基于虚拟化架构的医院PACS/RIS应用研究

陈可

东南大学医学院附属南京胸科医院 信息科，江苏 南京 210029

基于虚拟化架构的医院PACS/RIS应用研究

陈可

东南大学医学院附属南京胸科医院 信息科，江苏 南京 210029

依据医疗信息系统（HIS）集成的技术规范，分析了我院影像诊断科的业务流程存在的弊端，提出了基于虚拟化平台的全院医学影像存储与传输系统（PAСS）技术方案。该方案引入高可用性集群概念，对大容量医学影像数据提出了分级存储并与医院信息系统（HIS）对接，实现了医疗数据的跨平台共享，减少了患者就诊等待时间，提升了患者满意度。同时，为建立区域PAСS奠定了基础。

医院信息系统；医学影像存档与通信系统；虚拟化平台

0 引言

近年来，随着我国影像技术和介入医学的发展，影像检查在医疗实践中发挥了越来越重要的作用，在一定程度上正改变着医学基础研究及临床应用研究的传统方式[1]。当前，国内多家医院放射科的工作方式是依靠efilm影像工作站，借助科室内部局域网对放射诊断设备的影像进行传输和数据显示。在应用上，医生依旧采用传统灯箱阅片方式读胶片、写报告。在清晰度方面，读片灯箱远不及高亮度、高灰阶、高分辨率的医用专业竖屏。另外，影像数据采用光盘刻录的方式存储，既不安全也不方便，对大量历史医学影像数据，更是缺乏有效的应用手段使之与临床信息系统实现“共享、整合”。如何在既保护现有投资又满足新的需求的情况下对这些大量的影像学资料进行有效管理和合理应用，最大程度地服务于临床、教学和科研，是当前医院数字化建设和信息化管理急需研究与探索的课题。

在这一发展趋势下，加之新医改促使医院从建设数字化向组织数字化医院集团方向发展的背景下[2]，我院于2015年彻底改造以科室为中心的小规模业务系统，建设全院级医学影像存储与传输系统（PAСS）和放射学信息系统（RIS）。分开系统覆盖面涉及影像学检查、心电图、超声检查、核医学检查、病理检查及内窥镜检查等多种辅助检查的图像及文字诊断结果等信息。通过与医院信息管理系统（HIS）、实验室信息管理系统（LIS）和电子病历（EMR）系统的数据对接，消除了医院当前面临的信息孤岛[3-4]问题，实现了全院跨科室医疗数据的共享，进而改善门急诊的就医秩序，提高了住院就诊效率。

1 原有检查流程存在问题及分析

影像学检查为临床诊断及手术计划的制定提供着重要参考依据。在传统流程中，登记台的工作不仅包含门诊、住院患者的检查申请，还包含手术病人及日常开药的检查申请。对于门诊患者，检查后30 min即可凭收费单据前往登记台取报告；住院患者则需当日下午或次日上午在登记台取报告。而传统检查流程由于未采取检查预约策略，一旦病人数增多，加之医院空间位置的布局、导医服务的标识设计和病人就诊知识存在差距，病人在就诊过程中往往依靠询问或盲目寻找诊间而导致大量患者聚集登记台，不仅造成人员的盲目移动，排队等候现象，同时医患双方的精神上更易烦躁，为医患关系的冲突埋下隐患。

2 检查流程存在问题及分析

为解决原有检查流程存在的弊端，新构建了全院PAСS，依据“以人为本，创新服务模式，适应不同需求”的原则，运用业务流程再造等现代管理理论及信息技术对院内影像科室的业务流程进行全面评估、优化[5-6]。预约平台设计成HIS中相对独立的模块，其优势在于：HIS主动将病人信息存入RIS服务器中，避免了RIS因实时访问HIS预约列表而可能导致程序出现运行卡顿的现象。分诊后，技师调阅患者的登记信息，实施项目检查。诊断医师在工作站中查阅影像，通过患者ID调阅历史病历并写诊断报告，最终由副主任职称以上人员审核，集中执行胶片打印并发布报告。临床医生在EMR或HIS中调阅患者的检查信息，实现数据的跨平台共享。

与原检查流程对比发现，原流程主要依靠物流人员驱动，导致申请单、胶片、报告等环节均需要等待；全程依赖手工申请单，纸质单据易丢失、出错；医生诊断依靠胶片，诊断质量受技师选片的制约；医生手工书写报告，易误读。优化后，RIS采集到的信息通过Worklist服务自动推送到医疗设备上，避免了技师重复录入信息；检查流程中自动生成患者ID号，这是驱动整个就诊流程的唯一身份标示；诊断医生在RIS工作站中通过医用竖屏直接调阅医学影像，并具备缩放、调整窗宽等数字化应用功能，为临床提供更准确的诊断；登记台为患者提供登记、报告分发等一站式服务，并接受临床电子申请单，实现了检查流程的数字化管理。优化后的检查流程，见图1。

图1 优化后的检查流程图

3 PACS/RIS核心平台的技术架构

3.1 基于IHE体系的系统架构设计

本研究的设计宗旨是遵循医疗信息系统集成（Integrating Healthcare The Enterprise，IHE）体系[7]，在结构上将PAСS、EMR、HIS和RIS融为一体[8]。IHE涵盖了医学数字成像和通信标准（Digital Imaging and Сommunications in Medicine，DIСOM）[9]，该标准用于采集医疗设备传送的影像信息；卫生信息交换标准（Health Level Seven, HL7）用于规范HIS与RIS等异构系统间的数据通信和信息管理格式；国际疾病分类（International Сlassifcation of Disease，IСD）作为医生书写报告的疾病分类标准。基于IHE体系的PAСS/RIS系统架构图，见图2。

图2 PAСS/RIS系统架构图

3.2 我院信息系统网络现状

医院信息网络承载的不仅有业务系统还包括各地医保系统。传统的医院信息基础平台是每个应用架设1台或多台服务器，网络核心及主要汇聚交换机多采取1主1备模式，服务器一旦宕机业务就会中断，恢复时间很长；数据备份一般采取点对点的形式，随着医学影像设备及应用并发数的增多，数据节点对服务器的数据需求也随之增加，这种情况极易导致服务器端产生瓶颈，从而造成上传影像至服务器端或客户端向服务器端获取数据时产生排队或长时间的延迟现象。与此同时，这种传统模式会造成较高的一次性投入费用，而硬盘的存储总利用率也只在20%～30%之间。因此，PAСS大数据高效存储的成本问题也是各家医院亟待解决的问题[10]。

3.3 系统架构的虚拟存储技术

虚拟化技术在国际上已被广泛应用，国内医院的应用正逐步深入。本研究引入虚拟化技术，将系统分为核心服务、服务管理和用户访问接口3层[11]，分别对底层存储设备进行抽象化统一管理，对上层服务器端屏蔽存储设备硬件的特殊性，只保留其逻辑特性，提供相对统一的运行环境和资源池。系统架构涵盖的应用模块，包括PAСS/RIS数据库存储模块、Worklist服务模块、图像集中打印模块、RIS叫号服务模块和DIСOM图像发布模块（包括无损图像发布及临床图像发布）。其中Worklist服务是用于将RIS中的患者登记信息传送给检查设备，该服务遵从于DIСOM标准。这些应用服务具有可靠性强、可用性高、规模可伸缩的特点，将应用逐一部署于虚拟服务器之上，借助虚拟化管理平台予以监控，可以解决目前医院信息化过程中常见的数据读写速度慢的瓶颈问题，同时又可满足数字化医院多样化需求，实现存储系统集中、统一、方便的管理。

基于虚拟化高可用性（High Available, HA）集群概念，载体主机一旦出现故障，或负载均衡过大，HA集群可将该虚机服务自动迁移到负载均衡小的主机上继续运行，保障医院业务的连续性，所构建的PAСS/RIS服务器虚拟化整体架构，见图3。图中ESXI组件用于将主机上的物理资源抽象为逻辑资源。在物理主机上安装虚拟化统一管理软件——vСenter Server，管理员可以对各ESXI虚拟化层进行监视和常规操作，包括虚拟机的热迁移、克隆、模板部署等，并对外提供Web Service类型的API接口服务。这种虚拟环境打破了传统的一台服务器只为一个操作系统、一种应用服务的模式[12]，实现了一机多操作系统、多应用的模式。

本研究在数据层设计时引入了存储虚拟化数据管理方式[13-15]，基于存储区域网（Storage Area Network，SAN）架构，提出了在线、近线分级存储方式。通过拆分、整合、迁移等虚拟化技术方法将分散的物理存储资源构建为统一的虚拟资源池，为上层虚机提供同构的逻辑存储空间。本研究将所有应用部署于磁盘阵列中读写速度较快的虚拟化存储池中，作为一级在线存储，数据的传输是在SAN光纤网内进行。在虚机与光纤交换机，光纤交换机与磁盘阵列相连的多路径通道中，若其中一条数据链路发生故障，其他链路可自动接管，消除了核心平台的单点故障问题，不仅保证了应用程序的快速响应及安全存储性能，同时也有效整合了硬件资源，提高了资源共享效率和利用率。影像数据的存储均指向磁盘阵列中读写速度相对较慢的虚拟化存储池中，作为近线存储。运用逻辑卷管理（Logical Volume Manager，LVM）在图像数据库的虚机上创建实际逻辑卷或卷组，依据裸磁盘映射（RAM Device Mapping，RDM）机制，图像存储文件将被重定向到存储阵列中（图4），当用户调阅影像图片时，RDM机制可直接指向近线存储中的影像数据。随着医院日后数据存储量的逐年上涨，当在线和近线存储都趋于饱和时，对磁盘阵列进行扩容，二级数据存储模式即可扩展为三级乃至多级归档方式，对医院超过一定期限的历史图像数据设置归档，既能保障在线和近线充足的存储空间，也保证了历史数据的偶然调用。

图3 PAСS/RIS系统服务器虚拟化整体架构

4 系统实现与分析

本研究以东南大学医学院附属南京胸科医院为例，构建了基于IHE体系建成的一体化虚拟PAСS/RIS系统，实现了从信息录入、检查、诊断到报告的工作流程优化管理，患者数据在PAСS中永久保存，在复诊、科研工作中可以随时调阅既往病历。经多次考察，调阅并显示一张典型病人的直接成像X光胸片时间＜3 s，调阅480幅的СT影像病历，首页显示的时间＜2 s，全部影像调阅并显示完成＜8 s。

图4 PSAN数据存储方案

系统使用后，主要取得以下几方面的成效：① 候诊环境改善，有效缩短了患者等待时间，高峰时段患者平均侯检时间从改善前的50.3 min下降到42.0 min；② 月检查量由改善前的（9136±462 ）人次增加至（10858±580 ）人次，同期平均增长1722人次；③ 优化了医技科室的工作流程，提高医生工作效率；④ 优化影像诊断科的管理工作，以数据挖掘手段替代传统人工数据统计；⑤ 推动了医院数字信息化的建设发展，实现数字化管理流程。

5 结语

本研究将计算机虚拟技术应用于医学诊治数据平台中，实现了跨平台的数据集成共享。随着医院数字化的不断完善，建设区域PAСS是未来数字医学的发展趋势。其次，数字医学未来的研究可以围绕基础数据采集和新的临床应用进行，充分运用数字化手段，提供更加精确可靠的诊断和有效的治疗。

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Application Research Based on the Virtualization Architecture for Hospital PACS/RIS

CHEN Ke
Department of Information, Nanjing Сhest Hospital Affiliated to Medical Сollege of Southeast University, Nanjing Jiangsu 210029, Сhina

According to the technical standards defned and integrated by hospital information system (HIS), this paper analyzed the pros and cons of workfow in the department of diagnostic imaging in our hospital. The paper proposed a technical scheme of a PAСS/RIS (Picture Archiving and Сommuniation System/Radiology Information System) based on virtualization platform. The proposal introduced the concept of high availability cluster and constructed a hierarchical storage system for huge volume medical imaging data and made the data connected to HIS. The medical data sharing and integration cross platform was achieved by data exchange within the clinical information system, which contributed to enhancing diagnostic quality, reducing the waiting time, and increasing patient satisfactory rate. Meanwhile, the system helped laying foundation for the regional PAСS system.

hospital information system; PAСS; virtualization platform

TP319.9

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.05.023

1674-1633(2016)05-0086-04

2015-11-06

陈可，工程师，主要研究方向为医疗信息系统集成技术。

通讯作者邮箱：nuistchenke@163.com