中小医院PACS云服务平台架构研究

端 妮，张家庆，蔡荣杰，李彭军南方医科大学网络中心，广东 广州 5055；南方医科大学第三附属医院，广东 广州 50630

医学教育

中小医院PACS云服务平台架构研究

端 妮1，张家庆2，蔡荣杰1，李彭军1
1南方医科大学网络中心，广东 广州 510515；2南方医科大学第三附属医院，广东 广州 510630

目的 设计一种基于云计算技术的新型PACS模式，从而减少中小医院PACS系统建设的难度和成本。方法 结合云计算技术中的SaaS模式，提出了基于云计算技术的SaaS模式的“云PACS”。并从云显示、云工作流以及云归档等3个部分设计了“云PACS”。结果“云PACS”这种灵活租用的软件使用模式，可以缩短中小医院PACS建设的周期，减少建设以及维护所需的成本。结论 基于云计算的PACS将是新一代PACS的发展方向，将为中小医院、区域医疗以及集团化医院的PACS建设带来新的思路。

影像归档与通信系统；云计算；SaaS

PACS即影像归档与通信系统，是应用于医院的CT、MR、超声、DR等数字医疗设备所产生的数字化医学图像信息的采集、存储、管理、诊断、信息处理的综合应用系统。它能减少保存图像的成本、提高诊断的准确率，从而使得图像资料得以有效管理和充分利用。PACS作为医院信息系统中的必要组成，各级医院大多采用各自建设的方式建设了其全院或者科室PACS。PACS的建设需要配套相应的服务器、存储、基础网络等相关硬件设备，开始日常使用后还需要对数据库、PACS软件进行维护和升级，甚至为日益增加的影像数据扩充存储或购买近线、离线存储设备。但中小医院因为资源有限，没有经费或精力进行长期的投入，因此PACS往往不能保证长期良好的运行。为使中小医院只需要关注如何更好的在临床业务中使用PACS/RIS，不用考虑所需的IT技术和成本，急需研究设计一种新型PACS模式。

1　传统PACS的构成及存在的问题

一般来说，PACS是由影像设备接口、数据库系统、归档存储、影像显示以及诊断报告等几个基本部分组成（图1）。因PACS的建设和使用需要服务器、存储、网络环境等大量高昂价格的配套硬件设备，同时，实施过程中也需要动辄几个月的时间，维护阶段也需要厂家和医院计算机人员以及医院资金的投入，这些物资、人力以及时间成本往往造成中小医院PACS的建设困难或者是使用效果不佳。

随着现代医学影像设备的成像技术的高速发展，其产生的影像数据量也在飞速提高，对医院来说PACS系统中存储的数据量也是逐年递增的。为应对这一现象，医院只能采取扩充存储或者将旧数据离线存储的方法，但同时带来的就是硬件成本的增加以及离线数据再利用等问题。此外，PACS的发展以及使用需求的增加，也为医院带来院内网络压力增大的问题，甚至出现因配套网络的限制造成对影像数据甚至是HIS等其他信息系统数据访问速度降低的结果。鉴于以上问题，本文探讨采用云计算的SaaS模式设计一种新型的“云PACS”服务平台，从而解决中小医院PACS建设和使用过程中的高成本、不易维护等问题。

2　云计算技术

云计算并不是一项新的技术，而是分布式计算、并行计算、效用计算、网格计算，虚拟化、负载均衡等传统计算机技术和网络技术发展融合的产物［1-2］。

云计算技术涉及的范围非常广，而且随着技术的进步不断发展变化。根据维基百科的定义:云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。整个运行方式很像电网［3］。云计算是继80年代大型计算机到客户机/服务器模式的大转变之后的又一种巨变。用户不再需要了解“云”中基础设施的细节，不必具有相应的专业知识，也无需直接进行控制。云计算描述了一种基于互联网的新的IT服务增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展而且经常是虚拟化的资源。典型的云计算提供商往往提供通用的网络业务应用，可以通过浏览器等软件或者其他Web服务来访问，而软件和数据都存储在服务器上。

从服务的类型和层次上看，云计算主要包含IaaS，PaaS和SaaS三个层次的含义。IaaS（基础架构服务）即硬件层面的服务整合。用户不需要购买服务器、存储等硬件设备、只需通过按时间租用的方式从服务提供商处租用需要的硬件，即可快速部署自己的应用，节省硬件购置、维护、机房装修、电力、专业维护人员的费用支出。IaaS的关键技术是硬件资源的虚拟化，包括服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化等。SaaS（软件即服务）指软件通过互联网来交付，用户通过互联网租用软件，不需一次性购买软件、硬件，也不需要维护和升级。SaaS运营商统一安装、升级、维护软硬件［4-5］。PaaS（平台即服务）即更深层面的SaaS，它主要侧重于系统平台方面，包括开发环境、数据库等。用户可以使用云计算提供商的软硬件环境开发自己的程序并通过其服务器在互联网上发布。

3　PACS云服务平台架构设计

经过以上对云计算技术的分析，为以较低人力和经济成本满足中小医院PACS系统快速建设的需求，可以采用SaaS模式租用“云PACS”软件，以B/S模型为主通过互联网实现。完整的PACS是有硬件和软件系统组成。其中软件系统包括数据库系统以及影像采集归档网关、影像浏览、图文报告、登记系统、统计系统等PACS子系统和模块，硬件系统包括服务器、存储等。

根据本文PACS云服务平台的设计，整个“云PACS”的软件系统和硬件系统都是在云端部署，用户通过互联网实现对“云PACS”的使用。在用户端仅架设一套前置服务器，安装影像采集归档网关，用于用户影像设备的影像采集和归档，以及近期的影像存储。从而保证用户影像采集的稳定性以及对近期影像数据访问的快速。

成熟的PACS主要包括3个主要部分：影像浏览显示、工作流引擎和影像归档存储。因此本文的“云PACS”主要从云显示、云工作流以及云归档3个部分进行设计：（1）云显示：影像设备的不断发展，伴随而来的是所产生的图像数量也不断增长，从而导致图像传输到诊断终端时间的增加。而“云PACS”中的影像数据均存储在云端，如果将影像数据通过互联网传输到客户端之后，再进行图像显示，势必因为图像传输需要较长时间或者因为网络不稳定而影像用户的使用或降低用户体验。因此，为了减少图像传输的时间，应该采用“云显示”的方法，即将图像显示所需的后处理都在服务端完成，而只将显示结果传输到远程客户端或终端设备。“云显示”的方法，也可以很好地适应移动医疗的需求，有利于从普通PC客户端向移动设备的延伸；（2）云工作流：“云PACS”可以提供与传统PACS一致的基本的各医疗机构独立工作流，供各医疗机构在其内部完成登记、影像传输、归档、诊断、报告书写签发以及临床调阅等一系列PACS相关流程。除此之外，“云PACS”的最大特点应该是可以打破某个医疗机构的界限，工作流不再是某医疗机构范围内的，而是可以将某些工作流分配到其他医疗机构或者院外放射医师来完成，例如影像诊断和报告书写可以由院外的高级放射医师完成。同时，这些参与到工作流中的放射医师，也可以随时随地通过互联网完成所分配的工作，例如出差时也可以完成。云工作流明显可以促进中小医院诊断水平和诊断效率的提高，同时也可以对医疗水平受地域影响所产生的不均衡有显著的改善；（3）云归档：“云PACS”可以为多家医疗机构服务，这些医疗机构所产生的影像数据都需要归档到“云PACS”的中心存储平台上，势必会产生PB以上级别的海量数据。如何实现这些数据的快速处理和扩展将是个难题，这一问题需要在平台设计之初就有所考虑。从存储架构上，传统PACS一般采用“在线-近线-离线”三级存储模式。为提高影像资料的可用性，“云PACS”可用采用“在线一归档”二级存储架构，取消离线存储环节。即中小医院内只保留“在线”一级存储，“近线”和“离线”数据转换为“归档”数据保存在“云PACS”中心存储平台。这种存储架构，可以保证近期常用影像数据的访问速度，同时也可以大大减少中小医院购买和维护存储设备的成本，提供系统的可用性。

4　讨论

围绕云计算的三种服务模式，近年来，国内外均已开始了PACS云平台的研究建设和应用。美国的PACSDrive公司是以IaaS模式提供医学影像在线存档功能，用户可通过软件将设备上的DICOM影像传输到PACSDrive服务端，服务端再将数据转移到公司的数据中心，同时PACSDrive数据中心还在美国境内的三个地点进行了容灾备份［6］。英国IEP公司以PaaS模式提供PACS平台服务，IEP的云服务已配属在英国所有的卫生机构，它主要用于完成不同机构之间影像检查数据的共享和传输，每天，有超过18 000个医生访问IEP，并且有12 000以上个图像通过IEP完成传输交换［7］。以SaaS模式提供PACS云服务功能的有TeraRecon公司开发的iNtuition Unlimited产品，用户可在线访问并运行该产品系列的12个软件，该产品具有个性化影像预处理、通过移动设备或PC浏览器实现交互式3D移动浏览等功能［6］。在国内，盈谷公司于2010年推出了基于云计算架构的iMAGES图像处理及分析引擎，iMAGES也是基于SaaS模式，采用了影像数据、处理及分析在服务器端，显示在终端的影像处理方法，并且是跨平台与硬件无关，可以很好的为机构内或区域放射和临床用户提供高效快速的3D在线图像处理及分析结果的即时终端显示。

通过对国内外PACS云平台的研究和了解，可以确定基于云计算的PACS将是新一代PACS的发展方向。病人的临床和影像数据具有很强的私密性，而将这些私密信息的存储、传输和访问从传统的机构内部转变为通过互联网到云平台，必将为数据的完整性和安全性带来巨大挑战。因此在“云PACS”的设计之初以及使用后的运维管理过程中都必须将安全性放在首要位置。

云计算技术中的SaaS模式，为用户开创了一种灵活租用的软件使用模式，其应用效果与用户自建信息系统基本没有区别，但节省了大量资金，从而大幅度降低了信息化的门槛与风险［6］。因此研究开发基于SaaS模式的“云PACS”，将传统PACS功能流程移植到云平台上，具有重大意义。“云PACS”也将为中小医院、区域医疗以及集团化医院的PACS建设带来新的思路，其云工作流也将为分级诊疗、双向转诊带来便利。

［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，张煜东，吉根林.基于云计算的PACS平台研究［J］.中国医学物理学杂志，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

广东省产学研项目（2013B090500024）；广东省科技计划（2014A040401026）

端妮，E-mail:13751890110@126.com