一種基于云計算的影像存儲系統設計與分析

蘇虞磊

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

關鍵詞：云計算;存儲系統;影像大數據;醫療體系

中圖分類號：TP391

文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2020）07-0091-04

現代化信息技術的迅速發展和“互聯網+”模式下數字化進程的推進，各行各業進入大數據時代。大數據的主要含義是指數據量、數字維度規模巨大，其表現形式廣泛應用于諸多類別，比如數字、圖像、音頻、視頻等。因為科技化信息技術逐步深入醫療體系中時，使其在相關醫療技術中具備信息化、智能化、自動化的特征，醫療體系中的數據量單位由TB升級到PB。怎樣將大量醫療影像數據及繁冗的數據類型進行合理存儲及計算，減小影像數據對醫療內容的存儲負擔。當前綜合性醫療數據里影像數據的占比達到90%，成為醫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，并且隨著數字化發展進程不斷變化。根據“互聯網+”模式的計算，積極結合此模式的工作方式，實現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，與醫療網絡系統的模式相似的是電網的組成形態"。在經過大型計算機到客戶機/服務器的階段性發展后，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，不對用戶專業性知識產生限制，甚至不需要直接的操控。云計算體現的是一種“互聯網+”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絡指向有效動態擴展，并且其性質為虛擬資源。供應云計算的企業通常都會提供商業業務服務平臺，通過常見網絡地址、軟件作為載體，使用戶進行訪問。

1.2國內外影像系統應用現狀

1.2.1國內

我國云PACS系統技術的實際應用進入專業領域周期短，各項經驗缺乏，目前已經實現影像信息與異地在線診療系統的醫院數量占比全國醫院數量較低，在涉及大量影像數據的存儲問題上，造成云PACS系統發展進人瓶頸期。實際操作于云PACS系統的過程中，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惠，推動了醫療影像傳輸與顯示的優化。

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、科技企業進入該領域的應用，比如亞馬遜、微軟等跨國企業。基于云計算搭建的云平臺，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網的相關程序組建模式，根據此模式方式，云計算可以將應用的軟硬件作為傳輸介質，對計算機數據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環境，其中包括平臺設施、應用系統、開發軟件等。服務供應商結合用戶的軟硬件兼容環境，展開自身產品的研發，并發布在供應商所授互聯網平臺中。

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，用戶的操作過程不需要對現有環境進行改變，只需連接網絡平臺，訪問供應商網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絡與主屏幕區域的虛化，平臺虛擬化任務根據對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，整合服務器數據內容，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主要存在存儲虛擬化、網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;網絡虛擬化是將軟件的網絡體系元素中的內外網流量進行分開處理，應用于網格計算，并形成邏輯閉環，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，有效減少動態網絡給存儲設備帶來的數據壓力，目的是及時釋放內部存儲器中的各種內容，降低對數據庫的打開頻率，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展提供多層次補充及完善。Redis的實現構架如圖2所示。

3醫學影像相關內容探究

3.1醫學數字成像和通信的影像標準

醫學數字成像和通信的存在標準，概括了醫學領域影像數據的數字化、智能化管理內容。并為影像的收集方式制定標準條件，醫學數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，使醫療信息響應標準化。醫學數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療系統中的個人信息與各項檢查數據，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字設備的初始影像內容進行存儲，TLV編碼是數據碼的基本構造，數據集合的標簽通過資料的標簽、值表現、值長度及值域組成。

3.2醫療影像調研工作研究

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

參照北京某醫院放射診療部門的數據，為保證參考依據的時效性。將范圍規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據，隨著診療工作的結束，大多醫療影像便失去利用價值，查閱次數隨之減少。雖然臨床診療的關鍵依據是最新采集的影像描寫，但影像數據在存儲時間邊長后依然具備參考價值。

4關于云計算的醫療影像存儲服務設計及檢驗

本節主要闡明有關醫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的檢驗工作。

4.1醫療影像存儲架構整體設計

針對醫院信息系統的標準化管理，將醫院信息系統、醫學影像信息系統、分布式存儲系統進行接口連接，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

通過對開源系統的醫學信息管理應用制定使用規范，保證一定期間內的調研結論的有效性，基于對國內各地區醫療環境的參考，制作有關于云平臺的醫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。

基于我國醫療系統現狀及醫院各項資料數據的管理模式，劃分了應用層、存儲層以及平臺層。其中應用層包含醫院信息、醫學影像存檔與通訊這兩種專業系統，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，醫學數據先有本地端存取，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，通過對醫療設施的合理操控，展開醫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，實現所有醫療信息資源不存在離線狀態，一切數據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院對影像資料長期存儲的滿足8-10]。

4.2云計算的醫院影像存儲結構檢驗

4.2.1醫療數據校驗

關于數據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，確保備份數據真實有效。

4.2.2本地影像存儲

從保護本地醫療影像資料的目的出發，應對兩年內的醫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云端數據訪問流程

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據展開刪除，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療影像云儲存的設計概念與落實措施，主要針對醫療影像應用環境的考慮以及提升傳統的醫學儲存設備的性能，結合開放源代碼，采用系統之間的數據傳輸，形成一個規范化的醫學影響信息的儲存管理系統，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，使海量醫療影像信息的存儲實現革新性發展。

參考文獻

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