第9章-图像存储与传输系统

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,图像存储与传输系统,第十五章,重要知识点,PACS/RIS/HIS,定义及功能,DICOM3.0,标准的主要内容及功能,PACS,网络构架,PACS/RIS/HIS,的融合,第一节 概述,发展简史与发展趋势,主要功能,分类,定义,PACS,是医学数字图像的获取、存储、显示、传输系统,(,Picture Archiving and Communication System,，,PACS,),RIS,是放射科信息管理系统，是对放射科病人基本信息、检查信息、诊断信息等的管理系统；,(,Radiology Information System,，,RIS,),HIS,是为医院及其所属各部门提供病人诊疗信息和进行行政管理信息的收集、处理的综合管理系统。,HIS,实现了病人诊疗过程中信息的全过程追踪和动态管理。,(Hospital Information System,，,HIS,),医院信息化管理系统,PACS,以全新方式管理医学图像信息，它具有以下优点：,便于图像传递和交流，实现图像数据共享；,可在不同地方同时调阅不同时期和不同成像手段的多幅图像，并可进行图像的再处理，为开展远程影像诊断、综合影像诊断和多学科会诊提供了必要条件；,采用大容量可记录光盘,(CD-R),存储技术，实现了部分无胶片化，减少了胶片的使用量，降低了管理成本；,简化了工作流程，提高了工作效率；,改善了医生的工作模式，缩短了病人的候诊时间，降低了重拍概率，提高了服务质量；,图文并茂，丰富了诊断报告内容；,可对医疗设备的丁作状态及工作量进行实时监控、管理，提高了设备的使用效率。,一、发展简史与发展趋势,1,、发展简史,PACS,的发展经历了三个时代：,第一代,PACS: 20,世纪,80,年代初,90,年代初期：,第一代,PACS,通常称为小型,PACS,是放射科专用的,PACS,通过非标准接口和影像设备进行一对一的连接，以胶片人工数字化为目标，实现简单的医学影像存储，需要用户主动寻找影像数据。,一、发展简史与发展趋势,第二代,PACS: 20,世纪,90,年代初期,90,年代末期：,第二代,PACS,通常称为中型,PACS,，广泛采用了工业标准传输协议,/,因特网互联协议,(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,，,TCP/IP),、,ACR-NEMA,协议、卫生信息交换标准,(Health Level Seven, HL7),等协议，可以实现与医院其他科室互联，实现跨平台运行，并半自动化的提供医学影像指定服务，但仍然没有形成统一标准的工作流程和数据协议。,一、发展简史与发展趋势,第三代,PACS: 20,世纪,90,年代末期,至今：,第三代,PACS,通常称为大型,PACS,具有开放性和扩展性，系统中使用多种计算机操作系统，具有较好的安全性、可靠性和兼容性。它与医院信息系统,(Hospital Information System, HIS),和放射信息系统,(Radiology Information System, RIS),进行了整合，可以自动对,PACS,的各个工作单元进行监控和管理，并实现了跨地域的远程传输。,一、发展简史与发展趋势,2,、发展趋势,PACS,是一项技术含量高且应用前景十分广阔的高新技术，它的发展与普及不仅对影像医学，而且对临床医学的发展都起到了重大的推动作用。其发展趋势为：,提高速度和存储量；,提高图像质量；,三维重建、多种影像融合和计算机辅助诊断等,二、主要功能,(1),直接接收符合,DICOM,标准的数字图像,(2),间接接收模拟图像和非,DICOM,标陷的数字图像,(3),图像传输,(4),采集标难,(5),图像传输速度：,PACS,的首要任务是获得符合,DICOM,标准的图像数据，即接收由影像设备产生的图像信息。其基本内容为：,1,图像的获取与传输,二、主要功能,它是对已获取的图像进行查询、修改、删除等操作。,2,图像管理,其主要任务是：,提高图像文件的存档和提取的速度和效率，对调用图像的订单,(order),安排轻重缓急的顺序，发放用户进入,(entry),许可，对不同用户要求编制相应的时间表，对特殊用户要求做出快速响应并给以明确答复。,二、主要功能,图像处理与显示工作站，也称为图像显示浏览工作站。它具有以下功能：,3,图像处理与显示,可支持多屏幕显示，以便对比观察,可支持同一检查多序列图像同窗口显示，以便对比观察,支持对图像的调节功能,支持对图像的测量功能,支持对图像的标注功能,支持转换,支持电影回放,二、主要功能,它是将接收的图像与数据库相连接，存放在指定的存储硬件上，以便于图像的调阅。图像存储方式有：在线、近线、离线三级。在线存储一般为无损压缩数据，可提供诊断级的图像，数据量较大，时间跨度较短,(3,个月,-1,年,),；近线或离线存储一般为有损压缩数据，可提供临床级的图像，数据量较小，时间跨度较长,(1-5,年,),。为减少存储服务器的负载压力，提高传输效率，分组存储是必要的。,4,图像存储,(1),响应时间,(2),权限和范围,(3),访问优先级。,图像存储的主要参数如下：,三、分类,PACS,最初是从处理放射科的数字图像发展起来的。随着计算机技术、通讯技术和,DICOM 3.0,标准的发展，,PACS,已扩展到所有的医学图像领域。根据,PACS,的覆盖范围，可将其分为三种类型。,1,科级,PACS,它是指影像科室范围内的图像传输网络，即,mini5PACS,。,2,院级,PACS,(whole hospital PACS),将,PACS,能够提供的所有影像服务扩展到医院的每一个科室、每一个部门、每一个角落，即与,HIS,相融合的,PACS,。,3,区域级,PACS,(region PACS),一般由政府、保险公司、社会保障部门共同推动，将某个地区的医疗资源应用信息技术整合成为一个统一的平台，为该地区的所有公众提供医疗卫生健康保健服务。它的特点是图像传输要借助公用通信网在广域网上进行。远程放射学正是在区域,PACS,的基础上发展起来的，远程诊断将成为,PACS,的重要功能之一。,第二节 数字图像和通信标准,应用范围和领域,主要内容,文件格式,网络结构,接口与通讯,构建,PACS,的基础是医学图像的数字化、标准化、网络化。不同的影像设备之间用网络传送数字图像，需要遵循同一个标准，来定义图像及其相关信息的组成格式和交换方法，才能完成图像数据的输入输出。,DICOM,标准是专用于图像存储和传输的标准,是,PACS,的基石,DICOM,是,Digital Imaging and Communications in Medicine,的英文缩写，即,医学数字成像和通信标准,是由,ACR (American College of Radiology),和,NEMA (National Electrical Manufacturers Association),共同制定的标准，它是让不同厂商互相交流的语言。,一个通过网络进行通讯的标准方式 允许一个厂商向另一个厂商的存档系统中存储信息 允许一个厂商查询另一个厂商的存档系统中存储的信息允许一个厂商从另一个厂商的存档系统中调阅信息,一个打印图像的标准方式 允许一个厂商向另一个厂商的打印机打印影像,一个存储信息的标准方式 允许一个厂商与另一个厂商使用标准媒体（例如,CD,）交换信息提供一个标准的文件格式它指定影像和病人数据应该如何存储,设备之间的信息交流，必须有一个标准，规定设备该如何应答命令和相关数据，而不仅仅是满足于能在设备之间交换信息。,在标准中，兼容性的定义清楚。尤其是要求一个声明兼容性的设备，必须有足够的信息来描述，它与另一个声明兼容性的设备进行互操作的条件。,联网方便，不需专用网络接口。,DICOM,本身符合国际标准的文档准则。,有可容纳新设备的介绍，可支持新出现的医学成像设备。,DICOM,标准的主要作用是促进设备的兼容性。其原因是：,DICOM,标准使,PACS,充分利用各种先进的设备，并能够充分集成各个公司所开发的图像采集系统、图像管理系统、显示系统、打印系统等。,DICOM,标准采用面向对象的方法，使图像的采集、存储、传输更便于计算机处理。,同时,DICOM,标准采用分章节更新的方法，便于修改和发展。,声明与标准相兼容的设备所遵循的一系列协议；,可使用这些协议进行交换的命令和相关信息的语法和语义；,必须提供一个声明与标准的相兼容的实现信息。,DICOM,标准通过下面的详细描述，以促进医学影像设备之间的互操作性,评价实现兼容性的测试和验证过程；,一个声明,DICOM,兼容性设备的任何标准特性的实现细节；,一个声明,DICOM,兼容性设备，如何通过整合一组系统需要的全部特性、功能的集合以实现兼容。,DICOM,标准不指定：,一、应用范围和领域,做影像检查时，病人资料从,HIS,和,RIS,中传输到,PACS,对于曾有过影像检查的病人,(,复诊病人,),，利用病人信息检索功能，,PACS,能将长期保存的数字图像调出，传输到书写报告的工作站，以便医生前后对照。检查完成后，图像和诊断报告随即传回到,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。,PACS,隶属于,RIS,和,HIS,又自成系统,HIS,和服保存着病人的基本信息和临床资料数据，也保存和传递病人的图像数据。,PACS,主要保存病人的图像数据，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。,在书写诊断报告或复查时，工作站在显示病人图像的同时，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,中看到病人的各种影像检查图像，达到信息共享。,一、应用范围和领域,DICOM,标准是医学影像设备之间数字图像信息交换的保证。符合,DICOM,标准的医学影像设备之问可以互操作，这决定了,DICOM,标准的应用范围很广，与,PACS,、,RIS,、,HIS,等系统均有重叠,DICOM,标准领域,(PACS,HIS,RIS),的模型图,二、主要内容,属性：,一个信息对象的属性由名字和值构成，这个值与任何编码表独立。,命令元素：,它是一个表达命令参数值的参数编码。,命令流：,它是一系列使用,DIcoM,编码表编码的命令元素的集合。,信息对象类：,描述一个信息对象。包括信息对象的目的和处理属性。,信息对象实例：,它包括实体信息对象的属性数据值。,服务类,(service class),：,一个使用特定的,DICOM,命令流，作用在一个特定的信息对象类的互操作。由描述,DICOM,应用实体的程序构成。,服务类用户,(,sevice,class user,，,SCU),：,它由,DICOM,应用实体承担，可指定某种作业或者向一个具有特定关系的联合体发出有关指令。,服务类提供者,(,sevice,class provider,，,SCP),：,它由,DICOM,应用实体承担，可执行某种作业或者为一个具有特定关系的联合体提供有关调用指令的执行。,（一）基本概念,二、主要内容,DICOM,标准经过多年的丰富和发展，目前主要包括以下,15,项内容。,（二）基本内容,第一部分,：,概述,简要介绍了,DICOM,的概念及其组成,第二部分,：,兼容性,精确地定义了声明,DICOM,要求制造商精确地描述其产品的,DICOM,兼容性,第三部分,：,信息对象定义,利用面向对象的方法，定义了两类信息对象类,普通,(,规范）型、复合型,普通型,的信息对象只包括现实中实体固有的属性,复合型,信息对象种类可以扩展固有的属性,二、主要内容,DICOM,对象,影像,属,性,(attribute),像素,资,料,(pixel data),Patient Name,：張,三,Patient ID,：,0100,1111,Date of birth,：,631012,Sex,：男,Modality,：,CT,Station name,：,FDMS 1.0,Study Date,：,19990226,二、主要内容,第四部分：服务类,，,说明了许多服务类，服务类详细论述了作用与信息对象上的命令及其产生的结果,例,：,CT,的计算机需要将图像打印到胶片上,计算机发一个消息到代表具有,DICOM,功能的激光打印机的地址，得到回应的消息后，再将图像按,DICOM,格式发送到此地址，于是，作用在,信息对象,上的,命令,产生结果,由激光打印机完成了打印服务,二、主要内容,第五部分：数据结构及语意,，描述了怎样对信息对象类和服务类进行构造和编码,二、主要内容,第六部分：数据字典，,描述了所有信息对象是由数据元素组成的，数据元素是对属性值的编码。,例：在数据字典中，,0010,0010,表示患者的,姓名，,0010 0020,表示病人,ID,等,二、主要内容,第七部分：消息交换，,定义了进行消息交换通讯的医学图像应用实体所用到的,服务和协议,第八部分：消息交换的网络通讯支持,，,说明了在网络环境下的通讯服务和支持,DICOM,应用进行消息交换的必要的,上层协议,第九部分：消息交换的点对点通信支持,说明了与,ACRNEMA2.0,相兼容的点对点通信环境下的服务和协议。它包括物理接口、信号联络过程以及使用该物理接口与,OSI,类似的会话传辙网络协议及其服务。,第十部分：介质交换的介质存储和文件格式,此项说明了一个在可移动存储介质上医学图像信息存储的通用模型。提供了在各种物理存储介质上不同类型的医学图像和相关信息进行交换的框架，以及支持封装任何信息对象定义的文件格式。,二、主要内容,第十一部分：,介质存储应用 它是用于医学图像及相关设备信息交换的兼容性声明，给出了,DSA,、,U5,、,CT,、,MRI,等图像的应用说明和,CDR,格式文件交换的说明。,第十二部分：,介质交换的物理介质和介质格式 它提供了在医学环境中数字图像计算机系统之间信息交换的功能，这种交换功能将增强诊断图像和其他潜在的临床应用。这部分说明了特定的物理介质特性和介质格式，具体说明了各种规格的存储介质，例如,MO,磁光盘和,CDR,可刻写光盘等。,二、主要内容,第十三部分：点对点通信支持的打印管理,定义了在打印用户和打印提供方之间点对点连接时，支持,DICOM,打印管理应用实体通信的服务和协议。点对点通信卷宗提供了与第,8,部分相同的上层服务，因此打印管理应用实体能够应用在点对点连接和网络连接。点对点打印管理通信也使用了低层的协议，与已有的并行图像通道和串行控制通道硬件硬拷贝通信相兼容。,第十四部分：灰度图像的标准显示功能,这部分提供了用于测量特定显示系统显示特性的方法。,第十五部分：安全性概述,(security profiles),在两个通信的应用程序之间交换信息时应遵守的安全规则。它不研究访问控制时的安全规则，只提供适当的技术手段，让两个应用程序通过交换足够多的信息来实现安全。例如两个应用程序通过,DICOM,协议连接上，它们实际上同意了并接收了对方实体的安全级别。这时，主应用程序信任对方在它们的控制下能够保持它们数据的保密和完整性。当然这种级别上的信任也可由本地的设置得到,。,二、主要内容,应用程序可能并不相信其所处的通信线路是完全安全的。在通信的过程中，信息有可能被篡改，也有可能被截获用于不法用途，基于这种情况，,DICOM,标准规定通信双方需要安全认证。应用程序可以根据现实情况,(,网络范围,),，有选择地使用何种级别的认证。,二、主要内容,DICOM,框架,三、文件格式,DICOM,文件是指按照,DICOM,标准而存储的医学文件。它一般由一个文件头和一个数据集合组成。,1,文件头（,file mate information,） 它包含标识数据集合的相关信息。每个文件都必须包括该文件头。文件头由前言开始，接下来是前缀，它是一个长度为,4,的字符串“,DICOM”,，可以根据该值来判断一个文件是不是,DICOM,文件。,2,数据元素在,DICOM,文件中最基本的单元是数据元素。,3,数据集合 数据集合是由数据元素按照指定的顺序依次排列组成的,。,三、文件格式,DICOM,文件数据集合不仅包括医学图像，还包括许多和医学图像有关的信息。例如，病人信息、图像大小等。,对于,DICOM,文件，一般采用显式传输方式，数据元素按照标签从小到大的顺序排列。,DICOM,数据集合是按照,DICOM,标难,PS3.5,部分来编写组成的，如图所示。,DICOM,文件结构类型,四、网络结构,DICOM,的网络传输协议是与开放系统互连,(OSI),协议相对应的。,OSI,参考模型有,7,层,(1),物理层：,传输数字信息到连接的设备。它通过电缆或光缆传输比特数据流，同时定义了电缆线如何连接到网卡，数据编码如何和数据流同步，比特数据流的持续时间以及比特数据流如何转换为可在缆线上传输的电或光脉冲信号。,(2),数据链路层：,在物理连接的基础上实现点对点传输。从网络层向物理层发送数据帧,(,存放数据的有组织的逻辑结构,),，接收端来自物理层的比特数据流打包成数据帧,e,控制信息包括帧的类型、路由和分段信息。,(3),网络层：,把数据路由到不同网络。它负责信息寻址，将逻辑地址与名字转换为物理地址，通过分组交换和路由选择，实现数据块传输。,(4),传输层：,工业标准传输控制协议,(TCP),确保可靠地传输全部信息。这一层将信息重新打包，将长的信息分成几个报文，并把多个小的信息合并成一个报文，从而使报文在网络上有效地传输。提供流量控制和错误处理能力。,1,信息交换的网络支持,四、网络结构,(5),会话层：,管理设备间的会话,(,开始、停止和调整传输顺序,),。在两个应用进程之间，管理不同形式的通讯会话，并在数据流中放置监测点来保持用户任务之间的同步。,(6),表示层：,提供数据转换的语法,(,编码格式、转换格式等,),。转换主机间的不同信息格式和编码的方式，也称为网络转换器。在发送方，表示层将应用层发送的数据转换成可辨认的中间格式；在接收方，将数据的中间格式转换成应用层可以理解的有用格式。表示层负责协议转换、数据加密、数据翻译等功能。,(7),应用层：,为网络提供服务功能和供用户使用的应用程序。一般包含所有的高层协议，主要由,DICOM,消息服务元素（,DICOM message service element,，,DIMSE,）协议和,DICOM,协议组成。,DICOM,协议是建立在传输控制协议（,TCP,）和因特网互联协议（,IP,）之上的高层协议，其主要作用是将要传输的数据封装成,TCP,协议数据单元（,protocol date unit,，,PDU,）形式传输给传输层，以及将接收的,TCP PDU,形式的数据转化成一般的数据格式；进行指定方式的通信（电子邮件、文件传送、客户,W,服务器）执行“打开”、“关闭”、读写文件等操作，执行远程作业，获得关于网络资源的字典信息。由于应用层支持消息交换的操作和服务，也被称为“连接控制服务单元（,association control service element,，,ACSE,）”。,四、网络结构,由于,TCP,IP,协议高效而简洁，,DICOM,标准又定义了支持,ICP,IP,传输,DICOM,对象的上层协议,(,对应于,OSI,的表示层、会话层和应用层,),，,TCP,IP,成为常用的通信协议。网络支持在,DICOM,的下层，是基础部分,DICOM,OSI,协议的层次结构如图所示。,DICOM,OSI,模型结构图,四、网络结构,2,信息对象定义,信息对象与特定的图像种类相对应，图像信息对象定义,(IOD),有,4,个层次：,病人,(patient),层；,研究,(study),层；,系列,(,serise,),层：,图像,(image),层。,病人层包含病人的基本资料，是最高层次；研究层是最重要的层次，包含检查种类,(CT,、,MRI,等,),、检查日期；系列层包含检查形态和扫描条件、视野和层厚等；图像层包含获取的位置属性、图像像素信息等。,四、网络结构,信息对象定义,(IOD),只是服务的对象，信息服务定义了服务的内容。如存储,(storage),、查询检索,(query,retrieve),、传输,(communication),、存档,(archiving),、打印,(printing),等服务类。信息对象加服务，就组成了服务对象对,(service,object pair,，,SOP),，一个,DICOM,兼容设备必须兼容一个或多个,SOP,，即设备支持特定图像和,SOP,规定的操作，还必须符合服务类用户,(SCU),或服务类提供者,(SCP),的身份。提供服务、执行命令的一方是,SCP,，接收服务、发出命令的一方是,SCU,。在,PACS,中，图像工作站是影像设备的传输服务类提供者,(SCP),、存档服务器的传输服务类用户,(SCU),、查询检索,SCU,和,SCP,，也是打印机的打印服务类用户,(SCU),。存档服务器是影像设备和工作站的存档,SCP,，也是工作站的传输,SCP,、查协检索,5CU,和,SCP,。影像设备是影像工作站的传输,5cu,、存档服务器的存档,SCU,和打印机的打印,SCU,，打印机是影像设备和工作站的打印,SCP,。,3,信息服务,四、网络结构,为实现信息交换，,DICOM,标准要求消息服务单元完成以下操作：,应用程序通过应用程序接口,(application program interface,，,API),发出,DICOM,功能服务要求；,DICOM,服务器构造应用实体，把,API,参数放入应用实体上下文；应用实体根据上下文功能，要求调用对应的,DICOM,上层服务功能；,DICOM,上层服务功能将相关参数组成,TCP,协议数据单元,(,四,U),包，传递给,TCP,套接字（,socket,）接口进行封装；对于,SCU,，,DICOM-MSE,用于发送请求命令和接收响应命令；而对,SCP,，,DICOM-MSE,用于接收请求命令和发送响应命令等；,操作系统的,TCP,IP,服务通过物理网络，将数据传送到目标计算机；,目标计算机收到信息后，回送应答信息。,五、接口与通讯,两台计算机进行通讯，需要请求,DICOM,给以支持，首先要进行通讯的起始设定,。,1,起始信息的交换 如果,A,系统想要与,B,系统通信，则先要发出一个起始信息，其中应包含以下内容：,A,系统本身能支持的,SOP,有哪些；,针对每个支持的,SOP,，,A,系统必须说明它是如何编码,(,压缩,),这些“传输语法”资料的，给出自己可用的传输语法清单，传输语法规定了传送内容的编码方式、字节发送的次序和图像的封装形式等；,五、接口与通讯,A,系统可以扮演哪些,SCU,SCP,的角色。,B,系统接收到这些起始信息后，把这些资料和本身支持的部分作对照后，就能整理出双方共同的,SOP,和传输语法，再将所有的对应部分包装成一个信息，回送给,A,系统。通信起始信息设定完成后，两者就能进行信息交换了。图,154,是上述过程的示意图，假设,A,是,MM,设备，,B,是存档服务器。,交换起始信息示意图,五、接口与通讯,2,图像信息存储,(storage),它是,DICOM,标准中的一个协议。其主要功能是实现图像的存储。其工作过程是：带,storage,。功能的设备通过正确的配置可以将设备已经采集的,DICOM,图像发送给,PACS,。例如，将,MRI,图像传送到存档服务器，工作过程如下：,(1),包装：,MRI,设备将图像包装成信息对象定义,(IOD),，再加上,storage,信息服务，包装为网络通信信息，向,PACS,发出信息服务申请。,(2),解包：,存档服务器接收信息后，进行解包，判读命令部分，将,MRI,图像读出，并存入硬盘。,(3),回答：,服务器发回答信息，通知,MRI,设备，已完成存储。,MRI,设备收到后，即完成了通信。,五、接口与通讯,3,工作列表,(work list),它是,DICOM,标准中的一个协议，是方便放射科检查流程的一个服务。其主要功能是将病人信息转化为影像设备所需要的工作列表。其工作过程是：带,work list,功能的设备通过正确的配置可询问,(query) PACS,或者,HIS,系统，从中获取所要病人的基本信息到设备的工作表,(schedule),以方便检查，减少差错率。,4,打印,(print),它是,DICOM,标准的打印服务协议，是将图像传送至,DICOM,打印机。其工作过程是：带,print,功能的设备,(,如放射科大型影像设备，,PACS,的图像诊断工作站,),可将病人的图像传输到激光打印机并打印出胶片。,五、接口与通讯,实现,storage,、,work list,、,print,协议的三个条件：,设备之间的,IP,地址、,端口号、,应用实体程序标题,(application entity title, AE title),由,SCU,给,SCP,提供参数或者互相提供参数，通常一些设备上会有主机名,(host name),，这一般是填写主机名。如同时添加,storage,、,work list,，如果是同样的,IP,，那,host name,也必须一致。,AE title,是配置影像设备,DICOM,服务必不可少的参数之一。对于某一台影像设备，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，但是这个字符串在要配置的,RIS,PACS,网络中必须是唯一的。因此，,AE title,是这个网络中某一个,(,或几个,)DICOM,服务的唯一标识。,第三节 图像存储与传输系统基本结构,硬件结构,软件结构,PACS,的基本结构是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分主要包括服务器、网络设备、存储设备等，这些硬件与医学影像设备组成,PACS,网络系统。软件包括网络操作系统,(network operation system NOS),、,PACS,服务器应用软件、客户端应用软件等。,一、硬件结构,服务器是网络的核心部件。它用来传递来白客户的请求信息，对整个系统进行管理、配置、调度、请求响应、数据分发等。,（一）服务器,从大量的,DICOM,信息源中获取图像；,无损或有损格式,(,或两者兼用,),压缩图像；,快速存储，压缩图像；,作为超文本传输协议的服务器等待关于传输控制协议因特网,(,网际,),协议,(TCP,IP),的网络请求。,PACS,的服务器，需要具备以下功能：,一、硬件结构,服务器的配置，可根据医院的情况配置一台或多台，如接收服务,(acquisition server),、数据库服务器,(database sewer),、存储服务器,(storage server),构成服务器集群系统。各服务器分工合作，完成各自的任务，并能实现资料共享。多数情况下，通过进入常规、压缩冗余独立磁盘阵列,(redundant array of independent disks ,RAID),可实现每一条信息资料的共享。,一、硬件结构,PACS,承担着医学影像庞大数据量的信息对象传输和通讯任务，这就决定了大、中型,PACS,对网络结构设计要求较高,PACS,网络结构的设计也成为制约和影响,PACS,应用效率和系统响应的关键因素。在规划网络时，需要考虑速度、容量、流量负担、负载均衡，以及将来网络扩容和带宽升级等各个方面。,(,二,),网络通讯与网络设计,一、硬件结构,实用性和先进性,可靠性,标准性与开放性,安全性,高性能,灵活性及可扩展性,易操作性和易管理性,1,PACS,网络系统设计要求,一、硬件结构,2,主流网络技术介绍,目前，网络建设常用的技术有：,(1),干兆到桌面,(2),智能弹性架构,一、硬件结构,网内托扑设计采用三级架构，分为核心层、汇聚层和接入层。,(1),核心层：主要承担高速数据交换的任务，同时要为各汇聚节点提供最佳传输通道。核心节点的网络设备需要高速转发整个,PACS,的流量，设备承载的压力较大。因此核心节点的建设，通常必须遵循以下几个原则：,具备高可靠性及高冗余性；,能够提供故障隔离功能；,具有升级能力；,具有较少的延时和易于管理。,3,PAcs,网络系统安全与设计,一、硬件结构,主要任务是把大量来白接入层的访问路径进行汇聚和集中，承担路由聚合和访问控制的任务。这就要求汇聚层设备必须具备良好的可扩展性，必须使用模块化、分布式转发的体系结构，可通过增加板卡提高端口密度，以便汇接更多的接入层设备，并能提供良好的性能保障。,(2),汇聚层：,一、硬件结构,主要任务是完成用户的接人，它直接和用户连接，可能遭受地址解析协议风暴、介质访问控制、互联网控制信息协议风暴、带宽攻击等病毒攻击方式，对安全性的要求很高，另一方面必须提供灵活的用户管理手段。,PACS,网络典型设计方案如图所示。,(3),接人层：,PACS,安全网络结构图,一、硬件结构,(,三,),存储设备,1,PACS,存储需求分析,随着医院高精端的医学影像设备的引入，,PACS,的发展也呈现出一个很大的特点：位医学图像数据量成倍乃至百倍的骤增，被称为“海量”的图像数据为存储容量带来了很大的挑战，数据需要进行分级存储和归档，同时，数据需要备份容灾和异构存储环境的现状也越加突出。因此，,PACS,需要一种可靠、灵活的大容量存储系统来满足其应用和发展。,目前，存储在医院中,PACS,中运用的情况：部分医院还采用分散存储的方式作为,PACS,的存储系统，不仅数据分散、链路结构相对落后、容量扩展性差，还缺乏相应冗余保护手段。同时，以前的分组存储系统的设计也存在较大问题，很多医院在离线甚至近线设备中多采用光盘库和磁带库的方式，不仅数据安全可靠性较差、更不方便调取。很多大医院的,PACS,信息资源除了用于诊断和医疗，越来越多地用于医院的科研、教学，有很多,PACS,图像都十分珍贵。因此需要对重要的,NOS,图像提供异地容灾备份。,一、硬件结构,PACS,对存储系统有独特要求，其主要特点如下：,文件尺寸大,分级存储,三级存储架构,海量存储,容灾数据保护,分类存储,降低成本,高扩展性和灵活性,综合分析，,PACS,的存储系统设计应具备如下特征：,整个存储网络集中式的数据共享；,在线、近线、离线的三级或二级分级存储架构；,病入诊断数据的快速访问；,支持容量增长的高度可扩展架构；,对,PACS,和数据全方位的数据保护。,一、硬件结构,2,主流存储技术介绍,传统主机系统既负责数据的计算，也通过文件系统、数据库系统等手段对数据进行逻辑和物理层面的管理。而存储设备，则是以直连存储方式连接在主机系统中。由于历史原因，各种标准和各种版本的操作系统、文件系统拥挤在用户的系统环境中，使数据被分割成杂乱分散的“数据孤岛”无法在系统间自由流动，自然也就谈不上设备充分利用和资源共享。有鉴于此，人们开始寻找存储网络化和智能化的方法，希望通过提高存储自身的数据管理能力，独立于主机系统之外，以网络方式连接主机和存储系统，以设备资源透明的方式为计算提供数据服务。从而将数据管理的职能，从标准混乱、应用负荷沉重的主机中分离出来。,一、硬件结构,在网络存储的发展过程中，存储区域网络,(storage area network,，,SAN),和网络附加存储,(network attached storage,，,NAS),得到了迅速发展。,一、硬件结构,NAS,是一种直接利用局域网，基于文件的存储架构，存储数据的传输也是基于局域网。,NAS,的存储架构如图示。,NAS,的存储结构图,一、硬件结构,NAS,的最大优点是：,很容易实现异构平台的文件共享；,可扩展性好。存储单元可比较容易地加入到网络中。,由于,NAS,存储在数据备份或存储过程中会占用网络的带宽，可扩展性有限，并且访问需要经过文件系统格式转换，因此适合,PACS,图像文件方式的访问，不适合数据块级,(block),的应用，尤其是要求使用裸设备的,PACS,数据库系统。,一、硬件结构,SAN,是指存储设备相互连接且与一台服务器或一个服务器群相连的网络，其中服务器用,SAN,的接入点，,SAN,存储结构如图所示。,SAN,存储结构,T,图,一、硬件结构,SAN,是一种特殊的高速网络，连接网络服务器和诸如大磁盘阵列或备份磁带库的存储设备，,SAN,置于局域网圳之下，而不涉及,LAN,。利用,SAN,，不仅可以提供大容量的存储数据，而且地域上可以分散，并缓解了大量数据传输对于局域网的影响。,SAN,的结构允许任何服务器连接到任何存储阵列，不管数据置放在哪里，服务器都可直接存取所需的数据。,两种,SAN,存储技术：,FC SAN,IP SAN,一、硬件结构,3,PACS,存储系统设计,前面提到，医疗,PACS,存储系统目前采用分级存储的架构，通常根据医院具体情况分为二级或者三级架构，设计方案如图所示。,IP SAN,三级存储架构图,一、硬件结构,在线存储,近线存储,离线存储,二、软件结构,NOS,系统是,PACS,网络的核心，是向网络计算机提供网络通讯和网络资源共享功能的操作系统。它是负责管理整个网络资源和方便网络用户的软件的集合。,NOS,系统是运行在服务器之上的，也称之为服务器操作系统。,Nos,是可以使网络相关特性达到最佳，其主要功能是处理机管理、存储器管理、输入输出设备管理和网络通讯管理,(,如共享数据文件、共享硬盘、打印服务等,),。,(,一,),操作系统,在局域网中常用的,N0S,系统有,4,类：,Windows,类,Netware,类,Unix,系统,Linux,系统,二、软件结构,数据库管理系统是一种操纵和管理数据库的大型软件，是用于建立、使用和维护数据库。它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性。用户通过,DBMS,访问数据库中的数据，数据库管理员也通过,DBMS,进行数据库的维护工作。它提供多种功能，可使多个应用程序和用户用不同的方法在同时或不同时刻去建立、修改和询问数据库。它使用户能方便地定义和操纵数据，维护数据的安全性和完整性，以及进行多用户下的并发控制和恢复数据库。,(,二,),数据库倍理系统,二、软件结构,常见的数据库管理系统：,Oracle,Microsoft sq1 server,Microsoft access,NOS,和,DBMS,隶属于第三方软件,(,有偿软件,),，即非,PACS,制造商开发的软件。选用哪种操作系统及数据库，完全是由,NOS,制造商根据自己的特性来选择，基于对,PACS,的稳定性、可靠性、可扩展性、安全性等原则。需要了解的是，在,PACS,中，操作系统和数据库是运,PACS,应用软件的基础。在此，对这类软件不做更详细的介绍。,二、软件结构,当选用,NOS,系统和,DBMS,系统，,NOS,制造商需要提供,PACS,的功能：通过网络获取影像设备的图像，对图像进行管理和存储，使放射科医生工作站、放射科医生报告工作站、临床医生阅片工作站、,WEB,浏览器等，能够获取相应的图像信息。归纳为：图像的获取、图像的管理、图像的处理与显示、图像的存储等。,(,三,),应用软件,1,PACS,的设计原则,标准性,开放性和可扩展性,安全性、可靠性、稳定性,跨平台、多功能,与,HIS,、,RIS,融和。,二、软件结构,PACSDICOM,数据工作流程如图所示,SCU,：服务类用户,SCP,：服务类提供者，箭头所指是,DLCOM,数据的流向,二、软件结构,DICOM,标猴遵从性的设计，根据系统丁作流程，通过分析不同影像设备,PACS,中可能担负的角色和,DIc0M,图像对象在网络中的流向，确定必需的,DICOM,服务,-,对象,-,分类,(service-object-class),遵从程度和范围，从而设计特定的影像设备必须支持的,SCP,及相应的服务类用户,SCU,和服务类提供者,SCP,如工作流程图所示的工作流程中，,DICOM,图像,SCP,所有图像采集设备,(CT,、,MRI,、激光胶片数字化仪等,),均为单一流向,(,送出,),，因此其,DICOM,遵从性的基础要求仅为提供对特定的图像对象,(,如,CT,、,MBI,等,),的存储服务类的支持并作为,SCU,，图像丁作站、图像存做管理服务器等因其任务的多重性和图像对象的双向流动性，,DICOM,遵从性的基础要求可能需要包括服务类存储、查趴检索,(,作为,SCU,和,SCP),以及打印管理,(,作为,SCU),等；硬拷贝输出设备,(,如激光打印机等,),仅需支持打印管理并作为,SCP,即可。,2,PACS,遵从性的设计方法,二、软件结构,数据模型设计与数据库的实现,图像通讯与服务功能的实现,可扩展性,安全性,可靠性和稳定性,PACS,与,RIS,的接口和集成方法,3,典型的基于服务器端的程序设计,