专利名称：医学图像网格存储管理系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种医学图像存储管理系统和方法，具体来说涉及一种利用网格工具，对医学图像进行存储管理的系统和方法。
背景技术：
PACS(Picture Archiving and Communications System)即图像存储与传输系统，是应用于医院的数字医疗设备如CT、MR(核磁共振)、US(超声成像)、DSA(数字减影)、CR(计算机成像)等设备所产生的数字化医学图像信息的采集、存储、管理、诊断、信息处理的综合应用系统。
一般来说，PACS的存储管理系统由医学图像设备、图像存储服务器、用户显示端口组成，其中图像存储服务器包括图像接收模块、图像管理模块、图像库和PACS数据库组成。图像接收模块用于接收由医学图像设备发送的图像，并将该图像存放在图像库。图像管理模块则根据用户的要求，查找图像存储地址，并将图像发送至用户显示端口。图像库则存储图像，它分为三级别，即在线库，存储最新和使用频率较高的图像；近线库，存储不常用的图像；离线库，存储要永久保存的图像。其工作流程为医学图像设备和图像存储服务器相联，医学图像设备发送图像给图像存储服务器时，图像存储服务器首先通过图像接收模块接收图像，并将其以文件的形式存放在图像库中，同时将图像的相关信息存入PACS数据库中。当用户需要从图像库获取图像时，通过图像管理模块找到图像的存储地址，根据存储地址从图像库中访问图像，并将图像发送至用户显示端口。图像管理模块是整个医学图像存储管理系统的核心，完成海量医学图像的多级分布式存储和备份，以及对图像的分级查询。
现有的PACS存储管理系统的结构在医院临床应用面临着很多的问题和挑战，具体表现在(1)性能问题随着医疗影像设备成像技术的迅速发展，以之为代表的是多排CT、高场MR的出现。它们的出现带给临床的是更快的扫描速度(0.5s)、更高的图像分辨率(0.3mm)、更多的单个病人数据量(＜2000层)。这些变化令医学影像的数据量呈指数增长。而现有的PACS系统图像文件的获取和传输一般都采用DICOM协议中C-Move操作或SMB文件传输协议，这两者都不支持数据传输的并行化和条带化，传输速度较慢，难以适应当前的医学图像存储管理的要求。
(2)可靠性问题现有的存储管理系统不能有效地处理网络中断、存储节点无效和存储节点负载均衡等问题，在三级存储结构中任何一个节点的故障都有可能导致整个系统的瘫痪。图像库中的医学图像，无论是存储在在线库，近线库，还是离线库，都是单一的，没有副本，一旦该图像所处的数据库出现网络中断或存储节点无效，则用户无法访问。而且，即使图像所在的数据库没有出现网络中断或存储节点无效的情况，如果在同一时间出现大量的用户访问同一图像，则目前的存储系统不能有效处理该存储节点负载均衡的问题。
(3)可扩展性问题随着医院规模的不断扩大，不断采购新的医学图像设备，这就势必增加归档服务器的存储量。因此，PACS核心系统的归档服务器需要有良好的可扩展性。然而，目前国际上还没有统一的存储设备标准接口规范，实践中只能采用各厂商自己提供的接口规范。在这种情况下，如果购买不同供应商的存储设备，可能需要不同的接入方法。
(4)安全性问题为了保证传输的性能，现有PACS存储系统对图像数据的访问控制一般采用的办法是由客户端向DICOM服务器发出请求，通过验证后，服务器把图像文件的位置信息返回给客户端，客户端通过FTP或SMB来取得图像文件。存储图像的FTP和SMB服务器用户验证很难和PACS、RIS、HIS用户验证集成在一起。
(5)可管理、可监控问题目前的PACS系统存储结构按照在线、近线、离线来组织管理图像数据。在实际的应用中，在线图像库通常不是集中存储，而是根据不同检查设备分布在不同的地点(CT室、MR室、超声室等)，不同存储服务器通常为不同厂商品牌，难以实现集中管理和监控，它们之间的副本复制、负载均衡难以通过管理达到最优。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种更有效的医学图像存储管理系统和方法，它通过数据网格工具，对医学图像存储系统的图像管理模块进行重新的构造，解决目前的医学图像管理系统中存在的传输性能、可靠性、可扩展性、安全性、可管理可监控性问题。
为解决上述问题，本发明的医学图像网格存储管理系统和方法为医学图像网格存储管理系统由医疗影像设备、图像存储控制器、医生工作站、图像库和PACS数据库组成；图像存储控制器包括图像接收模块和图像网格管理模块。图像网格管理模块用来替代原有的图像管理模块，它包括认证中心单元、存储代理单元和元数据目录单元。认证中心单元主要进行用户身份认证、服务间的相互认证、用户对资源的访问控制。元数据目录单元主要记录图像副本的信息，即图像文件与具体存储系统之间的映射信息，以及记录用户身份、访问控制等信息。当医疗影像设备生成医学图像，并存储在图像库时，元数据目录单元将自动记录该图像文件与具体存储系统之间的映射信息。存储代理单元包括副本策略服务、副本管理服务、副本移动服务、副本定位服务和副本访问服务五部分，它主要为用户提供访问分布的异构存储图像资源和图像副本提供统一接口的中间件。存储代理利用元数据目录为用户提供面向集合的数据视图。在物理上，同一集合的图像数据可能在异构的存储系统中存在多个副本。用户利用存储代理提供的服务接口提交数据请求，存储代理通过查询元数据目录请求数据的位置信息，根据负载均衡原理，调度不同存储系统之间的副本复制，然后将数据访问请求发向最优的存储系统，实现对分布、异构存储资源的访问。
图像网格管理模块的工作流程为(1)副本策略服务。由副本策略服务设定图像库存储系统最优负载参数，即指定图像库存储系统负载阈值；(2)副本管理服务。由副本管理服务接收用户请求。(3)认证中心服务。副本管理服务将用户的信息转送到认证中心单元进行认证，认证中心单元对用户身份进行验证，将用户的信息、访问内容作为记录存储在元数据目录；(4)副本定位服务。首先获取所有数据库的负载阈值，并从元数据目录中查找图像副本地址信息。如果符合客户要求的图像副本只有1份，则副本定位服务临时定位在该图像副本所在的图像库上；如果符合客户要求的图像副本有2份或以上，则副本定位服务暂时定位在负载阈值最小的图像库中。将临时定位好的图像库的负载阈值和在副本策略服务中指定的负载阈值相比，如果小于或等于指定的负载阈值，则副本定位服务最终定位在该图像库中；(5)副本移动服务。如果临时定位好的图像库的负载阈值大于在副本策略服务中指定的负载阈值，则从临时定位的图像库中复制并移动至网络中其它负载阈值最小的图像库中，并最终定位在该图像库。(6)副本访问服务。从最终定位好的图像库中访问客户所需图像，并将图像传送到医生工作站中。
采用上述的医学图像网格存储管理系统和方法后，其一由于图像网格管理模块是采用网格工具改写的，它一方面支持数据传输的并行化和条带化，另一方面它可以均衡图像库负载，极大提高了存储系统的性能。其二，由于存在副本移动服务，图像副本可能存在一个或多个图像库中，即使图像所处的某一个或多个图像库同时出现网络中断或存储节点无效，用户无法访问的情况，副本移动服务可以从元数据目录中寻找其它存有所需图像的图像库中获取图像；而且，如果在同一时间出现大量的用户访问同一图像副本，则本系统和方法可以在某节点的图像访问负载达到指定的阈值后，图像副本向最有利于客户端访问的节点复制。这样，就可以解决当前医学图像存储系统存在的可靠性问题。其三，本发明是一种利用网格工具，对医学图像进行存储管理的系统和方法，可以解决和不同存储设备接口对接，具有可扩展性。其四，本发明的认证中心服务，可以在元数据目录中记载用户信息以及用户访问图像的信息，提高了医学图像存储系统的安全性。其五，本发明是一种利用网格工具，对医学图像进行存储管理的系统和方法，对图像的操作信息可以在元数据目录中记录，这样对分布在不同的地点(CT室、MR室、超声室等)的不同医疗影像设备，不同存储服务器，可以实现集中管理和监控。
附图1是医学图像网格存储管理系统示意图附图2是图像存储服务器示意图附图3是图像网格管理模块示意图附图4A和附图4B是图像网格管理模块工作流程图具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明。
附图1所示的是医学图像网格存储管理系统示意图，它包括图像库(1)、PACS数据库(4)、图像存储控制器(2)、医疗影像设备(3)和医生工作站(5)。医疗影像设备(3)和图像存储控制器(2)连接，医疗影像设备(3)产生的图像通过图像存储控制器(2)存储在图像库(1)中，和图像相关的其它信息而存储在PACS数据库中。
附图2所示的是图像存储控制器示意图，它包括图像网格管理模块(6)和图像接收模块(7)。医疗影像设备(3)产生的图像就是通过图像存储控制器(2)中的图像接收模块(7)接收，并将信息分别存储在图像库(1)和PACS数据库中；而医生工作站(5)获取图像库中的图像则需要通过图像网格管理模块(6)调取。
附图3所示的是图像网格管理模块(6)，它包括认证中心单元(8)、存储代理单元(9)和元数据记录单元(10)。图像网格管理模块的工作流程由附图4A和附图4B示出，下面具体进行阐述。
第一步，进行副本策略服务步骤。在步骤S1中，预先设定图像库负载阈值T。负载阈值T是确定访问图像库的最优的负载量，它综合考虑图像所在服务器中央处理器(CPU)、存储设备的IO处理能力和网络带宽等情况确定。
第二步，进行用户认证服务步骤。步骤S2对用户输入的信息进行认证，并和授权的用户名单进行核对；在S3步骤中作判断操作，如果用户有访问权限，则在步骤S4中将用户的信息记录在元数据目录，否则重新返回用户认证步骤S2。
第三步，进行副本管理服务步骤。主要通过步骤S5接收客户请求。
第四步，进行副本定位服务步骤。首先在步骤S6中获取网络中所有图像库的负载阈值；然后在步骤S7中根据用户的请求从元数据目录中查找符合用户要求的图像副本地址信息；步骤S7查询到的匹配的图像副本可能存储在一个或多个图像库中，步骤S8进行判断。如果匹配的图像副本只存储在一个图像库，则副本定位服务临时定位在该图像副本所在的图像库上，并直接过渡到步骤S9；如果匹配的图像副本存储在两个或以上图像库中，则步骤S10从所有匹配的图像副本所在的图像库中找到阈值最小的图像库，副本定位服务临时定位在该阈值最小的图像数据库上，并过渡到步骤S9。步骤S9是一个判断步骤，它将副本定位服务临时定位的图像库的负载阈值t和在步骤S1中指定的负载阈值T进行比较。如果临时定位的图像数据库的负载阈值t小于或等于步骤S1中指定的负载阈值T，则副本定位服务最终定位在该图像库上，并直接过渡到副本访问服务步骤；如果临时定位的图像库的负载阈值t大于步骤S1中指定的负载阈值T，则在步骤S11中，副本定位服务从元数据目录中查找到阈值最小的图像库，并过渡到副本移动服务步骤。
第五步，进行副本移动服务。步骤S12将从临时定位的图像库中将图像复制并移动至网络中其它负载阈值最小的图像库中，并将副本定位服务最终定位在该图像库上。
第六部，进行副本访问服务。步骤S13从最终定位的图像库中访问匹配的图像，并通过步骤S14将匹配的图像送至医生工作站(5)上。
权利要求
1.一种医学图像存储中使用的医学图像网格存储管理系统和方法。所述的医学图像网格存储管理系统包括图像库(1)、PACS数据库(4)、图像存储控制器(2)、医疗影像设备(3)和医生工作站(5)；其中，图像存储控制器(2)包括图像网格管理模块(6)和图像接收模块(7)；所述的图像网格管理模块(6)包括认证中心单元(8)、存储代理单元(9)和元数据记录单元(10)，其特征是所述方法包括下述步骤1)副本策略服务步骤，用于预先设定图像库最优负载阈值。2)用户认证服务步骤，用于对用户输入的信息进行认证，并和授权的用户名单进行核对；如果用户有访问权限，则将用户的信息记录在元数据目录，否则重新进行用户认证。3)副本管理服务步骤，用于接收用户请求。4)副本定位服务步骤，首先获取网络中所有图像库负载阈值；然后根据用户的请求从元数据目录中查找符合用户要求的图像副本地址信息；如果匹配的图像副本只存储在一个图像库中，则副本定位服务临时定位在该图像副本所在的图像库上；如果匹配的图像副本存储在两个或以上图像库中，则从所有匹配的图像副本所在的图像库中找到阈值最小的图像库，副本定位服务临时定位在该阈值最小的图像库上。将副本定位服务临时定位的图像库的负载阈值和在副本策略服务步骤中指定的负载阈值进行比较。如果临时定位的图像库的负载阈值小于或等于副本策略服务步骤中指定的负载阈值，则副本定位服务最终定位在该图像库上，并直接过渡到副本访问服务步骤；如果临时定位的图像库的负载阈值大于副本策略服务步骤中指定的负载阈值，则副本定位服务从元数据目录中查找到阈值最小的数据库，并过渡到副本移动服务步骤。5)副本移动服务步骤，用于将从临时定位的图像库中将图像复制并移动至网络中其它负载阈值最小的图像库中，并将副本定位服务最终定位在该图像库上。6)副本访问服务步骤，用于将从最终定位的图像库中访问匹配的图像，并将匹配的图像送至医生工作站(5)上。
全文摘要
本发明公开了一种医学图像网格存储管理系统和方法，所述的医学图像网格存储管理系统包括图像库、PACS数据库、图像存储控制器医疗影像设备和医生工作站；其中，图像存储控制器包括图像网格管理模块和图像接收模块；所述的图像网格管理模块包括认证中心单元、存储代理单元和元数据记录单元。其方法是通过存储代理单元中的副本策略服务、副本管理服务、副本定位服务、副本移动服务和副本访问服务，根据医生工作站的要求，从图像库中调取图像。本发明是利用网格工具，对医学图像进行存储管理的系统和方法，它具有高速的图像传输性、可扩展性、可靠性、安全性和可管理、可监控性，有效地解决了目前PACS存储系统中存在的这些方面的问题。
文档编号G06F19/00GK1794250SQ200510121008
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月29日 优先权日2005年12月29日
发明者张海, 曾海标, 关伟豪 申请人:中山大学