TWI428782B - 醫療資料備援系統與備援及負載平衡方法 - Google Patents

Description

醫療資料備援系統與備援及負載平衡方法

本發明為一種醫療資料備援系統與備援及負載平衡方法，特別是應用於擷取影像儲存及傳輸系統(PACS)資料之醫療資訊系統的一種資料備援與負載平衡機制。

為了提供可靠的網路資料傳輸，習知技術提出各種備援(redundancy)與負載平衡(load balance)的技術。

有關備援機制，多部伺服器儲存相同資訊，一般狀態下，由一主伺服器(primary)提供網路服務，其餘備份伺服器則利用伺服器間的心跳訊號(heart beat signal)偵測主伺服器的運作情況，當主伺服器失效，則由備份伺服器接手所有網路服務。

習知技術亦同時提供多部具有相同資訊的伺服器同時提供網路服務，利用負載平衡的機制提供網路服務，客戶端能在最有效率的情況下使用網路服務。

上述技術可參閱第一圖顯示之習知技術備援系統示意圖，其中有相互透過伺服器連線105的伺服器11,13，並共享一磁碟陣列15，磁碟陣列15能夠透過其中磁碟冗餘陣列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)達到資料的可靠性。伺服器間則透過伺服器連線105傳遞心跳訊號或是其他訊息，藉此得知是否運作正常，在發生問題時，備份伺服器能夠快速接手服務。

根據圖式，在一般狀態，由伺服器11提供網路服務給各終端電腦101,102,103，或是由伺服器11,13同時提供服務，可以達成負載平衡。在其中之一伺服器失效時，如伺服器11，則可由伺服器13接手提供服務。

相對於一般網路資訊，醫療資料是特別具有個人隱私與相對重要的資料，尤其是應用到電子病歷的領域，其可靠性尤其重要，並且，需要更高解析度的醫療相關影像的檔案大小亦更甚於一般影像，故作為資料儲存的伺服器則需要高可靠性(high reliability)，特別是針對醫療資料的儲存與備份。

本發明提出一種醫療資料備援系統與備援及負載平衡方法，特別是提供同時提供備援與負載平衡的資訊系統，能應用於擷取影像儲存及傳輸系統(PACS)資料，或各式影像伺服器，或各式醫療造影設備的資料，並透過網路提供各客戶端電腦系統進行資料查詢，如提供醫師診斷時的資訊、病患病歷下載等服務。

上述醫療資料備援系統主要包括有一伺服器群，其中包括複數個伺服器，其中具有兩部或兩部以上相互備份資料的伺服器，有複數個客戶端的電腦系統透過網路連線至該伺服器群，藉此可以達成備援及負載平衡的目的。

發明提出醫療資料之備援及負載平衡方法，特別應用於上述醫療資料備援系統中，先備置伺服器群，資料擷取自各式影像伺服器，或影像儲存及傳輸系統或各式醫療造影設備，於擷取後先快速備份於多部伺服器，多部伺服器同時透過網路提供服務，可執行備援程序與達成負載平衡。在網路系統初始化時，須確認伺服器群中的各伺服器群組屬性，並與判斷透過網路所連接的複數個客戶端的電腦系統。

使用者能夠透過客戶端的電腦系統發出資料查詢要求，比如利用關鍵字或是特定資訊進行查詢，產生詢問訊號，並發送至各伺服器。經多部相關伺服器處理後，由客戶端接收自各伺服器的回應訊號。

透過解析回應訊號之封包內容，對應需要下載的資料，並編入索引，根據解析結果，能依時間順序編入對應回應訊號之伺服器，本發明在客戶端的電腦系統中執行排序，主要是透過各伺服器對特定資料的回應時間進行排序，由回應的時間判斷某筆資料在各伺服器的可利用狀態，也就是，回應時間的排列決定伺服器的優先順序。

使用者利用電腦系統選擇需要擷取的資料，產生一選擇訊號，選擇訊號對應索引，依據優先順序擷取檔案。

為提供醫療資料一個可靠且利用性高的資料儲存系統，本發明特別利用具有備援與負載平衡的資訊系統，達成一種醫療資料備援系統與備援及負載平衡方法，主要資料是相關醫療資訊，比如，擷取影像儲存及傳輸系統(PACS)資料的資料，或是直接由各式醫療造影設備提供的資料，此資訊系統能透過網路提供各客戶端電腦系統進行資料查詢，如提供醫師診斷時的資訊、病患病歷下載等服務。

請參閱第二圖所示本發明醫療資料備援系統之實施例示意圖之一，此例中顯示有多部伺服器，標示為第一伺服器S1、第二伺服器S2、第三伺服器S3與第四伺服器S4，形成為一個伺服器群(cluster)，各伺服器為可獨立運作的伺服器。實際實施並不限於圖中所示之數量。根據實施例，其中有兩部、兩部以上或是全部的伺服器將相互備份資料，儲存相同的資料，並且於接收檔案時，透過資料庫儲存各筆資料，並將各筆資料編入索引。

此例中，伺服器群特別透過一個資料閘道器20擷取自外部系統的檔案，其連線可透過圖中之第二網路206，主要包括由醫療類型的影像伺服器201與醫療造影設備202等資料來源產生的資料，相關醫療影像比如核磁共振造影(MRI)影像、X光片影像、超音波影像、斷層掃描影像(tomography)等，且不排除其他資料來源。此類影像伺服器201即為影像提供的來源，可為一種用來儲存、取得、傳送與展示醫療影像的電腦或網路系統。根據實施例，此影像伺服器201可以由不同的醫療影像器材取得數位影像，比如超音波設備、核磁共振、正子斷層掃描、電腦斷層掃描、乳房攝影與X光攝影等器材。醫療造影設備202則為各式醫療影像器材，具有網路連線能力，伺服器群可直接由各式醫療造影設備202擷取資料。資料經資料閘道器20分配，能同步傳遞給每一部伺服器中，也就是，同一筆資料將同時儲存於第一伺服器S1、第二伺服器S2、第三伺服器S3與第四伺服器S4中，具有高度資料可靠性。

透過第一網路205，伺服器群提供各客戶端的終端電腦211,213,215,217醫療相關的網路服務，特別的是，上述連線各資料來源與伺服器群(各伺服器可具備有兩個或以上的網路埠)的第二網路206與此第一網路205可為不同網域的網路連線，但於特定實施例仍可為同一個網域的網路。在此架構下，使用者可利用終端電腦211,213,215,217之一提供的使用者介面進行查詢，產生的詢問訊號將同時透過第一網路205發佈至每一個伺服器，經伺服器處理後，將發出回應訊號給發出詢問的終端電腦。一般來說，此終端電腦將收到由每一個伺服器回應的多筆回應訊號，本發明即根據各回應訊號的時間順序判斷各伺服器的負載與網路連線狀態，經排序後，優先由最早回應的伺服器中擷取檔案。在本發明中，並無須特別利用特定機制偵測各伺服器與網路連線狀態，而僅透過封包來往時間順序決定使用伺服器的優先順序，不僅各伺服器間可達到相互備援的功能，還因為針對不同資料有不同的伺服器順序而達到負載平衡的效果。

第三圖即顯示由本發明醫療資料備援系統擷取之索引資料示意圖，此例顯示終端電腦211由各伺服器擷取索引資料後，經編入索引所得出的資訊，此示意圖僅包括連結所需檔案的索引值與其對應來源伺服器，實際實施可再包括其他資訊。

由圖可知，索引一欄顯示有對應連結檔案的索引值a,b,c,d,e,f，當使用者(如醫療人員或是透過身份認證後的使用者)透過查詢介面鍵入所需檔案的資訊後，比如病患名稱、年齡、診斷資訊、病徵等，即產生詢問訊號至伺服器群。最初，各伺服器僅回應查詢結果，而並非完整下載檔案，待使用者選擇確認下載後，才會依據順序下載。回應之各筆資料連結可編入索引，顯示為索引值，各索引值對應一筆資料，再根據各伺服器回應的時間排列如圖顯示的優先順序欄。

特別的是，第三圖顯示的各索引值所顯示的伺服器順序會於一段時間後，若無進一步動作，將執行更新，以便提供使用者最新最佳的下載方案。

此例中，擷取出的索引a順序為第一伺服器S1、第三伺服器S3、第四伺服器S4與第二伺服器S2，此筆資料顯示由第一伺服器S1最早回應查詢的內容，其次為第三伺服器S3。故於使用者確定擷取索引a的資料後，將優先由第一伺服器S1擷取檔案；若出現失敗的情況，再由第三伺服器S3擷取，並以此類推。其他內容包括，索引b對應的資料下載順序為第四伺服器S4、第二伺服器S2、第一伺服器S1與第三伺服器S3；索引c對應的資料下載順序為第四伺服器S4、第一伺服器S1、第三伺服器S3與第二伺服器S2；索引d順序為第二伺服器S2、第一伺服器S1、第四伺服器S4與第三伺服器S3；索引e順序為第一伺服器S1、第二伺服器S2、第四伺服器S4與第三伺服器S3；索引f順序為第二伺服器S2、第三伺服器S3、第一伺服器S1與第四伺服器S4。

相對於上述第二圖之實施例，第四圖顯示本發明醫療資料備援系統中伺服器群可直接由影像伺服器201與醫療造影設備202擷取檔案。

此例中，醫療資料備援系統包括有多部伺服器41,43,45,47，其中伺服器41可定義為主伺服器(primary)，經主伺服器取得資料後，經第二網路206將同步傳給伺服器43,45,47，如圖中虛線所示，在一定時間內，各伺服器將具有相同的儲存資料。再透過第一網路205，能夠提供各終端電腦211,213,215,217查詢或是其他資訊服務。同樣，上述第一網路205與第二網路206可為相同或是不同網域的網路。

值得說明的是，由於本發明提出的醫療資料備援系統主要是針對需要高度可靠性與大檔案傳輸的醫療相關資料的備援與負載平衡，且系統將擷取自不同的醫療影像器材的數位影像，故上述影像伺服器201或是由醫療造影設備202傳送的檔案格式需要符合系統所規範的數位格式，比如DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)格式影像。

第五圖顯示本發明具有封存伺服器之醫療資料備援系統之實施例示意圖。

根據實施例，除了上述伺服器群中的多部伺服器具有相同的資料，能夠相互備援與達到負載平衡外，本發明更提供伺服器群組的概念，由不同伺服器儲存不同資料的態樣。

比如，當資料累積一段時間後，多數舊資料的存取需要相對減少，此時，可以伺服器群中某部份的伺服器作為封存舊資料的功能，歸類為封存伺服器群組，如圖中伺服器55,57，伺服器55,57同樣仍相互備援。而其餘伺服器51,53則提供較新、較具動態的資料儲存，同樣利用資料閘道器20擷取自外部系統的檔案。

當各終端電腦211,213,215,217發出詢問訊號時(透過第一網路205)，若是舊資料，僅有用於封存舊資料的伺服器55,57發出回應訊號，根據給各終端電腦的訊息即可得知資料儲存位置；若為較新的資料，則由伺服器51,53發出回應，同樣利用上述依據回應訊號時間排序，並依據伺服器優先順序執行下載。

特別的是，本發明提出的醫療資料備援系統具有可擴充性，如圖中顯示新增的伺服器59。當有新增伺服器，將定義其角色，若為一般運作，當連接網路時，則有同步備份的機制將其他伺服器內容完全備份於新增伺服器中。

再參閱第六圖顯示本發明經群組化之醫療資料備援系統之實施例示意圖。第五圖顯示的封存伺服器可列為一個伺服器群組，而第六圖則更描述多個伺服器群組之實施例。

伺服器群具有多部伺服器，依據內容、服務對象定義各伺服器群組。此例中，伺服器63,65併為第一伺服器群組611，服務特定使用者族群；伺服器67,69併為第二伺服器群組612，亦服務其他特定使用者族群；伺服器61則為獨立運作的群組，各伺服器可由第二網路206相互連線。透過第一網路205連線各伺服器的使用者區分為群組一601、群組二602與群組三603。

其中特別的是，於使用者端或客戶端的電腦系統中，將先有一設定組態檔(Profile)，其中可預先記載伺服器群中的各群組伺服器之資訊。舉例來說，群組一601可為某醫院的行政部門，群組二602可為某醫院的外科部門，群組三603可為某醫院的放射科部門，各部門使用者透過第一網路205連線到伺服器群，透過負載平衡的概念，各群組使用對應不同的伺服器群組，這些資訊可記載於上述設定組態檔，或可由其他裝置(如DHCP伺服器)傳遞相關設定組態來達成，藉此可分擔網路流量，更可依據特定群組的屬性分配流量。

由於有些特定群組會使用大量的影像傳輸，在本發明的概念下，可特定分配專屬伺服器群組。此例中，各伺服器群組內將有判斷存取群組的判斷機制，若群組一601分配由第二伺服器群組612提供資訊服務，當群組一601中的電腦系統發出訊號，則僅有第二伺服器群組612中的伺服器67,69發出回應，伺服器67,69同樣能相互備援與執行負載平衡，群組一601中的電腦系統接收到回應訊號時，同樣將依據回應時間排序，決定優先下載順序。同理，群組二602相對服務由第一伺服器群組611提供，由群組二602中的電腦系統發出的訊號由第一伺服器群組611中的伺服器63,65回應。群組三603則可能由伺服器61提供服務。實際實施並不限於圖中顯示的伺服器與群組的數量。

第七圖顯示上述醫療資料備援系統所應用的備援及負載平衡方法流程。

在步驟之初(步驟S701)，先備置一伺服器群，其中具有複數個伺服器，其中資料主要擷取自特定影像伺服器，或影像儲存及傳輸系統，或各式醫療造影設備等外部系統，可透過資料閘道器，或是其他資料擷取手段，擷取資料後，能快速備份於多部伺服器，由多部伺服器同時透過網路提供服務。

接著在網路系統初始化時(步驟S703)，須確認伺服器群中的各伺服器群組屬性，並與判斷透過網路所連接的複數個客戶端的電腦系統。在一實施例中，於客戶端的電腦系統進行連線時，需要認證各使用者的身份，可藉由身份認定或是電腦系統的位置(如網路位址)判斷所屬群組，此相關資訊可以記載於客戶端電腦系統中的設定組態檔中。

再如步驟S705，使用者能夠透過客戶端的電腦系統執行資料查詢，比如利用關鍵字或是特定資訊進行查詢，產生詢問訊號，並發送至伺服器群中各伺服器。經多部相關伺服器處理後，各伺服器將發出回應訊號。

接著，由客戶端的電腦系統接收自各伺服器的回應訊號(步驟S707)，每個回應訊號將記載必要資訊，包括該回應訊號相對的詢問訊號、封包來源與目的地、回應時間、伺服器編號等相關資訊。

如步驟S709，發出詢問訊號的客戶端的電腦系統可透過解析回應訊號之封包內容，得出上述列舉的各種資訊(但並不限於此述內容)，對應需要下載的資料，並編入索引。根據解析結果，能依時間順序編入對應回應訊號之伺服器編號(步驟S711)，如第三圖顯示的索引資料表。

根據回應時間，系統將於各客戶端的電腦系統中執行排序，主要是依據各伺服器對該筆查詢資料的回應時間進行排序，由回應的時間判斷某筆資料在各伺服器的可利用狀態，無須其他程式或是硬體作為判斷伺服器運作狀態的手段，也就是，回應時間能快速反應出各伺服器與網路狀態，依此排列決定伺服器的優先順序。

之後，使用者利用電腦系統選擇需要擷取的資料，產生一選擇訊號(步驟S713)，選擇訊號對應特定資料的索引，依據優先順序擷取檔案(步驟S715)。優先由最早回應的伺服器中擷取檔案，若產生問題，則順序由第二早回應的伺服器下載資料。

根據實施例，伺服器群中各伺服器可群組化，經由群組化來分配負載與網路流量，各伺服器群組具有多個伺服器，其中的訊號流程仍依據第七圖顯示的步驟。

請參閱第八圖所示應用本發明醫療資料備援系統之備援及負載平衡方法流程圖。

如步驟S801，先備置一伺服器群，其中包括複數部可相互備份的伺服器。之後進行系統初始化(步驟S803)，實施例之一可先在各客戶端電腦中儲存一設定組態檔(profile)，於初始化過程中根據此設定組態進行連線，包括客戶端連線的認證、確認伺服器群中各伺服器編號，包括各伺服器群組的屬性，並與其網路相連的複數個客戶端的電腦系統。

接著由客戶端的電腦系統發出一詢問訊號至各伺服器(步驟S805)，比如可依循上述設定組態檔將詢問訊號傳遞至至各伺服器，但傳遞詢問訊號的規則並不限於在此設定組態檔中，或可由使用者依據實際需要設定。若伺服器已經群組化，此時會依據群組與訊號來源判斷訊號的傳遞路徑。之後，伺服器將發出回應，由客戶端接收相對該詢問訊號之回應訊號(步驟S807)。

解析一或複數個回應訊號之封包內容(步驟S809)，從其中可判斷出伺服器群組屬性(步驟S811)，同時排除非屬於特定群組的伺服器。在此，本發明藉各伺服器群組屬性之區別達成資料分流與相互備援的目的，尤其是，各伺服器群組屬性可預先記載於各使用者端或客戶端的電腦系統中，如上述設定組態檔中，以此產生更有效率的連線與上述詢問與回應的程序。

舉例來說，除了新舊資料可由不同伺服器群組儲存外，其他區分如，使用者端可為一般民眾，本發明可提供一般民眾特定的伺服器群組提供服務，而門診醫師則可由其他伺服器群組提供服務，研究用資料則又可由不同的伺服器群組提供服務。藉此屬性的區隔達成分流的目的。

之後，根據詢問訊號編入索引，並根據對回應訊號之解析結果，依時間順序編入對應該回應訊號之伺服器，其中特別會依據上述設定組態檔中記載的伺服器群組之屬性執行編入索引(步驟S813)。由於各伺服器已經群組化，經分析後，針對特定資料索引所編入的伺服器順序將排除不適用的伺服器。

由使用者從索引與對應的資料進行選擇，產生一選擇訊號(步驟S815)，選擇訊號應對應所選擇的該筆資料索引，優先選擇最早回應之該伺服器，特別會針對相對應的伺服器群組進行優先順序排列，再依據優先順序擷取檔案(步驟S817)。

綜上所述，醫療資料備援系統與備援及負載平衡方法主要是透過各伺服器的回應時間判斷各伺服器對各筆資料的可利用性，根據回應時間決定下載的優先順序，提供一兼具備援與負載平衡功能的方案。

惟以上所述僅為本發明之較佳可行實施例，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖示內容所為之等效結構變化，均同理包含於本發明之範圍內，合予陳明。

15．．．磁碟陣列

11,13．．．伺服器

105．．．伺服器連線

101,102,103．．．終端電腦

20．．．資料閘道器

201．．．影像伺服器

202．．．醫療造影設備

S1．．．第一伺服器

S2．．．第二伺服器

S3．．．第三伺服器

S4．．．第四伺服器

211,213,215,217．．．終端電腦

205．．．第一網路

206．．．第二網路

601．．．群組一

602．．．群組二

603．．．群組三

41,43,45,47,51,53,55,57,59,61,63,65,67,69．．．伺服器

611．．．第一伺服器群組

612．．．第二伺服器群組

步驟S701~S715　備援及負載平衡方法流程之一

步驟S801~S817　備援及負載平衡方法流程之二

第一圖顯示習知技術之備援系統示意圖；

第二圖顯示本發明醫療資料備援系統之實施例示意圖之一；

第三圖顯示由本發明醫療資料備援系統擷取之索引資料示意圖；

第四圖顯示本發明醫療資料備援系統之實施例示意圖之二；

第五圖顯示本發明具有封存伺服器之醫療資料備援系統之實施例示意圖；

第六圖顯示本發明經群組化之醫療資料備援系統之實施例示意圖；

第七圖所示為應用本發明醫療資料備援系統之負載平衡方法流程圖之一；

第八圖所示為應用本發明醫療資料備援系統之負載平衡方法流程圖之二。

步驟S701~S715　備援及負載平衡方法流程

Claims (13)

1. 一種醫療資料之備援及負載平衡方法，包括：備置一伺服器群，包括複數部伺服器，其中具有兩部或兩部以上相互備援與備份資料的伺服器；初始化該伺服器群，並與其網路相連的複數個客戶端的電腦系統；其中各客戶端的電腦系統儲存一設定組態檔，於該初始化步驟中，依據該設定組態檔建立該伺服器群與各客戶端的電腦系統之連線；一客戶端的電腦系統發出一詢問訊號至各伺服器；該客戶端接收一或複數個相對該詢問訊號之回應訊號；解析該一或複數個回應訊號之封包內容；其中，每個回應訊號記載該回應訊號相對的詢問訊號、封包來源與目的地、回應時間或/與伺服器編號；根據該詢問訊號編入索引，係依據各客戶端的電腦系統儲存之該設定組態檔中之伺服器群組屬性執行編入索引，並根據對該一或複數個回應訊號之解析結果，依時間順序編入對應該回應訊號之伺服器；產生一選擇訊號，該選擇訊號對應該索引，並依據該時間順序產生，優先選擇最早回應之該伺服器；以及根據該索引與該選擇訊號，依據優先順序擷取一檔案。
2. 如申請專利範圍第1項所述之醫療資料之備援及負載平衡方法，其中該伺服器群中的伺服器區分為一或複數個伺服器群組。
3. 如申請專利範圍第2項所述之醫療資料之備援及負載平衡方法，其中該一或複數個伺服器群組至少包括一封存伺服器群組。
4. 如申請專利範圍第2項或第3項所述之醫療資料之備援及負載平衡方法，其中該初始化步驟包括該客戶端的電腦系統確認該伺服器群中之各伺服器群組之屬性。
5. 如申請專利範圍第1項所述之醫療資料之備援及負載平衡方法，其中該初始化步驟包括認證各客戶端的電腦系統，與初始化各伺服器與各客戶端的電腦系統之網路連線。
6. 如申請專利範圍第5項所述之醫療資料之備援及負載平衡方法，其中該初始化步驟更包括該客戶端的電腦系統確認該伺服器群中之各伺服器群組之屬性。
7. 如申請專利範圍第6項所述之醫療資料之備援及負載平衡方法，其中依據該客戶端的電腦系統之認證資料與各伺服器群組之屬性，發出該詢問訊號至對應之一或複數個伺服器。
8. 如申請專利範圍第1項所述之醫療資料之備援及負載平衡方法，其中該伺服器群接收自一或複數個影像伺服器與一或複數個醫療造影設備之醫療資料。
9. 一種應用申請專利範圍第1項所述之備援及負載平衡方法之醫療資料備援系統，包括：一伺服器群，其中包括複數個伺服器，其中具有兩部或兩部以上相互備份資料的伺服器，該伺服器群接收自一或複數個影像伺服器與一或複數個醫療造影設備之醫療資料；以及 一網路連線手段，複數個客戶端的電腦系統係透過一第一網路連線至該伺服器群。
10. 如申請專利範圍第9項所述之醫療資料備援系統，其中該伺服器群中的伺服器區分為一或複數個伺服器群組。
11. 如申請專利範圍第9項所述之醫療資料備援系統，其中該伺服器群係透過一資料閘道器接收自該影像伺服器之資料。
12. 如申請專利範圍第9項所述之醫療資料備援系統，其中該複數個伺服器透過一第二網路連線該一或複數個影像伺服器與該一或複數個醫療造影設備。
13. 如申請專利範圍第12項所述之醫療資料備援系統，其中該第一網路與該第二網路為相同網域的網路連線。