基于無線局域網PACS系統架構分析

毛亞杰張 錦

基于無線局域網PACS系統架構分析

毛亞杰①張 錦②

隨著人們對醫療系統方便性、快捷性的要求越來越高，醫院網絡無線傳輸逐漸成為主流，醫療數據與圖像（如CT、MRI等）的采集處理、存檔及傳輸等無線化已成為近年研究的熱點，本文著重介紹目前PACS系統數據傳輸的情況，設計出802.11g無線局域網PACS系統體系架構，并對其關鍵技術做出闡述，在此體系架構和關鍵技術下初步實現了PACS系統的無線傳輸。

無線局域網；PACS系統結構；關鍵技術

1 前言

醫學影像存儲和傳輸系統（Picture Archiving and Communication System，簡稱PACS）是計算機技術、網絡技術與醫學影像高度融合的有機整體，主要由醫學圖像采集、圖像顯示與處理、數據庫存儲管理、數據處理庫管理以及醫學圖像傳輸等五部分組成[1]。由于PACS系統主要傳輸US（超聲）、CT、MRI（核磁共振）等數據量較大的醫學圖像信息，故目前國內大型醫院都采用有線傳輸，雖具有穩定、快速、安全等優點，但存在無法移動、布線繁瑣、擴充較困難、改造成本較大等問題[2]。隨著無線網絡技術的快速發展，如果以無線網絡作為補充就可以在移動性、擴展性和性價比上解決有線網絡存在的問題。

2 基于無線局域網的PACS系統體系結構

傳統的有線PACS系統從體系結構而言，主要是C/S（Client/Server，客戶端/服務器）模式[3]，如圖1和圖2所示。

圖1 PACS系統C/S模式結構框圖

圖2 PACS系統C/S模式結構體系圖

由圖可以看出，C/S模式是兩層即客戶端/服務器的體系結構，其數據通信都是在有線局域網內進行，具有傳輸速度快、安全性能好等優點，但改造成本大、位置固定不靈活等。

因此，將802.11g無線局域網引入有線局域網PACS體系結構中，與之形成互補，就可以解決有線局域網PACS系統存在的問題[4]。無線局域網PACS系統的體系架構如圖3所示，其各部分的主要功能為：

圖3 無線局域網PACS體系架構圖

放射科預約登記處：工作人員把病人的基本信息輸入PACS系統，這些基本信息可以傳輸到圖像采集工作站，對病人有一個基本了解，另外也具有統計和分類查詢的功能。

圖像的采集、處理、存儲單元：將影像設備產生的圖像通過圖像采集卡采集到的PACS系統中進行圖像的壓縮處理，然后將圖像存儲到大容量的數據庫內，對病人信息進行存儲，將來可以方便地調閱查詢。

無線收發設備：主要由無線網卡、無線寬帶路由器、交換機等設備將醫院建筑區進行類似蜂窩狀覆蓋，醫生使用帶有無線網卡的筆記本電腦就可以隨時調閱病人的影像資料，達到方便快捷。

3 解決建立無線局域網PACS系統的關鍵問題

由于醫學圖像數據量較大，且包含病人的隱私，故無線局域網PACS系統要求有足夠的傳輸速度和一定的抗干擾性及安全性等。

3.1 無線網絡的傳輸速度

無線網絡的傳輸速度主要在于無線網絡標準的選擇。802.11是美國電氣和電子工程師協會（IEEE）最初制定的一個無線局域網標準。但是802.11的傳輸速率最高只有2 Mbps，遠遠不能滿足人們的需要，因此IEEE又推出了802.11a和802.11b兩個新標準。目前這兩個標準在國內、國際上占主導位置。802.11a的工作頻率為5 GHz，最大原始數據傳輸率為54 Mb/s，它的優點在于2.4 GHz頻帶已經到處使用，而802.11a的工作頻率是5 GHz，這就使它具有很好的抗干擾性。然而，高載波頻率也帶來了負面效果。802.11a幾乎被限制在直線范圍內使用，這導致必須使用更多的接入點，同樣802.11a不能傳播得像802.11b那么遠，因為它更容易被吸收，另外802.11a在不同的國家有著不同的規定支持，美國和日本對802.11a進行了認可，但是歐盟卻禁止使用802.11a，這就使它的發展受到一定的限制[5]。而802.11b的傳輸速率只有11 Mbps，不能達到臨床科室的需要。2003年6月IEEE推出的802.11 g在傳輸速率和兼容性上彌補了802.11a和802.11b各自的缺陷，802.11 g標準最高支持54 Mbps物理層傳輸速度，雖然802.11 g標準采用CSMA/CA（載波監聽多路訪問/沖突防止）協議，一個客戶在傳輸數據時，其他客戶需要等待，這種情況下可以通過增加AP的數量來提高傳輸速度。故802.11 g標準的無線網絡的傳輸速度可以滿足PACS系統的需求。未來隨著應用范圍擴大，對圖像的傳輸速度有更高的要求時，目前的移動PACS系統也可以升級到理論速度最高為480 Mbps的802.11 n標準。只要終端設備加裝符合同樣標準的網卡，就能實現提速目標。

3.2 安全性

由于醫學圖像信息包含了大量的病人隱私，采用無線網絡在空中傳播時易被他人截獲，這種特殊性就決定了無線局域網的PACS系統的安全性是不容忽視的。一般可以通過以下三種措施來提高其安全性[6]：

3.2.1 設置SSID值禁止SSID廣播。無線網絡通常都有一個SSID（服務區標識符），無線客戶端加入該網絡需要相同的SSID值，設置SSID值需要注意：修改默認值和保持修改后要相同。無線網絡中SSID廣播功能會自動向其有效范圍內所有無線網絡客戶端廣播自己的SSID值，利用SSID值就可以登陸到這個網絡，所以SSID廣播功能存在很大的安全隱患必須禁止。這樣就可以對無線網絡提供一個最基本的保護。

3.2.2 MAC地址過濾。每個網絡設備都有唯一的MAC地址（媒體訪問控制地址），通過MAC地址可以使指定的無線客戶端登陸本無線網絡，這樣可使無線網絡獲得較高的安全性。

3.2.3 采用加密措施。無線網絡加密標準主要有WPA（WiFi保護訪問）和WEP（有線等效加密），由于WEP太脆弱，容易被Sniff技術破解它的密鑰，現在大部分無線網絡逐漸采用WPA加密，它能夠動態改變密鑰，提高無線網絡的數據傳輸安全。

3.3 干擾性問題

802.11g無線網絡的頻段在2.4 GHz，與醫院某些內設備（如多參數監護儀、藍牙設備、微波爐和無線電話等）的工作頻段相同，勢必會產生一定的干擾，但是無線網絡的輸出功率一般都不超過100 mW，低于手機的輻射功率，目前醫院采購的醫療設備大多數都采取了防干擾屏蔽措施，自身有著很強的抗干擾能力，通常情況下不會影響到現在的醫療設備，出于安全的考慮可以盡量避免與屏蔽不良好的2.4 GHz的醫療設備保持一定的距離或者在這些區域盡量使無線網絡的輸出功率控制到10 mW以下。

4 結束語

迄今為止，無線局域網PACS系統的研究在其安全性和干擾性方面比較成熟，隨著無線網絡標準的不斷更新換代，在傳輸速度方面的要求也越來越高。總之，無線局域網PACS系統由于其移動性、擴展性和性價比上的優勢，彌補了有線局域網存在的不足，將在醫院數字化建設中發揮出重要作用。

[1]門腎力，崔現成．PACS系統綜述[J]．醫療裝備，2009(10):40-41．

[2]李彭軍，端妮，郭文明．無線局域網在PACS系統中的應用[J]．醫院數字化，2006，27(7):38－40．

[3]吳大剛，肖榮榮．C/S結構與B/S結構的信息系統比較分析[J]．情報科學，2003，21(3):313-315．

[4]同鳴，卞正中，李曉輝，等．基于無線局域網絡技術的PACS系統[J]．計算機工程與應用，2003,39(20):29-37．

[5]麻信洛，李曉中，葛長濤．無線局域網構建及應用[M]．國防工業出版社，北京:2009.

[6]朱建明.無線局域網安全—方法與技術[M]．機械工業出版社，北京：2009．

On PACS system structure based on wireless Lan

MAO Ya-jie, ZHANG Jin//China Medical Equipment,2011,8(1):19-21.

With the increasing demands for the convenience and promptness of medical system, the wireless transmission of hospital network has gradually become the mainstream. In recent years, more attention has been paid to the wireless lan used to collect, process, file and transmit the medical data and images such as CT, MRI and so on. This paper briefly introduced the present situation of data transmission of PACS system, designed PACS system structure of Wireless Lan weighing 802.11g, and elaborated the key technology. Based on the PACS system structure and key technology, the wireless transmission of PACS system has been realized.

Wireless Lan; PACS system structure; Key technology

1672-8270(2011)01-0019-03

R 197

A

2010-10-27

毛亞杰,男,(1983- ),山西醫科大學2008級在讀研究生，從事影像醫學與核醫學專業的研究。

[First-author's address]Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, China.

①山西醫科大學 山西 太原 030001

②山西醫科大學第一醫院 山西 太原 030001