一種基于云計算的影像存儲系統(tǒng)設計與分析

蘇虞磊

摘要：現(xiàn)代化信息技術產生的階段性成果為醫(yī)療影像系統(tǒng)的發(fā)展提供強大動力，醫(yī)療體系的信息化進程，使了醫(yī)療數(shù)據(jù)、影像數(shù)量呈倍數(shù)增長，其中醫(yī)療影像數(shù)據(jù)在整體醫(yī)學內容數(shù)據(jù)占據(jù)較大比例，由于醫(yī)療設備的成像技術更新迭代，使醫(yī)療影像的數(shù)據(jù)格式更加復雜，無論影像的數(shù)字化傳輸，還是醫(yī)學內容共享，都帶來不便影響。目前醫(yī)療影像大數(shù)據(jù)的存儲任務對PACS系統(tǒng)來說過于龐大，亟需對影響存儲系統(tǒng)進行創(chuàng)新性研發(fā)。通過運用云計算平臺、醫(yī)學數(shù)字成像技術及總體存儲結構的設計，針對當前醫(yī)療影像數(shù)據(jù)產生問題各區(qū)域研究現(xiàn)狀，展開對醫(yī)療影像系統(tǒng)的分析與研究。

關鍵詞：云計算;存儲系統(tǒng);影像大數(shù)據(jù);醫(yī)療體系

中圖分類號：TP391

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）07-0091-04

現(xiàn)代化信息技術的迅速發(fā)展和“互聯(lián)網(wǎng)+”模式下數(shù)字化進程的推進，各行各業(yè)進入大數(shù)據(jù)時代。大數(shù)據(jù)的主要含義是指數(shù)據(jù)量、數(shù)字維度規(guī)模巨大，其表現(xiàn)形式廣泛應用于諸多類別，比如數(shù)字、圖像、音頻、視頻等。因為科技化信息技術逐步深入醫(yī)療體系中時，使其在相關醫(yī)療技術中具備信息化、智能化、自動化的特征，醫(yī)療體系中的數(shù)據(jù)量單位由TB升級到PB。怎樣將大量醫(yī)療影像數(shù)據(jù)及繁冗的數(shù)據(jù)類型進行合理存儲及計算，減小影像數(shù)據(jù)對醫(yī)療內容的存儲負擔。當前綜合性醫(yī)療數(shù)據(jù)里影像數(shù)據(jù)的占比達到90%，成為醫(yī)學研究內容的關鍵組成部分。

1云計算技術對影像存儲功能研究概況

1.1云計算技術概念

云計算技術的影響范圍不斷擴大，并且隨著數(shù)字化發(fā)展進程不斷變化。根據(jù)“互聯(lián)網(wǎng)+”模式的計算，積極結合此模式的工作方式，實現(xiàn)軟件與硬件的有效資源信息管理，滿足包括計算機在內工作設備一些合理需求，與醫(yī)療網(wǎng)絡系統(tǒng)的模式相似的是電網(wǎng)的組成形態(tài)"。在經過大型計算機到客戶機/服務器的階段性發(fā)展后，又一改革性技術就是云計算。云計算的操作不要求用戶掌握“云”中基本構建，不對用戶專業(yè)性知識產生限制，甚至不需要直接的操控。云計算體現(xiàn)的是一種“互聯(lián)網(wǎng)+”形式下的新型服務模式，目前形勢下，牽扯的主要內容是通過網(wǎng)絡指向有效動態(tài)擴展，并且其性質為虛擬資源。供應云計算的企業(yè)通常都會提供商業(yè)業(yè)務服務平臺，通過常見網(wǎng)絡地址、軟件作為載體，使用戶進行訪問。

1.2國內外影像系統(tǒng)應用現(xiàn)狀

1.2.1國內

我國云PACS系統(tǒng)技術的實際應用進入專業(yè)領域周期短，各項經驗缺乏，目前已經實現(xiàn)影像信息與異地在線診療系統(tǒng)的醫(yī)院數(shù)量占比全國醫(yī)院數(shù)量較低，在涉及大量影像數(shù)據(jù)的存儲問題上，造成云PACS系統(tǒng)發(fā)展進人瓶頸期。實際操作于云PACS系統(tǒng)的過程中，主要面對的是影像傳導、顯示以及保存。此外，由于高分辨率圖形工作站的普及優(yōu)惠，推動了醫(yī)療影像傳輸與顯示的優(yōu)化。

1.2.2國外

谷歌公司率先推出了云計算技術，隨之引起全世界對云計算技術的探索熱潮，諸多國際性貿易企業(yè)、科技企業(yè)進入該領域的應用，比如亞馬遜、微軟等跨國企業(yè)?；谠朴嬎愦罱ǖ脑破脚_，在基礎特性上具有云計算的開放式特征，也是云計算技術的應用化表表，云計算得以快速發(fā)展的因素還有其對應的技術軟件具備開源特點，意味著用戶能夠直接獲取并完善代碼。

2云計算服務

云計算服務技術的搭建于互聯(lián)網(wǎng)的相關程序組建模式，根據(jù)此模式方式，云計算可以將應用的軟硬件作為傳輸介質，對計算機數(shù)據(jù)或其他設備產生支持。云計算服務的特點如圖1所示。

2.1云平臺服務類型

2.1.1基礎設施即服務（laaS）

結合基礎設施的硬件整合，給予云平臺服務計算、保存的能力，大大減少用戶對與硬件設施方面的需求，使用過程是對服務器的應用屬性、規(guī)定指標及運行時間進行選擇，之后通過購買來獲取云平臺服務，在展開對硬件設施的各項物力及費用的支出時，對任何軟件進行迅速應用部署[4-6]。

2.1.2平臺即服務（PaaS）

平臺及服務的主要內容是為用戶提供具備完整架構的開發(fā)環(huán)境，其中包括平臺設施、應用系統(tǒng)、開發(fā)軟件等。服務供應商結合用戶的軟硬件兼容環(huán)境，展開自身產品的研發(fā)，并發(fā)布在供應商所授互聯(lián)網(wǎng)平臺中。

2.1.3軟件即服務（SaaS）

給予用戶云服務的介質是以軟件呈現(xiàn)，用戶的操作過程不需要對現(xiàn)有環(huán)境進行改變，只需連接網(wǎng)絡平臺，訪問供應商網(wǎng)頁或客戶端即可享用服務，供應商的軟件售后服務包括對軟件的維護、更新、查錯、控制等。

2.2虛擬化應用分類

2.2.1平臺虛擬化

平臺虛擬化包括計算機網(wǎng)絡與主屏幕區(qū)域的虛化，平臺虛擬化任務根據(jù)對IO、存儲空間、CPU的虛化工作展開的。對桌面進行虛擬化的作用是為了減少操作計算機復雜步驟，提升用戶操作高效率以及平臺使用感。平臺的服務器虛擬化作用是提高主機利用率，同時操控數(shù)個客戶，基于對資源等級的排列，通過對服務器資源的合理分配，實現(xiàn)工作負載的均衡，其功能可有效提升虛擬機的便捷性，整合服務器數(shù)據(jù)內容，降低管理、運行成本。

2.2.2資源虛擬化

資源虛擬技術的經典表現(xiàn)主要存在存儲虛擬化、網(wǎng)絡資源虛擬化兩方面。存儲虛擬化能夠將操作任務對多個內外存儲器進行分布，強化目標服務功能結合

其他功能的有效整合，為云平臺提供切實有效的服務保障;網(wǎng)絡虛擬化是將軟件的網(wǎng)絡體系元素中的內外網(wǎng)流量進行分開處理，應用于網(wǎng)格計算，并形成邏輯閉環(huán)，便捷化的服務于客戶。

2.3緩存技術

通過對緩存技術的研究突破，有效減少動態(tài)網(wǎng)絡給存儲設備帶來的數(shù)據(jù)壓力，目的是及時釋放內部存儲器中的各種內容，降低對數(shù)據(jù)庫的打開頻率，從而提高訪問速度。軟件程序通過智能識別高頻訪問網(wǎng)頁或內容并對其進行存儲，有效提高內存性能。對比之前通過將緩存內容保存到本地的形式，Redis能夠為緩存技術的發(fā)展提供多層次補充及完善。Redis的實現(xiàn)構架如圖2所示。

3醫(yī)學影像相關內容探究

3.1醫(yī)學數(shù)字成像和通信的影像標準

醫(yī)學數(shù)字成像和通信的存在標準，概括了醫(yī)學領域影像數(shù)據(jù)的數(shù)字化、智能化管理內容。并為影像的收集方式制定標準條件，醫(yī)學數(shù)字成像和通信標準的制定為不同層次、不同項目的影像資料信息進行歸檔，以及影像信息查詢程序與影像編碼顯示，使醫(yī)療信息響應標準化。醫(yī)學數(shù)字成像與通信的主要內容由文件頭與資料集組成：首先，文件頭的是患者在醫(yī)療系統(tǒng)中的個人信息與各項檢查數(shù)據(jù)，信息內容的多少影響了文件頭的大小，識別辦法是通過對文件頭的前綴符號進行分辨;其次，資料集的作用是對數(shù)字設備的初始影像內容進行存儲，TLV編碼是數(shù)據(jù)碼的基本構造，數(shù)據(jù)集合的標簽通過資料的標簽、值表現(xiàn)、值長度及值域組成。

3.2醫(yī)療影像調研工作研究

醫(yī)生在對病情的判斷處理中，依靠現(xiàn)代化醫(yī)療體系中的醫(yī)學影像，基于對某地三甲醫(yī)院的放射科影像資料調閱記錄查詢，發(fā)現(xiàn)每日新增病情資料數(shù)據(jù)高達幾十GB，而且醫(yī)療體系內部工作人員每天需查看的數(shù)據(jù)資料相較新增數(shù)量還要高。因此，云計算對醫(yī)療體系的工作需參考醫(yī)學影像資料的調閱次數(shù)、訪問頻率以及存續(xù)流程[7]。

參照北京某醫(yī)院放射診療部門的數(shù)據(jù)，為保證參考依據(jù)的時效性。將范圍規(guī)定在近四年的調閱活動里，如表1所示，并通過計算得出結論：醫(yī)療工作人員對影像資料的高頻參考主要集中在兩個月內病情診療過程中產生的資料數(shù)據(jù)，隨著診療工作的結束，大多醫(yī)療影像便失去利用價值，查閱次數(shù)隨之減少。雖然臨床診療的關鍵依據(jù)是最新采集的影像描寫，但影像數(shù)據(jù)在存儲時間邊長后依然具備參考價值。

4關于云計算的醫(yī)療影像存儲服務設計及檢驗

本節(jié)主要闡明有關醫(yī)療影像存儲體系的結構設計，并結合云計算的特征性應用展開服務系統(tǒng)的檢驗工作。

4.1醫(yī)療影像存儲架構整體設計

針對醫(yī)院信息系統(tǒng)的標準化管理，將醫(yī)院信息系統(tǒng)、醫(yī)學影像信息系統(tǒng)、分布式存儲系統(tǒng)進行接口連接，完成存儲設施“本地一云端”的兩極化形式。使系統(tǒng)用戶在調閱文件的過程中，步驟更加簡化，合理使用云平臺的存取功效。

4.1.1總體架構設計

通過對開源系統(tǒng)的醫(yī)學信息管理應用制定使用規(guī)范，保證一定期間內的調研結論的有效性，基于對國內各地區(qū)醫(yī)療環(huán)境的參考，制作有關于云平臺的醫(yī)療影像綜合性構架設計，針對不同層次應用設計與之相符的編程設計，綜合結構如圖3所示。

基于我國醫(yī)療系統(tǒng)現(xiàn)狀及醫(yī)院各項資料數(shù)據(jù)的管理模式，劃分了應用層、存儲層以及平臺層。其中應用層包含醫(yī)院信息、醫(yī)學影像存檔與通訊這兩種專業(yè)系統(tǒng)，主要服務于用戶的影像查詢及信息管理等工作;存儲端作為系統(tǒng)核心內容，分為本地端與云端，二者主要分別于存儲周期的長短，醫(yī)學數(shù)據(jù)先有本地端存取，之后定期傳輸至云端;平臺層是立足于虛擬技術的設計與制定，通過對醫(yī)療設施的合理操控，展開醫(yī)療體系中的云服務功能。

4.1.2“本地一云端”兩級存儲設計

從醫(yī)療信息的存儲模式進化過程來看，目前的影響存儲模式向由在線至近線再至離線的模式轉換為本地端至遠端的模式，實現(xiàn)所有醫(yī)療信息資源不存在離線狀態(tài)，一切數(shù)據(jù)通過訪問本地存儲或云平臺的存儲，進行隨時查看，本地端口設備僅保留近期影像資料，云端負責長遠的存儲任務，輕量級分布式文件能夠保證醫(yī)院對影像資料長期存儲的滿足8-10]。

4.2云計算的醫(yī)院影像存儲結構檢驗

4.2.1醫(yī)療數(shù)據(jù)校驗

關于數(shù)據(jù)的校驗應采取人工與機器校驗相結合的雙保險方案：首先，人工校驗利用主管操控針對影像資料的傳輸質量進行校驗，采取抽樣檢查的方式，對比檢查影像傳輸前后質量;其次，積極利用MD5信息摘要算法，確保備份數(shù)據(jù)真實有效。

4.2.2本地影像存儲

從保護本地醫(yī)療影像資料的目的出發(fā)，應對兩年內的醫(yī)療影像采取雙活保護措施，對兩年以上的本地端影像資料進行向云端轉移。

4.2.3云端數(shù)據(jù)訪問流程

確定云端影像資料完整轉移至云端后，對占用本地存儲空間的影像數(shù)據(jù)展開刪除，之后將訪問地址指向云端。

5結語

文章主要講述的是關于醫(yī)療影像云儲存的設計概念與落實措施，主要針對醫(yī)療影像應用環(huán)境的考慮以及提升傳統(tǒng)的醫(yī)學儲存設備的性能，結合開放源代碼，采用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，形成一個規(guī)范化的醫(yī)學影響信息的儲存管理系統(tǒng)，并通過虛擬化技術搭建出一個完整的云計算技術應用平臺。利用云計算的服務功能，達到對用戶信息的安全性保障、醫(yī)療資料讀取速度大幅提升、無限擴展空間的使用。基于云計算技術的深人應用，使海量醫(yī)療影像信息的存儲實現(xiàn)革新性發(fā)展。

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