1、醫療行業的PACS存儲系統設計方案相關內容1. 前言隨著醫療行業信息化水平的不斷提高，在當今的醫療保健環境中，計算機和信息技術已經成為降低成本、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展，現代醫學已越來越離不開醫學影像信息，在放射學領域，數字成像中的創新促進了醫療影像存儲與傳輸系統（Picture Archiving and Communication System，PACS） 的開發。目前，PACS已經成為了現代醫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、醫學科研等方面正發揮著極其重要的作用。當前的 PACS 產品支持醫學圖像的全數字獲取、轉換、解釋、

2、存儲、傳輸和查閱。 PACS的發展也呈現出一個很大的特點: 醫院影像設備的發展使放射科影像數據量激增，影像的數據量為存儲容量帶來了很大的挑戰，數據需要進行分級存儲和歸檔，同時，數據需要備份容災和異構存儲環境的現狀也越加突出 ,因此PACS系統需要一種可靠、靈活的大容量存儲系統來滿足其應用和發展。2. 醫療存儲PACS系統的現狀和問題：簡單分析一下目前存儲在醫院中PACS系統中運用的情況：部分醫院還采用DAS方式作為PACS系統的存儲系統，即采用分散存儲的模式，不僅數據分散、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，隨著醫院應用規模得不斷擴大，它們在數據管理方面的問題日益凸顯出來。

3、同時，以前的分級存儲系統的設計也存在較大問題，目前，隨著醫院數據量的激增，分級存儲設計逐漸發展為在線、近線、離線的三級存儲架構。但是很多醫院在離線甚至近線設備中多采用光盤庫和磁帶庫的方式，不僅數據安全可靠性較差、更不方便調取。目前，很多大醫院的PACS資源除了用戶診斷和醫療，越來越多地用于醫院的科研、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，來應對可能發生的災難導致重要數據的丟失。醫院的PACS系統比較復雜，包括大量軟、硬件，存儲系統的應用需求和容量需求也在不斷發展和變化。3. PACS系統對存儲的需求:與其他行業相比，醫療行業對影像的要求更加苛刻

4、，PACS系統對存儲系統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系統的影像圖像主要是影像文檔，日常工作站并發訪問量小，但是文件比較大。2 醫療PACS系統中的數據保存量大，數據量增長快，醫療影像6-12個月之后大部分數據將作為歸檔數據，需要安全地保存和隨時方便地調用，數據需要通過分級策略進行存儲。3 隨著醫院數據量的激增，分級存儲設計逐漸發展為在線、近線、離線的三級存儲架構。4 隨著數據量的增長，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據保護方案。6 PACS系統和HIS系統數據各有

5、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 隨著醫療行業競爭日趨激烈，PACS存儲系統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 和對異構存儲環境的支持。以實現將來無縫擴容，而且不增加因擴容帶來的管理開銷。通過以上分析，我們認為現代醫學PACS系統的存儲系統設計應具備如下特點：n 整個存儲網絡的數據共享 n 能夠輕松管理的集中式存儲管理 n 在線、近線、離線的三級或二級的分級存儲架構 n 患者診斷數據的快速訪問 n 支

6、持容量增長的高度可擴展架構 n 對PACS系統和數據全方位的數據保護 n 實現業務連續性設計 n 支持更長的網絡距離的連接 n 實現投資保護，提供對異構存儲環境的支持，無縫擴容 4. PACS存儲系統設計4.1. 分級存儲系統設計前面提到，醫療PACS存儲系統目前采用分級存儲的架構，通常根據醫院具體情況分為二級或者三級架構，在標準的三級架構中：2 一級存儲作為在線存儲用于PACS的數據庫和短近期（通常6個月-12個月）的醫療圖像的存儲，需要滿足大容量、高性能、高可靠性等特征。2 二級存儲作為近線存儲用于存儲不常用的歷史數據，可幫助醫院通過擴展自己的存儲基礎架構來跟上數據增長的腳步通常是采用數據

7、遷移技術自動將在線存儲中不常用的數據遷移到近線存儲設備上，數據訪問的訪問頻率不是很高，但保證數據共享和快速在線訪問。2 三級存儲通常采用離線歸檔的方式，對整個醫院長期的歷史圖像進行歸檔，要求設備可靠性、安全性好，大容量、成本低其管理方便。根據一、二級存儲的特點建議采用專有磁盤陣列，以保證數據能及時實現快速在線訪問。而采用IP存儲的方式，不僅兼容性強、可管理性強，能夠降低總投資成本，很好地滿足數據容量的快速擴張的需要，更重要的是通過IP存儲方式，還可以很好地建設醫院的異地容災系統。同時配合虛擬化管理平臺，可以輕松地整合醫院異構存儲設備。對一級在線存儲，建議采用Neocean IX3000和IX1

8、540系列存儲系統，單臺IX3000和IX1540的最大支持磁盤數量為448塊和64塊， 其中IX1540可通過前端交換機實現橫向拓展，保障整個存儲系統的性能和可靠性可線性增加。同時Neocean 的IX1540系列支持SAN和NAS一體化功能，滿足PACS系統數據共享的需求。在三級存儲中，傳統的方式多采用光盤庫和磁帶庫來保存。但是光盤庫和磁帶庫都有讀取不及時、不方便的缺點，另外離線歸檔數據需要長期存放，但光盤和磁帶庫都易磨損、故障率較高，且對環境的要求較高。因此三級存儲中也可以采用磁盤陣列或者VTL（虛擬磁帶庫），目前VTL（Virtual Tape Library，虛擬磁帶庫）技術發展很快

9、，VTL用磁盤和磁盤技術模擬磁帶驅動器和磁帶庫,使用戶在使用和管理上和磁帶庫一樣，但是具有磁帶庫不可比擬的好處：首先VTL的備份介質為磁盤陣列，大大快于磁帶庫性能，最大帶寬通常可達幾百兆MB/s,而磁帶庫一般在幾十兆。可靠性更高，磁盤有RAID保護，出現故障可隨時更換，保證備份數據安全。另外，VTL還增強了備份數據管理特性、提高備份和恢復的速度。分級存儲的設計架構如下圖： H3C 為PACS系統設計的分級存儲系統設計中，采用IX3000做主存儲，使用虛擬化平臺對把IX3000中數據鏡像到IX1540/EX1500等存儲設備上，對數據進行鏡像保護，保證了在IX3000出現故障的情況下，PACS系

10、統是數據流會自動透明的切換到IX1540/EX1500存儲設備中。 在近線方面，采用相對配置較低的IX1540/EX1500通過歸檔軟件，把不經常使用的數據遷移到近線存儲設備，而對于幾乎不訪問必須保留的數據，可以通過備份軟件把數據備份到離線設備IX3240-VTL上，保證數據在需要訪問的時候可以迅速恢復供PACS系統使用。分級存儲系統可以根據數據的重要性按照信息生命周期對數據進行分類，把最新生成并且經常使用的數據存放到在線存儲設備中，確保數據的可用性和PACS系統對數據快速查看能力，把不經常使用的數據存放在二級存儲設備中，由于二級存儲性能相對來說低于主存儲并且又不經常被PACS系統訪問，因此構

11、建二級存儲系統對于整個PACS系統來說投資更合理，對于不使用并且需要保留的數據存放在離線歸檔設備中，確保數據始終被保存。4.2. 數據保護方案設計 4.2.1. 數據保護需求分析權威數據顯示，導致IT系統數據丟失和災難發生的原因主要有硬件故障、軟件故障（系統故障、計算機病毒、人為過失等）、站點災難這幾方面原因，當然，無論是哪種原因，我們認為數據的保護不僅是備份，其最終目的是在系統遇到人為或自然災難時，能夠通過備份內容對系統進行有效的災難恢復。目前PACS系統需要保護的數據主要有以下兩方面：n 對PACS/RIS的數據庫（圖像索引）和PACS圖像數據的數據保護：需要對在線和重要的PACS圖像進行

12、備份、遠程災備等多種方式的數據保護，應對存儲系統軟故障（病毒、人為過失等）、硬件故障和可能發生的災難導致重要數據的丟失。n PACS服務器、RIS服務器、重要影像診斷報告工作和重要工作站的操作系統備份恢復；因此需要對PACS系統從系統備份、軟件故障、硬件故障、遠程災備等各方面進行全方位的數據保護方案設計。4.2.2. 數據保護方案設計：1 在線PACS/RIS的數據庫（圖像索引）和PACS圖像數據的數據保護：采用CDP（連續數據保護）設計方案，針對PACS系統的可能的軟故障、硬件故障、自然災難幾大方面問題實施有效的數據保護， CDP（Continuous Data Protection）連續數

13、據保護，可在數據發生任何變化時將數據有效地保護起來。CDP技術將傳統著眼于“數據備份”的備份技術，推進到著眼于快速恢復、最少數據丟失的數據保護的新階段。其最大的技術優勢就在于可進行任意時間點上的數據恢復。1） 在線數據保護：n 針對PACS系統的可能的計算機病毒、人為過失、系統故障等軟故障問題導致的數據丟失。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據在任何時刻創建一個“TimeMark（時間標記）”，按照事先設定的時間間隔，將存儲設備在線數據指定時刻點的數據視圖保存下來。如果發生誤操作、病毒侵襲等事件，導致在線的數據錯誤，通過IV5000/IX1540上

14、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據良好的狀態點，n 針對存儲設備硬件故障原因帶來的數據丟失，可采用近線備份的方式，利用存儲系統的IP-based Replication復制功能模塊將在線存儲設備中的數據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據丟失或業務中斷。2） 容災方案設計：對PACS系統重要的圖像和數據，建立災備中心，實現數據的異地備份，保證在發生災難時對數據進行快速恢復。同樣，利用存儲系統的IP-based Replication 遠程復制功能將本地中心機房的重要數據通過IP網絡線路

15、傳輸到遠程容災IX1540存儲系統存儲池中。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據備份，同時利用基于IP的塊增量復制技術、數據壓縮技術和加密技術，幾大技術完美結合，高效、安全地實現了跨廣域的數據備份。為了降低帶寬占用，每次數據復制只將上一次復制后的變量數據復制到遠程容災中心。由于采用了先進的塊增量掃描技術，數據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，這樣可以保障數據增量最小，對網絡帶寬的占用最低。同時，通過數據壓縮和加密的功能選項，來進一步保證備份數據穿越廣域網的高效性和安全性。數據直接通過存儲系統傳輸到遠程，不經過應用服務器，因此是對應用服務器

16、零干擾的數據遠程復制。2 主機操作系統保護/恢復方案設計：PACS系統的數據做保護，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操作系統作保護，將主機應用數據或操作系統直接復制到存儲上，實現數據的集中備份和管理，可以在系統崩潰或硬盤損壞時遠程啟動操作系統和快速恢復受損數據，以及時恢復本地系統的運行。4.3虛擬化方案設計同時，我們看到醫院的PACS系統比較復雜，包括大量軟硬件，而系統的應用和數據存儲的需求也在不斷發展和變化，因此，PACS存儲系統的設計也需要具備高擴展性和靈活性，需要支持容量增長

17、的高度可擴展架構 和對異構存儲環境的支持。但目前醫院的PACS系統越來越多的呈現這樣的特點：設備異構化嚴重、海量數據的移動困難、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境中底層物理環境的復雜性，也不用再去關心設備異構與否、協議是否統一。虛擬化使存儲的統一管理成為現實，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

18、統一的復制、鏡像、快照等存儲技術可以實現海量數據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存儲系統設計方案中，建議采用Neocean IV5000 虛擬化數據管理平臺。Neocean IV5000能夠提供存儲虛擬化、統一高效靈活的復制、連續數據快照、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，實現動態擴展存儲容量、高性能的數據處理、海量數據的快速移動、簡單易用的WEB管理，可以和 H3C的Neocean IX3000/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動，統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