专利名称:基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及信息通讯、计算机及医疗技术领域：
，特别是医院现有的医学影像存储与归档系统(简称PACS)、放射信息系统(简称RIS)、电子病历系统(简称EPR)、医院信息管理系统(简称HIS)。
背景技术：
随着各种医疗信息数字化的实现，以及国际互联网及相关技术的广泛使用，人们在逐步完成医院信息数字化建设后，正在加紧研究利用高速信息网建立广域网电子病历(Electronic Patient Record，简称EPR)系统，其主要是将同一病人在不同医院中存储的信息资料通过高速网络(Internet或Private Network)进行关联，使病人的病历资料包括诊断报告、诊断记录、放射图像、化验信息等，在网络中随病人的就医状况和需求，在医院内部不同科室、不同医院信息系统以及不同医院之间进行相互调用，因此，迫切需求医院各系统(PACS、RIS、HIS、EPR等)集成并实现多媒体数据的无缝流动，从而能有效地利用医学信息，提高临床诊断、治疗和健康服务的水平、质量与效率，并大大节约资源。
实现医院各系统多媒体数据无缝流动的主要瓶颈在于各系统由不同厂商开发且放射医学图像大都是高分辨率(≥2K×2K，如CR、DR、Mammography等)、大容体(60-400M，如MR、CT、US Series等)的图像，并以各种网络存储状态、各种媒体形态(静态图像，动态图像，二维或三维等)出现，在保证医学诊断质量的前提下，安全可靠、高效快速的存取数据很难完善地实现。在此之前，虽有一些系统的解决方案，但还未有一个能将分布的、异构的存储资源包括DICOM图像、非DICOM图像、文本、音频等多媒体资源以病人为中心，虚拟集中管理、安全可靠不间断运行的系统。
发明内容如上所述，如何克服已有技术的不足，利用网络构造网格环境，在现有不同厂商PACS系统基础之上，设计出一种充分吸纳各种存储资源，并转化为一种随处可得的、可靠的、标准的，同时也是经济的存储系统，乃是本发明所要解决的技术问题。因此，本发明的目的在于提供一种基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统及其实现方法，其特点是利用网格特性，在多种(个)PACS或将不同状态或种类PACS图像实现分布存储、冗灾备份、优化并行提取、中心管理、并使这些PACS或图像存储系统协同工作，实现安全可靠的超级虚拟PACS(Virtual Super PACS)系统。
本发明的技术方案是根据本发明提出的一种基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统(Cooperative Grid Based Picture Archiving and Communication System，简称Grid PACS)，包括多个具有PACS服务器模块基础之上的PACS代理结点(PACS Agent Node)、与其相连的一个主控制结点(Master Node)和多种客户端，形成PACS Agent Node
Master Node
客户端的三层工作结构，并且将PACS Agent Node
Master Node作为一个高层次的首网格代理结点(First Grid Agent Node)与另一个Master Node、多种客户端级联再次形成新的三层结构，其中一个PACS Agent Node和一个Master Node形成的两层结构作为网格中间件与第三方PACS(或影像设备)进行DICOM(或其它种类基于TCP/IP的通信协议)通信。所说的PACS Agent Node除了PACS原有功能外，还包括上传接收的图像索引信息、收集本地资源监控信息、定期在线删除图像及接收来自Master Node的自动路由通信、压缩或备份指令进行图像操作。所说的Master Node包括数据库功能模块、管理模块及对外服务模块，其中管理模块的功能有共享注册信息、同步注册信息、自动备份调度、灾难恢复调度、对与其相连的PACS Agent Node和客户端、级联环境下的Master Node和客户端进行管理；对外服务模块为客户端提供包括资源的验证、注册服务、删除服务、查询服务、监控服务。所说的多种客户端包括RIS服务器、EPR(个人电子病历)服务器、PACS显示工作站。其中RIS服务器或EPR服务器上驻留接收和验证注册信息模块、查询模块；PACS显示工作站上驻留有查询模块。所说的PACS AgentNode
Master Node
客户端的三层工作结构，其中信息传递通过各层提供的Web Service(或其它种类基于TCP/IP的通信)实现；适合于基于不同操作系统平台(Microsoft Windows或UNIX/LINUX)。所说的网格中间件通过DICOM Query/Retrieval C-Find/C-Move和C-Store SCP(或其它种类基于TCP/IP的通信协议)主动查询提取或被动接收第三方PACS(或影像设备，如CT/MR/数字X光/超生等)的图像或医疗多媒体信息，并将客户端对图像信息的提取请求通过DICOM C-Move或WADO(或其它种类通信协议)转发给第三方PACS系统，由PACS Agent Node将第三方PACS系统存储的图像发送给客户端。
具体的流程分为(一)存储资源注册流程PACS Agent Node中的PACS服务器模块新收图像后，按图像系列(Series)基本信息进入队列，PACS Agent Node读取队列内容形成注册消息XML字符串，调用Master Node提供的注册服务；Master Node注册服务方法解析该XML字符串，存入数据库的资源管理表中，并且在数据库中查找该系列需要共享的客户端，然后调用客户端提供的注册服务；客户端注册服务方法解析该XML字符串，存入相应的数据表。
(二)存储资源监控消息上传流程PACS Agent Node定时收集本地PACS存储资源情况，包括存储介质好坏、网速、机器故障、内存硬盘CPU使用率等信息通过调用Master Node监控服务上传。
Master Node监控服务方法解析XML字符串，按消息类别更新数据库相应内容，如检测到PACS Agent Node网络不通或机器故障则置数据库中该结点状态为不可用(“N”)，存储介质已坏则置存储区域状态为不可用(“N”)，此时客户端不能访问该结点存储的资源。如故障修复则置数据库中相关状态为可用(“Y”)。
(三)存储资源访问流程客户端根据用户请求生成XML字符串，调用Master Node提供的查询服务；Master Node查询服务方法解析XML，按图像系列在数据库中查找最优访问结点生成XML格式的字符串返回。
(四)存储资源自动备份流程Master Node备份调度检查进程定时按图像系列检查数据库中图像分布情况，发现系列分布数少于预定的数目，则将系列号、存储结点号放入备份任务表；Master Node备份调度进程读取该任务，选择最优、次优的备份PACSAgent Node组装成XML格式的字符串向待备份PACS Agent Node发送备份指令；待备份PACS Agent Node检查本地该系列图像存储情况，并作备份准备；待备份PACS Agent Node向最优备份结点发送备份指令；最优备份结点检查本地该系列图像存储情况，没有该系列存储时，向待备份结点发送开始下载指令，检查出错时向待备份结点发送检查失败指令；待备份结点调用Master Node的备份服务传递开始下载或检查失败消息，如果是失败消息时，待备份结点还需向次优备份结点发送备份指令；Master Node接收后更新备份任务表；最优备份结点启动多线程使用HTTP或FTP协议(或其它种类基于TCP/IP的通信)下载该系列图像，将下载结果返回待备份结点；
待备份结点将下载结果返回给Master Node，Master Node接收后更新备份任务表。
(五)存储资源灾难恢复流程Master Node接收到PACS Agent Node提供的存储介质、网络故障、机器故障问题后，停止该结点提供的查询服务、验证服务，避免客户端访问该结点出错；之后，将启动自动备份进程，避免图像备份数少于预定的值。
Master Node接收到PACS Agent Node提供的存储介质、网络故障、机器故障问题恢复后，恢复停止的服务；而且，为避免多余备份占用设备资源，检查Master Node中该结点图像分布数等于或多于预定值的图像，是否在备份任务表中等待备份，有则取消备份。
(六)同级MasterNode资源信息自动同步在级联三层结构中，同级Master Node数据库结构相同，分为高层资源共享数据库和底层本地任务管理数据库、本地资源数据库和同级共享资源数据库。其中本地任务管理数据库除了记录存储、删除、查询、验证任务之外，还记录同级Master Node同步任务；同级共享资源数据库个数是除本地Master Node以外的同级Master Node数目。每一个Master Node定时启动同级Master Node资源同步进程，将本地资源与同级资源表对照，定时更新，为Master Node提供数据一致性前提。
(七)Master Node灾难恢复流程在级联三层结构上，每一PACS Agent Node本地配置文件中会注册与其相连的Master Node及同级Master Node提供的服务信息。这些服务信息包括Master Node主机名、IP地址、服务个数、服务地址和服务方法，其中的服务方法对应Master Node开放给该PACS Agent Node的服务。当MasterNode出现故障时，本地PACS Agent Node无法调用其服务，会自动调用其他Master Node的服务。反之，Master Node故障恢复时，本地PACS AgentNode自动调用其服务。从而保证系统不间断运行。
(八)PACS Agent Node及客户端在Master Node中信息注册流程系统管理员按照系统部署和网络结构，通过Master Node提供的前台用户操作界面，进行PACS Agent Node及客户端的信息注册包括基本信息(主机名、IP地址、所在位置、网速)和服务信息。其中PACS Agent Node的服务信息指提供的服务类型、服务方法、存储介质、服务时间，客户端服务信息除了服务类型、服务方法外，还包括共享资源类型、共享PACSAgent Node选择和共享时间。
(九)网格中间件获取(第三方)PACS(或影像设备)图像的流程网格中间件在第三方PACS(或影像设备，如CT/MR/数字X光/超生等)注册后，获取第三方PACS的图像有3种方式主动查询图像、主动查询提取图像和被动接收图像。
主动查询图像指Master Node向PACS Agent Node发送时间段查询指令，PACS Agent Node启动DICOM Query进程，向第三方PACS发送Query请求，根据返回的查询结果将图像索引作为近在线数据上传给Master Node；主动查询提取图像指PACS Agent Node在主动查询图像的基础上，根据返回的查询结果向第三方PACS发送Retrieve请求，PACS Agent Node的图像接收进程接收第三方PACS的图像；被动接收图像指PACS Agent Node图像接收进程直接接收第三方PACS(或影像设备)的图像。另外，PACS AgentNode图像接收进程接收到图像后，按图像系列上传给Master Node。
(十)网格中间件在客户端和第三方PACS系统之间转发请求并路由图像发送流程Master Node接收客户端图像查询请求后，选择最优PACS Agent Node返回给客户端，在提供给客户端的PACS Agent Node需要提取第三方PACS图像时适用本流程，此时第三方PACS的图像在Master Node中的状态为近在线。PACS Agent Node将客户端的Retrieve请求转化为向第三方PACS发送的Retrieve请求，其图像提取进程接收到第三方PACS图像后不仅向客户端转发这些图像，还要生成图像索引上传至Master Node，使图像存储状态改变为在线。
概括地说，本发明的工作原理如下本发明的PACS Agent Node包含PACS服务器功能模块、和运行在同一台计算机上的Basic Grid Agent软件。Basic Grid Agent软件包括本地资源管理和监控管理模块、以及配置在此计算机上的Basic Grid Agent Web服务(Web Service)(或其它种类基于TCP/IP协议的通信)模块。通过PACS服务器功能模块接收新图像事件触发Basic Grid Agent Web服务(WebService)(或其它种类基于TCP/IP协议的通信)模块中的资源注册进程。Agent Node也可以是级联三层结构中的First Grid Agent Node，通过下层Master Node接收新资源信息触发资源注册进程。另外Agent Node定时获取本机硬件信息触发监控上传进程，并在后台为客户端及Master Node运行图像验证服务。PACS Agent Node依据应用需求通过网格节点通信协议，如FTP、HTTP(或其它种类基于TCP/IP协议的通信)，在不同的PACS AgentNode之间传输或备份图像文件。PACS Agent Node与Master Node形成的网格中间件，主动查询提取或被动接收第三方PACS(或图像设备)的图像，并在客户端和第三方PACS系统之间转发图像请求、路由图像发送。
本发明的Master Node接收、记录、处理来自PACS Agent Node的资源注册信息，同时触发共享客户端的上传进程。它与PACS Agent Node是1对多的对应关系。在级联结构下，与First Grid Agent Node是1对多的对应关系。
本发明的客户端应用于RIS、EPR、PACS工作站功能模块，运行资源共享服务和验证服务，另外根据用户要求向Master Node发送资源查询指令。
本发明的Master Node接收、记录、处理来自客户端的查询指令，选择最优资源存储结点和提供的最优服务返回给客户端。它与客户端是1对多的对应关系。
本发明的Master Node定时启动资源自动备份进程和数据库自动同步进程。
本发明的Master Node提供一个前台用户图像界面，由系统管理员输入与该Master Node相连的PACS Agent Node和客户端信息；另外，为系统维护和技术支持者提供Master Node监控信息，分为任务日志、图像分布浏览、结点存储分布浏览。
本发明与已有技术相比，具有实质性突破(1)本发明系统通过Agent Node、Master Node、客户端三层结构无限次级联，吸纳融合医院现有(多个符合DICOM通信标准)PACS系统，形成了统一的虚拟超级PACS存储资源池和庞大的用户群，实现医疗多媒体(图像)信息分布存储、虚拟中心化管理和使用；(2)本发明系统通过PACS Agent Node和Master Node形成的网格中间件(Grid Middleware)将原有的多个(异构)PACS存储单元或系统与PACS工作站、RIS、HIS及EPR等节点重新互联，形成一个新的虚拟超级PACS(网格PACS)。其中的多个PACS存储单元或系统与PACS工作站、RIS、HIS及EPR在Agent Node和Master Node形成的网格中间件控制下协同工作。而若干个虚拟超级PACS通过同级Master Node互联后，又可以形成一个更大的虚拟超级PACS(一个多层级网格PACS)(3)本发明系统具有标准化和开放性。它可以将符合DICOM通信标准的任何PACS系统连接集成进来，并不受数量和地域限制(只要有一定速率的网络相连通)；
(4)本发明系统充分利用网格特性，优化和提高资源访问速率，使用户感觉不到距离感，资源同步、灾难恢复策略保证系统不间断运行，从而表现出更好的系统稳定性和负载平衡能力；(5)本发明系统根据各节点网速、机器使用情况及预期性能，查找最优备份PACS Agent Node，实现了资源的异地自动备份；(6)本发明的Master Node提供易操作的交互界面及监控资源分布的功能，使其更易于管理；(7)本发明系统对医院现有PACS系统运行无任何副作用或对其性能有任何影响。
图1为本发明的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统的三层结构流程示意图。
图2为本发明的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统的一个实施例的架构示意图。
图3为本发明的协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统的图像上传共享流程示意图。
图4为本发明的协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统的图像查询提取流程示意图。
图5为图3中Agent Node图像上传进程流程图。
图6为图3中Master Node图像注册服务工作流程图。
图7为图3中Master Node图像上传进程流程图。
图8为图4中Master Node图像查询服务流程图。
图9为本发明的协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统的图像同步流程示意图。
图10为本发明的协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统的图像自动备份流程示意图。
图11为本发明的网格中间件获取第三方PACS(或影像设备)图像流程示意图。
图12为本发明的网格中间件在客户端和第三方PACS系统之间转发请求并路由图像发送流程示意图。
具体实施方式下面结合图1-图12给出本发明一个较好实施例并进一步对本发明实施例作详细阐述本发明的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，包括多个PACS Agent Node1、与其相连的一个Master Node2和多种客户端3三部分，形成PACS Agent Node1
Master Node2
客户端3的三层工作结构(结构流程图如图1所示)，并且将PACS Agent Node1
Master Node2作为一个First Grid Agent Node4与另一个Master Node2、多种客户端3级联再次形成高层次的First Grid Agent Node4
Master Node2
客户端3三层结构。各部分间信息交换采用Web Service(或其它种类基于TCP/IP协议的通信)实现。系统级联架构实例图如图2所示，其中Master Node与PACSAgent Node形成连接第三方PACS(或影像设备)的网格中间件5。
各部分组成分别描述如下第一部分PACS Agent Node1本实施例的多个PACS Agent Node1中的每一PACS Agent Node由一台具有PACS功能模块的服务器和设置在该服务器内的Basic Grid Agent软件组成(见图1)。除了PACS服务器原有功能外，还实现本地图像上传、本地图像删除、同步、定时本地监控、第三方PACS图像管理功能。Basic GridAgent软件与PACS服务器间通讯使用数据库队列实现异步通讯。软件包括图像下载程序15、监控程序、图像管理应用程序和Web服务器提供的验证服务161、同步服务162、消息服务163。其中图像管理应用程序分别启动图像及存储状态上传进程12、同步进程13、图像在线删除进程14；监控程序分别启动本地监控信息上传进程181、监控本地功能进程182。Basic GridAgent软件与第三方PACS(或影像设备)间采用DICOM标准通讯，包括Query转换进程171、Retrieve转换进程172和图像接收进程173。
本实施例的Basic Grid Agent软件采用JBuilder为主要开发工具，Web服务器采用Apache Tomcat。软件配置信息写在property文件中，配置内容随PACS服务器操作系统平台、数据库的不同而变化，但Basic Grid Agent软件不需要做任何更改。property文件可以由XML文件代替。
第二部分Master Node2本实施例的Master Node分为数据库模块22和软件模块，实现图像信息注册及共享给客户端、任务管理、同级Master Node同步、与Basic Grid Agent和客户端注册信息同步、图像自动备份调度、优化图像访问的功能，其软件包括图像管理程序23、任务管理进程24、同步管理程序、提供查询、注册、验证的Web服务26及Web界面管理27。其中图像管理进程启动上传进程231、图像备份调度进程232；同步管理进程启动图像同步进程251和同步数据库进程252。该软件采用JBuilder为主要开发工具，系统平台可以是Windows、LINUX、UNIX，Web服务器采用Apache Tomcat。
第三部分多种客户端3本实施例的多种客户端包括含有RIS或EPR模块功能的RIS或EPR服务器、含有图像接收和显示模块的工作站，其中RIS/EPR服务器除了RIS/EPR服务器进程311外，还有由Web服务器发布的图像共享服务312、图像验证服务313、图像查询程序314及通信接口315。工作站由工作站应用程序321、图像查询程序322及通信接口323组成。程序均采用JBuilder为主要开发工具，系统平台可以是Windows、LINUX，Web服务器采用Apache Tomcat 4.0。
本实施例PACS Agent Node、Master Node、客户端的三层结构主要工作流程如下
·图像注册工作流程如图3所不，包括PACS Agent Node中Basic GridAgent上传图像索引进程12、Master Node图像注册服务261、Master Node图像上传共享进程231、客户端图像共享服务312。PACS功能模块接收图像后，将图像基本信息存入上传队列；Basic Grid Agent上传索引进程12读取该队列任务，调用Master Node注册服务261；Master Node注册服务261收到图像索引信息，放入上传队列Master Node上传进程231读取上传队列任务，调用RIS或EPR服务器的图像共享服务312。其中通信接口211或315均采用SOAP RPC方法。
本实施例的Basic Grid Agent上传图像索引进程12启动后，查看上传队列中是否有任务，没有任务则循环监听，有则启动子线程，具体流程如图7所示步骤120，进程启动；步骤121，检查队列是否有任务，没有则继续监听；步骤122，根据任务内容，查询相关图像信息组装成XML格式的字符串；步骤123，调用相关Master Node提供的注册服务方法；步骤124，调用结果更新任务状态；步骤125，写日志表，转步骤121。
本实施例的Master Node图像注册服务随着Web服务器的启动而启动、关闭而关闭，该服务流程261见图5步骤2610，服务启动；步骤2611，监听是否有图像注册任务，没有任务则继续监听；步骤2612，接收图像注册信息；步骤2613，判断信息的有效性，信息无效则转2617；步骤2614，判断是否为新的图像注册信息，包括图像存储状态、压缩状态的改变，不是新图像注册，则执行步骤2617；步骤2615，新图像注册信息则更新图像数据库；步骤2616，该任务进入上传队列；步骤2617，记录该任务处理状态，写日志表，转步骤2611。
本实施例的Master Node图像上传进程231的工作程序见图6，依次执行步骤2310，启动进程；步骤2311，读取上传队列，没有处理的任务继续监听上传队列；步骤2312，判断该任务是否需要上传给RIS或EPR客户端，没有则转步骤2315；步骤2313，调用RIS或EPR客户端提供的Web服务；步骤2314，调用结果更新队列状态；步骤2315，记录该任务处理状态，写日志表，转步骤2311。
·图像查询工作流程见图4，客户端的图像查询程序314或322调用Master Node提供的图像查询服务262，该服务返回给客户端最优访问PACS结点的路径及方法，客户端的工作站应用程序321根据返回消息调用PACSAgent Node中PACS功能模块相应的图像提取程序19。通信接口21采用SOAP RPC方法，通信接口112根据客户端调用PACS服务器图像提取方法的不同而变化，分为HTTP Get、DICOM C-Move、WADO方法。
本实施例的Master Node图像查询服务接收来自客户端的图像查询信息，具体流程262如图7所示。步骤2620，服务启动；步骤2621，监听是否有图像查询任务，没有任务则继续监听；步骤2622，接收查询条件信息；步骤2623，判断信息的有效性，信息无效则转2626；步骤2624，检索最优访问PACS Agent Node；步骤2625，返回最优访问结点消息；步骤2626，记录该任务处理状态，写日志表，转步骤2621。
·图像同步保证图像资源在三层结构中存储的一致性。同步检查的内容有a.RIS或EPR服务器与Master Node的图像注册信息同步，以MasterNode为依据检查RIS或EPR服务器的图像注册信息。
b.Master Node与PACS Agent Node中图像索引信息同步，根据Basic Grid Agent上保存的图像索引信息检查Master Node的图像信息。
该实施例的同步工作流程见图9(1)Master Node启动图像同步进程251，满足Basic Grid Agent同步条件时调用Basic Grid Agent提供的同步服务162，Basic Grid Agent根据同步条件启动同步进程13，调用Master Node的图像验证服务263对同步的图像进行验证，若图像未注册到Master Node上或图像状态有所改变，将该图像信息加入上传队列，供上传进程12读取；(2)Master Node启动图像同步进程251，满足客户端同步条件时调用客户端提供的图像验证服务313，若图像未共享给客户端或图像状态有所改变时，将图像信息加入Master Node上传队列，供Master Node共享进程231读取。
本实施例Master Node的图像同步进程25定时对Master Node各个资源状态进行检查，从而保持系统的一致性和稳定性。设定的参数包括同步定时参数start sync(确定每隔多长时间启动同步进程)、sync_longinterval长期图像同步间隔(确定隔多长时间将所有图像同步)、sync_shortinterval同步图像时间间隔(确定将间隔多长时间以后的图像同步)。
·同级Master Node同步是保证Master Node不间断运行的前提。本实施例的Master Node数据库采用Oracle10g，操作系统基于Windows Server2003，也可使用Mysql数据库、SQL Server数据库，操作系统也可以基于LINUX或UNIX。本实施例的数据库由2层数据库组成，高层数据库提供同级Master Node所有共享图像信息，底层数据库又分为本地任务管理数据库、本地资源管理数据库、其它同级Master Node资源管理数据库。
本实施例的同步数据库管理进程252定时对本地数据库中其它同级Master Node资源管理数据库与相应的同级Master Node本地资源管理数据库对照，按照同级Master Node本地资源管理数据库更新本地数据库中其它同级Master Node资源管理数据库。
·图像自动备份调度是为保证图像存储安全可靠和系统不间断运行而采取的措施之一。对于存储数少于2的图像进行异地备份，用于灾难恢复。本实施例的图像管理进程23中自动备份主线程完成此项任务。
本实施例的自动备份工作流程见图10Master Node的图像备份线程232根据图像分布条件，查出需要备份的图像、和该图像的存储PACS服务器即待备份PACS Agent Node、最优备份结点、次优备份结点及其图像下载方式(如FTP、HTTP)，并加入任务表；调用待备份PACS Agent Node的消息服务163，向其发送备份指令；待备份PACS Agent Node消息服务163本地调用验证服务方法，进行图像验证，然后调用最优备份PACS AgentNode提供的消息服务163’，向其发送备份指令；最优备份PACS Agent Node消息服务163’验证本地图像后，返回备份开始命令；最优备份PACS AgentNode图像下载线程启动多线程进行FTP或HTTP(或其它种类基于TCP/IP协议的通信)图像下载；下载完成或出错，调用待备份PACS Agent Node消息服务163，返回下载情况；待备份PACS Agent Node消息服务解析接收的消息，及时更新Master Node任务状态。
·Web管理监控界面主要监控Master Node、PACS Agent Node、客户端的运行情况及Master Node日志浏览，包括(1)与Master Node相连的PACS Agent Node信息注册界面；(2)与Master Node相连的客户端注册界面；(3)Master Node中图像分布界面；(4)PACS Agent Node图像系列数统计界面；(5)Master Node任务日志界面。
本实施例PACS Agent Node、Master Node的两层结构形成网格中间件的主要工作流程如下·获取第三方PACS(或影像设备)的图像本实施例的网格中间件提取第三方PACS(或影像设备)的图像有3种方式主动查询图像、主动查询提取图像和被动接收图像，其工作程序见图11。Master Node图像同步进程251定时与第三方PACS图像同步，调用Basic Grid Agent消息服务163发送包含有提取图像方式的同步指令，BasicGrid Agent的Query转换进程171将时间段作为查询条件，向第三方PACS发送DICOM Query请求，并等待Query结果返回。Basic Grid Agent根据Master Node发送的提取图像方式分为2种往下执行主动查询图像则将返回结果按图像系列加入上传进程队列，图像状态标识为近在线；主动提取图像则向第三方PACS发送Retrieve请求，图像接收进程173将接收的图像按系列加入上传进程队列，图像状态标识为在线。另外，被动接收图像指Basic Grid Agent的图像接收进程173直接从第三方PACS接收新图像，图像状态标识为在线，上传给Master Node。通信接口112采用DICOM标准。
·提取第三方PACS的图像本实施例的中间件提取第三方PACS图像的工作流程见图12。客户端向Basic Grid Agent发送Retrieve请求，Basic Grid Agent的Retrieve转换进程172将该请求转向第三方PACS；Basic Grid Agent的图像接收进程173从第三方PACS接收图像，接收完成后按图像系列加入上传进程队列，图像状态标识为在线，同时调用本地PACS模块的发送进程将这部分图像发送给客户端。通信接口112和113采用DICOM标准。
权利要求
1.一种基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，包括多个PACS代理结点(1)、与其相连的一个主控制结点(2)和多种客户端(3)，形成PACS代理结点(1)
主控制结点(2)
客户端(3)的三层工作结构，并且将PACS代理结点(1)
主控制结点(2)作为一个高层次的首网格代理结点(4)与另一个主控制结点(2)、多种客户端(3)级联再次形成新的首网格代理结点(4)
主控制结点(2)
客户端(3)三层结构，其中一个PACS代理结点(1)和一个主控制结点(2)可以作为网格中间件(5)，连接第三方PACS或影像设备(6)；所说的多个PACS代理结点(1)中每一个PACS代理结点包括一台具有PACS模块功能的计算机和运行在该计算机上的基础网格代理软件，所说的基础网络代理软件包括本地资源管理模块(11)和监控管理模块(12)、以及配置在此计算机上的基础代理Web服务模块或其它种类基于TCP/IP协议的通信模块(13)；所说的主控制结点(2)包括一台具有数据库功能的服务器(21)和一台驻留有管理模块的主控制结点服务器(22)以及配置在此服务器(22)上的协作网格主控制结点Web服务或其它种类基于TCP/IP协议的通信模块(23)；所说的多种客户端(3)包括一台具有RIS功能的计算机及设置在此计算机上的接收信息模块(31)和查询模块(32)，一台具有个人电子病历功能的计算机及设置在此计算机上的接收信息模块(31)和查询模块(32)，多台具有图像查询/提取、显示和报告功能的客户计算机及设置在此计算机上的查询模块(32)；所说的PACS代理结点(1)
主控制结点(2)
客户端(3)的三层工作结构包括该多个PACS代理结点(1)将图像索引信息通过Web服务模块提交给主控制结点(2)，主控制结点(2)根据共享策略(221)将信息上传给可选择的客户端(3)；客户端(3)也可通过Web服务模块查询主控制结点(2)相关图像注册信息，并根据注册信息到PACS AgentNode(1)中提取图像；此外，多个PACS代理结点(1)将本地监控信息通过Web服务模块送给主控制结点(2)；主控制结点(2)根据图像备份策略(222)选择合适的PACS代理结点(1)的备份图像；主控制结点(2)还根据图像同步策略(223)进行该三层结构图像注册信息的同步；所说的首网格代理结点(4)是指由多个PACS代理结点(1)、一个主控制结点(2)作为新的代理结点；所说的网格中间件(5)是指由一个PACS代理结点(1)和一个主控制结点(2)形成的两层结构作为中间件与第三方PACS或影像设备(6)进行DICOM或其它种类基于TCP/IP的通信协议通信；所说的第三方PACS或影像设备(6)是指PACS服务器及其存储系统，或其它具有医学图像通信标准DICOM Storage C-Store SCP/SCU的设备。
2.根据权利要求
1所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的PACS代理结点的PACS功能模块是指PACS服务器及其存储系统，它具有医学图像通信标准DICOM StorageC-Store SCP/SCU、Query/Retrieval SCP/SCU、WADO的通信服务。
3.根据权利要求
1所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的PACS代理结点具有基础网络代理模块中的本地资源管理(11)，包括PACS模块新接收图像系列后，将图像索引信息入队，由本地资源管理模块读取队列内容，生成结构化字符串，调用主控制结点(2)提供的Web服务上传图像注册信息。
4.根据权利要求
1所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的PACS代理结点的基础网络代理功能模块中，本地监控管理(12)包括定时检查该计算机运行情况，检查到网络不通、存储介质已坏的严重问题时调用主控制结点(2)提供的Web服务告知主控制结点(2)；并根据本地资源的运行情况向主控制结点(2)提供存储及提取的最佳性能和预期性能参考值。
5.根据权利要求
1所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的PACS代理结点的基础网格代理Web服务模块(13)包括对主控制结点(2)提供图像验证服务；接收来自主控制结点的图像备份或删除等通信命令；为客户端(3)或其它远程PACS代理结点提供对本地图像基于HTTP、JPIP、DICOM WADO提取服务；在不同PACS代理结点之间进行图像/多媒体文件备份传输服务。
6.根据权利要求
1-5中任一项所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于PACS代理结点的计算机是一台含有PACS功能的专门计算机工作站或服务器及其连接的磁盘阵列或其它存储系统，其操作系统平台包括LINUX/UNIX/Windows。
7.根据权利要求
1所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的网格中间件连接第三方PACS或影像设备的网格中间件中的PACS代理结点通过DICOM Query/RetrievalC-Find/C-Move和C-Store SCP，或其它种类基于TCP/IP的通信协议，主动查询提取或被动接收第三方PACS或影像设备的图像或医疗多媒体信息，并将这些信息作为近在线数据在主控制结点中注册；另外，客户端的提取请求由PACS代理结点通过DICOM C-Move或WADO或其它种类通信协议转发给第三方PACS系统，由PACS代理结点将第三方PACS系统存储的图像发送给客户端。
8.权利要求
1所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的主控制结点的一台具有数据库功能的服务器(21)是指一台配置有关系型数据库的计算机。
9.根据权利要求
1所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的主控制结点的管理模块(22)包括各种存储、路由、查询、删除、备份任务的管理单元、图像资源的管理单元及与主控制结点相连的设备资源的管理单元。
10.根据权利要求
1所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的主控制结点的协作网格主控制结点Web服务器或其它种类基于TCP/IP协议的通信模块(23)是指主控制结点对外提供的服务模块，包括存储服务模块、查询服务模块、验证服务模块、索引注销服务模块、监控服务模块以及各种资源的界面管理模块。
11.根据权利要求
1所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于对外提供监控服务的功能模块是被动接收对客户端、PACS代理结点的监控信息，包括定义监控信息格式、解析监控信息，区分客户端和PACS代理结点故障信息及故障恢复信息。如果客户端出现故障时，修改这些设备提供的服务状态，使之不被调用；如果PACS代理结点出现停机、无法访问硬盘时，修改该Agent Node提供的服务状态，使之不被调用，同时中止在任务表中该结点的备份和上传任务；当故障排除，则恢复服务状态及任务表中相关的任务。
12.根据权利要求
9所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的主控制结点的各种资源界面管理单元，其功能是信息分类与处理，包括PACS代理结点的基本信息注册、提供的Web服务注册、图像备份协议注册；与主控制结点相连的多种客户端的基本信息注册、提供的服务注册以及共享信息的注册；图像分布界面；主控制结点各种任务状态与日志界面。
13.根据权利要求
12所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的主控制结点的PACS代理结点图像备份协议注册模块是指在数据库中定义该结点备份图像时采用的协议，如FTP、HTTP或其它种类基于TCP/IP通信的协议，默认为FTP。
14.根据权利要求
1所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的PACS代理结点(1)
主控制结点(2)
客户端(3)的三层工作结构，主控制结点将收到的图像索引信息上传给客户端，用到的共享策略(221)，指由客户端在主控制结点中注册的服务信息、共享图像类型、共享时间及共享哪一个PACS代理结点的图像，来决定新图像索引上传到哪个客户端。
15.根据权利要求
1所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于PACS代理结点(1)
主控制结点(2)
客户端(3)的三层工作结构，主控制结点选择合适的PACS代理结点自动备份图像是指主控制结点根据图像分布情况和系统管理员定义的图像存储数、存储时间参量，认为存储数少于定义存储数的图像需要进行备份；然后将需要备份的图像按系列号和待备份PACS代理结点存入任务表，并设置任务初始状态为“COMM”；主控制结点图像管理进程探测到该项任务后，查找最近、最快、预期性能较好的两个PACS代理结点，分为最优备份结点和次优备份结点，并将备份协议信息及图像索引包装生成SOAP消息，发送给待备份PACS代理结点；待备份PACS代理结点进行图像核实后，生成结构化字符串调用最优备份结点的Web服务，并通知主控制结点任务表，置任务状态为“READY”；最优备份结点进行本地图像核实，失败则通知待备份结点，成功则采用收到的备份通信协议FTP Get或HTTP Get或其它种类基于TCP/IP的通信远程多线程下载待备份结点图像，下载成功通知主控制结点任务表，置任务状态为“SUC”，否则置主控制结点任务状态为“ERR”。
16.根据权利要求
15所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的PACS代理结点(1)
主控制结点(2)
客户端(3)的三层工作结构，采用预先在主控制结点中注册的备份协议FTP Get或HTTP Get(或其它种类基于TCP/IP的通信)远程多线程下载图像，包括根据需下载的系列图像数、图像类型、图像大小，及时记录下载状态，对图像小数目多的采用自适应算法及时调整线程数目，对大图像文件记录各线程下载文件的起始位置，以便下载完成后拼接成大图像文件。
17.根据权利要求
1所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的新的首网格代理结点(4)
主控制结点(2)
客户端(3)三层结构，将多个PACS代理结点(1)
主控制结点(2)作为一个首网格代理结点，再次级联形成新的三层结构，其功能是将分布的、异构的存储资源包括DICOM图像、非DICOM图像、文本、音频等多媒体资源以病人为中心，虚拟集中管理、不间断运行。
18.根据权利要求
1或17所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的新的首网格代理结点(4)
主控制结点(2)
客户端(3)三层结构，多媒体资源虚拟集中管理、不间断运行包括通过数据库实现同级Master Node间资源共享；PACS代理结点在与其直接相连的主控制结点出现停机、网络故障时，通过调用其他主控制结点提供的Web Service不间断上传本地资源注册信息。
19.根据权利要求
1或8所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的主控制结点的一台具有数据库功能的服务器(21)中的数据库结构分为2层，高层数据库存储所有同级主控制结点的多媒体资源共享信息，底层数据库由本地数据库(211)和同级共享数据库(212)组成。其中本地数据库(211)包括2个模块，一个用于该主控制结点的任务管理(2111)，另一个用于该主控制结点的资源管理(2112)，包括多媒体资源管理、PACS代理结点信息管理、客户端信息管理；同级共享数据库(212)根据同级主控制结点数目确定数据库个数，每一数据库由同级Master Node的资源管理表组成。
20.根据权利要求
1或18所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的新的首网格代理结点(4)
主控制结点(2)
客户端(3)三层结构，通过数据库实现同级主控制结点间资源共享是指每一主控制结点在同级共享数据库(212)中有一个备份，对应本地资源管理数据库(2112)，定时同步更新。
21.根据权利要求
1或8-20中任一项所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的主控制结点的操作系统平台包括Windows Server 2003、LINUX或Unix。
22.根据权利要求
1或14-16或17或18或20基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的多种客户端(3)包括PACS图像显示工作站或医院放射信息系统RIS服务器或电子病历系统EPR或EMR服务器。
23.根据权利要求
22所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的多种客户端(3)，在含有PACS图像显示工作站的客户计算机上驻留有图像查询程序(32)，该程序产生结构化的字符串通过调用主控制结点提供的Web服务返回最佳图像提取途径。
24.根据权利要求
22所述的基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，其特征在于所述的多种客户端(3)，在含有RIS服务器或EPR服务器的客户计算机上驻留有图像查询程序(32)，还驻留有消息接收程序(31)。该消息接收程序是指通过Web服务器为主控制结点提供接收消息的Web服务器，且解析后按要求存入RIS服务器或EPR服务器的数据库中。
专利摘要
一种基于协作网格的图像及多媒体数据通信与存储系统，属于医院多媒体(影像)医疗信息存储管理、通信、应用系统，是在原有PACS服务器基础上引入网格概念，解决异构环境下不同PACS或存储系统分布存储、协同工作和虚拟集中管理(虚拟超级PACS)的设计方法与实现技术。本发明能将医院多个已有PACS互联网构成一个新的虚拟超级大型PACS系统，优化和提高图像查询/提取速率、实现图像自动备份存储和灾难恢复功能、系统无障碍扩展、升级及与其它医疗信息系统集成，进一步将不同地区、不同医院的各种资源包括图像、文本、音视频以病人为中心进行集成和互连，使其转化为随处可得、可靠、标准的多媒体电子病历。
文档编号G06F19/00GK1996847SQ200610148064
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月27日
发明者张建国, 杨媛媛, 金金, 孙健永 申请人:中国科学院上海技术物理研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan