网络技术基础.ppt

1、一、通讯和网络技术基础1.通讯介质通讯介质则是联接计算机网络的各种连线。在一个计算机网络内部，所有计算机之间的通讯都要通过通讯介质进行。为了降低电阻、提高通讯速度，网线通常都采用铜材质的线，而目前最常用的网络连线是双绞线和同轴电缆。1.1双绞线(twisted pair wires)双绞线由两根相互绝缘、粗约1mm的铜线绞在一起而成，标准频宽为3003400Hz，连线的终端采用网络标准接口RJ45连接。根据国际电工委员会的定义(IEEE802.3标准)，双绞线又称为10BaseT，其中10表示10兆比特/秒(10Mbit/s)，T表示材质为双绞线。一般，双绞线多用于点对点的通讯联接，用于多点联

2、接时效果较差。另外，双绞线的抗干扰能力受环境和屏蔽的影响，现常用于短距离的联接(一般在100米以内效果较好，如距离过长，需加入中继器)。但双绞线的价格最便宜、使用广泛，并且可用于传输模拟和数字信号。,1.2同轴电缆(coaxial cable)同轴电缆的组成由里向外依次是铜芯、塑胶绝缘层、网状细铜丝及塑料保护套，铜芯与网状导体同轴，故名同轴电缆，连线的终端采用N系列(T头)接口连接。根据IEEE802.3标准，同轴电缆又称为10Base5。局域网中常用的同轴电缆有两种，一种是阻抗为50W的同轴电缆用于传输数字信号，传输距离限制一般不超过500米，常在以太(Ethernet)网络的骨干网中使用。

3、另一种是阻抗为75W的CATV电缆，又称宽带(broadband)同轴电缆，用于传输模拟信号，它的传输速率是100Mb/s150Mb/s。1.3光缆( fiber-optical cable)光缆由能传送光波的玻璃纤维制成，外包一层比玻璃折射率低的材料，进入光纤的光波能在两种材料的界面上形成全反射，从而不断地向前传播完成传导。通常一根光缆由1216根光导纤维组成，可分成多模式和单模式。多模式的光纤直径为62.5mm，多用于以太网和ATM网等。,单模式的光纤直径为9mm，常用于较长距离的通讯传输，如用于以太网，光缆的长度限制是2000米。光缆传输有很多优点：首先它具有很高的传输速率、极宽的频宽、

4、低误码率和低延迟等特性；其次是光的传输不受电磁干扰和防窃听，因而安全性和保密性好；第三是光纤的重量轻、体积小。光缆的唯一缺点是光缆和用于网络接口的设备价格昂贵。2.网络的连接设备在计算机网络中，除计算机和用于连接计算机的网线外，要实施联网和通讯还必须有一些辅助设备，通常的网络连接设备有：中继器、网桥、路由器、交换机、集线器和网关等。2.1中继器中继器是网络连接中的一个设备，它起到连接两个网络的作用。当安装一个局域网而物理距离又超过允许范围时，可用中继器将该局域网的范围延伸。,中继器工作在OSI系统(open system interconnection, OSI)的物理层，无论高层采用什么协议

5、均与中继器无关，中继器只起到信号放大和整形作用，没有逻辑判断和处理能力。中继器在以太网络中一般限制在四个以内。网络中采用中继器连接后，整个系统仍属于一个网络，各网段上的工作站可共享同一个文件服务器。中继器不仅可延伸网络连线的距离，而且可以改变网络的拓扑结构，如在总线结构网络中，中间加入一个集线器(hub)后，可将总线结构改为星型结构。2.2网桥网桥的作用类似中继器，但它是在网络的数据层连接两个网段，网间的通讯由网桥传送，而网络内部的通讯则被网桥隔断。网桥能检查数据包的源地址和目的地址，如源地址和目的地址不在同一网络段上，则把数据包转发到另一个网络段上；若两个地址在同一个网络段上则不转发，所以网

6、桥能起到滤过作用。,网桥的这个特性很有用，当一个网络由于负载很重性能下降时，可以用网桥把它分隔成两个网络段，使段间的通讯量保持最小。网桥的作用还在于可最大限度地缓解网络通讯的繁忙程度、提高通讯效率，同时由于网桥的隔离作用，一个网络段上的故障不会影响另一个网络段，提高了网络的可靠性。2.3路由器路由器工作于系统的网络层，故可在网络层、数据层和物理层间通讯和可执行不同的网络协议，协议的转换工作由路由器完成，一般适合于连接复杂的大型网络。它工作的层次高于网桥，处理的信息数据大于网桥，因而处理速度也较网桥慢，但路由器的互连能力较强，可执行复杂的路由选择。,2.4网关网关是一种较为复杂的网络连接设备，它

7、运行在系统的最上三层（会话层、表示层和应用层），它的作用是在网络层之上执行不同的协议，组成异构的互连网络。网关有对不兼容的高层协议进行转换的功能，如在构成PACS网络时，早期CT机与PACS服务器之间的连接，由于图像的格式不同、传输的协议不同，无法进行图像的传输，可采用网关对不同的传输层、会话层、表示层和应用层进行翻译和转换。2.5交换机交换机可看成是一个多端口的网桥，它使用专用的集成电路技术，将一个或多个网桥的功能融入一块芯片中。交换机也可作为一个独立的网络节点或一个网段。大多数交换机还具备将低速网络连接到高速网络的功能，如在以太网的连接中，可将10Mb/s的以太网连接到100Mb/s甚至千

8、兆以太网上。,2.6集线器集线器是网络组成常用的设备之一。一般，集线器有多个用户端口，它可连接工作站、PACS的服务器和其它设备，是网络连线的中央连接点。集线器有多种类型，最常见的是一种简单的、单个盒子式的集线器，它和其它设备之间可用同轴电缆或双绞线连接，没有管理功能，通常只适合于少于12个用户的使用。另一种是模块化集线器，它配有机架或卡箱，带有多个插槽，每个槽可放置一块通讯卡，一块卡相当于一个简单的集线器，可支持12个用户，总共有10块通讯卡，故模块化集线器可支持120个用户。,3.网络的结构和体系3.1网络结构3.1.1总线结构在这种结构中，所有节点均通过相应的硬件接口连接到总线上，任何一

9、个节点发送的信号都可以沿着总线传送并为其它任何节点接收。因为所有的节点共享一条公用传输线路，一次只能由一个设备发送和接收。总线结构多用于常规的以太网络。这种结构的优点是：线路长度短、布线容易、成本低、可靠性高，网络中任何一个节点的故障不会造成全网故障。缺点是数据安全性差，难以在网络中增加新的站点，传输线路故障检测困难，并且要影响许多其它节点。3.1.2环型结构这种结构网络中的计算机相互连接形成环行，信息单向从一个节点传送到另一个节点，传送路线固定，没有路径选择问题。环型网络实施简单，适用于传输信息量不大的使用场合，应用范围主要是FDDI网和高速ATM环型网。,这种网络的优点是所需网线长度短，安

10、装简单，容易进行数据的安全性监控。缺点是容量有限，难在网络中增加新的站点，一个节点故障可影响整个网络。 3.1.3星型结构这种结构通常是中心节点（服务器）接收某个周边节点的信息，再转发至其它节点。主要应用于高速以太交换网和ATM交换网。星型结构的优点是：每一点连接只连接一个外围设备，发生故障时只影响一个设备，不涉及其它部分，故障的检测容易，数据安全性容易控制。缺点是网线连接长度较长，扩展困难，中心节点一旦发生故障，则引起全网瘫痪。,3.1.4树型结构这种结构是从总线结构演变而来，可以看作是多段总线结构的组合，它连接的形状如一棵倒置的树，它的根也就是主计算机在顶部，这是与总线结构的主要区别所在。

11、某个节点发送来的信号，先由处于根部的主计算机接收，再由主计算机分散发送至全部网络中的各个计算机。树型结构主要应用于视频宽带网。树型结构的优点是便于扩展。缺点是主计算机一旦发生故障，则全网瘫痪。3.1.5网状结构这种类型的网络中的任意两个节点都可直接连接，因而它的通讯速度快，可靠性高。缺点是建网复杂、投资大，灵活性较差。,3.2网络体系结构所谓的网络体系结构是指整个网络系统中的逻辑构造和功能分配，其组成是组建网络所必需的逻辑构造和协议体系。我们已知计算机网络是由各种各样的计算机和终端设备等通过通讯线路连接而成，在这个系统中，由于计算机的类型、通信线路类型、连接方式、同步方法、通信方式等等的不同，

12、使网络中个节点之间的通信带来诸多不便。许多公司在设计网络时都有自己的网络体系结构，虽然都采用分层的方法，但层次的划分、功能的分配和采用的术语都不同，使各公司间的计算机网络无法连接。因此，各计算机和网络设备生产厂家之间必须有一个共同遵守的标准。1981年，国际标准化组织的技术委员会正式推出了一个组建网络系统结构的七层参考模型，即开放互连系统（open system interconnection, OSI）。,OSI主要解决了两个问题，其一是将网络功能分解为许多层次，在每个功能层次中，规定了通讯双方所必须遵守的约定和规则，以避免混乱，这些约定和规则又称为同层协议；其二是层次之间采取逐层过渡，前一

13、层次为下一层次的运行做好准备工作，这部分内容称为接口协议。在OSI参考模型中，整个网络的通讯功能共划分为七个层次，每层各自完成相应的功能，其划分由低到高分别为物理层、数据链层、网络层、传输层、会话层、表示层、和应用层。 3.2.1物理层(physical layer)在通信线路上传输原始的、以比特为单位的数据流，和由物理层决定的多大电压代表“0”和“1”，发送端发出“1”时接收端如何识别出是“1”还是“0”。其相关参数包括信号电平和比特宽度。另外还涉及通信方式（单工、半双工和全双工），通信连接的建立与终止，物理连接接口的电气、机械特性和所使用的物理传输介质，物理层也是硬件层。,3.2.2数据链

14、层(data link layer)数据链的作用是实现数据的无差错传送。它接收物理层的原始数据并组成帧（位组），在网络设备间传输。每一帧包括数据和源站点、目的站点的物理地址等信息，若接收点检测到所传输的数据中有错误信息，则重发这一帧，直至该帧准确无误传送到接收节点为止。3.2.3网络层(network layer)在计算机网络中进行通信时，两个计算机之间可能要经过许多节点与链路，甚至经过几个通信子网，其次网络层数据的传送单位是分组或包（一个报文可含有许多分组或包）。网络层的任务是选择合适的路径，使来自于发送站经传输层传下来的分组，能够准确无误地按照地址交给目的站的传输层，其作用是建立、维护和取

15、消网络连接。,3.2.4传输层(transport layer)传输层的任务是根据通信子网的特性最佳地利用网络资源，并以可靠和经济的方式为源站和目的站之间建立一条运输连接。传输层中信息的传送单位是报文，当报文较长时先把它分成几个组，然后交给网络层进行传输。在传输误码率很高时，可在终端间进行差错控制，以提高数据传送的可靠性；将一条网路进行多路复用，可降低数据传输的费用，达到通信传输的经济性。3.2.5会话层(session layer)该层不参与具体数据的传输，仅作访问验证、会话管理和维护应用之间的管理协调工作，如服务器的用户验证登陆便由该层完成。通常为了建立一次会话，用户必须提供他想与之连接的

16、地址，这是一个复杂的过程，首先会话双方进行认证，然后确定采用半双工（每一方交替发送和接收）还是全双工（每一方同时发送和接收）的通信方式。,再如当已建立的连接突然断开等意外发生时，确定重新会话从何处开始？这些有关数据发送权的控制等都属于会话层的功能。 3.2.6表示层(presentation layer)表示层的任务是进行数据格式的转换、数据的压缩、恢复、加密、解密等，主要解决用户信息的语法表示问题。该层将打算交换的数据从适合于某一用户的抽象语法转变为适合于OSI系统内部使用的传送语法。3.2.7应用层(application layer)应用层提供网络与用户应用软件之间的接口服务。诸如负责用

17、户信息的语义表示，在两个通信者之间进行语义匹配等，为用户提供服务。,3.3其它网络体系除OSI参考模型外，目前还可见到其它网络体系，比较重要的一个体系是由美国国防部于1969年组织开发的分组交换网ARPANET中使用的TCP/IP体系。TCP/IP虽非国际标准，但多年来一直为人们所采用，而且越来越成熟，它在计算机网络体系中占有极重要的地位，相应的协议也成为了可接受的协议。目前，世界上已有四十多个国家使用这种协议，并且连接了5000多个网络，几十万台主机，已成为事实上的国际标准。我们所熟悉的国际互连因特网(Internet)其传输层和网络层就是使用了TCP/IP协议，另外在PACS系统中也经常使

18、用TCP/IP标准。TCP/IP系统与OSI系统不同，它只有四层。最高层为应用层，大致相当于OSI中5，6，7三层的功能，这一层中有许多常用的协议如远程通信协议TELNET，文件传送协议FTP等。下一层是主机到主机层，这一层主要是传输控制协议TCP，其相当于OSI的传输层。,第三层是互连网层，与OSI系统的网络层相对应，主要的协议就是互连网协议IP。最底层是网络访问层，主要是一些与其它各种网络的接口。 TCP/IP有两大功能，第一个功能由互连网协议IP提供，实现子网互连，使不同的子网之间能传递数据。第二个功能由TCP提供，它将IP传递的数据转送到接收主机内的相应处理部件。,4.计算机网络技术用

19、于PACS系统中的网络技术主要有三种：以太技术、光纤数据分配接口技术(fiber distributed data interface, FDDI)和异步传输模式(asynchronous transfer mode, ATM)。上述三种方法都采用TCP/IP通讯协议，其中以太技术用于低速传输，FDDI用于中等速度的传输，而ATM则用于高速的传输。 4.1以太技术(Ethernet)标准的以太技术采用总线结构，它在同轴电缆、双绞线和光缆上的传输速率是10Mb/s。在以太网上，可以通过以太的分接口连接骨干电缆及其各个结点，骨干电缆还可增设新的以太分接口，并且每个结点只拥有一个唯一的地址，该地址由

20、硬件识别并传送数据。传送时，每个数据包内都包含有源地址、目的地址、数据和错误识别码，此外，每个数据包都有一个信号检测和传输编码引导。,以太网络技术要求数据包大小合理, 因为在数据传送中,每一个软件包的容量可达1500比特,为使数据正确地享有通讯通道，通常一个信号文件被分解成多个小文件包，便于以太接口硬件循线递送每个软件包到所需要的目的计算机。根据所使用的计算机和通讯软件的不同，多点连接以太网络上结点的传输速度可有所降低，其速度可降低到60Kb/s。因此在PACS系统中，最好加入一个计算机作为图像接收网关（gateway），以保证图像的顺利传送并且该计算机可作为系统的备份用。目前，已有高速的以太

21、网技术出现。在高速以太网的连接中，采用以太交换机替代了传统的骨干电缆和连接设备。如最早出现的以太交换机的传输速率已达10Mb/s，因此，每个连接点的传送速度是真正的10Mb/s，以前总线结构的以太网技术已逐步被以太交换机所取代。,4.2光纤数据分配接口技术（FDDI）FDDI是一个环行的、光纤局域网，传输速率为100Mb/s。FDDI两个环都能传输数据，一个以顺时针方向传输数据，另一个以逆时针方向传输数据。正常情况下第二个环（副环）空闲，只有主环工作。当线路或节点发生错误主环出现故障时，FDDI可重新配置启动副环工作，这种双环结构可反向运行，以保证FDDI传送数据的正常运行。FDDI可用作中等

22、速度数据通讯的应用，如从网关计算机到PACS服务器中的应用。 FDDI是过去十年开发的技术，主要用于医院信息系统(HIS)。与电缆以太技术相比，它的传输速度快、故障率低、适宜长距离传送数据。但是，与新发展的以太交换机技术和ATM技术相比，它又显得有些落伍，无论从传输性能和价格方面来说都是如此。,4.3异步传输方式(ATM)上述的以太网络技术和FDDI都只能在局域网上应用。此外，目前在局域网和广域网之间传送的医学图像，相互没有物理上和逻辑上的联系，为了适应这方面的需要，从而产生了ATM网。ATM的传输方法是将数据信息分割成固定大小的单位，每一个单位都包含5比特的ATM传输协议信息头和48比特的数

23、据信息。根据电话线路交换的应用原理，ATM系统通常设计成星型网络结构，而其中的ATM交换机则作为一个Hub使用。ATM的基本传输速率是51.84Mb/s，被称为光学传输一级（optical carrier level 1, OC-1），其它的多路传送如OC-3(155Mb/s)，OC-12(622Mb/s)，甚至于OC-48(2.5Gb/s)。在局域网和广域网中的图像传送可采用标准的TCP/IP协议，支持DICOM3.0协议。,4.4高速以太网络以前的以太网采用总线结构，最快只能以10Mb/s在局域网上使用，高速以太网技术采用交换式以太网能以100Mb/s甚至1.0Gb/s传送数据，其传送速度

24、已超过ATM OC-3和ATM OC-12。高速以太网络技术采用类似于ATM OC-3的星型网络结构，通过工作站上的接口板，每个交换机可连接多个工作站，千兆（Gb级）以太网的交换机可分出数个100Mb/s的工作站和100Mb/s的以太交换机，并且能下接多个10Mb/s交换机和10Mb/s的工作站（图9.11，PACS Book）。因为以太技术只能用于局域网的连接，而ATM网能同时用于局域网和广域网，但在千兆以太网中可连接ATM OC-3的交换机，可实现局域网和广域网的连接。目前，这种双模式的连接，传输速度可达500Mb/s，完全能满足医学图像传输的需要。,二、网络的通讯协议和标准1.PACS组

25、建的标准PACS组建的标准化优点是：（1）便于将来PACS的扩展和升级；（2）标准化设备维修和保养方便。此外，在PACS的实施中要尽可能简化系统中计算机程序编码，并使它们容易理解、查找和排除故障。使用标准的专业术语、数据格式和通讯协议，其中HL7和DICOM是两个最重要的协议，前者是PACS与HIS/RIS之间的接口协议，而后者是各厂家设备间的图像通讯协议。HL7是标准的文本通讯格式，而DICOM则包括数据格式和通讯协议，只有符合HL7标准，PACS系统中的HIS/RIS互相之间才能共享各种医学信息资源。此外，采用DICOM协议中规定的数据通讯标准术语，不同厂家设备之间的图像数据才能互相转换和

26、通讯。,2.Health Level 7(HL7)标准HL7是美国用户协会(the user-vendor committee)1987年组织开发的一个标准，其目的是用于医疗服务环境，特别是医院范围内的电子数据的交换，它的主要作用是简化和方便各计算机生产厂家之间计算机平台的连接，及规定了通讯协议和数据格式，使一些重要的文本数据能在HIS、RIS和PACS之间交换通讯。在国际标准化组织(international standard organization, ISO)规定的开放互连系统(open system interconnection, OSI)中，HL7位于协议的最高层第7层(level

27、 7)，与OSI第7层规定的内容不完全相同，但符合了OSI第7层应用-应用的接口定义。HL7简化了医疗服务信息系统中的数据通讯，提供了抽象信息转换的规则。,3.DICOM标准DICOM标准的全称是“医学数字成像与通讯”(digital imaging and communication in medicine)标准，是根据NEMA原有的标准修订和发展的，它实际上是ACR-NEMA的第三个版本。其不再称为ACR-NEMA3.0而改称DICOM3.0，与ACR-NEMA相比，DICOM3.0增加了一些新的功能：适用于网络环境；说明了指令和数据交换诸多方面的一致性；提供了一致性水平的界限；采用多部分

28、文件结构；使用信息对象描述实体（图像、图形、检查和报告等）；信息对象唯一标识符(UID)的确定，采用了实体-关系模式。DICOM3.0是建立在显性模式基础上的，模型说明了放射科日常活动中所涉及的事物（如病人、图像、报告等）是如何被描述的，它们之间的关系又如何等。这类模型被称为“实体-关系”（entity-relationship）模型，使用这种模型便于生产商和用户理解DICOM中所使用的数据结构。,4.其它标准PACS的组建还涉及一些其它标准和要求，首先最常见和最重要的是操作系统，它们有UNIX和Windows NT操作系统。UNIX是一个开放的系统，它适合在本机的系统内部和不同的系统之间集成

29、一些复杂的、专业化的软件。此外，UNIX极其适合在网络环境下工作，它能适应多任务操作的需要、稳定性、安全性好，是医学图像贮存和通讯系统的首选操作系统，UNIX还适合于在网关和高端工作站上使用。Windows NT(Windows New Technology, Windows NT) 运行于个人微机上的操作系统，像UNIX操作系统一样，它也支持TCP/IP通讯协议和多任务操作。另外，它能在PC机环境下工作，所以硬件配置和软件开发等费用相对低廉。通常，Windows NT多用于工作站和单任务环境。其它还有如PACS系统中一般采用C和C+作为程序开发语言，数据库操作、管理采用标准的结构查询语言(s

30、tructured query language, SQL)等。,三、PACS的结构和功能PACS是一个存储和通讯系统，整个系统包括数据和图像的采集设备、PACS控制单元和存储设备，以及由数字化网络组成的显示终端。PACS网络的主要功能是传输和存储图像，实现数字化时代资源共享和基于PACS基础上的科学研究、远程医疗服务等。1.数据和图像的采集PACS的图像采集一般以放射科的影像设备为基础，如需要可再连接其它科室诸如超声、核医学、内窥镜或病理等的影像设备或图像。至于数据的采集在放射科内部有RIS，并且和医院内部的HIS系统相连。放射科内的图像采集设备一般有CT、MR、CR、DR、DDR和DSA等

31、，其中绝大部分都有数字接口，而一些非数字接口的模拟图像，则需通过使用专用的模数转换设备如扫描仪、视频摄像头来转换。,成像设备连接到PACS网络，其间通常还需要设一个采集计算机（网关）。网关的主要任务是：(1)从成像设备采集图像数据；(2)将各种不同格式的图像转换成标准格式（即DICOM3.0，其内容包括数据头的格式、字节的顺序和矩阵尺寸等）；(3)将图像传给PACS控制器。连接网关和成像设备的接口主要分成两类：(1)互连网模式。它通过标准的网络和通讯协议将两者互连，这种情况要求成像设备在设计制造时即考虑到这一工作模式，并采用DICOM3.0标准。其中不同的成像设备采用以太网络通过网关和PACS

32、服务器相连，整个网络属于OSI标准体系，传输层和网络层遵循TCP/IP协议，应用层协议可采用FTP或其它应用层协议。图像的传送可采用“推”或“拉”两种方式，相比较而言拉的方式较好，因为一旦网关出现故障，所需传输的图像可在成像设备中排队等候，等到网关正常工作再将图像拉出，恢复图像传送的正常运行。,另外，网关甚至成像设备发生故障时，网关可借助预先设置的程序重新安排图像的传送，或者采用备用网关完成必需的图像传输。(2)直接接口模式。这种方式需通过接口卡实现，如常规X线设备一般需采用胶片扫描仪的SCSI接口卡，B超图像采用的视频接口卡，或者由于早期的CT成像设备，因无法知道数据格式也需采用视频接口卡来

33、实行图像的模数转换。目前，现存的很多设备都需采用这种方式，其优点是连接较简单、数据传输较快，缺点是两次开发中常会遇到各种困难。2.PACS控制单元和存储系统PACS网络中，所有成像系统产生的图像数据以及RIS/HIS中有关病人的信息最终都汇集到PACS控制单元。因此，PACS控制单元是PACS系统的核心，它有主要有两部分组成，即数据库服务器和存储系统。,2.1 PACS控制单元一般，适合DICOM3.0的数据库服务器常要求采用功能强大的UNIX服务器，如美国Sun Microsystems公司Ultra Enterprise系列的多CPU服务器，该系列服务器是均采用Solaris操作系统。在P

34、ACS网络中，数据库服务器的主要功能有：（1）图像接收 来自于各种成像设备的图像，由采集网关转换成DICOM数据格式后，通过以太网或ATM网络传送给存档服务器。（2）图像暂存 从不同采集网关传送到存档服务器的图像，先暂时存放在本地磁盘或RAID上，存档服务器存满图像后按照时间先后的方式进行管理，将早期的图像转移到光盘塔或磁带库作永久的保存。这样做的目的是因为磁盘的读取速度快，近期病人的图像一般使用频繁，暂存在本地磁盘或RAID中以便于在显示工作站上快速地检索和查找。,（3）图像发送 存档服务器收到图像后，按照程序预先确定的发送表被迅速转发到目的工作站。所有的图像一般按照预先确定的检查方法分类，

35、目的显示工作站则按照科别和地点分类，也可以按照显示器分辨率分类（如1K或者2K甚至于4K的显示器）。 （4）图像存档 图像的存档是将暂存在本地磁盘或RAID上的图像，复制到可擦写光盘上，一旦复制完成，存档服务器会对相应的采集计算机发出一个应答信号，允许本地磁盘删除这部分图像。因此，在复制到光盘以前会有两份图像拷贝在分立的两个磁盘上。（5）检查编组 一个病人在一次住院期间，可能在不同的时间作多次不同的检查，每一次检查又有可能有几个检查分项。检查编组的作用是病人出院或转院后，将该病人所有检查项目的图像，从可擦光盘上取出编组并复制到永久保存的光盘上归档储存。,（6）盘片管理 盘片管理是考虑病人出院后

36、下次再来就诊时，如何在永久保存的光盘上预留存储空间的问题。一种方法是：将多次就诊病人的图像存放在同一张或相邻的盘片上，以加快检索速度；另一种方法是：为了减少预留的存储空间，设计的存储管理软件将几张盘片在逻辑上编为一册。（7）与RIS/HIS接口 当病人到放射科检查或出、入院和转院时，HIS/RIS系统将这些信息传送到PACS，此时存档服务器开始启动“预取”、“检查编组”和“盘片管理”等过程。同时，RIS系统查阅检查数据和诊断报告，更新PACS的数据库，供显示工作站查询、调用。（8）PACS数据库更新 PACS数据库中的数据都保存在一个预制的表格中，它汇集各次检查的诊断记录、图像目录和检查方法记

37、录等。这些信息的更新，都是由PACS服务器指令存档服务器完成。,（9）图像检索 图像的检索一般需在显示工作站上进行。存档部分的光盘库通常有多个光驱，可支持多个光盘同时检索，检索到的图像、数据，通过SCSI数据总线从光盘库传输到存档服务器，并根据优先级别处理来自显示工作站的检索请求。一般，放射科医师诊断用的工作站是最高优先级，教学、科研和临床使用的工作站优先级别较低。（10）图像预取 当存档服务器收到HIS/RIS发出有关病人的信息后，立即进行该病人的图像和其它数据的预取操作，并把相关的图像、个人信息和诊断报告等预先调出送到相关显示工作站。预取的项目按照预定的参数确定，其中包括：检查类别、病种、

38、诊断医师、显示工作站地点、在档图像数目和存储的时间等。,2.2存储系统存储系统中的存储设备一般由下述几种组成：供直接读取使用的磁盘阵列（redundant array of inexpensive disk, RAID）；供暂时存储使用的、可擦写的磁光盘；供永久保存使用的只读光盘和激光读取数字磁带。（1）磁盘阵列(RAID) 磁盘阵列是由数个磁盘堆叠在一起并采用RAID控制器连接而成。RAID控制器包括多磁盘连接驱动控制部分，和提高数据传送速率的附加数据通道。在磁盘阵列中，一部分磁盘用作数据的存储，另一小部分被用作容错均分检测和快速备份。如由5个磁盘组成的磁盘阵列，4个磁盘被用作储存数据，1个

39、磁盘被用作均分检测。RAID的主要优点是输入、输出的速度较快以及自带的容错功能。输入、输出速度在图像读取时相当重要，由于采用了RAID控制器，RAID中4个数据磁盘的读取速度，在理论上相当于通常一个磁盘的4倍，即一个磁盘的读取速度是8Mbyte/s，4个磁盘是32Mbyte/s。此外，磁盘自带的容错功能可以减少相当数量错误的发生。,（2）DVD-ROM DVD-ROM是由几个大型企业联合开发的新技术，它不仅可用作视频和音频的播放，还可替代CD-ROM作为一种廉价的存储介质。DVD-ROM采用与CD-ROM相同的数据存储格式，单面的存储容量达4.7G。现在已接近、甚至超过CD-ROM的读写速度。

40、DVD-ROM的另一个优点是薄型化（厚度约17mm），其大大减少了储存所需的空间。下一个发展目标是可擦写的DVD-ROM，被称为DVD-RAM，第一代产品的单面存储量是2.6G，第二代产品的单面存储量是4.7G，但目前还没有商业化的产品问世。（3）激光读取数字磁带 与光盘一样，激光读取数字磁带也采用激光束读写。目前激光读取数字磁带的读写速度是5Mbyte/s，一立方英尺大小的磁带库容量是80T，激光读取数字磁带库的高性能价格比，非常适合PACS的使用要求。以前的磁带有一个致命的缺点是读写速度慢，在大容量的图像读写中需要花很多时间，而激光读取数字磁带因没有读写时的机械接触，大大节省了数据的读写时

41、间，提高了存取速度。,3.显示工作站和系统网络显示工作站是PACS系统的终端设备，其作用和用途直接和操作人员以及诊断医师相关。工作站的设计应该充分利用整个PACS网络的资源和处理能力，一般一台显示工作站应该包括以下的内容和功能：数据通讯、图像和文档显示、资源管理、图像处理软件和数据库。 显示工作站大致可分成四类：（1）作诊断用的高分辨率(2.5K2K)显示工作站；（2）作三维成像、图像分析和重要临床科室使用的中等分辨率(1.5K1K)显示工作站；（3）临床医师的桌面工作站(512512)；（4）胶片打印使用的打印工作站。计算机网络的基本功能是提供一种访问的路径，使某处的终端用户能访问另一处的信

42、息资源。,PACS网络的设计，首先必须了解不同站点和用户的信息流量，其次组网所需的数据包括每一个节点的位置与功能，两个节点之间通过信息的频度，不同节点之间利用不同速度的线路进行传输所需的费用，通讯的可靠性要求及所需的吞吐量。另外，网络的拓扑结构、通讯线路的容量也是必须考虑的重要因素。一般，可供选择的网络有：低速10Mb/s的以太网，中速100Mb/s的FDDI网以及高速155622Mb/s的异步传输模式ATM。通常从成像设备到网关之间可采用低速网，如局域以太网，有时由于所采用的计算机类型与软件的不同，以太网的传输速度可有所下降，但由于成像设备本身完成一次成像的速度也不快，低速网应该已能应付。在

43、网关与PACS单元之间一般需要用传输速度较快的网络，这是因为网络中的数个网关有可能同时传送图像给PACS单元，但最后是选用中速网还是高速网还应根据传输数据的量和投入费用两方面权衡决定。所采用的网络传输协议通常都是TCP/IP。,四、PACS与HIS、RIS的集成PACS是一个影像管理系统，主要负责图像信息的传递，而HIS/RIS系统则负责医院内部和放射科内部重要资料和文字信息的传递。HIS的作用主要包括三个方面：（1）为医院内部病人的就诊和医疗保健服务；（2）为医院内部的日常管理工作服务（如财务管理、人事管理和病床周转率等）；（3）反映医院的日常开支、医院的运转情况，为医院的长期目标作出规划。

44、RIS的作用有点类似HIS，但规模较小，它主要负责管理病人的预约登记、检查房间的安排、诊断报告的书写、胶片的库存量、工作量的统计和检查收费情况等。多数情况下，RIS是一个独立的系统，有时RIS也可做成和HIS系统高度集成，但它们并非都有权进入医院的HIS系统。HIS/RIS系统与PACS的连接，通常采用客户/服务器模式的触发机制，其通讯一般要求通过建立在HL7协议上的TCP/IP以太网络，所有传送到PACS的信息都是实时发送的。,1.PACS与HIS/RIS连接的目的PACS与HIS/RIS系统的连接是非常必要的，其连接的目的主要是基于以下的考虑。（1）便于诊断工作的进行 PACS终端工作站的

45、工作并非只需调阅和观察图像，实际上书写诊断报告，还需要知道被检查病人的一些其它临床资料，如病史和其它相关的检查等。（2）便于PACS图像的管理 PACS和RIS集成后，便于PACS系统对存档图像的管理，利用PACS系统的管理软件重新分组和安排，同时也使所存档资料的内容更完整、丰富。（3）强化RIS系统的功能 数字化放射科建立后，RIS系统需要重新调整一些管理的功能。如PACS能为RIS提供一些图像归档和图像文件方面的信息；HIS系统病人的出、入院等信息也有益于RIS系统的管理。,（4）有利于研究和教学工作的开展 临床研究和教学工作往往需要大量的病例，如某一病种影像学表现的流行病学调查研究；教学工作中各种影像学检查资料和病史等的调阅，PACS和HIS/RIS集成后，这些工作变得轻而易举。 2. PACS和HIS/RIS集成的基本原则PAC