醫院PACS的設計與實施

胡敏，聶聰，馬錫坤

（南京軍區南京總醫院 a.信息科；b.醫學影像科，江蘇 南京 210002）

醫院PACS的設計與實施

胡敏a，聶聰b，馬錫坤a

（南京軍區南京總醫院 a.信息科；b.醫學影像科，江蘇 南京 210002）

本文介紹了PACS的涵義、標準和發展，闡述了基于“均衡策略下的服務器集群”的全院級PACS架構設計、特點和實施方案。

PACS；HIS；系統集群；負載均衡

Abstract:This paper describes the meaning, standards and development of PACS, expatiates the architecture design, features and implementation plans of PACS based on server clusters under equilibrium strategy.

Key words:PACS; HIS; system cluster; load balancing

我院是一所，集醫療、教學、科研、保健于一體的大型現代化綜合性醫院，隨著雙源螺旋CT、PET-CT等先進的大型影像設備不斷投入臨床使用，醫院每年的影像數據也是成倍，甚至數十倍增長。現在影像數據量每年近30TB，如此大的數據量對PACS的實時處理能力提出了非常高的要求。

1 PACS的涵義、標準和發展

1.1 PACS的涵義

PACS（Pictures Archiving & Communication System），為圖像存檔與通信系統，以全數字化、無膠片化方式采集、閱讀、存儲、管理和傳輸醫學影像資料，并實現資源共享。PACS主要有以下組成部分：數據采集模塊、數據管理模塊、數據儲存單元、影像工作站和其他系統的相關接口。

1.2 PACS遵循的標準

為解決醫療影像的傳送問題, 在不同時期建立了不同版本的影像傳輸和共享協議。在經歷了不完善的ACRNEMA1.0、ACR-NEMA2.0的醫療影像傳輸協議后，直至1993年ACR-NEMA的第三版，才推出了基于TCP/IP、ISOOSI協議的DICOM3.0（Digital Imaging and Communication in Medicine）醫學影像通訊標準，2003年開始稱為DICOM標準。

近年來，國際醫學影像組織多次對醫療網絡進行規范化建設，其中基于DICOM3.0和HL7協議的IHE（Integrated Healthcare Enterprise）規范已成為組建醫院網絡系統的標準。依據IHE 技術框架實現系統集成，可以減少數據和功能的冗余，增強數據完整性、一致性和可訪問度，并且在醫院信息系統、放射科信息系統、設備和PACS 之間能夠實現一個完整的信息鏈[1]。這為實現無紙化、無膠片化現代化醫療環境提供了有力保證。

1.3 PACS系統的發展

PACS系統的發展經歷了三個階段：

第一代PACS：大約在上世紀90年代，PACS概念剛提出不久，系統的典型特點是“使用者查找數據（User find data）”。需要大量人工參與PACS的工作流程，給出查詢路徑、查詢條件等。

第二代PACS：在20世紀90年代末，PACS技術有了很大發展，“自動路由（Autorouting）”和“預提取（Pre-fetch）”技術開始應用于PACS系統，使得系統的工作流程更為流暢，人工干預大大減少；同時可以更高效地利用網絡帶寬資源，利用網絡相對較為空閑時間完成大量檢索、提取數據工作。其典型特點是“數據找設備（Data find device）”。

第三代PACS：進入21世紀后，PACS設計理念更加先進，要求系統實現完全自動的工作流程：用戶在任意一臺PACS工作站上登錄以后，系統根據該用戶的預先設定，自動將當前病人資料的最新、最完整的影像數據傳送給用戶。其典型特點為“數據找用戶（Data find user）”。

2 系統架構設計

2.1 設計要求

⑴ 系統架構合理、穩定，支持在線升級、擴容。

⑵ 圖像的接收、存儲、管理、發送、再現、后處理能力強。

⑶ 嚴格遵循DICOM3.0和IHE標準。

⑷ 支持基于WEB模式的訪問、瀏覽影像數據。

2.2 設計方案

采用“均衡策略下的服務器集群”架構設計。

⑴ 數據庫服務器組 用兩臺高性能服務器做數據庫集群，來處理數據的查詢和存儲。

⑵ 應用服務器組 將應用服務與數據庫查詢與發布服務分開, 由多臺服務器來承擔DICOM 查詢和DICOM存儲，在應用服務器之間采用“動態負載均衡技術”來智能地分配來自臨床科室的并發任務。 “應用服務器組”中任何一臺服務器發生故障都不影響其它服務器的正常工作。隨著醫院設備的擴充和業務量的增加，可以隨時在線增加新的應用服務器到“應用服務器組”中來平衡系統的壓力。

⑶ 完整的在線、近線和離線三級存儲體系 存儲架構是PACS僅次于應用服務的核心單元，采用一臺EMC CX4-480 光纖磁盤存儲作為SAN光纖存儲設備做在線存儲。采用一臺EMC CX4-480 SATA磁盤存儲做近線存儲。采用DHC（Centricity?Digital Hardcopy）設備做離線存儲。通過EMC NAS網關NS40，將SAN光纖存儲共享到局域網內，實現存儲在全院范圍內共享。

總之，這種“均衡策略下的服務器集群”架構設計既能保證系統對醫院大數據量的負載，又能滿足影像一致性顯示的要求，保證系統“零”停機地穩定運行。

3 系統的特點

3.1 系統的高可用性

數據庫服務器架構示意如圖1，兩臺數據庫服務器互為備份，當一臺服務器出現故障后另一臺服務器能夠自動接管；兩臺服務器共用一臺存儲，數據庫裝在存儲上，通過第三方軟件備份到近線存儲上，近線存儲可以異地部署，達到數據容災。

圖 1 服務器集群架構示意圖

3.2 強大的數據負載能力和優秀的峰值數據處理機制

利用應用服務器集群實現負載均衡，讓單臺服務器難以承受的計算或I/O任務由多臺服務器或多條鏈路共同承擔，滿足高峰時段的大量并發訪問服務需求，從而以較低成本消除網絡瓶頸，提高網絡的靈活性和可靠性。

3.3 可靠的數據安全保證

采用SAN架構的光纖存儲設備作為在線存儲，SAN標準的開放性適合服務器集群和存儲之間的共享；SAN架構下，服務器和存儲設備之間的協議是專為數據密集型存取所設計，能滿足PACS所要求的高效的數據存取；在SAN的架構下，存儲是獨立于應用的，本身具有良好的可擴充性；在SAN架構中，主機、光纖交換機和存儲設備之間的連接均是冗余的，在正常情況下，作為帶寬的擴充，實現自動負載均衡，在某一通路出現問題時，另一通路承擔全部業務，保證系統的高可靠性。

3.4 分布式布局，集中式管理

系統采用集中式數據管理，所有數據統一存放在存儲設備上，但支持主機系統、存儲系統、交換機和光纖適配器等設備分布式布局，從而達到整個系統的容災。

4 系統建設

4.1 建設原則

PACS應建設成為真正面向臨床醫療工作需要，覆蓋全院所有科室，將放射、超聲、病理、內鏡等影像信息系統有機結合的整體化醫學影像信息系統。建設中以影像診斷科室為出發點，立足全院、面向臨床，充分認識到系統建設的復雜性和長期性，按照總體規劃、分步實施的建設原則，有計劃有步驟地推進項目的建設[2]。

4.2 建設實施

根據前期充分的調研論證，結合醫院的現狀和實際需求，PACS建設分三個階段實施：

第一階段：建立影像信息管理中心（PACS系統），集成目前所有DICOM設備，將影像中心的所有圖像資料實現統一集中數字化存儲和管理；建立影像中心信息化流程，為醫生配備專業豎屏診斷工作站，實現數字閱片（軟閱讀）和數字報告，確保診斷質量；建立臨床圖像發布系統（WEB系統），根據臨床的需求通過WEB的方式發布圖像以及相應診斷報告，部分臨床科室能按設定的權限調閱醫學影像報告和圖像并且實現網上會診；建立醫學影像科數字化會診中心；重建RIS系統，進行系統集成，包括與HIS、門急診等系統的集成，特別是在RIS系統與 PACS系統之間集成；建立影像數據歸檔系統，以保證病人信息的安全保存和病人資料的電子分發。

第二階段：建立超聲和核醫學信息系統，將相應科室的影像設備及工作站接入影像中心系統，并納入PACS范疇，形成全院級大影像中心；完成超聲系統和HIS等現有系統的集成；增加備用服務器，實現原始數據的實時冗余備份，建立影像中心容災備份和長期歸檔機制；根據需要提高近線存儲容量，滿足醫院未來3～5年的數據存儲量；擴展臨床圖像發布網絡（WEB系統）配置全院的WEB瀏覽點。

第三階段：建立病理、內鏡信息系統，完善全院PACS；完成病理、內鏡系統與現有其他系統的集成；在心電系統穩定上線的前提下，將心電圖像納入PACS范疇；考慮建立區域化醫學影像平臺數據中心，將所屬分院接入，實現基于遠程醫療的高質量影像服務。

4.3 實施中應注意把握的幾個問題

PACS是一個復雜的系統工程，需要和眾多的設備集成、和HIS集成、和其他相關的臨床信息系統集成；牽涉到眾多的相關科室，并且將或多或少地改變現有的工作流程；并且PACS與設備不同，設備的使用年限一般為5～10年，PACS的使用周期會更長。因此，在實施過程中應注意把握以下幾方面問題[3]：

⑴ 系統的穩定性和可靠性 實施PACS以后，和影像相關的所有工作均在系統上進行，一旦出現任何的意外，都將對正常的醫療工作產生嚴重的影響。

⑵ 系統數據的安全性 系統中保存了所有相關的病人信息和管理信息，一旦發生數據丟失、病毒侵入、惡意進入等意外情況，都將給醫院帶來無法挽回的損失[4]。

⑶ 系統的標準性、開放性和升級性 PACS工程是一個長期的項目，必須嚴格遵循DICOM、HL7、IHE、HIPPA、ICD-1等標準，保證系統是一個開放的系統，今后具有良好的可持續升級空間。

通過PACS的建設，能夠實現臨床科室和管理部門共享影像數據，醫療工作流程數字化，從而降低醫療成本；能夠提供醫生軟閱讀工作方式，提高工作效率和診斷水平；能夠實現真正意義上的網上會診和遠程醫療，提升醫療服務質量，提高病人滿意度。總之，PACS不僅僅是數字化技術、計算機技術、網絡技術和通訊技術在醫院放射、超聲、病理、內鏡等影像科室的應用、推廣和普及的過程，同時它更是醫療觀念更新、醫療體制改革過程中的重要一步。PACS 系統已經成為評價現代化醫院的必備標準之一[5,6]。

[1] 王世威,呂旭東,等.基于IHE技術框架實現工作流集成[J].中國醫學計算機成像雜志,2007,13(1): 63-67.

[2] 劉謙,陳加宜.如何構建大型綜合醫院的醫學影像信息系統[J].醫學信息,2006,19(7): 1117-1119.

[3] 張九妹,等.醫院PACS建設中應慎重思考的幾個問題[J].中國醫療設備,2008(3):74-75.

[4] 李彭軍,等.建設全院PACS網絡相關問題探討[J].現代醫院, 2006(10):137-139.

[5] 麥遠其.PACS系統的發展及相關技術[J].基層醫學論壇,2008,12 (22):734-735.

[6] 李淑梅,等.淺談醫院PACS系統的建設[J].現代生物醫學進展, 2006(5):95-96.

Design and Implementation of PACS in Our Hospital

HU Mina，NIE Congb，MA Xi-kuna
(a. Information Department;b. Medical Imaging Department,Nanjing General Hospital of Nanjing Area Command, Nanjing Jiangsu 210002, China)

TN911.73；R197.324

C

1674-1633(2010)01-0065-02

2009-04-01

作者郵箱：flora2001@163.com