CN109979606B - 一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法，S100、构建医疗影像云及云胶片的医疗影像平台；S200、将患者的服务内容部署在医疗影像平台的镜像容器中，并在服务请求时通过容器云分配资源，服务结束后回收资源；S300、临床服务和资源管理内容通过非容器云分配和调用，分别得到患者和医疗机构的医疗影像云和云胶片，利用容器技术的高弹性、高密度、毫秒级启动、快速扩缩容量等特性，来有效的满足各种新的业务，并同时满足两类应用场景对响应速度、服务品质以及数据安全性方面的需求，也使得后端的运管系统能够更加高效的分配和调用有限的计算资源。
Description
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，具体为一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法。
背景技术
随着现代医学的发展，医疗机构的诊疗工作越来越多依赖医学影像的检查(X线、CT、MR、超声、窥镜、血管造影等)，传统的医学影像管理方法(胶片、图片、资料)诸此大量日积月累、年复一年存储保管，堆积如山，给保存、查找和调阅带来诸多困难，丢失影片和资料时有发生，已无法适应现代医院中对如此大量和大范围医学影像的管理要求，采用数字化影像管理方法来解决这些问题已经得到公认，随着计算机和通讯技术发展，为数字化影像和传输奠定基础，实现彻底无胶片放射科和数字化医院，已经成为现代化医疗不可阻挡的潮流。
伴随着数字化医学影像标准DICOM日益广泛和深入的在医疗领域得到应用，数字化影像的管理软件系统PACS已经成为任何医院都不可或缺的医院临床核心支持系统，现在已经很难想象一家医院如果没有PACS系统，将会如何管理每日生成的大量影像数据。反过来，随着PACS系统的普及，越来越多的数字化影像设备得以在各级各类医疗机构投入运行，这一方面为医生提供了更加精准的临床诊疗手段，另一方面，医院也开始为如何有效管理爆炸性增长的数字化资料而苦恼。大量的数字化资料在数据存储管理、数据安全、数据挖掘利用以及数据交换等方面都带来新的挑战。
目前，PACS系统通常局限与一家单体医院内部，甚至仅仅在医院的影像科内部运行和使用，由于其过重的存储系统，导致其生命周期内的运营成本快速增长，同时又由于其有限的用户仅仅局限在影像科医生，导致用户对海量的历史数据缺乏进一步利用和发掘的兴趣，甚至将其视之为负担，然而，影像科的海量数据无论对各科室临床医生、研究人员、甚至患者本人都有其特殊的价值，受限于难以便利的访问这些数据，海量的医疗影像数据长期处于冷存储状态。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法，通过两种不同的云平台，为医疗机构和患者个人提供不同的应用和服务，并且同时满足两类应用场景对响应速度、服务品质以及数据安全性方面的需求，同时也使得后端的运管系统能够更加高效的分配和调用有限的计算资源，以化解潮汐式的并发请求给后端平台带来的冲击，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法，包括如下步骤：
S100、构建医疗影像云及云胶片的医疗影像平台；
S200、将患者的服务内容部署在医疗影像平台的镜像容器中，并在服务请求时通过容器云分配资源，服务结束后回收资源；
S300、临床服务和资源管理内容通过非容器云分配和调用，分别得到患者和医疗机构的医疗影像云和云胶片。
进一步地，所述医疗影像平台包括开发运维一体化平台、分布式系统服务化平台、安全保障立体化平台和资源供给轻量化平台四个功能平台，且所述医疗影像平台整体架构分为提供物理资源的物理资源层、提供虚拟化资源的IaaS层、管理云应用的核心业务平台的PaaS层和提供统一管理和自助服务的云管理平台层，所述物理资源层包括服务器、存储和网络的物理资源。
进一步地，所述IaaS层主要用于整合软硬件资源，进行资源池化设计，通过中心云基础平台为客户公共服务平台动态提供虚拟化的资源，所提供的资源包括虚拟机、存储、负载均衡和虚拟网络，且IaaS层包括虚拟机管理功能、镜像管理功能、快照管理功能和存储管理功能四个功能。
进一步地，所述PaaS层利用Docker技术，实现应用开发、应用快速交付、应用运行管理功能。
进一步地，所述云管理平台层提供统一管理功能和自助服务功能，并提供对应用性能、计算资源、网络资源和存储资源的统一管理功能。
进一步地，所述PaaS层基于Docker容器，具体包括流程对接模块、CI工具和CD工具。
进一步地，所述开发运维一体化平台主要包括持续集成、定时调度、弹性管理、应用编排、系统监测和统计分析。
进一步地，所述分布式系统服务化平台包括服务注册、分布式事务、负载均衡、对象存储集群、关系型数据库集群和缓存集群。
进一步地，所述安全保障立体化平台包括权限管理、防火墙、杀毒软件和漏洞扫描，通过病毒扫描和权限管理的方式保证系统安全。
进一步地，所述医疗影像平台还包括云计算基础设施，云计算基础设施通过非容器云连接有资源管理和临床服务，所述云计算基础设施通过容器云连接有患者服务，所述资源管理包括设备值班、设备监控、设备管理、质量控制、数据分析和检查标准，所述临床服务包括影像报告、分级诊疗、影像MDT、AI辅诊和医技预约，所述患者服务包括移动应用、云胶片、报告推送、在线问诊、预约检查、病案授权。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过两种不同的云平台，为医疗机构和患者个人提供不同的应用和服务，并且同时满足两类应用场景对响应速度、服务品质以及数据安全性方面的需求，同时也使得后端的运管系统能够更加高效的分配和调用有限的计算资源，以化解潮汐式的并发请求给后端平台带来的冲击；
(2)本发明通过利用容器技术的高弹性、高密度、毫秒级启动、快速扩缩容量等特性，来有效的满足新的面向个人的业务场景带来的对资源高效、弹性利用的需求以及对应用快速部署的追求。
附图说明
图1为本发明的医疗影像平台架构示意图；
图2为本发明的影像云微服务总体架构示意图；
图3为本发明的PaaS层整体架构示意图；
图4为本发明的方法工作流程示意图。
图中标号：
1-医疗影像平台；2-开发运维一体化平台；3-分布式系统服务化平台；4-安全保障立体化平台；5-资源供给轻量化平台；6-云计算基础设施；
101-物理资源层；102-IaaS层；103-PaaS层；104-云管理平台层；
201-持续集成；202-定时调度；203-弹性管理；204-应用编排；205-系统监测；206-统计分析；
301-服务注册；302-分布式事务；303-负载均衡；304-对象存储集群；305-关系型数据库集群；306-缓存集群；
401-权限管理；402-防火墙；403-杀毒软件；404-漏洞扫描；
601-资源管理；602-临床服务；603-患者服务。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图4所示，本发明提供了一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法，包括如下步骤：
S100、构建医疗影像云及云胶片的医疗影像平台1；
S200、将患者的服务内容部署在医疗影像平台的镜像容器中，患者服务内容包括云胶片、报告推送、在线问诊、病案授权等微服务化，并在服务请求时通过容器云分配资源，服务结束后回收资源，当发生服务请求时，后台的调度管理系统瞬间分配资源，并从镜像中部署相应的应用实例；当服务结束后，后台调度管理系统瞬间回收资源到资源池；
S300、临床服务和资源管理内容通过非容器云分配和调用，分别得到患者和医疗机构的医疗影像云和云胶片。
通过容器云和非容器云的结合，充分利用各自的技术特点和优势，满足不用的业务场景和用户类型的需求，尤其对个人患者而言，通过患者服务门户，患者个人能完整自主预约检查、自主管理个人的全部影像资料、不受地域限制地转诊其它医疗机构、自主授权其它医疗机构的医生访问自己的影像资料，减少重复检查。
所述医疗影像平台1包括开发运维一体化平台2、分布式系统服务化平台3、安全保障立体化平台4和资源供给轻量化平台5四个功能平台，且所述医疗影像平台1整体架构分为提供物理资源的物理资源层101、提供虚拟化资源的IaaS层102、管理云应用的核心业务平台的PaaS层103和提供统一管理和自助服务的云管理平台层104，针对医疗影像云应用更新频繁化、交付移动化、用户规模化、业务多元化需求，该平台整合开发运维一体化平台、分布式系统服务化平台、安全保障立体化平台和资源供给轻量化平台，构造安全、高效、灵活和可靠的新型医疗影像云运行支撑平台，在保证信息安全的同时，实现信息的高效处理。
所述物理资源层101包括服务器、存储和网络的物理资源，涵盖两地三中心、网络分区、计算资源、存储资源等。
所述IaaS层102主要用于整合软硬件资源，进行资源池化设计，通过中心云基础平台为客户公共服务平台动态提供虚拟化的资源，所提供的资源包括虚拟机、存储、负载均衡和虚拟网络，且IaaS层102包括虚拟机管理功能、镜像管理功能、快照管理功能和存储管理功能四个功能。
IaaS层102为各应用系统和PaaS层103提供所需的虚拟化计算资源、网络资源和存储资源，来满足其正常运行的需求。
云平台服务器需要大量的数据进行服务器间的交互，选择高性能、高带宽的网络交换设备是必然选择，也是对运行在其上的各应用系统的重要保证。
将服务器、存储设备池化，通过云管理平台形成IaaS服务资源，最终以整体资源的形式对应用系统提供稳定、高效的计算、存储支撑，针对不同应用对于计算资源的需求大小提供相应的资源，支撑云平台系统上的所有应用，同时为各种应用之间数据、图像等各种信息提供高速可靠的传输通道。
其中，IaaS平台主要功能为：
一、虚拟机管理功能
云平台可以提供一种随时获取的、弹性的计算能力，这种计算能力的体现就是主机(Instance)。主机就是一台配置好了的云计算节点，它有您期望的硬件配置、操作系统和网络配置。所有计算资源弹性可扩展，不需要的资源可以随时销毁，弹性可扩展，随时调整CPU、内存、磁盘。只花几秒钟时间创建计算资源，按需使用。多重实时副本保障您的数据安全，异地副本也能快速恢复。通过主机监控页面，可以在线查询历史数据和实时监控主机CPU、内存、硬盘读写、网络流量等重要数据。
本平台采用基于社区主流的KVM虚拟化技术，兼容异构、不同品牌、不同批次的服务器，支持主流操作系统，包括但不限于Windows Server2008/2008R2/2012/2012R2、Redhat6/7、CentOS 6/7、Ubuntu等。支持主机的可用分区管理，不同的客户可以根据业务需要选择不同性能以及安全级别的主机资源。可以实现虚拟多路CPU技术，并可以实现虚拟机CPU独占。支持虚拟机的启动、关机、重启、重命名、挂载\卸载硬盘、创建快照、制作为私有镜像、删除等功能。云平台管理系统支持动态资源调度、虚拟机容错。
虚拟机的最大虚拟CPU个数≥8个,虚拟机最大内存≥32G,虚拟机挂载最大磁盘数≥2T,每台物理机的最大CPU核数≥64个,每台物理机的最大内存≥512GB,最大集群数量≥20个,单个集群支持的最大计算节点≥100个,单个计算节点支持的最大虚拟机数量≥32个。
二、镜像管理功能
镜像(Image)是带有操作系统的主机模板。可支持模版管理，基于预置的镜像创建虚拟机。支持用户将虚拟机制作为私有镜像。
支持裸机管理，包括裸机的增加/删除/修改/和查询等，并支持将裸机克隆为模板。
三、快照管理功能
虚拟机“快照”与我们生活中所说的“照片”非常相似，保留了虚拟机在某一时间点的状态和数据。当系统崩溃或系统异常，可以通过使用恢复到快照来保持磁盘文件系统和系统存储，恢复到快照的时间点，从而有效地保护磁盘上的文件系统和虚拟机内存数据。可以对虚拟机执行多个快照，以便按照线性过程创建还原位置。
可通过云主机快照启动云主机；支持快照管理，可以为虚拟机挂载的硬盘做快照并恢复，支持系统和数据盘；
四、存储管理功能
存储是云平台的共享存储，用于存储主机和映像文件，以及为云主机提供块设备作为云硬盘使用。它是一个基于Ceph的分布式的存储集群，也可以是其他支持的存储如GlusterFS或物理的SAN存储。
支持块存储、对象存储和文件存储技术，采用分布式存储架构，用户可以根据业务的需求选择不同类型以及性能的存储，并对选择的存储提供必要的技术支持，以保障其高效稳定运行；支持创建、删除云存储、云主机挂载、卸载云存储、查询云存储、云存储扩容等；支持创建云主机、云硬盘快照；快照删除；提供分布式存储的架构规划、部署、运维、扩容、升级、监控、报警、故障排查功能。
分布式存储支持快照、克隆、精简配置、扩容功能；分布式存储用作虚拟机的系统和数据存储，可以对单个云磁盘的IOPS进行控制，保证单个虚拟机最高IOPS可达到1500。
所述PaaS层103包含云应用生命周期管理平台是整个云平台的核心业务平台，利用Docker技术，实现以“DevOps”为核心理念的应用开发、应用快速交付、应用运行管理功能。在开发部署阶段支持应用的持续集成、自动部署、灰度发布功能；在应用运行阶段，支持基于应用负载的弹性伸缩机制，并提供完善的应用监控和高可用保障能力。用户可以在基础软件开发运行环境下创建自己业务应用，而且可以直接在云平台的运行环境中上运营自己的业务，为云平台系统中的各类应用提供开发和测试已经运行的软件平台支持。
所述PaaS层103基于Docker容器，具体包括流程对接模块、CI工具和CD工具。
CI工具主要提供对DevOps中持续集成的能力支持，主要包括源代码管理、代码质量分析、测试、代码打包等工具的集成
CD工具以Docker容器和kubernetes为核心，主要包括容器的镜像管理、网络管理、存储驱动、状态管等能力。
基于底层的CI和CD工具，平台在上层提供应用从代码到镜像的持续集成；从镜像到的应用环境的应用自动部署和多环境管理；应用运行态的管理；容器管理；租户和权限管理的能力。
其中，采用容器云平台具有如下优点：
(1)容器的故障恢复
当服务器宕机时，平台系统会自动在其它服务器上重新启动容器并为其分配资源，从而达到秒级启动，恢复业务。保障业务不掉线，高可靠运行。
(2)容器的可靠性
本平台确保运行在容器中的应用程序和其他容器中的应用程序是完全隔离的，在通信流量和管理上赋予完全的控制权。可以使用的Docker镜像都通过数字签名来确保其可靠性，并且资源是受限制的，所以即便其中一个应用程序被黑，也不会影响运行在其它Docker容器上的应用程序。
(3)镜像仓库的可靠性
通过将单机版的镜像仓库扩展成镜像仓库集群，并在Registry server pool中实现负载均衡，从而提升性能，并充分强化了镜像仓库的可靠性。实现Registry server的无状态化，便于实现服务的高可用性。
(4)集群管理主机的可靠性
为了提高Kubernetes集群的可靠性，系统平台会针对每个Kubernetes创建一个守护线程，通过守护线程定时的去探测Kubernetes的可用性，当发现Kubernetes进程失效后，系统会重新按照原有的配置，自动重启并重新Kubernetes进程。
所述云管理平台层104既要提供统一管理功能，也要提供自助服务功能，云管理平台要提供对应用性能、计算资源、网络资源和存储资源的统一管理功能。可以根据用户及业务需求，灵活、便捷地定制和分配和种资源。通过网络、安全资源的触发联动技术，对网络和安全的自动管理。通过存储资源基于策略的动态调整功能，实现对存储的自动管理。
所述开发运维一体化平台2主要包括持续集成201、定时调度202、弹性管理203、应用编排204、系统监测205和统计分析206。
所述分布式系统服务化平台3包括服务注册301、分布式事务302、负载均衡303、对象存储集群304、关系型数据库集群305和缓存集群306。
所述安全保障立体化平台4包括权限管理401、防火墙402、杀毒软件403和漏洞扫描404，通过病毒扫描和权限管理的方式保证系统安全。
所述医疗影像平台1还包括云计算基础设施6，云计算基础设施6通过非容器云连接有资源管理601和临床服务602，所述云计算基础设施6通过容器云连接有患者服务603，所述资源管理601包括设备值班、设备监控、设备管理、质量控制、数据分析和检查标准，所述临床服务602包括影像报告、分级诊疗、影像MDT、AI辅诊和医技预约，所述患者服务603包括移动应用、云胶片、报告推送、在线问诊、预约检查、病案授权，且云计算基础设施6和医疗影像数据仓库之间进行数据交换。
通过两种不同的云平台，为医疗机构和患者个人提供不同的应用和服务，并且同时满足两类应用场景对响应速度、服务品质以及数据安全性方面的需求，同时也使得后端的运管系统能够更加高效的分配和调用有限的计算资源，以化解潮汐式的并发请求给后端平台带来的冲击。
在患者个人服务方面，通过将面向患者个人的服务内容：云胶片、报告推送、在线问诊、病案授权等微服务化，并分别部署在镜像的容器中，当发生服务请求时，后台的调度管理系统瞬间分配资源，并从镜像中部署相应的应用实例；当服务结束后，后台调度管理系统瞬间回收资源到资源池。
通过两种云的结合，充分利用各自的技术特点和优势，满足不用的业务场景和用户类型的需求，尤其对个人患者而言，通过患者服务门户，患者个人能完整自主预约检查、自主管理个人的全部影像资料、不受地域限制地转诊其它医疗机构、自主授权其它医疗机构的医生访问自己的影像资料，减少重复检查。这些都是以前患者所无法享受到的就医就诊便利，是一种创新性的服务模式
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、构建医疗影像云及云胶片的医疗影像平台(1)；
S200、将患者的服务内容部署在医疗影像平台的镜像容器中，并在服务请求时通过容器云分配资源，服务结束后回收资源；
S300、临床服务和资源管理内容通过非容器云分配和调用，分别得到患者和医疗机构的医疗影像云和云胶片；
将服务器、存储设备池化，通过云管理平台形成IaaS服务资源，针对不同应用对于计算资源的需求大小提供相应的资源，支撑云平台系统上的所有应用，同时为各种应用之间数据、图像信息提供高速可靠的传输通道。
2.根据权利要求1所述的一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法，其特征在于：所述医疗影像平台(1)包括开发运维一体化平台(2)、分布式系统服务化平台(3)、安全保障立体化平台(4)和资源供给轻量化平台(5)四个功能平台，且所述医疗影像平台(1)整体架构分为提供物理资源的物理资源层(101)、提供虚拟化资源的IaaS层(102)、管理云应用的核心业务平台的PaaS层(103)和提供统一管理和自助服务的云管理平台层(104)，所述物理资源层(101)包括服务器、存储和网络的物理资源。
3.根据权利要求2所述的一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法，其特征在于：所述IaaS层(102)主要用于整合软硬件资源，进行资源池化设计，通过中心云基础平台为客户公共服务平台动态提供虚拟化的资源，所提供的资源包括虚拟机、存储、负载均衡和虚拟网络，且IaaS层(102)包括虚拟机管理功能、镜像管理功能、快照管理功能和存储管理功能四个功能。
4.根据权利要求2所述的一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法，其特征在于：所述PaaS层(103)利用Docker技术，实现应用开发、应用快速交付、应用运行管理功能。
5.根据权利要求2所述的一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法，其特征在于：所述云管理平台层(104)提供统一管理功能和自助服务功能，并提供对应用性能、计算资源、网络资源和存储资源的统一管理功能。
6.根据权利要求4所述的一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法，其特征在于：所述PaaS层(103)基于Docker容器，具体包括流程对接模块、CI工具和CD工具。
7.根据权利要求2所述的一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法，其特征在于：所述开发运维一体化平台(2)主要包括持续集成(201)、定时调度(202)、弹性管理(203)、应用编排(204)、系统监测(205)和统计分析(206)。
8.根据权利要求2所述的一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法，其特征在于：所述分布式系统服务化平台(3)包括服务注册(301)、分布式事务(302)、负载均衡(303)、对象存储集群(304)、关系型数据库集群(305)和缓存集群(306)。
9.根据权利要求2所述的一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法，其特征在于：所述安全保障立体化平台(4)包括权限管理(401)、防火墙(402)、杀毒软件(403)和漏洞扫描(404)，通过病毒扫描和权限管理的方式保证系统安全。
10.根据权利要求1所述的一种基于容器化构建微服务化医疗影像云及云胶片的方法，其特征在于：所述医疗影像平台(1)还包括云计算基础设施(6)，云计算基础设施(6)通过非容器云连接有资源管理(601)和临床服务(602)，所述云计算基础设施(6)通过容器云连接有患者服务(603)，所述资源管理(601)包括设备值班、设备监控、设备管理、质量控制、数据分析和检查标准，所述临床服务(602)包括影像报告、分级诊疗、影像MDT、AI辅诊和医技预约，所述患者服务(603)包括移动应用、云胶片、报告推送、在线问诊、预约检查、病案授权。
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