一种基于云计算的影像存储系统设计与分析

来源:用户上传      作者:苏虞磊

　　摘要：现代化信息技术产生的阶段性成果为医疗影像系统的发展提供强大动力，医疗体系的信息化进程，使了医疗数据、影像数量呈倍数增长，其中医疗影像数据在整体医学内容数据占据较大比例，由于医疗设备的成像技术更新迭代，使医疗影像的数据格式更加复杂，无论影像的数字化传输，还是医学内容共享，都带来不便影响。目前医疗影像大数据的存储任务对PACS系统来说过于庞大，亟需对影响存储系统进行创新性研发。通过运用云计算平台、医学数字成像技术及总体存储结构的设计，针对当前医疗影像数据产生问题各区域研究现状，展开对医疗影像系统的分析与研究。
　　关键词：云计算;存储系统;影像大数据;医疗体系
　　中图分类号：TP391
　　文献标识码：A
　　文章编号：1001-5922（2020）07-0091-04
　　现代化信息技术的迅速发展和“互联网+”模式下数字化进程的推进，各行各业进入大数据时代。大数据的主要含义是指数据量、数字维度规模巨大，其表现形式广泛应用于诸多类别，比如数字、图像、音频、视频等。因为科技化信息技术逐步深入医疗体系中时，使其在相关医疗技术中具备信息化、智能化、自动化的特征，医疗体系中的数据量单位由TB升级到PB。怎样将大量医疗影像数据及繁冗的数据类型进行合理存储及计算，减小影像数据对医疗内容的存储负担。当前综合性医疗数据里影像数据的占比达到90%，成为医学研究内容的关键组成部分。
　　1云计算技术对影像存储功能研究概况
　　1.1云计算技术概念
　　云计算技术的影响范围不断扩大，并且随着数字化发展进程不断变化。根据“互联网+”模式的计算，积极结合此模式的工作方式，实现软件与硬件的有效资源信息管理，满足包括计算机在内工作设备一些合理需求，与医疗网络系统的模式相似的是电网的组成形态"。在经过大型计算机到客户机/服务器的阶段性发展后，又一改革性技术就是云计算。云计算的操作不要求用户掌握“云”中基本构建，不对用户专业性知识产生限制，甚至不需要直接的操控。云计算体现的是一种“互联网+”形式下的新型服务模式，目前形势下，牵扯的主要内容是通过网络指向有效动态扩展，并且其性质为虚拟资源。供应云计算的企业通常都会提供商业业务服务平台，通过常见网络地址、软件作为载体，使用户进行访问。
　　1.2国内外影像系统应用现状
　　1.2.1国内
　　我国云PACS系统技术的实际应用进入专业领域周期短，各项经验缺乏，目前已经实现影像信息与异地在线诊疗系统的医院数量占比全国医院数量较低，在涉及大量影像数据的存储问题上，造成云PACS系统发展进人瓶颈期。实际操作于云PACS系统的过程中，主要面对的是影像传导、显示以及保存。此外，由于高分辨率图形工作站的普及优惠，推动了医疗影像传输与显示的优化。
　　1.2.2国外
　　谷歌公司率先推出了云计算技术，随之引起全世界对云计算技术的探索热潮，诸多国际性贸易企业、科技企业进入该领域的应用，比如亚马逊、微软等跨国企业。基于云计算搭建的云平台，在基础特性上具有云计算的开放式特征，也是云计算技术的应用化表表，云计算得以快速发展的因素还有其对应的技术软件具备开源特点，意味着用户能够直接获取并完善代码。
　　2云计算服务
　　云计算服务技术的搭建于互联网的相关程序组建模式，根据此模式方式，云计算可以将应用的软硬件作为传输介质，对计算机数据或其他设备产生支持。云计算服务的特点如图1所示。
　　2.1云平台服务类型
　　2.1.1基础设施即服务（laaS）
　　结合基础设施的硬件整合，给予云平台服务计算、保存的能力，大大减少用户对与硬件设施方面的需求，使用过程是对服务器的应用属性、规定指标及运行时间进行选择，之后通过购买来获取云平台服务，在展开对硬件设施的各项物力及费用的支出时，对任何软件进行迅速应用部署[4-6]。
　　2.1.2平台即服务（PaaS）
　　平台及服务的主要内容是为用户提供具备完整架构的开发环境，其中包括平台设施、应用系统、开发软件等。服务供应商结合用户的软硬件兼容环境，展开自身产品的研发，并发布在供应商所授互联网平台中。
　　2.1.3软件即服务（SaaS）
　　给予用户云服务的介质是以软件呈现，用户的操作过程不需要对现有环境进行改变，只需连接网络平台，访问供应商网页或客户端即可享用服务，供应商的软件售后服务包括对软件的维护、更新、查错、控制等。
　　2.2虚拟化应用分类
　　2.2.1平台虚拟化
　　平台虚拟化包括计算机网络与主屏幕区域的虚化，平台虚拟化任务根据对IO、存储空间、CPU的虚化工作展开的。对桌面进行虚拟化的作用是为了减少操作计算机复杂步骤，提升用户操作高效率以及平台使用感。平台的服务器虚拟化作用是提高主机利用率，同时操控数个客户，基于對资源等级的排列，通过对服务器资源的合理分配，实现工作负载的均衡，其功能可有效提升虚拟机的便捷性，整合服务器数据内容，降低管理、运行成本。
　　2.2.2资源虚拟化
　　资源虚拟技术的经典表现主要存在存储虚拟化、网络资源虚拟化两方面。存储虚拟化能够将操作任务对多个内外存储器进行分布，强化目标服务功能结合
　　其他功能的有效整合，为云平台提供切实有效的服务保障;网络虚拟化是将软件的网络体系元素中的内外网流量进行分开处理，应用于网格计算，并形成逻辑闭环，便捷化的服务于客户。
　　2.3缓存技术
　　通过对缓存技术的研究突破，有效减少动态网络给存储设备带来的数据压力，目的是及时释放内部存储器中的各种内容，降低对数据库的打开频率，从而提高访问速度。软件程序通过智能识别高频访问网页或内容并对其进行存储，有效提高内存性能。对比之前通过将缓存内容保存到本地的形式，Redis能够为缓存技术的发展提供多层次补充及完善。Redis的实现构架如图2所示。 　　3医学影像相关内容探究
　　3.1医学数字成像和通信的影像标准
　　医学数字成像和通信的存在标准，概括了医学领域影像数据的数字化、智能化管理内容。并为影像的收集方式制定标准条件，医学数字成像和通信标准的制定为不同层次、不同项目的影像资料信息进行归档，以及影像信息查询程序与影像编码显示，使医疗信息响应标准化。医学数字成像与通信的主要内容由文件头与资料集组成：首先，文件头的是患者在医疗系统中的个人信息与各项检查数据，信息内容的多少影响了文件头的大小，识别办法是通过对文件头的前缀符号进行分辨;其次，资料集的作用是对数字设备的初始影像内容进行存储，TLV编码是数据码的基本构造，数据集合的标签通过资料的标签、值表现、值长度及值域组成。
　　3.2医疗影像调研工作研究
　　医生在对病情的判断处理中，依靠现代化医疗体系中的医学影像，基于对某地三甲医院的放射科影像资料调阅记录查询，发现每日新增病情资料数据高达几十GB，而且医疗体系内部工作人员每天需查看的数据资料相较新增数量还要高。因此，云计算对医疗体系的工作需参考医学影像资料的调阅次数、访问频率以及存续流程[7]。
　　参照北京某医院放射诊疗部门的数据，为保证参考依据的时效性。将范围规定在近四年的调阅活动里，如表1所示，并通过计算得出结论：医疗工作人员对影像资料的高频参考主要集中在两个月内病情诊疗过程中产生的资料数据，随着诊疗工作的结束，大多医疗影像便失去利用价值，查阅次数随之减少。虽然临床诊疗的关键依据是最新采集的影像描写，但影像数据在存储时间边长后依然具备参考价值。
　　4关于云计算的医疗影像存储服务设计及检验
　　本节主要阐明有关医疗影像存储体系的结构设计，并结合云计算的特征性应用展开服务系统的检验工作。
　　4.1医疗影像存储架构整体设计
　　针对医院信息系统的标准化管理，将医院信息系统、医学影像信息系统、分布式存储系统进行接口连接，完成存储设施“本地一云端”的两极化形式。使系统用户在调阅文件的过程中，步骤更加简化，合理使用云平台的存取功效。
　　4.1.1总体架构设计
　　通过对开源系统的医学信息管理应用制定使用规范，保证一定期间内的调研结论的有效性，基于对国内各地区医疗环境的参考，制作有关于云平台的医疗影像综合性构架设计，针对不同层次应用设计与之相符的编程设计，综合结构如图3所示。
　　基于我国医疗系统现状及医院各项资料数据的管理模式，划分了应用层、存储层以及平台层。其中应用层包含医院信息、医学影像存档与通讯这两种专业系统，主要服务于用户的影像查询及信息管理等工作;存储端作为系统核心内容，分为本地端与云端，二者主要分别于存储周期的长短，医学数据先有本地端存取，之后定期传输至云端;平台层是立足于虚拟技术的设计与制定，通过对医疗设施的合理操控，展开医疗体系中的云服务功能。
　　4.1.2“本地一云端”两级存储设计
　　从医疗信息的存储模式进化过程来看，目前的影响存储模式向由在线至近线再至离线的模式转换为本地端至远端的模式，实现所有医疗信息资源不存在离线状态，一切数据通过访问本地存储或云平台的存储，进行随时查看，本地端口设备仅保留近期影像资料，云端负责长远的存储任务，轻量级分布式文件能够保证医院对影像资料长期存储的满足8-10]。
　　4.2云计算的医院影像存储结构检验
　　4.2.1医疗数据校验
　　关于数据的校验应采取人工与机器校验相结合的双保险方案：首先，人工校验利用主管操控针对影像资料的传输质量进行校验，采取抽样检查的方式，对比检查影像传输前后质量;其次，积极利用MD5信息摘要算法，确保备份数据真实有效。
　　4.2.2本地影像存储
　　从保护本地医疗影像资料的目的出发，应对两年内的医疗影像采取双活保护措施，对两年以上的本地端影像资料进行向云端转移。
　　4.2.3云端数据访问流程
　　确定云端影像资料完整转移至云端后，对占用本地存储空间的影像数据展开删除，之后将访问地址指向云端。
　　5结语
　　文章主要讲述的是关于医疗影像云储存的设计概念与落实措施，主要针对医疗影像应用环境的考虑以及提升传统的医学储存设备的性能，结合开放源代码，采用系统之间的数据传输，形成一个规范化的医学影响信息的储存管理系统，并通过虚拟化技术搭建出一个完整的云计算技术应用平台。利用云计算的服务功能，达到对用户信息的安全性保障、医疗资料读取速度大幅提升、无限扩展空间的使用。基于云计算技术的深人应用，使海量医疗影像信息的存储实现革新性发展。
　　参考文献
　　[1谭敏兴.云计算技术在医院信息化建设的应用研究[J].计算机产品与流通，2020（03）：104.
　　[2]徐礼金.新时期计算机网络云计算技术分析[J].无线互联科技，2020（03）：23-24.
　　[3]李根.基于計算机云计算的数据存储技术研究[J].福建茶叶，2020（01）：23-24.
　　[4]孙长青.基于云计算的医院信息技术平台构建[J].中国科技信息，2019（24）：50+52.
　　[5]刘文生.智慧医疗：从概念到应用[J].中国医院院长，2018（15）：28-30.
　　[6]程龙游茂.互联网医疗服务体系有待完善[N].健康报，2017-05-27（003）.
　　[7]汪文娟.基于“互联网+”的掌上医院系统的构建、管理与成效[J].电脑编程技巧与维护，2020（01）：98-100.
　　[8]侯彦军.云计算及物联网技术在智慧城市中的应用探讨[J].中国新通信，2019（24）：90.
　　[9]陈盛帆，黄建琪，高正.基于云计算的医院医疗器械管理系统的开发[J].中国医疗器械杂志，2020（02）：141-144.
　　[10]侯岩浅谈云计算在医疗卫生信息化建设中的应用前景[J]，科技风，2020（04）：91.
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