全院級PACS系統(tǒng)的建設

樊一鳴，劉志成

1,首都醫(yī)科大學 生物醫(yī)學工程學院，北京 100069；2．首都醫(yī)科大學附屬復興醫(yī)院 信息中心，北京 100038

全院級PACS系統(tǒng)的建設

樊一鳴1,2，劉志成1

1,首都醫(yī)科大學 生物醫(yī)學工程學院，北京 100069；2．首都醫(yī)科大學附屬復興醫(yī)院 信息中心，北京 100038

目的 設計并構(gòu)建一個可全院共享的PACS系統(tǒng)。方法采用專家訪談、資源整合等方法分析全院現(xiàn)有可上PACS系統(tǒng)的信息總量，預估未來5～10年可能發(fā)生的信息增量，比對市場在售PACS系統(tǒng)的性能狀況；設計一款可全院共用的PACS系統(tǒng)。結(jié)果經(jīng)過半年高負荷試運行，系統(tǒng)的安全性、可靠性、穩(wěn)定性和突發(fā)事件處理能力等均達到了設計要求。

全院級PACS；醫(yī)院信息系統(tǒng)；數(shù)據(jù)共享；資源整合

隨著醫(yī)學影像存儲與傳輸系統(tǒng)（PACS）在醫(yī)院中的普遍應用，很多醫(yī)院的影像科室都已經(jīng)建成了比較成熟的科室級PACS，較好地實現(xiàn)了醫(yī)學影像資料的信息化管理，獲得了不錯的應用效果和經(jīng)濟效益。隨著臨床信息化建設的深入，無論是臨床科室還是影像科室都希望優(yōu)化檢查流程，提高PACS影像數(shù)據(jù)共享和利用的程度，很多醫(yī)院開始著手建立全院級的PACS系統(tǒng)。

我院于2006年建立起一套以影像科室業(yè)務為中心，能滿足當時業(yè)務需要的科室級PACS，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和醫(yī)院信息化管理的迫切需求，該系統(tǒng)的局限性日益凸顯，并且設備工作年限較長導致故障頻發(fā)甚至數(shù)據(jù)丟失，醫(yī)院決定對PACS進行一次徹底的升級改造，實現(xiàn)全院級PACS的目標。

此次PACS升級的重點主要有以下3方面內(nèi)容：

（1）重新設計并替換原有的系統(tǒng)存儲架構(gòu)。在保證相關(guān)科室對影像數(shù)據(jù)調(diào)閱和處理的業(yè)務需求同時，延長影像數(shù)據(jù)的在線時間，并建立數(shù)據(jù)備份及恢復機制以保證數(shù)據(jù)安全。

（2）對影像科室內(nèi)部局域網(wǎng)絡進行升級，提升鏈路帶寬并融入醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）內(nèi)網(wǎng)，整合信息孤島。

（3）PACS與HIS有機融合，優(yōu)化診療業(yè)務流程，使得臨床科室及患者能夠享有PACS帶來的便利，實現(xiàn)全院級PACS的建立。

1 系統(tǒng)架構(gòu)設計

構(gòu)建全院級PACS系統(tǒng)，首先需要一個全院級的服務器和存儲解決方案，同科室級PACS相比，需要對服務器和存儲系統(tǒng)進行改造。

1.1 前置服務器

對于全院級PACS來說，面向科室的前置服務器是必不可少的，在臨床科室進行影像資料調(diào)閱時，前置服務器起到分擔PACS主服務器壓力、可調(diào)閱影像資料質(zhì)控管理及保證調(diào)閱穩(wěn)定運行的幾大作用。前置服務器本身不需要進行圖像處理、發(fā)布等高壓力工作，所以在硬件配置上無需選擇非常高性能的服務器，但由于本身又需要存儲一段時間內(nèi)的可調(diào)閱圖像，所以在存儲空間及性能上具有一定的要求。

我院在前置服務器的選擇上添加了1臺主流配置的X86架構(gòu)PC服務器，除作為系統(tǒng)安裝的內(nèi)置RAID0磁盤陣列以外，該服務器還添加了4塊容量為600GB的SAS硬盤組成RAID10陣列，可用圖像數(shù)據(jù)交換空間達到1TB，并且RAID10陣列提供了一定的數(shù)據(jù)安全及存儲性能，同時服務器仍有6塊空余硬盤擴展槽位，可隨今后存儲空間需求的增加進行靈活擴充。

1.2 PACS服務器

PACS服務器是整個PACS的大腦，所有影像資料的處理、圖文報告的發(fā)布等都需要通過PACS服務器的處理。現(xiàn)代醫(yī)療設備對服務器的中央處理器及內(nèi)存提出了更高的要求，并且為了保證醫(yī)院診療業(yè)務不受影像檢查中斷的影響，PACS服務器需要24 h不間斷運行，容災備份服務器成為必須實現(xiàn)的條件之一。

我院PACS服務器的選擇在設計時，原計劃采用4臺中等性能服務器，其中2臺作為PACS圖像服務服務器，2臺作為RIS報告發(fā)布服務器，每組各自建立冗余備份機制，通過考證研究，結(jié)合應用對硬件系統(tǒng)要求，本著節(jié)約預算及降低整體系統(tǒng)功耗等綜合考慮，最終選定由2臺高性能小型機組成，將RIS報告發(fā)布及PACS圖像服務進行平臺整合。該機型每臺各自配備了4路6核處理器及96GB的內(nèi)存，并且建立了雙機冗余備份機制，平時主服務器承擔系統(tǒng)業(yè)務處理工作，備服務器資源閑置但定期與主服務器進行后臺同步，以保證2臺服務器各項配置的一致性。當主服務器出現(xiàn)故障或無法工作的情況時，系統(tǒng)業(yè)務將切換至備份服務器，前端放射科及臨床科室工作站無需進行任何操作即可繼續(xù)正常的診療和檢查業(yè)務。

1.3 存儲系統(tǒng)

如果說服務器是PACS的大腦，那么存儲就是系統(tǒng)的心臟，影像資料的保存及傳輸工作都由存儲設備來完成。目前單次檢查數(shù)字化影像資料動輒幾十兆甚至上百兆字節(jié)，今后技術(shù)更加先進的儀器設備占用的存儲空間也會更大，存儲空間的大小及可擴展性就成為了存儲系統(tǒng)設計時的首要考慮因素。隨著存儲空間的增大，海量的數(shù)據(jù)也就意味著數(shù)據(jù)安全變得更加重要，如果出現(xiàn)因設備故障造成數(shù)據(jù)丟失，不僅恢復難度較大，并且會影響整個PACS的正常業(yè)務，因此必須建立一套具有本地冗余、異地備份的分級存儲系統(tǒng)。

我院存儲系統(tǒng)由2臺一體化存儲設備組成，通過2臺SAN交換機與PACS服務器鏈接，并采用設備原廠技術(shù)在2臺存儲之間建立實時存儲鏡像，實現(xiàn)設備與鏈路雙冗余機制。一級在線存儲為主存儲柜內(nèi)10+1（熱備盤）塊300GB高速SAS盤組成，建立RAID5磁盤陣列，容量大小為2.4TB，主要存儲一年內(nèi)影像資料數(shù)據(jù)；二級近線存儲由兩組擴展柜內(nèi)各14+2（熱備盤）塊1TB普速SAS磁盤組成，建立RAID5磁盤陣列，容量總大小為22.4TB，主要存儲歷史影像資料數(shù)據(jù)。根據(jù)現(xiàn)有設備數(shù)據(jù)分析，該存儲空間可滿足約10年內(nèi)數(shù)據(jù)增長需求，根據(jù)需要還可添加擴展柜增加空間，基本可以保證在設備設計使用年限內(nèi)投資利用率最大化。另外原有舊PACS服務器及存儲將重新配置優(yōu)化，并在異地建立備份存儲空間，主要保存重要病例影像資料，進一步提高影像資料的數(shù)據(jù)安全。升級后的PACS架構(gòu)，見圖1。

圖1 升級后的PACS系統(tǒng)架構(gòu)

2 網(wǎng)絡環(huán)境設計

網(wǎng)絡是HIS的經(jīng)絡，不同于其他信息系統(tǒng)，PACS通過網(wǎng)絡傳輸?shù)闹饕谴笕萘康挠跋駭?shù)據(jù)文件，隨著影像設備的技術(shù)發(fā)展，為了滿足容量日益增長的影像數(shù)據(jù)傳輸，目前影像科室桌面級網(wǎng)絡接入已經(jīng)從百兆向千兆過渡，很多醫(yī)院PACS建立之初，沒有計劃或考慮與醫(yī)院信息網(wǎng)絡融合的問題，甚至建立時醫(yī)院還沒有建設完善的信息系統(tǒng)網(wǎng)絡，因此PACS成為一個獨立于醫(yī)院、僅覆蓋影像科室內(nèi)部的局域網(wǎng)絡，成為信息孤島。目前獨立的科室級PACS與醫(yī)院信息網(wǎng)絡融合主要有2種方式：① PACS網(wǎng)絡保持獨立，與HIS建立網(wǎng)絡通道，網(wǎng)絡邊界設置安全設備，內(nèi)部自行維護管理；② PACS網(wǎng)絡融入HIS網(wǎng)絡，醫(yī)院進行統(tǒng)一部署及管理。

從PACS自身的安全性來講，第1種方案最為可靠，系統(tǒng)本身不易受系統(tǒng)外部的影響甚至是攻擊行為，但是從醫(yī)院信息化統(tǒng)一建設及全院級PACS業(yè)務順利開展角度分析，無疑是第2種方案更能適應當前需求及未來的發(fā)展，同時在節(jié)約網(wǎng)絡邊界安全預算的同時，避免了數(shù)據(jù)交互易受網(wǎng)絡通道傳輸瓶頸影響等缺陷，不過在這里需要提到一點，網(wǎng)絡融合前可能會由于PACS網(wǎng)絡內(nèi)部與HIS網(wǎng)絡IP劃分規(guī)則不一致，需要更改影像設備的網(wǎng)絡IP地址，目前大部分影像設備調(diào)試配置的權(quán)限并不提供給用戶，設備IP的更改基本無法由醫(yī)院自行完成，申請售后工程師上門服務可能會產(chǎn)生一定的服務費用。

為配合全院級PACS建設，PACS網(wǎng)絡主要進行了以下改造：

（1）影像設備涉及科室的網(wǎng)絡重新改造或查漏補缺，確保現(xiàn)有設備及工作站接入的同時留存?zhèn)浞菁皵U展信息點。

（2）替換原放射科百兆交換機為千兆交換機，實現(xiàn)千兆級桌面接入，盡可能減少大容量影像數(shù)據(jù)傳輸存在網(wǎng)絡帶寬瓶頸，并通過雙路冗余光纖接入HIS內(nèi)網(wǎng)。

（3）在三層架構(gòu)的HIS網(wǎng)絡IP規(guī)劃中單獨為PACS劃分獨立VLAN，統(tǒng)一為工作站及設備分配IP地址。

通過網(wǎng)絡環(huán)境的升級改造，我院不僅順利實現(xiàn)了PACS網(wǎng)絡與HIS網(wǎng)絡的融合，并且利用三層網(wǎng)絡技術(shù)特性減少其他業(yè)務VLAN對PACS的VLAN的影響，同時網(wǎng)絡的統(tǒng)一管理及接入帶寬的提升使得影像數(shù)據(jù)傳輸更加高速穩(wěn)定。

3 實際應用考證研究

我院早在2008年HIS平臺上線完成后，便與PACS建立了數(shù)據(jù)庫接口，實現(xiàn)PACS提取HIS病人基本信息及影像診斷報告回傳HIS臨床工作站等功能，進行了PACS與HIS的初步融合。全院級PACS的建立主要目的是為了實現(xiàn)醫(yī)院內(nèi)影像信息的數(shù)字化共享以及與HIS的深度融合，而在硬件平臺搭建完成后，通過臨床醫(yī)學影像調(diào)閱軟件的部署，醫(yī)生不僅可在臨床工作站瀏覽患者影像報告，還可調(diào)閱相關(guān)的數(shù)字化影像，并且可對圖像進行一定的測量分析工作。調(diào)閱完成后，患者影像信息仍在PACS中保存，在今后復診、科研等工作中可以隨時調(diào)閱。

臨床醫(yī)生站調(diào)閱影像報告及數(shù)字化影像，見圖2～3。

圖2 調(diào)閱數(shù)字化影像并進行圖像分析

圖3 結(jié)合數(shù)字化影像查看檢查報告

我院下一步將為試點科室配備醫(yī)用專業(yè)豎屏，使數(shù)字化影像調(diào)閱的效果最佳化，并將逐步推廣至全院臨床科室。隨著計算機設備的高速發(fā)展和技術(shù)成本的逐漸降低，曾經(jīng)只有專用影像工作站才具備的數(shù)字影像二維、三維重建等圖像處理功能也許也將在臨床工作站中實現(xiàn)。

4 結(jié)果與討論

全院級PACS的建立實現(xiàn)了診療過程的“無紙化”及“無片化”，不僅節(jié)省醫(yī)院運營成本，簡化了患者就診流程，并且提高了臨床的診療效率及醫(yī)院內(nèi)患者信息共享和利用的程度。不過，目前全院級PACS的使用還處在較初級階段，系統(tǒng)的利用度還有待更進一步的發(fā)掘，同時也存在配置維護經(jīng)費保障、數(shù)據(jù)安全管理防范、存儲壓力逐漸增大等問題。但正如PACS的發(fā)展，全院級PACS的建設也是一個循序漸進的過程，醫(yī)院信息化建設沒有終點，始終是個不斷滿足患者及業(yè)務部門的需求，不斷化解建設過程中的難題，不斷提出更新、更高目標的過程。

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Practice and Experience of the Full-PACS Construction

FAN Yi-ming1,2, LIU Zhi-cheng1
1.Biomedical Engineering Academy, Capital Medical University, Beijing 100069, China; 2.Information Center, Fu Xing Hospital, Capital Medical University, Beijing 100038, China

ObjectiveTo design and develop a Full-PACS in a hospital.MethodsThis system was designed by analysing the total information of conventional PACS based on experts interviews, resources integration, estimating increment in the next fve to ten years, and comparing performance of marketing PACS.ResultsAfter six months of high load test, this system was proven to meet requirements of safety, reliability, stability and the ability to handle emergencies.

Full-PACS; hospital information system; data sharing; resources integration

R197.324

C

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.03.029

1674-1633(2014)03-0087-03

2014-01-16

本文作者：樊一鳴，研究生。

劉志成，教授，博士生導師。

作者郵箱：fantasy_bj@sina.com