基于無線局域網(wǎng)PACS系統(tǒng)架構(gòu)分析

毛亞杰張 錦

基于無線局域網(wǎng)PACS系統(tǒng)架構(gòu)分析

毛亞杰①張 錦②

隨著人們對(duì)醫(yī)療系統(tǒng)方便性、快捷性的要求越來越高，醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)無線傳輸逐漸成為主流，醫(yī)療數(shù)據(jù)與圖像（如CT、MRI等）的采集處理、存檔及傳輸?shù)葻o線化已成為近年研究的熱點(diǎn)，本文著重介紹目前PACS系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r，設(shè)計(jì)出802.11g無線局域網(wǎng)PACS系統(tǒng)體系架構(gòu)，并對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)做出闡述，在此體系架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)下初步實(shí)現(xiàn)了PACS系統(tǒng)的無線傳輸。

無線局域網(wǎng)；PACS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；關(guān)鍵技術(shù)

1 前言

醫(yī)學(xué)影像存儲(chǔ)和傳輸系統(tǒng)（Picture Archiving and Communication System，簡稱PACS）是計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與醫(yī)學(xué)影像高度融合的有機(jī)整體，主要由醫(yī)學(xué)圖像采集、圖像顯示與處理、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)處理庫管理以及醫(yī)學(xué)圖像傳輸?shù)任宀糠纸M成[1]。由于PACS系統(tǒng)主要傳輸U(kuò)S（超聲）、CT、MRI（核磁共振）等數(shù)據(jù)量較大的醫(yī)學(xué)圖像信息，故目前國內(nèi)大型醫(yī)院都采用有線傳輸，雖具有穩(wěn)定、快速、安全等優(yōu)點(diǎn)，但存在無法移動(dòng)、布線繁瑣、擴(kuò)充較困難、改造成本較大等問題[2]。隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，如果以無線網(wǎng)絡(luò)作為補(bǔ)充就可以在移動(dòng)性、擴(kuò)展性和性價(jià)比上解決有線網(wǎng)絡(luò)存在的問題。

2 基于無線局域網(wǎng)的PACS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的有線PACS系統(tǒng)從體系結(jié)構(gòu)而言，主要是C/S（Client/Server，客戶端/服務(wù)器）模式[3]，如圖1和圖2所示。

圖1 PACS系統(tǒng)C/S模式結(jié)構(gòu)框圖

圖2 PACS系統(tǒng)C/S模式結(jié)構(gòu)體系圖

由圖可以看出，C/S模式是兩層即客戶端/服務(wù)器的體系結(jié)構(gòu)，其數(shù)據(jù)通信都是在有線局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行，具有傳輸速度快、安全性能好等優(yōu)點(diǎn)，但改造成本大、位置固定不靈活等。

因此，將802.11g無線局域網(wǎng)引入有線局域網(wǎng)PACS體系結(jié)構(gòu)中，與之形成互補(bǔ)，就可以解決有線局域網(wǎng)PACS系統(tǒng)存在的問題[4]。無線局域網(wǎng)PACS系統(tǒng)的體系架構(gòu)如圖3所示，其各部分的主要功能為：

圖3 無線局域網(wǎng)PACS體系架構(gòu)圖

放射科預(yù)約登記處：工作人員把病人的基本信息輸入PACS系統(tǒng)，這些基本信息可以傳輸?shù)綀D像采集工作站，對(duì)病人有一個(gè)基本了解，另外也具有統(tǒng)計(jì)和分類查詢的功能。

圖像的采集、處理、存儲(chǔ)單元：將影像設(shè)備產(chǎn)生的圖像通過圖像采集卡采集到的PACS系統(tǒng)中進(jìn)行圖像的壓縮處理，然后將圖像存儲(chǔ)到大容量的數(shù)據(jù)庫內(nèi)，對(duì)病人信息進(jìn)行存儲(chǔ)，將來可以方便地調(diào)閱查詢。

無線收發(fā)設(shè)備：主要由無線網(wǎng)卡、無線寬帶路由器、交換機(jī)等設(shè)備將醫(yī)院建筑區(qū)進(jìn)行類似蜂窩狀覆蓋，醫(yī)生使用帶有無線網(wǎng)卡的筆記本電腦就可以隨時(shí)調(diào)閱病人的影像資料，達(dá)到方便快捷。

3 解決建立無線局域網(wǎng)PACS系統(tǒng)的關(guān)鍵問題

由于醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)量較大，且包含病人的隱私，故無線局域網(wǎng)PACS系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)的傳輸速度

無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度主要在于無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的選擇。802.11是美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）最初制定的一個(gè)無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。但是802.11的傳輸速率最高只有2 Mbps，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需要，因此IEEE又推出了802.11a和802.11b兩個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)。目前這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)、國際上占主導(dǎo)位置。802.11a的工作頻率為5 GHz，最大原始數(shù)據(jù)傳輸率為54 Mb/s，它的優(yōu)點(diǎn)在于2.4 GHz頻帶已經(jīng)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(fù)面效果。802.11a幾乎被限制在直線范圍內(nèi)使用，這導(dǎo)致必須使用更多的接入點(diǎn)，同樣802.11a不能傳播得像802.11b那么遠(yuǎn)，因?yàn)樗菀妆晃眨硗?02.11a在不同的國家有著不同的規(guī)定支持，美國和日本對(duì)802.11a進(jìn)行了認(rèn)可，但是歐盟卻禁止使用802.11a，這就使它的發(fā)展受到一定的限制[5]。而802.11b的傳輸速率只有11 Mbps，不能達(dá)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(bǔ)了802.11a和802.11b各自的缺陷，802.11 g標(biāo)準(zhǔn)最高支持54 Mbps物理層傳輸速度，雖然802.11 g標(biāo)準(zhǔn)采用CSMA/CA（載波監(jiān)聽多路訪問/沖突防止）協(xié)議，一個(gè)客戶在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，其他客戶需要等待，這種情況下可以通過增加AP的數(shù)量來提高傳輸速度。故802.11 g標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度可以滿足PACS系統(tǒng)的需求。未來隨著應(yīng)用范圍擴(kuò)大，對(duì)圖像的傳輸速度有更高的要求時(shí)，目前的移動(dòng)PACS系統(tǒng)也可以升級(jí)到理論速度最高為480 Mbps的802.11 n標(biāo)準(zhǔn)。只要終端設(shè)備加裝符合同樣標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)卡，就能實(shí)現(xiàn)提速目標(biāo)。

3.2 安全性

由于醫(yī)學(xué)圖像信息包含了大量的病人隱私，采用無線網(wǎng)絡(luò)在空中傳播時(shí)易被他人截獲，這種特殊性就決定了無線局域網(wǎng)的PACS系統(tǒng)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(shè)置SSID值禁止SSID廣播。無線網(wǎng)絡(luò)通常都有一個(gè)SSID（服務(wù)區(qū)標(biāo)識(shí)符），無線客戶端加入該網(wǎng)絡(luò)需要相同的SSID值，設(shè)置SSID值需要注意：修改默認(rèn)值和保持修改后要相同。無線網(wǎng)絡(luò)中SSID廣播功能會(huì)自動(dòng)向其有效范圍內(nèi)所有無線網(wǎng)絡(luò)客戶端廣播自己的SSID值，利用SSID值就可以登陸到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，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(duì)無線網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)最基本的保護(hù)。

3.2.2 MAC地址過濾。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(wǎng)絡(luò)，這樣可使無線網(wǎng)絡(luò)獲得較高的安全性。

3.2.3 采用加密措施。無線網(wǎng)絡(luò)加密標(biāo)準(zhǔn)主要有WPA（WiFi保護(hù)訪問）和WEP（有線等效加密），由于WEP太脆弱，容易被Sniff技術(shù)破解它的密鑰，現(xiàn)在大部分無線網(wǎng)絡(luò)逐漸采用WPA加密，它能夠動(dòng)態(tài)改變密鑰，提高無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸安全。

3.3 干擾性問題

802.11g無線網(wǎng)絡(luò)的頻段在2.4 GHz，與醫(yī)院某些內(nèi)設(shè)備（如多參數(shù)監(jiān)護(hù)儀、藍(lán)牙設(shè)備、微波爐和無線電話等）的工作頻段相同，勢必會(huì)產(chǎn)生一定的干擾，但是無線網(wǎng)絡(luò)的輸出功率一般都不超過100 mW，低于手機(jī)的輻射功率，目前醫(yī)院采購的醫(yī)療設(shè)備大多數(shù)都采取了防干擾屏蔽措施，自身有著很強(qiáng)的抗干擾能力，通常情況下不會(huì)影響到現(xiàn)在的醫(yī)療設(shè)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(yī)療設(shè)備保持一定的距離或者在這些區(qū)域盡量使無線網(wǎng)絡(luò)的輸出功率控制到10 mW以下。

4 結(jié)束語

迄今為止，無線局域網(wǎng)PACS系統(tǒng)的研究在其安全性和干擾性方面比較成熟，隨著無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的不斷更新?lián)Q代，在傳輸速度方面的要求也越來越高。總之，無線局域網(wǎng)PACS系統(tǒng)由于其移動(dòng)性、擴(kuò)展性和性價(jià)比上的優(yōu)勢，彌補(bǔ)了有線局域網(wǎng)存在的不足，將在醫(yī)院數(shù)字化建設(shè)中發(fā)揮出重要作用。

[1]門腎力，崔現(xiàn)成．PACS系統(tǒng)綜述[J]．醫(yī)療裝備，2009(10):40-41．

[2]李彭軍，端妮，郭文明．無線局域網(wǎng)在PACS系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．醫(yī)院數(shù)字化，2006，27(7):38－40．

[3]吳大剛，肖榮榮．C/S結(jié)構(gòu)與B/S結(jié)構(gòu)的信息系統(tǒng)比較分析[J]．情報(bào)科學(xué)，2003，21(3):313-315．

[4]同鳴，卞正中，李曉輝，等．基于無線局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的PACS系統(tǒng)[J]．計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2003,39(20):29-37．

[5]麻信洛，李曉中，葛長濤．無線局域網(wǎng)構(gòu)建及應(yīng)用[M]．國防工業(yè)出版社，北京:2009.

[6]朱建明.無線局域網(wǎng)安全—方法與技術(shù)[M]．機(jī)械工業(yè)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(yī)科大學(xué)2008級(jí)在讀研究生，從事影像醫(yī)學(xué)與核醫(yī)學(xué)專業(yè)的研究。

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

①山西醫(yī)科大學(xué) 山西 太原 030001

②山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院 山西 太原 030001