基于无线局域网PACS系统架构分析

2011-09-27毛亚杰张

中国医学装备 2011年1期

毛亚杰张锦

基于无线局域网PACS系统架构分析

毛亚杰①张锦②

随着人们对医疗系统方便性、快捷性的要求越来越高，医院网络无线传输逐渐成为主流，医疗数据与图像（如CT、MRI等）的采集处理、存档及传输等无线化已成为近年研究的热点，本文着重介绍目前PACS系统数据传输的情况，设计出802.11g无线局域网PACS系统体系架构，并对其关键技术做出阐述，在此体系架构和关键技术下初步实现了PACS系统的无线传输。

无线局域网；PACS系统结构；关键技术

1 前言

医学影像存储和传输系统（Picture Archiving and Communication System，简称PACS）是计算机技术、网络技术与医学影像高度融合的有机整体，主要由医学图像采集、图像显示与处理、数据库存储管理、数据处理库管理以及医学图像传输等五部分组成[1]。由于PACS系统主要传输US（超声）、CT、MRI（核磁共振）等数据量较大的医学图像信息，故目前国内大型医院都采用有线传输，虽具有稳定、快速、安全等优点，但存在无法移动、布线繁琐、扩充较困难、改造成本较大等问题[2]。随着无线网络技术的快速发展，如果以无线网络作为补充就可以在移动性、扩展性和性价比上解决有线网络存在的问题。

2 基于无线局域网的PACS系统体系结构

传统的有线PACS系统从体系结构而言，主要是C/S（Client/Server，客户端/服务器）模式[3]，如图1和图2所示。

图1 PACS系统C/S模式结构框图

图2 PACS系统C/S模式结构体系图

由图可以看出，C/S模式是两层即客户端/服务器的体系结构，其数据通信都是在有线局域网内进行，具有传输速度快、安全性能好等优点，但改造成本大、位置固定不灵活等。

因此，将802.11g无线局域网引入有线局域网PACS体系结构中，与之形成互补，就可以解决有线局域网PACS系统存在的问题[4]。无线局域网PACS系统的体系架构如图3所示，其各部分的主要功能为：

图3 无线局域网PACS体系架构图

放射科预约登记处：工作人员把病人的基本信息输入PACS系统，这些基本信息可以传输到图像采集工作站，对病人有一个基本了解，另外也具有统计和分类查询的功能。

图像的采集、处理、存储单元：将影像设备产生的图像通过图像采集卡采集到的PACS系统中进行图像的压缩处理，然后将图像存储到大容量的数据库内，对病人信息进行存储，将来可以方便地调阅查询。

无线收发设备：主要由无线网卡、无线宽带路由器、交换机等设备将医院建筑区进行类似蜂窝状覆盖，医生使用带有无线网卡的笔记本电脑就可以随时调阅病人的影像资料，达到方便快捷。

3 解决建立无线局域网PACS系统的关键问题

由于医学图像数据量较大，且包含病人的隐私，故无线局域网PACS系统要求有足够的传输速度和一定的抗干扰性及安全性等。

3.1 无线网络的传输速度

无线网络的传输速度主要在于无线网络标准的选择。802.11是美国电气和电子工程师协会（IEEE）最初制定的一个无线局域网标准。但是802.11的传输速率最高只有2 Mbps，远远不能满足人们的需要，因此IEEE又推出了802.11a和802.11b两个新标准。目前这两个标准在国内、国际上占主导位置。802.11a的工作频率为5 GHz，最大原始数据传输率为54 Mb/s，它的优点在于2.4 GHz频带已经到处使用，而802.11a的工作频率是5 GHz，这就使它具有很好的抗干扰性。然而，高载波频率也带来了负面效果。802.11a几乎被限制在直线范围内使用，这导致必须使用更多的接入点，同样802.11a不能传播得像802.11b那么远，因为它更容易被吸收，另外802.11a在不同的国家有着不同的规定支持，美国和日本对802.11a进行了认可，但是欧盟却禁止使用802.11a，这就使它的发展受到一定的限制[5]。而802.11b的传输速率只有11 Mbps，不能达到临床科室的需要。2003年6月IEEE推出的802.11 g在传输速率和兼容性上弥补了802.11a和802.11b各自的缺陷，802.11 g标准最高支持54 Mbps物理层传输速度，虽然802.11 g标准采用CSMA/CA（载波监听多路访问/冲突防止）协议，一个客户在传输数据时，其他客户需要等待，这种情况下可以通过增加AP的数量来提高传输速度。故802.11 g标准的无线网络的传输速度可以满足PACS系统的需求。未来随着应用范围扩大，对图像的传输速度有更高的要求时，目前的移动PACS系统也可以升级到理论速度最高为480 Mbps的802.11 n标准。只要终端设备加装符合同样标准的网卡，就能实现提速目标。

3.2 安全性

由于医学图像信息包含了大量的病人隐私，采用无线网络在空中传播时易被他人截获，这种特殊性就决定了无线局域网的PACS系统的安全性是不容忽视的。一般可以通过以下三种措施来提高其安全性[6]：

3.2.1 设置SSID值禁止SSID广播。无线网络通常都有一个SSID（服务区标识符），无线客户端加入该网络需要相同的SSID值，设置SSID值需要注意：修改默认值和保持修改后要相同。无线网络中SSID广播功能会自动向其有效范围内所有无线网络客户端广播自己的SSID值，利用SSID值就可以登陆到这个网络，所以SSID广播功能存在很大的安全隐患必须禁止。这样就可以对无线网络提供一个最基本的保护。

3.2.2 MAC地址过滤。每个网络设备都有唯一的MAC地址（媒体访问控制地址），通过MAC地址可以使指定的无线客户端登陆本无线网络，这样可使无线网络获得较高的安全性。

3.2.3 采用加密措施。无线网络加密标准主要有WPA（WiFi保护访问）和WEP（有线等效加密），由于WEP太脆弱，容易被Sniff技术破解它的密钥，现在大部分无线网络逐渐采用WPA加密，它能够动态改变密钥，提高无线网络的数据传输安全。

3.3 干扰性问题

802.11g无线网络的频段在2.4 GHz，与医院某些内设备（如多参数监护仪、蓝牙设备、微波炉和无线电话等）的工作频段相同，势必会产生一定的干扰，但是无线网络的输出功率一般都不超过100 mW，低于手机的辐射功率，目前医院采购的医疗设备大多数都采取了防干扰屏蔽措施，自身有着很强的抗干扰能力，通常情况下不会影响到现在的医疗设备，出于安全的考虑可以尽量避免与屏蔽不良好的2.4 GHz的医疗设备保持一定的距离或者在这些区域尽量使无线网络的输出功率控制到10 mW以下。

4 结束语

迄今为止，无线局域网PACS系统的研究在其安全性和干扰性方面比较成熟，随着无线网络标准的不断更新换代，在传输速度方面的要求也越来越高。总之，无线局域网PACS系统由于其移动性、扩展性和性价比上的优势，弥补了有线局域网存在的不足，将在医院数字化建设中发挥出重要作用。

[1]门肾力，崔现成．PACS系统综述[J]．医疗装备，2009(10):40-41．

[2]李彭军，端妮，郭文明．无线局域网在PACS系统中的应用[J]．医院数字化，2006，27(7):38－40．

[3]吴大刚，肖荣荣．C/S结构与B/S结构的信息系统比较分析[J]．情报科学，2003，21(3):313-315．

[4]同鸣，卞正中，李晓辉，等．基于无线局域网络技术的PACS系统[J]．计算机工程与应用，2003,39(20):29-37．

[5]麻信洛，李晓中，葛长涛．无线局域网构建及应用[M]．国防工业出版社，北京:2009.

[6]朱建明.无线局域网安全—方法与技术[M]．机械工业出版社，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