffic control chart通过服务器分级体系架构，80%的流量在 2 层本地网络之间传输，只有 20%需要和第三层核心网络层进行交换，大大减少了对核心层的负担，一定程度上保护了数据的安全；(1)采用存储专用网络 SAN，与 IP 数据网络独立；(2)利用热备用路由协议（HSRP） ，保障系统的高可用性；(3)利用端口聚合协议（PAgP） ，主干链路采用 Trunk，成倍提高带宽，并提供主干链路冗余；(4)PACS 划分在独立的 VLAN；(5)放射

55、科等 PACS 应用科室采用千兆到桌面。3.2.3 服务器分级体系架构分析该院综合考虑空间、成本，所支持操作系统，可管理、可用性和安全特性，可扩展性 、强大、安全的可用性特性，选刀片服务器作为目前 PACS 中心服务器。 16 / 67市场上有 dell 和 hp 等多家知名服务厂家，是当前市场上最节能、最灵活和最易于管理的刀片服务器之一。但是刀片服务器很难同时兼顾性能和能效,从发展的眼光来看，中小型机仍然是未来选取的对象。但是，再高性能的服务器都有瓶颈，同时还需考虑医院成本。兼顾多方，综合考虑采用服务器分级系统。图像与病人的相关信息从图像采集工作站、HIS 和 RIS 系统送往 PACS 服

56、务器，又称 DICOM 服务器、中心服务器、中心 PAS（PACS Archive server） 。PACS 服务器群是是 PACS 的核心，一般采用双机或集群。整个服务器集群系统包含两台中心服务器（构成双机热备份） 、一套临床服务器、多套科室（病理科、超声窥镜科）前置服务器，目前医院使用一套影像设备前置服务器、一套临床前置服务器。PACS系统服务器群示意图如图 3.2 所示：图 3.2 PACS 系统服务器群3.2The PACS server cluster system(1)服务器的基本操作主要包括：(2)接受图像采集工作站发送过来的医学图像；(3)提取接受图像的相关文字信息；(4)配

57、置图像设备、采集工作站的通信方式，包括 ip、AE 名和 Port NO.；(5)通过网络提取、更新 RIS 系统中的数据；(6)确定图像显示的显示工作站所在位置；(7)确定图像显示的最佳对比度和亮度参数； 17 / 67(8)服务器之间更新传送文件；(9)压缩、备份图像的数据；(10)为其他工作站和控制器提供图像存取服务。中心服务器系统是 PACS 系统的核心，系统基于 Linux 平台运行，部署 PACS 中心数据库、RIS 服务模块与 PACS 中心服务模块，负责对各个前置服务器发送来的影像进行自动归档存储，进行全局影像数据库管理，系统网络通信管理；提供全部RIS、超声、镜和病理系统的文

58、本信息存储与检索服务，提供全部影像数据的存储和检索服务，提供长期历史影像数据的访问服务；在接收到来自各个检查科室前置服务器转发来的数据后，负责向临床服务器发送影像与报告数据；当各个子网的图像访问终端试图调阅图像时，中心服务器负责返回给调阅者指定影像信息存储的具体位置；当某个前置服务器出现故障时，中心服务器负责顶替前置服务器工作以保持医院业务的连续性。PACS 前置服务器（超声科、窥镜科、病理科等检查科室服务器）可以部署在各个检查子网上，部署 PACS 分中心服务模块，主要负责向 PACS 中心服务器转发设备发来的原始图像，同时向子网终端客户提供近期图像访问服务以减轻主服务器访问压力，进行系统负

59、载均衡，形成多级访问机制，提高系统安全性、稳定性、可靠性和访问速度。PACS 前置服务器可配合 PACS 中心服务器组成负载均衡集群，解决前端（各影像科室）应用压力和负载压力，并额外提供多一级的本地应用安全保障。PACS 临床服务器部署在各个临床科室子网上，部署 PACS 分中心服务模块，主要负责向对影像质量和处理功能要求较高的临床终端客户提供病人原始图像与文字报告访问服务以减轻主服务器访问压力，进行系统负载均衡，形成多级访问机制，提高系统安全性、稳定性、可靠性和访问速度。PACS 临床服务器可加入到 PACS 中心服务器集群系统中，解决前端应用压力和负载压力，并额外提供多一级的本地应用安全保

60、障。目前本院还未架设 PACS Web 服务器系统。部署 PACS Web 服务模块，主要负责向对图像要求一般的临床终端客户或配置较低的临床终端客户提供病人原始或压缩图像与文字报告访问服务，客户端以浏览器方式运行，不须安装任何软件，对硬件要求较低，易于部署和快速实施，后台系统通过数据库实体化视图方式保持与中心 18 / 67服务器的数据同步，可以达到减轻主服务器访问压力，形成多级访问机制，提高系统安全性、稳定性、可靠性和访问速度的目的。PACS 中的存储归档系统（Archiving Manager）不是简单的影像存储，还包括影像与其相关信息的定位、传送和存储规划等功能。PACS 具备图像与相关