中小醫院PACS云服務平臺架構研究

端 妮，張家慶，蔡榮杰，李彭軍南方醫科大學網絡中心，廣東 廣州 5055；南方醫科大學第三附屬醫院，廣東 廣州 50630

醫學教育

中小醫院PACS云服務平臺架構研究

端 妮1，張家慶2，蔡榮杰1，李彭軍1
1南方醫科大學網絡中心，廣東 廣州 510515；2南方醫科大學第三附屬醫院，廣東 廣州 510630

目的 設計一種基于云計算技術的新型PACS模式，從而減少中小醫院PACS系統建設的難度和成本。方法 結合云計算技術中的SaaS模式，提出了基于云計算技術的SaaS模式的“云PACS”。并從云顯示、云工作流以及云歸檔等3個部分設計了“云PACS”。結果“云PACS”這種靈活租用的軟件使用模式，可以縮短中小醫院PACS建設的周期，減少建設以及維護所需的成本。結論 基于云計算的PACS將是新一代PACS的發展方向，將為中小醫院、區域醫療以及集團化醫院的PACS建設帶來新的思路。

影像歸檔與通信系統；云計算；SaaS

PACS即影像歸檔與通信系統，是應用于醫院的CT、MR、超聲、DR等數字醫療設備所產生的數字化醫學圖像信息的采集、存儲、管理、診斷、信息處理的綜合應用系統。它能減少保存圖像的成本、提高診斷的準確率，從而使得圖像資料得以有效管理和充分利用。PACS作為醫院信息系統中的必要組成，各級醫院大多采用各自建設的方式建設了其全院或者科室PACS。PACS的建設需要配套相應的服務器、存儲、基礎網絡等相關硬件設備，開始日常使用后還需要對數據庫、PACS軟件進行維護和升級，甚至為日益增加的影像數據擴充存儲或購買近線、離線存儲設備。但中小醫院因為資源有限，沒有經費或精力進行長期的投入，因此PACS往往不能保證長期良好的運行。為使中小醫院只需要關注如何更好的在臨床業務中使用PACS/RIS，不用考慮所需的IT技術和成本，急需研究設計一種新型PACS模式。

1　傳統PACS的構成及存在的問題

一般來說，PACS是由影像設備接口、數據庫系統、歸檔存儲、影像顯示以及診斷報告等幾個基本部分組成（圖1）。因PACS的建設和使用需要服務器、存儲、網絡環境等大量高昂價格的配套硬件設備，同時，實施過程中也需要動輒幾個月的時間，維護階段也需要廠家和醫院計算機人員以及醫院資金的投入，這些物資、人力以及時間成本往往造成中小醫院PACS的建設困難或者是使用效果不佳。

隨著現代醫學影像設備的成像技術的高速發展，其產生的影像數據量也在飛速提高，對醫院來說PACS系統中存儲的數據量也是逐年遞增的。為應對這一現象，醫院只能采取擴充存儲或者將舊數據離線存儲的方法，但同時帶來的就是硬件成本的增加以及離線數據再利用等問題。此外，PACS的發展以及使用需求的增加，也為醫院帶來院內網絡壓力增大的問題，甚至出現因配套網絡的限制造成對影像數據甚至是HIS等其他信息系統數據訪問速度降低的結果。鑒于以上問題，本文探討采用云計算的SaaS模式設計一種新型的“云PACS”服務平臺，從而解決中小醫院PACS建設和使用過程中的高成本、不易維護等問題。

2　云計算技術

云計算并不是一項新的技術，而是分布式計算、并行計算、效用計算、網格計算，虛擬化、負載均衡等傳統計算機技術和網絡技術發展融合的產物［1-2］。

云計算技術涉及的范圍非常廣，而且隨著技術的進步不斷發展變化。根據維基百科的定義:云計算是一種基于互聯網的計算方式，通過這種方式，共享的軟硬件資源和信息可以按需提供給計算機和其他設備。整個運行方式很像電網［3］。云計算是繼80年代大型計算機到客戶機/服務器模式的大轉變之后的又一種巨變。用戶不再需要了解“云”中基礎設施的細節，不必具有相應的專業知識，也無需直接進行控制。云計算描述了一種基于互聯網的新的IT服務增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展而且經常是虛擬化的資源。典型的云計算提供商往往提供通用的網絡業務應用，可以通過瀏覽器等軟件或者其他Web服務來訪問，而軟件和數據都存儲在服務器上。

從服務的類型和層次上看，云計算主要包含IaaS，PaaS和SaaS三個層次的含義。IaaS（基礎架構服務）即硬件層面的服務整合。用戶不需要購買服務器、存儲等硬件設備、只需通過按時間租用的方式從服務提供商處租用需要的硬件，即可快速部署自己的應用，節省硬件購置、維護、機房裝修、電力、專業維護人員的費用支出。IaaS的關鍵技術是硬件資源的虛擬化，包括服務器虛擬化、存儲虛擬化、網絡虛擬化等。SaaS（軟件即服務）指軟件通過互聯網來交付，用戶通過互聯網租用軟件，不需一次性購買軟件、硬件，也不需要維護和升級。SaaS運營商統一安裝、升級、維護軟硬件［4-5］。PaaS（平臺即服務）即更深層面的SaaS，它主要側重于系統平臺方面，包括開發環境、數據庫等。用戶可以使用云計算提供商的軟硬件環境開發自己的程序并通過其服務器在互聯網上發布。

3　PACS云服務平臺架構設計

經過以上對云計算技術的分析，為以較低人力和經濟成本滿足中小醫院PACS系統快速建設的需求，可以采用SaaS模式租用“云PACS”軟件，以B/S模型為主通過互聯網實現。完整的PACS是有硬件和軟件系統組成。其中軟件系統包括數據庫系統以及影像采集歸檔網關、影像瀏覽、圖文報告、登記系統、統計系統等PACS子系統和模塊，硬件系統包括服務器、存儲等。

根據本文PACS云服務平臺的設計，整個“云PACS”的軟件系統和硬件系統都是在云端部署，用戶通過互聯網實現對“云PACS”的使用。在用戶端僅架設一套前置服務器，安裝影像采集歸檔網關，用于用戶影像設備的影像采集和歸檔，以及近期的影像存儲。從而保證用戶影像采集的穩定性以及對近期影像數據訪問的快速。

成熟的PACS主要包括3個主要部分：影像瀏覽顯示、工作流引擎和影像歸檔存儲。因此本文的“云PACS”主要從云顯示、云工作流以及云歸檔3個部分進行設計：（1）云顯示：影像設備的不斷發展，伴隨而來的是所產生的圖像數量也不斷增長，從而導致圖像傳輸到診斷終端時間的增加。而“云PACS”中的影像數據均存儲在云端，如果將影像數據通過互聯網傳輸到客戶端之后，再進行圖像顯示，勢必因為圖像傳輸需要較長時間或者因為網絡不穩定而影像用戶的使用或降低用戶體驗。因此，為了減少圖像傳輸的時間，應該采用“云顯示”的方法，即將圖像顯示所需的后處理都在服務端完成，而只將顯示結果傳輸到遠程客戶端或終端設備。“云顯示”的方法，也可以很好地適應移動醫療的需求，有利于從普通PC客戶端向移動設備的延伸；（2）云工作流：“云PACS”可以提供與傳統PACS一致的基本的各醫療機構獨立工作流，供各醫療機構在其內部完成登記、影像傳輸、歸檔、診斷、報告書寫簽發以及臨床調閱等一系列PACS相關流程。除此之外，“云PACS”的最大特點應該是可以打破某個醫療機構的界限，工作流不再是某醫療機構范圍內的，而是可以將某些工作流分配到其他醫療機構或者院外放射醫師來完成，例如影像診斷和報告書寫可以由院外的高級放射醫師完成。同時，這些參與到工作流中的放射醫師，也可以隨時隨地通過互聯網完成所分配的工作，例如出差時也可以完成。云工作流明顯可以促進中小醫院診斷水平和診斷效率的提高，同時也可以對醫療水平受地域影響所產生的不均衡有顯著的改善；（3）云歸檔：“云PACS”可以為多家醫療機構服務，這些醫療機構所產生的影像數據都需要歸檔到“云PACS”的中心存儲平臺上，勢必會產生PB以上級別的海量數據。如何實現這些數據的快速處理和擴展將是個難題，這一問題需要在平臺設計之初就有所考慮。從存儲架構上，傳統PACS一般采用“在線-近線-離線”三級存儲模式。為提高影像資料的可用性，“云PACS”可用采用“在線一歸檔”二級存儲架構，取消離線存儲環節。即中小醫院內只保留“在線”一級存儲，“近線”和“離線”數據轉換為“歸檔”數據保存在“云PACS”中心存儲平臺。這種存儲架構，可以保證近期常用影像數據的訪問速度，同時也可以大大減少中小醫院購買和維護存儲設備的成本，提供系統的可用性。

4　討論

圍繞云計算的三種服務模式，近年來，國內外均已開始了PACS云平臺的研究建設和應用。美國的PACSDrive公司是以IaaS模式提供醫學影像在線存檔功能，用戶可通過軟件將設備上的DICOM影像傳輸到PACSDrive服務端，服務端再將數據轉移到公司的數據中心，同時PACSDrive數據中心還在美國境內的三個地點進行了容災備份［6］。英國IEP公司以PaaS模式提供PACS平臺服務，IEP的云服務已配屬在英國所有的衛生機構，它主要用于完成不同機構之間影像檢查數據的共享和傳輸，每天，有超過18 000個醫生訪問IEP，并且有12 000以上個圖像通過IEP完成傳輸交換［7］。以SaaS模式提供PACS云服務功能的有TeraRecon公司開發的iNtuition Unlimited產品，用戶可在線訪問并運行該產品系列的12個軟件，該產品具有個性化影像預處理、通過移動設備或PC瀏覽器實現交互式3D移動瀏覽等功能［6］。在國內，盈谷公司于2010年推出了基于云計算架構的iMAGES圖像處理及分析引擎，iMAGES也是基于SaaS模式，采用了影像數據、處理及分析在服務器端，顯示在終端的影像處理方法，并且是跨平臺與硬件無關，可以很好的為機構內或區域放射和臨床用戶提供高效快速的3D在線圖像處理及分析結果的即時終端顯示。

通過對國內外PACS云平臺的研究和了解，可以確定基于云計算的PACS將是新一代PACS的發展方向。病人的臨床和影像數據具有很強的私密性，而將這些私密信息的存儲、傳輸和訪問從傳統的機構內部轉變為通過互聯網到云平臺，必將為數據的完整性和安全性帶來巨大挑戰。因此在“云PACS”的設計之初以及使用后的運維管理過程中都必須將安全性放在首要位置。

云計算技術中的SaaS模式，為用戶開創了一種靈活租用的軟件使用模式，其應用效果與用戶自建信息系統基本沒有區別，但節省了大量資金，從而大幅度降低了信息化的門檻與風險［6］。因此研究開發基于SaaS模式的“云PACS”，將傳統PACS功能流程移植到云平臺上，具有重大意義。“云PACS”也將為中小醫院、區域醫療以及集團化醫院的PACS建設帶來新的思路，其云工作流也將為分級診療、雙向轉診帶來便利。

［1］Amazon.Amazon EC2 getting started guide［EB/OL］.（2006-06-26）［2016-07-01］.http://docs.amazonwebservices.com/AmazonEC2/ gsg/2006-06-26/introduction.htm1.

［2］Chen K，Zheng WM.Cloud computing:System instances and currentresearch［J］.J Software，2009，20（5）:1337-48.

［3］Wikipedia.Cloud computing［EB/OL］.（2011-03-02）［2016-07-01］. http://en.wikipedia.org/wild/Cloud-computing.

［4］Turner M，Budgen D，Brereton P.Turning software into a service［J］. Computer（Long Beach Calif），2003，36（10）:38-44.

［5］Laplante PA，Jia Z，Voas J，et al.What's in a Name？distinguishing between SaaS and SOA［J］.IT Prof，2008，10（3）:46-50.

［6］IEP.Imagexchange Portal［DB/OL］.http://www.image-exchange. co.uk/about-the-iep-network/.

［7］王水花，張煜東，吉根林.基于云計算的PACS平臺研究［J］.中國醫學物理學雜志，2014，31（5）:5180-3，5187.

Research on cloud services platform based PACS of medium and small hospital

Duan ni1，Zhang jiaqing2，Cai rongjie1，Li pengjun1
1Department of Network，Southern Medical University，Guangzhou 510515，China；2The Third Affiliated Hospital，Southern Medical University，Guangzhou 510630，China

Objective To reduce the difficuty and cost incurred to small and medium sized hospitals in their construction of PACS system.Methods Based on SaaS model incorporated with cloud algorithms，Cloud PACS was proposed of which cloud PACS was designed in three parts:cloud displaying，cloud flow chart and cloud doc-filing.Results Flexible use of cloud PACS was believed to be capable of reducing both the cycles and costs caused by small and medium sized hospitals in maintenance of PACS construction.Conclusion Cloud algorithms based PACS is believed to represent The development of new generation of PACS，a forthcoming new guideline for small and medium sized hospitals，regional medical treatment and group hospitals in building up their PACS

PACS；cloud computing；SaaS

2016-04-21

廣東省產學研項目（2013B090500024）；廣東省科技計劃（2014A040401026）

端妮，E-mail:13751890110@126.com