基于分布式对象计算技术的EMRPACS系统研究及实现

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1、上海交通大学博士学位论文基于分布式对象计算技术的EMR/PACS系统研究及实现姓名：胡海波申请学位级别：博士专业：生物医学工程指导教师：庄天戈20011001基于分布式对象计算技术的EMR／PACS系统研究及实现摘要医学影像存档及通信系统(PACS)是专注于医疗影像获取、通信、管理、存储和表达的综合影像数字化业务平台，随着CT、MRI、CR、DR等数字化成像设备的出现与普及，在现代通信、计算机技术的不断推进下，近年来PACS系统的研究取得了长足的进步。与此同时，PACS系统与医院信息系统(HIS)、影像科室管理系统(RIS)和其它医疗信息系统的

2、有机整合，为建立定位于更高层面上的电子病历系统(EMR)的研究、实施奠定了坚实的基础。因为中国的医疗体系、医院信息化资金投入和管理模式与西方存在着较大的差别，因此在设计适合我国医疗体制和医院特点的PACS、EMR时，不能照搬西方的系统策略。本文着眼于整个医疗环境的综合信息化要求，对PACS、PACS．R．IS．HIS集成接口和EMR的若干关键技术进行了研究，并结合实践探索了适合我国国情的高性能PACS、EMR及其相关技术的设计、实现方法。EMR概念远远大于PAcs和HIS，理论上它应涵盖个人与生命健康相关的所有信息，并在安全机制控制下可在多家医

3、疗机构间共享。鉴于分布式对象计算技术在异地透明、动态负载均衡方面的优越特性，本文提出了基于这一技术的EMR框架模型。EMR框架由EMR病历索引服务器和若干业务子系统构成，文中具体给出了在此框架下病历索引服务器和业务子系统的结构设计。异步消息队列(AMQ)是分布式系统间的重要通信手段，它允许当前并未连接的系统通过它的存储转发能力进行可靠通信。本文利用异步消息队列作为予系统间通信的手段，以构成低耦合系统接口。然后，本文进一步通过排队论的方法，分析了框架模型的特性，给出了分布式对象计算系统的最佳服务力裕量分配方程，并对模型的系统性能、适应性进行讨论。

4、从医疗业务自身的相关性和最大程度提高信息化系统可用性上着眼，对PACS系，统的分析、设计、实施不能仅仅从影像业务单一角度来考虑，而应该将其放在整体医疗环境(HealthcareEnvironment)来考量。依据本文定义的EMR系统模型，针对PACS系统需求特点，本文提出基于分布式对象计算技术的PACS系统设计，并借助DICOM服务完成多个Mini．PACS服务器的分布协同。在此基础上，本文特别讨论了基于异步消息队列的HIS．RIS．PACS系统接口方法，同时针对超声、内窥镜动态连续图像特性，给出了的基于流式媒体的解决方案。医疗数字成像及通信标

5、准(DICOM)是ACR-NEMA组织制订的关于医疗影像通信、互操作的标准，本文首先分析该标准的总体框架，进而对标准的分层通信协议数据包传递、协议数据包编解码、地址解析、内部状态跃迁等问题进行了分析，从而提出基于有限状态自动机的DICOM标准上层通信层实现方法。在此基础上，本文给出了联接管理器、StorageSOP，Query／RetrieveSOP的实现方案框架。CTN是北美放射大会(RSNA)DICOM标准兼容性中心测试平台软件，通过与CTN的测试实验，证明了本文DIcOM实现是符合标准规范的。PACS系统需要管理大量的图像，一般采用分层存

6、储体系。分层存储框架的根本目的是将数据引入到能支持这一对象所需性能的最低成本设备上。分层存储技术的一个重要问题在于如何构建异质存储体系，由不同厂商提供的存储设备往往需要通过不同的技术方法进行存取操作。利用组件对象技术多态性，本文提出虚设备、虚设备管理器的思想，提供统一虚设备组件对象接口，以操作不同设备，构成异质存储体系。随后对图像的归档、调度和容量监控的逻辑策略进行分析，提出了“最小频率．时间间隔比”(LFRR)法则并结合预取策略的调度算法，试验表明本方法显著提高了磁盘缓存的命中率，在适当的参数下，可达到90％的图像访问命中率。最后，本文给出基

7、于上述思想的PACS、EMR具体实现的总体框架及核心组件实施方法，并获得自主知识产权认证。同时本文也给出了上述系统在远程影像诊断、会诊以及建设肝胆病影像信息资料中心方面的应用。本文对基于分布式对象计算技术的EMR／PACS系统进行了独立的研究，不仅进行了必要的理论研究，还结合实际应用需求进行了大量的实践工作。本文对DICOM标准的研究和实践将有助于这一标准在国内的进一步推广和应用。文中提出的PACS、R1S和EMR影像子系统在实际医疗环境中的应用取得了显著的成效，证明了本方案结构清晰、切实可行、开放性良好，对医疗信息化总体建设规划、部署有一定的

8、参考价值。关键字：DICOM实现，PACS，PACS．HIS集成接口，EMRTHESTUDYANDIMPLEM匝NTATION0FPACS／EMRBA