摘 要：针对当前超声影像面临的问题及制约因素，详细介绍了基于海量存储技术的超声影像工作站系统构成及特点，并全面分析了该新型工作站系统的主要功能和应用效果。
关键词：海量存储技术；超声诊疗系统；超声影像技术
近年来随着诊疗需求的不断扩展，传统的辅助性的超声诊断已经不能满足临床发展的需要，同时单纯的图文报告模式也不能满足临床对超声影像的需求。随着超声影像检查过程中发生医疗责任情况的日益增多，留存实时视频的诊查资料也成为临床诊疗档案管理的关键。
一、超声影像面临的问题及制约因素
如何通过计算机辅助技术实现超声影像实时动态录取，并能够以此为基础进行诊断、教学、以及后处理分析是一直困扰超声医生的难题。而影响解决这些问题的主要制约因素有以下几方面：一是超声影像为实时动态影像，大量设备终端并不支持传统的PACS的影像标准，即便是近年来支持该标准的机器也只能短时间存储部分扫查影像，很难大量记录扫差过程；二是扫差过程中不同人的扫查习惯不同造成扫差切面不规范，视频信息难以全部动态记录；三是录制的视频信息格式不同且多为模拟信号导致数据无法进行后处理；四是录制视频占用空间较大，现有工作站系统无法存储完整数据；五是录制的资料回顾与分拣困难。
针对上述问题，用于临床的基于海量云存储技术的超声动态影像工作站系统应运而生，实现了超声影像的实时动态采集、存储、后处理分析与教学。运用现代视频存储压缩技术可以在最小空间内实现超声动态影像数据的海量存储，这就为超声诊断的数据分析与挖掘奠定了技术基础。
二、超声影像系统构成及特点
动态视频采集单元又称编码器，能即时采集不同超声设备的动态影像信息，并进行数字转换以无损压缩技术数字化处理后进行传输。
（一）超声视频的录制与解析
目前数字编解码标准采用的基本方法大多是基于块的混合编码框架，其技术方式主要包括基于DCT变换编码、运动补偿的预测编码和熵编码，这是现代视频编码的关键技术。高清的超声视频的录制与解析除了编码外还要解决的三大核心问题是带宽问题、显示问题、存储问题。
1.带宽问题。由于院内为局域网环境，因此网络带宽基本不受限制，但存储设备在院外就需要专线接入以提高带宽。
2.显示问题。相对于标清视频，相对高清视频的信息量对解码显示性能要求也大大提高。专用的网络视频服务器能够很好地解决上述问题，满足医院现有的视频采源数量的要求。
3.存储问题。动态高清视频必然会消耗更大的存储空间。
（二）存储问题
通过对编码方式的改进，可以极大地提升高清视频的应用性，目前已在产品中应用的有感兴趣区域压缩编码技术、可伸缩编码技术和“智能前端”动态编码自适应技术。图像感兴趣区域压缩编码技术，即在图像中对感兴趣区域进行无损压缩或近无损压缩，而对背景区域进行有损压缩。这样既可使得重构图像有较高的视频质量，又可得到较高的压缩比，很好地解决了压缩比和图像质量之间的矛盾。这种编码方式与目前使用的联播编码方式相比，满足各种不同需要的能力更强，编码效率也大大提高。
（三）分布式海量存储技术
基于云平台的分布式海量存储技术，是一种构建于通用部件之上的高可用、高可靠、高可扩展的新型分布式文件系统。应用此系统，用户可以采用廉价的通用服务器、SATA/SAS硬盘以及以太网络来构建媲美企业级存储产品的存储系统。基本原理是采用集群方式来整合物理上独立的多个存储资源，以软件方式提供单一的名字空间；采用多副本的方式保证数据的高可用性，任意单一节点失效均不会导致数据丢失和数据服务的正常运行；同时，将数据分散存储在云端的多台独立的存储空间上。通过良好设计的系统结构和数据分布策略，可保证系统性能的高可扩展性，并支持存储容量/性能的在线扩展。对比传统的网络存储系统采用集中的存储服务器存放所有数据，存储服务器成为系统性能的瓶颈，也是可靠性和安全性的焦点，不能满足大规模存储应用的需要。分布式网络存储系统采用可扩展的系统结构，利用多台存储服务器分担存储负荷，利用位置服务器定位存储信息，它不但提高了系统的可靠性、可用性和存取效率，还易于扩展。
海量存储系统包含3个主要逻辑部件：元数据服务器（MDS）、数据服务器（DS）以及客户端（Client/Access Servers）。其系统结构如图1：
1.元数据服务器（MDS）存储和管理文件的元数据信息及目录结构信息，并实现单一命名空间（global namespace）。
2.数据服务器（DS）用于存储文件的内容数据。
3.客户端（Client）则是上层应用访问数据的接入点，所有上层应用只有通过客户端才能与MDS和DS进行交互。
在一次数据访问流程中，Client首先通过访问MDS完成名字解析和查找，得到文件的元数据信息（其中包含文件的数据分布），通过这些信息，客户端可以得到所有数据块的具体存储节点，然后根据需要访问DS完成对文件数据的存取。
系统对文件数据采用灵活高效的多副本机制，将一个文件副本尽可能分散地存储在多个不同的DS节点上，任意一个或多个DS失效，均不会影响该文件的可用性，客户端可智能的选择可用副本完成数据存储。 不同于当前的主流分布式文件系统，本系统采用特殊的动态元数据分区机制，最多可支持64个节点的MDS集群，提供倍增的元数据服务性能，并保证单一名字空间和良好的负载均衡。MDS的可用性采用双机热备方式实现，每个逻辑MDS由一对互为备份的节点组成，采用share-nothing的数据镜像方式，无需使用共享存储设备。
系统的另外一个重要逻辑部件CMS（集群管理系统）主要负责整个集群的管理，其收集集群内节点硬件/软件/服务的相关信息，并通过基于浏览器的图形管理界面展现给用户，同时处理来自用户的控制请求，完成系统管理。
超声设备由于品牌众多，其视频源的输出模式不尽相同，对比传统超声影像工作站采集卡，不同超声视频转换后动态影像的分辨率也会有所差别，但由于超声自身分辨率都是在毫米及以上的，因此普通标清与高清的视频对比没有明显区别，对诊断及报告不会产生影响，在压缩状态下，数字影像可以以流媒体方式传送到服务器中进行存储，这样不仅解决了图文报告的功能，还为未来的存储、教学、远程会诊提供了基础。
（四）超声影像的主要功能
在上述技术架构下，该系统为临床诊疗提供许多全新的支持，主要功能包括：
标清图像数据/分（PAL）=720×576×25×60/40（压缩率）≈14M/分
标清图像数据/分（N）=720×480×29.97×60/40（压缩率）≈15M/分
2.超声动态影像数据的后处理与分析。影像后处理技术是医学影像发展的的关键技术，传统超声影像由于属于动态影像缺少留存，因此超声影像的后处理发展缓慢，近年来随着三维超声、超声造影等技术的发展与普及影像动态处理日趋重要。多模态影像融合也逐步开始在介入治疗领域发挥重要的作用。
3.超声图像报告与质控。新的超声工作站工作模式能够实时检查动态影像的留存，不仅能够使扫查更加客观化，还能够筛选出真正有问题的典型病例进行规范化诊断以及教学。随着便携式超声设备的普及，实时采集的超声影像的动态传输与远程诊疗将使移动质控成为可能，综合来说超声质控具有多种优势，主要包括：提升超声诊疗的标准化水平；减少差错提升医疗质量；提升超声医生的诊疗水平；加强管理实现移动管控。
4.超声动态影像远程会诊。有利于学术交流统一阅片；支持基层医院（连队）、偏远地区的医疗水平的提升；规范超声诊疗；提高信息化水平增加工作效率；提升高级人才的利用及超声技术的推广普及。
5.超声动态影像移动终端服务。海量的视频影像管理及存储为新的诊疗及管理模式提供了完善的物质基础，通过实时视频回放可以对报告进行诊断、会诊及质控管理，使超声诊断做到人机分离，从而实现超声影像的“云”诊断。甚至通过手机等移动终端就可以查询患者信息，远程实时调用诊疗图像，进行会诊和诊断。
三、结束语
基于流媒体技术开发的动态影像超声工作站系统，不仅可满足临床日常工作需求，也将促进临床超声诊疗模式的变革，新型数据留存系统打破了传统超声领域标准难以统
一、人为因素影像大等难点，相信随着信息技术的普及与发展，这项技术必然给医生及患者带来更多的益处。
