醫(yī)療行業(yè)的PACS存儲系統(tǒng)設計

醫(yī)療行業(yè)的PACS存儲系統(tǒng)設計方案相關內容1.前言隨著醫(yī)療行業(yè)信息化水平的不斷提高，在當今的醫(yī)療保健環(huán)境中，計算機和信息技術已經(jīng)成為降低成本、提高效率以及提供較好患者護理的關鍵因素。借助可視化技術的不斷發(fā)展，現(xiàn)代醫(yī)學已越來越離不開醫(yī)學影像信息，在放射學領域，數(shù)字成像中的創(chuàng)新促進了醫(yī)療影像存儲與傳輸系統(tǒng)（PictureArchivingandCommunicationSystem，PACS）的開發(fā)。目前，PACS已經(jīng)成為了現(xiàn)代醫(yī)學放射學實踐的基本技術和基礎設施中重要的一部分，在臨床診斷、醫(yī)學科研等方面正發(fā)揮著極其重要的作用。當前的PACS產(chǎn)品支持醫(yī)學圖像的全數(shù)字獲取、轉換、解釋、存儲、傳輸和查閱。PACS的發(fā)展也呈現(xiàn)出一個很大的特點:醫(yī)院影像設備的發(fā)展使放射科影像數(shù)據(jù)量激增，影像的數(shù)據(jù)量為存儲容量帶來了很大的挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)需要進行分級存儲和歸檔，同時，數(shù)據(jù)需要備份容災和異構存儲環(huán)境的現(xiàn)狀也越加突出,因此PACS系統(tǒng)需要一種可靠、靈活的大容量存儲系統(tǒng)來滿足其應用和發(fā)展。2.醫(yī)療存儲PACS系統(tǒng)的現(xiàn)狀和問題：簡單分析一下目前存儲在醫(yī)院中PACS系統(tǒng)中運用的情況：部分醫(yī)院還采用DAS方式作為PACS系統(tǒng)的存儲系統(tǒng)，即采用分散存儲的模式，不僅數(shù)據(jù)分散、鏈路結構相對落后、容量擴展性差，還缺乏相應冗余保護手段，隨著醫(yī)院應用規(guī)模得不斷擴大，它們在數(shù)據(jù)管理方面的問題日益凸顯出來。同時，以前的分級存儲系統(tǒng)的設計也存在較大問題，目前，隨著醫(yī)院數(shù)據(jù)量的激增，分級存儲設計逐漸發(fā)展為在線、近線、離線的三級存儲架構。但是很多醫(yī)院在離線甚至近線設備中多采用光盤庫和磁帶庫的方式，不僅數(shù)據(jù)安全可靠性較差、更不方便調取。目前，很多大醫(yī)院的PACS資源除了用戶診斷和醫(yī)療，越來越多地用于醫(yī)院的科研、教學，有很多PACS圖像都十分地珍貴。因此需要對本地重要的PACS圖像提供異地冗災備份，來應對可能發(fā)生的災難導致重要數(shù)據(jù)的丟失。醫(yī)院的PACS系統(tǒng)比較復雜，包括大量軟、硬件，存儲系統(tǒng)的應用需求和容量需求也在不斷發(fā)展和變化。3.PACS系統(tǒng)對存儲的需求:與其他行業(yè)相比，醫(yī)療行業(yè)對影像的要求更加苛刻，PACS系統(tǒng)對存儲系統(tǒng)有著自身的特點和要求，我們認為主要有以下幾方面的特點：1．PACS系統(tǒng)的影像圖像主要是影像文檔，日常工作站并發(fā)訪問量小，但是文件比較大。2．醫(yī)療PACS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)保存量大，數(shù)據(jù)量增長快，醫(yī)療影像6-12個月之后大部分數(shù)據(jù)將作為歸檔數(shù)據(jù)，需要安全地保存和隨時方便地調用，數(shù)據(jù)需要通過分級策略進行存儲。3．隨著醫(yī)院數(shù)據(jù)量的激增，分級存儲設計逐漸發(fā)展為在線、近線、離線的三級存儲架構。4．隨著數(shù)據(jù)量的增長，診斷工作站和瀏覽工作站對在線圖像檢索速度要求越來越高，達到秒級。5．部分影像資料用于科研和教學，重要性高，需要可靠有效的容災數(shù)據(jù)保護方案。6．PACS系統(tǒng)和HIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)各有特點，特別在存儲容量、訪問響應速度、訪問頻率、存儲可擴展性等方面存在差異，需要分別考慮，有條件進行分類存儲。7．隨著醫(yī)療行業(yè)競爭日趨激烈，PACS存儲系統(tǒng)的建設需要投資的總成本，降低總體擁有成本（TCO），提高投資回報率。8．PACS存儲系統(tǒng)的設計需要具備高擴展性和靈活性，需要支持容量增長的高度可擴展架構和對異構存儲環(huán)境的支持。以實現(xiàn)將來無縫擴容，而且不增加因擴容帶來的管理開銷。通過以上分析，我們認為現(xiàn)代醫(yī)學PACS系統(tǒng)的存儲系統(tǒng)設計應具備如下特點：因此需要對PACS系統(tǒng)從系統(tǒng)備份、軟件故障、硬件故障、遠程災備等各方面進行全方位的數(shù)據(jù)保護方案設計。4.2.2.數(shù)據(jù)保護方案設計：1．在線PACS/RIS的數(shù)據(jù)庫（圖像索引）和PACS圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)保護：采用CDP（連續(xù)數(shù)據(jù)保護）設計方案，針對PACS系統(tǒng)的可能的軟故障、硬件故障、自然災難幾大方面問題實施有效的數(shù)據(jù)保護，CDP（ContinuousDataProtection）連續(xù)數(shù)據(jù)保護，可在數(shù)據(jù)發(fā)生任何變化時將數(shù)據(jù)有效地保護起來。CDP技術將傳統(tǒng)著眼于“數(shù)據(jù)備份”的備份技術，推進到著眼于快速恢復、最少數(shù)據(jù)丟失的數(shù)據(jù)保護的新階段。其最大的技術優(yōu)勢就在于可進行任意時間點上的數(shù)據(jù)恢復。1）在線數(shù)據(jù)保護：針對PACS系統(tǒng)的可能的計算機病毒、人為過失、系統(tǒng)故障等軟故障問題導致的數(shù)據(jù)丟失。可采用在線CDP解決方案，利用TimeMark與快照代理功能，管理員可以為在線數(shù)據(jù)在任何時刻創(chuàng)建一個“TimeMark（時間標記）”，按照事先設定的時間間隔，將存儲設備在線數(shù)據(jù)指定時刻點的數(shù)據(jù)視圖保存下來。如果發(fā)生誤操作、病毒侵襲等事件，導致在線的數(shù)據(jù)錯誤，通過IV5000/IX1540上的時間點標記功能就可以回溯并快速恢復到前面某一時刻數(shù)據(jù)良好的狀態(tài)點，針對存儲設備硬件故障原因帶來的數(shù)據(jù)丟失，可采用近線備份的方式，利用存儲系統(tǒng)的IP-basedReplication復制功能模塊將在線存儲設備中的數(shù)據(jù)按照事先設定的策略復制到近線存儲（二級存儲）中，當在線存儲不可用時，業(yè)務可切換到近線存儲上，避免在線存儲的硬件故障而導致的數(shù)據(jù)丟失或業(yè)務中斷。2）容災方案設計：對PACS系統(tǒng)重要的圖像和數(shù)據(jù)，建立災備中心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的異地備份，保證在發(fā)生災難時對數(shù)據(jù)進行快速恢復。同樣，利用存儲系統(tǒng)的IP-basedReplication遠程復制功能將本地中心機房的重要數(shù)據(jù)通過IP網(wǎng)絡線路傳輸?shù)竭h程容災IX1540存儲系統(tǒng)存儲池中。值得一提的是，在遠程容災方案設計中，IP存儲本身非常適合跨廣域的數(shù)據(jù)備份，同時利用基于IP的塊增量復制技術、數(shù)據(jù)壓縮技術和加密技術，幾大技術完美結合，高效、安全地實現(xiàn)了跨廣域的數(shù)據(jù)備份。為了降低帶寬占用，每次數(shù)據(jù)復制只將上一次復制后的變量數(shù)據(jù)復制到遠程容災中心。由于采用了先進的塊增量掃描技術，數(shù)據(jù)變量不是基于文件級的變量，而是更小單位的基于磁盤塊的變量，這樣可以保障數(shù)據(jù)增量最小，對網(wǎng)絡帶寬的占用最低。同時，通過數(shù)據(jù)壓縮和加密的功能選項，來進一步保證備份數(shù)據(jù)穿越廣域網(wǎng)的高效性和安全性。數(shù)據(jù)直接通過存儲系統(tǒng)傳輸?shù)竭h程，不經(jīng)過應用服務器，因此是對應用服務器零干擾的數(shù)據(jù)遠程復制。2．主機操作系統(tǒng)保護/恢復方案設計：PACS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)做保護，還需要對PACS/RIS服務器、影像診斷報告工作站和重要PC做相應保護。通過H3C的Disksafe應用端軟件對應用服務器和PC機的Windows操作系統(tǒng)作保護，將主機應用數(shù)據(jù)或操作系統(tǒng)直接復制到存儲上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中備份和管理，可以在系統(tǒng)崩潰或硬盤損壞時遠程啟動操作系統(tǒng)和快速恢復受損數(shù)據(jù)，以及時恢復本地系統(tǒng)的運行。4.3虛擬化方案設計同時，我們看到醫(yī)院的PACS系統(tǒng)比較復雜，包括大量軟硬件，而系統(tǒng)的應用和數(shù)據(jù)存儲的需求也在不斷發(fā)展和變化，因此，PACS存儲系統(tǒng)的設計也需要具備高擴展性和靈活性，需要支持容量增長的高度可擴展架構和對異構存儲環(huán)境的支持。但目前醫(yī)院的PACS系統(tǒng)越來越多的呈現(xiàn)這樣的特點：設備異構化嚴重、海量數(shù)據(jù)的移動困難、管理復雜、投資成本居高不下等等。在存儲設計中，解決上述問題的關鍵技術就是存儲虛擬化。虛擬化是解決異構體系架構最直接有效的技術，已廣泛應用于計算和網(wǎng)絡領域。就存儲領域而言，通過存儲虛擬化，用戶不用再去關心存儲環(huán)境中底層物理環(huán)境的復雜性，也不用再去關心設備異構與否、協(xié)議是否統(tǒng)一。虛擬化使存儲的統(tǒng)一管理成為現(xiàn)實，用戶可以通過選擇完善的存儲技術來滿足不斷增長的需要——無論是哪一家的存儲設備都可以無縫集成到現(xiàn)有的基礎存儲架構中。在存儲虛擬化技術的基礎上，通過采用標準化的連接技術和統(tǒng)一的復制、鏡像、快照等存儲技術可以實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速移動和簡單管理，從而為提供標準化存儲服務打下堅實的架構基礎。因此，在PACS存儲系統(tǒng)設計方案中，建議采用NeoceanIV5000虛擬化數(shù)據(jù)管理平臺。NeoceanIV5000能夠提供存儲虛擬化、統(tǒng)一高效靈活的復制、連續(xù)數(shù)據(jù)快照、多模式鏡像、多鏈路負載均衡等豐富的存儲功能，可為用戶搭建堅固、靈活的存儲基礎架構，實現(xiàn)動態(tài)擴展存儲容量、高性能的數(shù)據(jù)處理、海量數(shù)據(jù)的快速移動、簡單易用的WEB管理，可以和H3C的NeoceanIX3000/IX1540存儲設備，以及和不同廠商、不同類型的存儲設備進行整合和聯(lián)動，統(tǒng)一形成各種實用的存儲解決方案，搭建一個堅固而又靈活的存儲基礎架構。整體的存儲系統(tǒng)設計如下圖：H3C為PACS系統(tǒng)設計的虛擬化方案設計中，通過IV5000虛擬化平臺把不同廠商、不同協(xié)議、不同系列的存儲在不改變原有數(shù)據(jù)結構的情況下進行統(tǒng)一分配管理，并且通過IV5000虛擬化平臺實現(xiàn)基于IP的復制功能，把數(shù)據(jù)中心的存儲數(shù)據(jù)復制到災備中心的存儲系統(tǒng)之上。虛擬化方案可以提升整個系統(tǒng)的存儲資源利用率，把最初建立的PACS系統(tǒng)的存儲系統(tǒng)和新建PACS系統(tǒng)的存儲系統(tǒng)存儲空間進行存儲資源整合，通過H3C虛擬化平臺也可以對PACS系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，結合H3C虛擬化平臺軟件功能方面的高級特性，可以對PACS系統(tǒng)進行更高級別的數(shù)據(jù)保護措施----建立災難備份系統(tǒng)，可以按照用戶需求把原有PACS系統(tǒng)無縫的改造成數(shù)據(jù)級災備系統(tǒng)和應用級災備系統(tǒng)。5.總結H3C為醫(yī)療行業(yè)PACS系統(tǒng)提供了分級存儲系統(tǒng)方案、數(shù)據(jù)保護方案和虛擬化方案一整套從在線存儲、近線存儲到離線歸檔存儲、從數(shù)據(jù)保護到虛擬化方案。分