中鸿医学影像存储和传输系统

中鸿医学影像系统(PACS)是以高速计算机设备为基础，以高速网络联接各种影像设备和相关科室，利用容量磁、光存储技术，以数字化的方法存储、管理、传送和显示医学影像及其相关信息，具有影像质量高，存储、传输和复制无失真、传送迅速、影像资料可共享等突出的特点，是实现医学影像信息管理的重要条件。 中鸿医学影像系统(PACS)兼容DICOM和HLT，具有医学影像获取、存档、传递、显示、处理、打印和多种RIS管理功能。解决了医院传统的纸张、胶片加手工的管理方式，改变了过去医学影像的独占性，节约了胶片、仓储空间、管理人员等资源，使资料保存更加完整，借阅方便，共享性强。医生可以方便的对影像资料进行浏览、拷贝和光盘刻录，支持院内会诊与远程会诊。

医学影像信息系统简称PACS(Picture Archiving and Communication Systems)，与临床信息系统（Clinical Information System, CIS）、放射学信息(Radiology Information System, RIS)、医院信息系统(Hospital Information System, HIS)、实验室信息系统（Laboratory Information System, LIS）同属医院信息系统。 医学影像信息系统狭义上是指基于医学影像存储与通信系统，从技术上解决图像处理技术的管理系统；临床信息系统是指支持医院医护人员的临床活动，收集和处理病人的临床医疗信息的信息管理系统；放射学信息系统是指以放射科的登记、分诊、影像诊断报告以及放射科的各项信息查询、统计等基于流程管理的信息系统；医院信息系统是指覆盖医院所有业务和业务全过程的信息管理系统；实验室信息系统是一类用来处理实验室过程信息的信息系统。

在现代医疗行业，医学影像信息系统是指包含了包括了RIS，以DICOM3.0国际标准设计，以高性能服务器、网络及存储设备构成硬件支持平台，以大型关系型数据库作为数据和图像的存储管理工具，以医疗影像的采集、传输、存储和诊断为核心，是集影像采集传输与存储管理、影像诊断查询与报告管理、综合信息管理等综合应用于一体的综合应用系统，主要的任务就是把医院影像科日常产生的各种医学影像（包括核磁、CT、DR、超声、各种X光机等设备产生的图像）通过DICOM3.0国际标准接口（中国市场大多为模拟，DICOM，网络等接口）以数字化的方式海量保存起来，当需要的时候在一定的授权下能够很快的调回使用，同时增加一些辅助诊断管理功能。

项目目标

医院提出了PACS/RIS系统的建设目标：

1. 最大限度共享及应用现有的信息体系资源，构建在业务处理功能方面可进行互动的系统，针对医院的所有业务，构建先进的的集成医疗信息系统。

2. 部署全影像科影像存贮中心：实现全影像科目前以及即将购置的影像设备的集中式的数字化影像数据存贮；

3. 实现放射科全数字化读片：所有放射科影像检查实现通过计算机网络“软读片”。并充分利用专业处理软件在读片时可对影像进行各种调整、对比、测量；

4. 放射科室无纸化、自动化工作流程：利用计算机网络，实现“检查预约”→“登记签到”→“影像检查”→“读片诊断”→“主任审核”→“报告发布”→“检查随访”等所有环节的计算机化操作；检查资料检索、工作量/财务/疾病等查询统计等科室查询、统计等等均使用计算机处理；

5. 建立超声科、内镜室、病理室等图文报告信息系统：利用计算机网络，实现“检查申请”→“标本签收、登记”→“检查记录与图像采集”→“诊断与报告”→“审核报告”→“报告发布”等超声科、内镜室、病理科无纸化、自动化工作流程；实现超声、内镜、病理的图像的单帧视频影像采集及影像存储备份；实现诊断、报告书写及报告打印计算机化。

6. 利用计算机及网络进行远程诊断与专家会诊。

7. 所建PACS及RIS系统必须符合卫生部影像基本功能规范及医院信息系统评审标准。

8. 兼容性好，遵循DICOM3.0、HL7、IHE等标准。

9. 所建的PACS及RIS系统必须确保图像质量符合医学诊断所需，并实现数据的安全、可靠、并确保日后与医院现有HIS系统的无缝连接。

项目分析

通过对医院需求报告的分析，医院理想中的PACS应该具有以下特点：开放兼容性、适应性、可扩展性、高度安全性、技术先进性、流程规范性、功能全面、服务完善、而且拥有经济和社会效益等。其中以下为具体的介绍：

医院要求PACS系统拥有符合医院工作习惯的规范化数据流程和工作流程，形成先进的影像科室数字化管理模式，从而达到提高工作效率的目的。

随着医院的发展，将会引进新的设备，同时医院规模也仍在不断的扩大，通过对PACS系统的扩展，可以满足日益增加的业务对系统的需求。

医院要求确保系统和数据的安全，PACS系统应该有完善的保全机制来保证系统安全持续稳定的运转。

医院对PACS系统的投资是长期的，技术的先进性和前瞻性是建立PACS系统时需要考虑的因素之一，而且先进的技术带来的高性能也提高了系统可用性和使用舒适度。

医院对PACS系统的使用不是短期，对PACS系统长期、完善、有效、快捷的服务支撑是必须的。

医院通过建立PACS系统的效益是多方面的，胶片的逐步停止使用、胶片维护支出的减少、出具病人报告单、通过改善和规范工作流程从而提高工作效率等方式体现经济效益，伴随着PACS系统，医院也提高了对病人服务质量，实现创造良好的经济效益和社会效益。

系统目标

系统设计的目标，是为了在医院建立一套有效投入使用、切实提高医院医疗诊断水平、方便医生工作和病人就诊、进一步提高医院经济效益的实用、先进、可靠的PACS影像中心系统，通过使用先进的计算机技术利用计算机系统代替传统的胶片图像记录、胶片和报告的库房存储、检查图像的人工传递，并将各个影像科室图像连接共享以及和临床科室的信息共享，充分发挥数字医疗影像的临床效益，并达到以下目的：

实现医院影像资源的充分共享

充分利用PACS网络，实现所有影像设备的集中存储和影像资料共享，以实现影像科室任意调阅其他影像科室的影像和报告资料；同时，影像资料还可以被临床科室、门诊、手术室等部门用户调用。

建立基础的、开放的医疗影像应用平台

面对医院众多的影像设备和系统，建立医院基础的、开放的数字化影像应用平台，有效地将所有的影像设备进行互联，尤其是对诸如普通放射设备的数字化解决方案，不仅最大程度提高了既有设备的使用价值，而且更好的发挥了设备以及各个系统在诊断治疗过程中的运用，同时，影像的应用不再局限于影像科室，而是最大程度将影像的高效利用延伸到医院所有临床科室、手术室等。

有效提高临床医疗诊断水平

利用先进的计算机技术，通过实现影像的数字化存储、传输、浏览，为医院的临床医生提供数字化的快速、方便、灵活的阅片方式，从而提高诊断的正确性，降低误判、误诊的概率，防止医疗事故的发生，同时，减少了医生和病人取片、等片的时间，加快诊断的速度，其次，便于医生之间进行影像的交流与共享，进一步提高诊断、治疗、科研水平。

提高医院的经济效益

通过PACS/RIS系统实现影像的数字化，可以进一步提高医院的经济效益，具体表现为：首先，提高了医院的诊断、治疗的水平，加快了诊断、治疗的速度，减少病人等待、滞留的时间，而且提高了医生的工作效率和设备的使用效率，无形中很大的提高了医院的经济效益；其次，影像的数字化，可以减少胶片的制造、购买、使用、存放的费用，减少漏片、丢片的现象，很大程度上明显的为医院创造了客观的经济效益；第三，提高了医院的声誉和吸引力，吸引更多的病人来医院治疗，从而促进医院进一步增加经济效益、扩大医院规模、提高医院整体水平。

PACS系统安全性、可靠性

PACS系统采用DICOM网关、防火墙等方式隔离影像设备网络与PACS网络。

系统需保证99.95％的正常在线时间，系统停机时间不超过4小时。

系统任何一个或多个故障不会影响整个系统的运行。

影像获取时间（在系统安装后的日常工作环境下，从终端发出请求到第一幅图像显示的时间）在线≤1sWeb方式≤5s

系统具备高度可靠性，具有完善的管理方案和危机应对方案，应具有网络安全方案、病毒保护方案、补丁添加方案、软件更新方案，应急预案等。

系统设计流程

根据医院现有的工作流程和IHE相关的文件及建议，我们设计的PACS系统实施后的工作流程

系统整体规划

整个系统将由以下部分组成：

设备接入系统。

中心存储、归档系统。

放射RIS系统。

全院级PACS系统组件。

阅片诊断系统。

设备接入

标准数字化影像设备数字化

医院现有的标准DICOM影像设备（如贵医院的CT、DR、CR、MR设备）直接通过网络接入PACS系统。

非标准化影像设备的接入

在放射科实际应用过程中，会遇到有些影像设备不支持DICOM协议，只具有数字化或者非数字化的视频接口。

PACS系统提供了DICOM网关工作站，医生可以通过此工作站处理非标准的影像设备，使用数字化解码或者模拟视频端口采集影像，并根据Modality worklist的数据将影像转换为DICOM格式，写入相关信息，并将转换后的DICOM影像传输到存储归档系统中。

激光打印相机的接入

将医院现有的多台带DICOM接口的干式激光相机纳入到PACS系统中，实现资源共享。在需要时，可利用专门设计的DICOM打印服务模块，将PACS系统中的影像调阅出来，重新排版照相输出。PACS胶片打印系统支持多种格式，实现自由排版，可以进行不同病人、检查和序列、不同检查设备的对比影像输出。

DICOM胶片打印模块:

DICOM胶片打印模块实现PACS系统中的影像在需要时，进行胶片输出，实现：

PACS系统和激光相机网络的联机。

支持DICOM方式的胶片输出。

可以支持不同检查或不同病人的图像进行拼图输出，节省胶片。

图像相关信息可以同时输出在相应胶片上。

任意格式的胶片打印。

任意尺寸的胶片裁减和移动。

PACS服务器设计

整个系统采用C/S结构，PACS服务器承担着大量的数据存储和调用任务，因此必须要求服务器具有强大的处理能力和很高的I/O性能。高可靠性是服务器环节的第一要素，因此我们采用高性能服务器来实现数据存储管理控制；同时为了避免单台服务器故障造成的系统瘫痪，我们采用了双机热备机制，由两台服务器（一台主服务器，一台备份服务器）进行双机热备份，一旦一台服务器出现故障，另一台服务器马上接管，保证系统的24小时不间断服务。

存储技术方案

存储容量一般可分为两部分，一是主机的内置硬盘存储，用于安装操作系统和数据库系统，二是用于存放影像数据和数据库数据文件的在线存储系统以及影像备份系统。通常来说，放射科内频繁调阅的多为三个月内的数据，但重点临床科室、尤其住院等需要调阅更长时间的数据量。在线方式由于采用了高速磁盘阵列，科室读片和临床读片都可即时调阅，在100M以上网络环境下，MR、CT首副图像可在2秒内到达，医生诊断无需等待过程。

出于价格和性能的综合考虑，故一般推荐如下存储方案：

服务器系统建议双机热备份服务器设计，保障系统稳定不间断运行。

存储系统采用存储阵列、RAID5冗余设计、高性能SAS或者SATA硬盘形成在线存储系统，对于海量存储建议采用无损压缩技术。

对于大型医院选择建议采用光纤通道磁盘阵列，方便未来增容考虑。备份数据系统采用SATA阵列，使用SATA大容量热插拔硬盘，使用RAID 5数据冗余设计，并

采用JPEG无损压缩技术，建立数据备份系统，使图像建立两份拷贝，保证数据安全，同时也将在线数据时间延长。

离线存储采用DVD光盘形式进行备份。

方案描述：

服务器(双机热备)+操作系统+数据库支持影像数据的远程发送和接收。

支持在线、备份、离线数据管理。

支持海量数据存储，迁移管理。

制定在线/在线已备份/离线 三级数据备份管理机制。

在线：表示当前检查有影像，并且没有进行备份，能够在线获取影像。

在线已备份：缓存数据已经通过SATA阵列或者光盘介质进行备份，能够在线获取影像。

离线：缓存数据已经通过光盘介质进行备份，而且由服务程序主动将其影像数据删除，不能够在线获取影像，需通过导入相关光盘数据进行离线读取。

当与服务器脱机时，自动连接到本地工作；联机时，系统自动把本地的数据上传到服务器，大大提升了数据的安全性、操作的便捷性。

在线存储设计

在规划PACS存储方案时，要根据网络条件、数据流量和用户分布情况，采用不同的存储策略。不同的存储策略，决定了存储设备和存储架构的选用。PACS经过多年的研发、测试、

投入运行，提供了多种存储解决方案。通常采用的存储策略主要分为以下三类：

1. 集中存储策略

集中存储，是把所有PACS影像数据集中存储在网络较中心的位置，供全院影像设备存储数据和所有工作站读取数据的存储策略。基于此策略的PACS系统网络流量较大，存储设备一般采用DAS(磁盘阵列等直连设备)。此策略的最大优势是方便管理，缺点是数据传输性能提升空间有限。

2. 分布存储策略

分布存储，是按数据来源和用户组分别设置存储，PACS影像分布存储于全院各部门，通过一定的应用程序来管理、协调这些存储，以满足全院PACS用户的数据读写需求的存储策略。分布存储的单个存储设备一般配置较低，总是有较好的性价比。对多影像部门的全院PACS数据流分析可以看出，存在这样一些用户群，他们的数据读取内容比较集中而且办公物理位置也比较集中，如放射科主要访问CR、CT数据，而基本上不访问超声数据，临床部门主要访问当前管属病人的影像数据。如果把他们经常访问的数据集中存储在他们最近的网络节点，将大大减少总网络流量，特别是骨干网的流量。这是分布存储存在的事务基

础。分布存储网络带宽需求低、造价低、方便逐步实施、扩展时投资重利用率高，其缺陷是管理复杂。存储设备一般采用NAS。

3. 逻辑上分布的集中存储

SAN存储系统技术的出现，使得可以构建一种集中管理的“分布”存储。在一般分布存储架构基础上，把分布的服务器上的存储设备转移到SAN上，集中管理和连接存储设备，以光纤连接原服务器和SAN，从而形成了集中的“分布”存储。这种存储方案和普通分布存储一样，只在局部占有较多的局域网带宽，能很好的适应网络带宽不足的情况，数据传输主要在SAN光纤网内进行。

二级存储

由于在线存储空间总是有限的，公司提出了二级备份存储的思路，在实际的使用中，可以采用SATA阵列做为二级存储，在在线存储超过一定容量时，系统自动按照时间原则将在线图像转移到备份存储系统中，同时可采用JPEG无损压缩形式保存。在需要调用时，系统自动调用二级存储中图像数据。采用此种存储策略，优点在于：

二级存储作为在线存储的补充，且二级存储可以采用SATA阵列，单盘容量较大，可以保存海量数据，并且可以采用JPEG无损压缩，充分扩大存储空间，且成本投入不大。

由于二级存储为服务器系统自动管理，无需手动迁移图像。系统在处理时可自动识别压缩图像和原始图像，并进行图像压缩与非压缩的转换。

随着医院存储量的增加，医院可以随时增加二级存储，只需将新的存储目录添加至系统参数下，系统即可按目录优先级自动管理，并区分优先权限。

性价比突出：

与在线存储同容量的二级存储设备成本都较在线存储低，且存储与读取图像的操作速度与在线存储相当，扩展性极佳。

可通过参数设置，将二级存储作为在线存储的镜像存储，保证数据的安全性。

离线备份

由于用户存储要求的增加，数据存储的需求正在以指数速度增加。对于医院的PACS系统，推荐采用DVD光盘备份。

光盘有体积小，记录成本低，保存时间长，数据交换方便，易携带，易传播的特点，是理想的备份介质。

DVD离线影像浏览软件设计

系统提供了DVD光盘的影像阅读工具。 有了该功能后，用户能自由选择检查影像进行DICOM刻录，DICOM刻录于可移动媒体的功能，大大提高了使用的灵活多变性。使用者可以将检查影像在用户界面里进行排序，并可选择将阅读软件一起刻录入光盘。

提供以光盘形式输出病人影像及诊断信息，可以让病人在不同系统上察看影像和诊断报告。

DICOM光盘为标准影像光盘，刻录出来的数据光盘，可适用于第三方PACS系统软件。

数据存储安全策略

由于工作的要求，系统必需具有高可用性和持续工作地能力。在中心机房采用单独供电保障，服务器和存储系统采用多种冗余容错方式，如双电源、双风扇、双光纤或SCSI数据通道等。

采用在线、数据备份与离线备份结合方式满足对系统高可用的需求来建立PACS系统的高数据安全性平台。

建立数据离线备份：备份措施也并不能完全消除数据逻辑错误和保持历史数据，也存在人为误操作、硬盘损坏、病毒及黑客造成关键数据的永久丢失，因此我们建议定期将数据备份到DVD光盘中；

建立灾难恢复机制:

定时自动备份：通过定时的备份操作功能，将IT系统管理从繁重、单调的备份操作中解脱出来，从事更有价值的工作，从而也避免认为的误操作而导致的备份数据的丢失；通过数据库的代理程序，实现对数据库的在线备份；

防病毒产品部署

在医院网络防病毒方案中，我们最终要达到一个目的就是：要在整个局域网内杜绝病毒的感染、传播和发作，为了实现这一点，我们应该在整个网络内可能感染和传播病毒的地方采取相应的防范病毒手段。同时为了有效、快捷地实施和管理整个网络的防病毒体系，应能实现远程安装、智能升级、远程报警、集中管理、分布查杀等多种功能。

1）在信息中心建议配置一台高效的服务器安装防病毒软件网络版，负责管理多个客户端计算机。

2）在各临床、医技科室等分支部门分别安装防病毒软件网络版的客户端。

3）安装防病毒软件网络版后，在管理员控制台对网络中所有客户端进行定时查杀毒的设置，保证所有客户端即使在没有联网的时候也能够定时进行对本机的查杀毒。

4）信息中心负责整个医院信息化网络的升级工作。

图像无损压缩的设计

图像压缩一般采用两种压缩方式：无损压缩和有损压缩。考虑到医学诊断的严谨性，我们推荐采用无损压缩，存储设备可以在不增加硬件的情况下，增加3倍的存储量。

阅片报告终端设计

不同类别的医学影像，其图像分辨率是不尽相同。比如CT、MRI图像的分辨率为512×512像素，12bit灰阶，而胸部平片起码是2000×2500像素，12bit灰阶，对于乳腺设备要求则的更高。所以，针对不同的影像类别，推荐相应的显示读片系统。

CT、MRI

影像分辨率512 x 512

彩色及黑白

2兆可同时显示多(X16)幅图像

DR、CR

影像分辨率2000 x 2000

黑白

3兆可同时显示多(X2)幅图像

DSA

影像分辨率1024 x 1024

黑白

3兆可同时显示多(X4)幅图像