关于面向服务架构的PACS系统集成

作者：熊新 卢虹冰 杨宏桥 王舒宜

【摘要】 目的: 在分析我国医院PACS系统集成的特点以及面向服务架构集成方法的基础上，实现一种基于Web Services的面向服务架构的PACS系统集成. 方法：利用面向服务架构的PACS系统集成优势，建立基于Web Services构建PACS系统Web服务的方法. 结果：使PACS系统能够基于Web Services标准进行统一的信息交互，实现了面向服务的集成，以及信息及服务的共享. 结论：该集成结构不仅具有松耦合、定制灵活的特点，而且由于其统一的集成模式，使得信息共享成为可能.
【关键词】 Web services；面向服务架构；PACS系统；系统集成
　　 0引言
　　PACS(picture archiving and communication systems，PACS)，即医学影像存档与通信系统. 它集医学图像获取、大容量数据存贮、图像显示和处理、数据库管理及用于传输影像的局域或广域网络等技术为一体，大大降低了医生对传统硬拷贝技术的依赖，达到更高效低价的观察、存储、管理、回溯和传送医学影像的效果. PACS 技术是全数字化影像诊断及管理的重要基础［1］.
　　我国医院目前采用的PACS 系统的集成方式主要包括［2］：(1)基于socket通信的简单集成：通过约定的简单的socket通信，向其他系统索取所需的信息，其优点是技术简单，实现费用低，实施周期短，能基本实现数据集成层面的通信. 但没有提供数据改动的通知机制，无法保证系统间数据的一致性. 由于只能在较低层次上集成，已基本被企业级产品所抛弃. (2)数据库级的集成技术：依赖数据库本身来实现信息的共享和发布. 对简单的流程集成有很好的支持，实施简单，见效快. 但是缺乏完整的流程集成及统一的信息交换标准. (3)DICOM/HL7网关：DICOM / HL7网关是典型的面向消息的中间件技术. 利用该网关，能够隐藏底层网络环境的复杂性，将复杂的协议转换和处理过程、内存空间分割、数据副本等问题与应用程序隔离开来. 但该集成方法代价昂贵，缺乏一定的通用性. (4)单一厂商模式：是指医院所有信息系统均由一家厂商独自设计、实现和实施. 其优点是在设计期已考虑了系统间的交互问题，管理简单，集成技术复杂度低，节约实施经费，但是存在单点故障和单供应商风险.
　　随着信息技术的不断发展和医疗管理的人性化趋势，对PACS集成的研究和应用提出了更高的要求. 从一些PACS集成案例可以看到，由于标准和协议在总体框架上的不足，导致工作流的烦杂、系统间信息共享困难等，差错时有发生，直接影响了医疗质量，甚至引起医疗事故. 因此近年来采用面向服务架构改造PACS系统成为研究的热点.
　　1材料和方法
　　1.1材料
　　1.1.1面向服务架构(1)SOA简介：面向服务的体系结构(serviceoriented architecture， SOA)是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元(称为服务)通过这些服务之间定义的良好接口和契约联系起来. 接口采用中立的方式定义，独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，使得构建在多种该类系统中的服务可以用一种统一和通用的方式进行交互. SOA架构具有两大优点：灵活性和敏捷性. 以前的体系结构，很难对不同的功能和系统进行集成，很难对变化的业务需求及时做出反应. 而这恰恰是医疗信息环境中需要面对的问题. SOA有助于信息系统移向一个分离和分层（leaveandlayer）架构，通过对现有的系统进行改造以提供一个基于标准的服务接口，并将所有功能包装到一个层中，由该层来提供服务接口. 如后所述，Web服务是实现这一层的一个方法. SOA不是去替代现有的架构，而是将现有的系统和应用程序转换成灵活的服务. 基于SOA应用的创建速度很快，这是因为它们可以很便捷地添加来自基础架构服务的功能［3］. (2) SOA的应用优势：①编码灵活性. 通过对模块化的底层服务采用不同方式组合来创建高层服务，从而实现重用. 由于服务使用者不直接访问服务提供者，所以这种服务实现方式本身也具有一定灵活性；②支持多种客户类型. 借助精确定义的服务接口和对XML，Web Services标准的支持，可以支持多种客户类型；③更易维护. 服务提供者和使用者的松散耦合关系及对开放标准的采用，确保了该特性的实现；④更好的伸缩性. 依靠服务设计、开发和部署所采用的架构模型实现伸缩性. 服务提供者可以彼此独立调整，以满足服务需求；⑤更高的可用性. 服务提供者和使用者的松散耦合关系允许使用者无须了解提供者的实现细节.
　　综上所述，采用SOA进行PACS系统集成具有很大的应用优势.
　　1.1.2Web Services概述Web Services通过定义一组可以通过Internet调用的相关的业务逻辑，从而使医院将PACS应用程序的功能以公开的、统一的方式提供给远端用户. Web Services利用web服务描述语言WSDL(Web services description language)来描述，通过简单对象访问协议SOAP(simple object access protocol)进行访问，在服务注册中心UDDI(universal description discovery and integration)发布，从而使开发者和电子商务应用程序可以搜索并定位到该服务.Web Services的架构包括三个清晰的角色定义.
　　服务提供者(service provider)使用WSDL来描述和定义应用程序，并在UDDI服务注册中心发布这些服务的信息，使其可被其他应用访问、接收及调用. 服务请求者(service requester)同样通过服务注册中心寻找所需的服务，下载WSDL文档并绑定和调用该服务. 服务注册中心(service register)宣传服务提供者发布的服务，并允许服务请求者查询已发布的服务. Web Services的这种三角形设计模式被称作面向服务架构. 它包括三种操作功能：发布(publish)操作提供服务注册或者宣传的功能；查找(find)操作使得服务请求者可以从服务注册中心查询到所需的服务，并可直接得到服务描述；绑定和调用(binding and invoke)操作使得在运行时，服务请求者可以利用服务描述中的绑定细节来定位、连接和调用服务.
　　1.2方法为了构建基于Web Services的PACS系统集成，必须首先解决三个问题：一是明确PACS的业务逻辑，二是进行合适的Web Services创建和部署，三是将部署好的Web Services发布到UDDI注册中心.在上述三步工作的基础上，进一步将PACS系统通过基于Web Services的面向服务架构集成起来［4］.
　　1.2.1PACS系统的组成传统意义上，完整的大型PACS系统至少包括以下模块：医学图像获取，大容量数据存贮，图像显示和处理，数据库管理，传输影像的局域或广域网络. 实际应用中，客观要求统一的工作环境；同时，一个完整的PACS系统不应该孤立于HIS之外；此外计算机辅助诊断在影像部门也具有重要意义. 综合我国当前PACS系统发展的现状，可以认为一个有实用意义的PACS系统还可以包括以下子系统. (1)直观、友好、美观的信息导航系统；(2)计算机辅助医学影像诊断报告系统；(3)HIS接口；(4)针对特定疾病的图像分析系统或专家系统；(5)三维重建可视化系统；(6)智能辅助诊断系统；(7)基于内容的检索等. 1.2.2PACS系统集成(1)提取PACS系统业务逻辑. PACS系统业务逻辑是指实现PACS应用的程序代码，主要用来完成PACS的实质性活动. 通常只将需要共享的医疗活动描述为业务逻辑，那些纯属个体系统行为的内部活动可在系统实现，不必占用应用服务器资源. 业务逻辑的接口应尽量简单，以便于被调用［6］. (2)创建Web Services并进行部署. 为了建立PACS系统集成体系结构模型，除了服务描述，还需要定义PACS系统工作流，尤其需要找到PACS系统的业务流程和PACS系统中所使用的软件的操作之间的转换点. SOA能够指导将业务流程与它们的技术流程联系起来，并且映射这两者之间的关系. (3)将Web Services发布到UDDI注册中心. Web Services的发布包括服务描述的生成和之后的发布. 发布可以使用不同机制，如直接发布或动态发布. 直接发布意味着服务提供者直接将服务发布给服务请求者，这可以通过使用电子邮件附件、FTP站点甚至光盘分发来实现. 直接发布可以在医疗机构业务双方在Web上使用服务的条款达成一致后进行. 在这种情况下，服务请求者可以保留服务描述的一份本地副本. 动态发布定义一个从给定URL获取WSDL的简单的HTTP GET机制. 增强的服务描述资源库会提供服务描述的一个本地高速缓存，同时还提供了附加的搜索能力. (4) Web Services的调用. 应用系统通过UDDI注册中心发现需要的PACS系统Web Services，并从相应的WSDL文档中解析出Web Services的具体存放地址、调用方式和接口参数，然后在相应的Web Services存放地址处调用Web Services. Web Services的请求调用和返回结果都是按SOAP协议进行的. 另外需要说明的是，原有PACS系统部分应用程序仍然可以按原来的工作方式来运行，既可以直接通过数据库服务器来对数据库进行操作，按传统的Client/Server模式来运行，也可以调用安装在应用服务器上的分布式组件，按三层结构来运行，同时还允许一部分应用系统与外界沟通.
　　在PACS系统的WEB服务集成结构（图1）中，本院用户仍然通过局域网使用PACS系统，其访问方式可以是Client/Server或Browser/Server两种；而远端用户则可以通过WEB服务调用访问PACS系统，这种方式有效的保证了远程终端能通讯和浏览PACS影像及文字信息［7］.
　　图1PACS系统的WEB Services集成
　　2结果
　　基于Web Services的PACS集成系统可以通过客户端访问（图2A），也可以通过IE访问（图2B）. 测试表明系统可以同时支持客户端和浏览器两种访问形式.
　　A: 客户端访问; B: 浏览器访问.
　　图2PACS集成系统
　　3讨论
　　本文实现了一种基于Web Services面向服务架构的PACS系统集成方法. 以Web Services为实现基础，整个PACS系统集成基础结构以基于SOA的方式建立. 无论是从PACS系统工作流集成及 PACS系统Web Services的应用集成单独来看，还是从两者之间的关系来看，都体现出SOA的思想. 基于Web Services的PACS系统集成方法体现出的灵活性和简便性，不仅为建立大规模一体化的PACS系统提供了一种可行方法，同时也为检验信息系统LIS(laboratory information system)和放射信息系统RIS(radiation information system)等医疗信息系统集成提供了一种思路.
【参考文献】
［1］ 樊庆福. 国内外PACS现状及发展趋势［J］. 上海生物医学工程，2004， 25(3): 44-46.

［2］ 钟金宏等. 医学影像建档与通信传输系统综述［J］. 计算机工程与应用，2003， 39(14): 22-24.

［3］ 刘剑，陈晓苏，肖道举. 面向服务体系结构的可靠服务研究［J］. 计算机工程与科学， 2006， 28(5): 30-32.

［4］ 刘英丹，董传良. 利用Web Service实现企业应用集成［J］.计算机应用，2003， 23(7): 124-126.

［5］ 李红信，范玉顺. 基于Web Service的异构工作流管理系统的集成和互操作研究［J］. 信息与控制，2003， 23(6): 193-196.

［6］ 贾克斌，沈波. 实现医学影像存档和传输系统中的若干关键技术［J］. 中国图像图形学报A，2000， 5(7): 539-544.

［7］ Kotter E， Langer M. Integrating HISRISPACS: the Freiburg experience［J］. Euro Radiol， 1998， 8(9): 1707-1718.转贴于