基于海量視頻存儲(chǔ)技術(shù)的超聲動(dòng)態(tài)影像工作站系統(tǒng)

基于海量視頻存儲(chǔ)技術(shù)的超聲動(dòng)態(tài)影像工作站系統(tǒng)摘要：針對當(dāng)前超聲影像面臨的問題及制約因素，詳細(xì)介紹了基于海量存儲(chǔ)技術(shù)的超聲影像工作站系統(tǒng)構(gòu)成及特點(diǎn)，并全面分析了該新型工作站系統(tǒng)的主要功能和應(yīng)用效果。關(guān)鍵詞：海量存儲(chǔ)技術(shù)；超聲診療系統(tǒng)；超聲影像技術(shù)近年來隨著診療需求的不斷擴(kuò)展，傳統(tǒng)的輔助性的超聲診斷已經(jīng)不能滿足臨床開展的需要，同時(shí)單純的圖文報(bào)告形式也不能滿足臨床對超聲影像的需求。隨著超聲影像檢查過程中發(fā)生醫(yī)療責(zé)任情況的日益增多，留存實(shí)時(shí)視頻的診查資料也成為臨床診療檔案管理的關(guān)鍵。一、超聲影像面臨的問題及制約因素如何通過計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)實(shí)現(xiàn)超聲影像實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)錄取，并可以以此為根底進(jìn)展診斷、教學(xué)、以及后處理分析是一直困擾超聲醫(yī)生的難題。而影響解決這些問題的主要制約因素有以下幾方面：一是超聲影像為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)影像，大量設(shè)備終端并不支持傳統(tǒng)的PACS的影像標(biāo)準(zhǔn)，即便是近年來支持該標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器也只能短時(shí)間存儲(chǔ)局部掃查影像，很難大量記錄掃差過程；二是掃差過程中不同人的掃查習(xí)慣不同造成掃差切面不標(biāo)準(zhǔn)，視頻信息難以全部動(dòng)態(tài)記錄；三是錄制的視頻信息格式不同且多為模擬信號(hào)導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法進(jìn)展后處理；四是錄制視頻占用空間較大，現(xiàn)有工作站系統(tǒng)無法存儲(chǔ)完好數(shù)據(jù)；五是錄制的資料回憶與分揀困難。針對上述問題，用于臨床的基于海量云存儲(chǔ)技術(shù)的超聲動(dòng)態(tài)影像工作站系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)現(xiàn)了超聲影像的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集、存儲(chǔ)、后處理分析與教學(xué)。運(yùn)用現(xiàn)代視頻存儲(chǔ)壓縮技術(shù)可以在最小空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)超聲動(dòng)態(tài)影像數(shù)據(jù)的海量存儲(chǔ)，這就為超聲診斷的數(shù)據(jù)分析與挖掘奠定了技術(shù)根底。二、超聲影像系統(tǒng)構(gòu)成及特點(diǎn)動(dòng)態(tài)視頻采集單元又稱編碼器，能即時(shí)采集不同超聲設(shè)備的動(dòng)態(tài)影像信息，并進(jìn)展數(shù)字轉(zhuǎn)換以無損壓縮技術(shù)數(shù)字化處理后進(jìn)展傳輸。〔一〕超聲視頻的錄制與解析目前數(shù)字編解碼標(biāo)準(zhǔn)采用的根本方法大多是基于塊的混合編碼框架，其技術(shù)方式主要包括基于DCT變換編碼、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)念A(yù)測編碼和熵編碼，這是現(xiàn)代視頻編碼的關(guān)鍵技術(shù)。高清的超聲視頻的錄制與解析除了編碼外還要解決的三大核心問題是帶寬問題、顯示問題、存儲(chǔ)問題。1.帶寬問題。由于院內(nèi)為局域網(wǎng)環(huán)境，因此網(wǎng)絡(luò)帶寬根本不受限制，但存儲(chǔ)設(shè)備在院外就需要專線接入以進(jìn)步帶寬。2.顯示問題。相對于標(biāo)清視頻，相對高清視頻的信息量對解碼顯示性能要求也大大進(jìn)步。專用的網(wǎng)絡(luò)視頻效勞器可以很好地解決上述問題，滿足醫(yī)院現(xiàn)有的視頻采源數(shù)量的要求。3.存儲(chǔ)問題。動(dòng)態(tài)高清視頻必然會(huì)消耗更大的存儲(chǔ)空間?！捕炒鎯?chǔ)問題通過對編碼方式的改良，可以極大地提升高清視頻的應(yīng)用性，目前已在產(chǎn)品中應(yīng)用的有感興趣區(qū)域壓縮編碼技術(shù)、可伸縮編碼技術(shù)和“智能前端〞動(dòng)態(tài)編碼自適應(yīng)技術(shù)。圖像感興趣區(qū)域壓縮編碼技術(shù)，即在圖像中對感興趣區(qū)域進(jìn)展無損壓縮或近無損壓縮，而對背景區(qū)域進(jìn)展有損壓縮。這樣既可使得重構(gòu)圖像有較高的視頻質(zhì)量，又可得到較高的壓縮比，很好地解決了壓縮比和圖像質(zhì)量之間的矛盾。這種編碼方式與目前使用的聯(lián)播編碼方式相比，滿足各種不同需要的才能更強(qiáng)，編碼效率也大大進(jìn)步?！踩撤植际胶Ａ看鎯?chǔ)技術(shù)基于云平臺(tái)的分布式海量存儲(chǔ)技術(shù)，是一種構(gòu)建于通用部件之上的高可用、高可靠、高可擴(kuò)展的新型分布式文件系統(tǒng)。應(yīng)用此系統(tǒng)，用戶可以采用廉價(jià)的通用效勞器、SATA/SAS硬盤以及以太網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建媲美企業(yè)級(jí)存儲(chǔ)產(chǎn)品的存儲(chǔ)系統(tǒng)。根本原理是采用集群方式來整合物理上獨(dú)立的多個(gè)存儲(chǔ)資源，以軟件方式提供單一的名字空間；采用多副本的方式保證數(shù)據(jù)的高可用性，任意單一節(jié)點(diǎn)失效均不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)喪失和數(shù)據(jù)效勞的正常運(yùn)行；同時(shí)，將數(shù)據(jù)分散存儲(chǔ)在云端的多臺(tái)獨(dú)立的存儲(chǔ)空間上。通過良好設(shè)計(jì)的系統(tǒng)構(gòu)造和數(shù)據(jù)分布策略，可保證系統(tǒng)性能的高可擴(kuò)展性，并支持存儲(chǔ)容量/性能的在線擴(kuò)展。比照傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)采用集中的存儲(chǔ)效勞器存放所有數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)效勞器成為系統(tǒng)性能的瓶頸，也是可靠性和平安性的焦點(diǎn)，不能滿足大規(guī)模存儲(chǔ)應(yīng)用的需要。分布式網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)系統(tǒng)采用可擴(kuò)展的系統(tǒng)構(gòu)造，利用多臺(tái)存儲(chǔ)效勞器分擔(dān)存儲(chǔ)負(fù)荷，利用位置效勞器定位存儲(chǔ)信息，它不但進(jìn)步了系統(tǒng)的可靠性、可用性和存取效率，還易于擴(kuò)展。海量存儲(chǔ)系統(tǒng)包含3個(gè)主要邏輯部件：元數(shù)據(jù)效勞器〔MDS〕、數(shù)據(jù)效勞器〔DS〕以及客戶端〔Client/AccessServers〕。其系統(tǒng)構(gòu)造如圖1：1.元數(shù)據(jù)效勞器〔MDS〕存儲(chǔ)和管理文件的元數(shù)據(jù)信息及目錄構(gòu)造信息，并實(shí)現(xiàn)單一命名空間〔globalnamespace〕。2.數(shù)據(jù)效勞器〔DS〕用于存儲(chǔ)文件的內(nèi)容數(shù)據(jù)。3.客戶端〔Client〕那么是上層應(yīng)用訪問數(shù)據(jù)的接入點(diǎn)，所有上層應(yīng)用只有通過客戶端才能與MDS和DS進(jìn)展交互。在一次數(shù)據(jù)訪問流程中，Client首先通過訪問MDS完成名字解析和查找，得到文件的元數(shù)據(jù)信息〔其中包含文件的數(shù)據(jù)分布〕，通過這些信息，客戶端可以得到所有數(shù)據(jù)塊的詳細(xì)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，然后根據(jù)需要訪問DS完成對文件數(shù)據(jù)的存取。系統(tǒng)對文件數(shù)據(jù)采用靈敏高效的多副本機(jī)制，將一個(gè)文件副本盡可能分散地存儲(chǔ)在多個(gè)不同的DS節(jié)點(diǎn)上，任意一個(gè)或多個(gè)DS失效，均不會(huì)影響該文件的可用性，客戶端可智能的選擇可用副本完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。不同于當(dāng)前的主流分布式文件系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用特殊的動(dòng)態(tài)元數(shù)據(jù)分區(qū)機(jī)制，最多可支持64個(gè)節(jié)點(diǎn)的MDS集群，提供倍增的元數(shù)據(jù)效勞性能，并保證單一名字空間和良好的負(fù)載平衡。MDS的可用性采用雙機(jī)熱備方式實(shí)現(xiàn)，每個(gè)邏輯MDS由一對互為備份的節(jié)點(diǎn)組成，采用share-nothing的數(shù)據(jù)鏡像方式，無需使用共享存儲(chǔ)設(shè)備。系統(tǒng)的另外一個(gè)重要邏輯部件CMS〔集群管理系統(tǒng)〕主要負(fù)責(zé)整個(gè)集群的管理，其搜集集群內(nèi)節(jié)點(diǎn)硬件/軟件/效勞的相關(guān)信息，并通過基于閱讀器的圖形管理界面展現(xiàn)給用戶，同時(shí)處理來自用戶的控制懇求，完成系統(tǒng)管理。超聲設(shè)備由于品牌眾多，其視頻源的輸出形式不盡一樣，比照傳統(tǒng)超聲影像工作站采集卡，不同超聲視頻轉(zhuǎn)換后動(dòng)態(tài)影像的分辨率也會(huì)有所差異，但由于超聲自身分辨率都是在毫米及以上的，因此普通標(biāo)清與高清的視頻比照沒有明顯區(qū)別，對診斷及報(bào)告不會(huì)產(chǎn)生影響，在壓縮狀態(tài)下，數(shù)字影像可以以流媒體方式傳送到效勞器中進(jìn)展存儲(chǔ)，這樣不僅解決了圖文報(bào)告的功能，還為將來的存儲(chǔ)、教學(xué)、遠(yuǎn)程會(huì)診提供了根底?！菜摹吵曈跋竦闹饕δ茉谏鲜黾夹g(shù)架構(gòu)下，該系統(tǒng)為臨床診療提供許多全新的支持，主要功能包括：標(biāo)清圖像數(shù)據(jù)/分〔PAL〕=720×576×25×60/40〔壓縮率〕≈14M/分標(biāo)清圖像數(shù)據(jù)/分〔N〕=720×480×29.97×60/40〔壓縮率〕≈15M/分2.超聲動(dòng)態(tài)影像數(shù)據(jù)的后處理與分析。影像后處理技術(shù)是醫(yī)學(xué)影像開展的的關(guān)鍵技術(shù)，傳統(tǒng)超聲影像由于屬于動(dòng)態(tài)影像缺少留存，因此超聲影像的后處理開展緩慢，近年來隨著三維超聲、超聲造影等技術(shù)的開展與普及影像動(dòng)態(tài)處理日趨重要。多模態(tài)影像交融也逐步開場在介入治療領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。3.超聲圖像報(bào)告與質(zhì)控。新的超聲工作站工作形式可以實(shí)時(shí)檢查動(dòng)態(tài)影像的留存，不僅可以使掃查更加客觀化，還可以挑選出真正有問題的典型病例進(jìn)展標(biāo)準(zhǔn)化診斷以及教學(xué)。隨著便攜式超聲設(shè)備的普及，實(shí)時(shí)采集的超聲影像的動(dòng)態(tài)傳輸與遠(yuǎn)程診療將使挪動(dòng)質(zhì)控成為可能，綜合來說超聲質(zhì)控具有多種優(yōu)勢，主要包括：提升超聲診療的標(biāo)準(zhǔn)化程度；減少過失提升醫(yī)療質(zhì)量；提升超聲醫(yī)生的診療程度；加強(qiáng)管理實(shí)現(xiàn)挪動(dòng)管控。4.超聲動(dòng)態(tài)影像遠(yuǎn)程會(huì)診。有利于學(xué)術(shù)交流統(tǒng)一閱片；支持基層醫(yī)院〔連隊(duì)〕、偏遠(yuǎn)地區(qū)的醫(yī)療程度的提升；標(biāo)準(zhǔn)超聲診療；進(jìn)步信息化程度增加工作效率；提升高級(jí)人才的利用及超聲技術(shù)的推廣普及。5.超聲動(dòng)態(tài)影像挪動(dòng)終端效勞。海量的視頻影像管理及存儲(chǔ)為新的診療及管理形式提供了完善的物質(zhì)根底，通過實(shí)時(shí)視頻回放可以對報(bào)告進(jìn)展診斷、會(huì)診及質(zhì)控管理，使超聲診斷做到人機(jī)別離，從而實(shí)現(xiàn)超聲影像的“云〞診斷。甚至通過等挪動(dòng)終端就可以查詢患者信息，