PACS數(shù)據(jù)存儲與安全管理

PACS Data Storage and Security Management

郭志旭，陳金雄

南京軍區(qū)福州總醫(yī)院 計算機(jī)中心，福建 福州 350025

PACS數(shù)據(jù)存儲與安全管理

PACS Data Storage and Security Management

郭志旭，陳金雄

南京軍區(qū)福州總醫(yī)院 計算機(jī)中心，福建 福州 350025

GUO Zhi-xu,CHEN Jin-xiong
Computer Center,Fuzhou General Hospital,Nanjing Military Area Command,Fuzhou Fujian 350025, China

目的 本文介紹了我院自行設(shè)計的一套符合醫(yī)院發(fā)展，具備整體性能優(yōu)越、容錯能力強(qiáng)和可伸縮性的PACS存儲系統(tǒng)與相應(yīng)的安全管理策略。方法 通過分析建設(shè)PACS數(shù)據(jù)存儲與安全管理策略的原則，闡述我院PACS數(shù)據(jù)存儲與安全管理的具體方案。結(jié)果 我院PACS數(shù)據(jù)存儲與安全管理方案的實施，使影像數(shù)據(jù)調(diào)閱的速度平均在5s之內(nèi)，系統(tǒng)自運(yùn)行以來從未出現(xiàn)過數(shù)據(jù)丟失。結(jié)論 只有設(shè)計一套符合醫(yī)院發(fā)展，具備整體性能優(yōu)越、容錯能力強(qiáng)和可伸縮性的PACS存儲系統(tǒng)與相應(yīng)的安全管理策略，才能真正發(fā)揮PACS系統(tǒng)的優(yōu)勢，同時也為區(qū)域醫(yī)療提供了堅實的基礎(chǔ)。[關(guān)鍵詞] PACS；SAN網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)存儲；安全管理

醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)（Picture Archiving and Communication System，PACS）是以數(shù)字成像技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，旨在全面解決醫(yī)學(xué)影像獲取、顯示、處理存儲、傳輸和管理為目的的綜合系統(tǒng)[1]。隨著醫(yī)院影像設(shè)備的發(fā)展、影像數(shù)據(jù)量的激增，如何更好地存儲并保證這些數(shù)據(jù)的安全，是PACS系統(tǒng)建設(shè)的核心。

我院2000年在全國率先建成全院性FULL-PACS。隨著各種海量影像設(shè)備如PET-CT、64排CT、3.0MRI及數(shù)字鉬鈀等設(shè)備的不斷引進(jìn)和檢查量的迅速上升，醫(yī)院決定對原有PACS系統(tǒng)軟硬件進(jìn)行升級換代。系統(tǒng)自運(yùn)行以來（近三年時間），從未出現(xiàn)過數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，且所有影像數(shù)據(jù)調(diào)閱速度均在5s之內(nèi)，大大方便了臨床、病人檢查隨訪和教學(xué)。本文著重介紹存儲系統(tǒng)與安全管理的建設(shè)方案。

1 PACS存儲系統(tǒng)的建設(shè)原則

PACS系統(tǒng)是數(shù)字化醫(yī)院建設(shè)的重要組成部分，它為醫(yī)院的電子病歷、區(qū)域協(xié)同醫(yī)療等提供重要支撐，所以，如何設(shè)計一套符合醫(yī)院發(fā)展，具備整體性能優(yōu)越、容錯能力強(qiáng)和可伸縮性的PACS存儲系統(tǒng)，是PACS系統(tǒng)建設(shè)的核心。因此在規(guī)劃PACS數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)時，重點把握以下幾個原則。

1.1 高性能

為了提高醫(yī)院的工作效率與競爭力，PACS存儲系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)可以實現(xiàn)高速查詢調(diào)閱圖像：2幅DR胸片圖像（10M/幅）在2s內(nèi)完成在線調(diào)閱；1000幅CT圖像（0.5M/幅）在5s內(nèi)完成在線調(diào)閱。

1.2 高可靠

PACS存儲系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)支持7×24h不間斷運(yùn)行，在單臺或局部設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲）發(fā)生故障恢復(fù)前，仍能保證整個系統(tǒng)正常運(yùn)行。根據(jù)不同的用戶ID，對數(shù)據(jù)訪問范圍分配不同的使用權(quán)限[2]。每一個影像實例至少有三個拷貝同時存在于兩地，實現(xiàn)院區(qū)級系統(tǒng)容災(zāi)的解決方案。

1.3 可擴(kuò)展

可以在保證業(yè)務(wù)連續(xù)性的前提下，自由增加磁盤陣列、帶庫和服務(wù)器等設(shè)備，使得整個系統(tǒng)的存儲空間和處理能力得以不斷擴(kuò)大。同時，為了存儲日益激增的影像數(shù)據(jù)，存儲系統(tǒng)必須支持以無損壓縮和有損壓縮的形式保存，壓縮倍數(shù)至少要達(dá)到2~4倍。

1.4 可管理

PACS存儲系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備完整的日志管理，每一個存儲實例和操作均能全程追蹤[2]。

1.5 性價比

在保證滿足以上4點要求的前提下，性價比也是我們要考慮的因素。

2 我院的建設(shè)方案

2.1 搭建性能優(yōu)異的SAN存儲架構(gòu)

我院PACS每天的數(shù)據(jù)增長量平均在40GB左右，大量的影像數(shù)據(jù)需要進(jìn)行存儲、調(diào)用和壓縮備份，如果仍延用以太網(wǎng)的方式進(jìn)行存取，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)的要求。所以，我院選用SAN方式將整個系統(tǒng)規(guī)劃出兩張網(wǎng):一張是面對應(yīng)用網(wǎng)(Client/Server架構(gòu)或Brower /Web server架構(gòu))；另一張是存儲網(wǎng)(由主機(jī)中的HBA卡、光纖交換機(jī)及存儲設(shè)備三層結(jié)構(gòu)組成的SAN網(wǎng)絡(luò))，它專門解決主機(jī)系統(tǒng)對磁盤的塊級(Block-Level)存儲數(shù)據(jù)調(diào)用。這樣，業(yè)務(wù)的調(diào)用仍通過以太網(wǎng)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而大量的數(shù)據(jù)存儲/備份則通過以光纖為架構(gòu)的SAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，減少業(yè)務(wù)網(wǎng)的壓力，提高整個PACS系統(tǒng)的性能。

2.2 科學(xué)規(guī)劃合理存儲

由于我院住院病人的平均住院天數(shù)約為14d，因此近半個月的影像數(shù)據(jù)調(diào)閱最為頻繁，對調(diào)閱速度要求最高，而半個月之后的數(shù)據(jù)調(diào)閱頻率相對就沒那么高了。如果在線存儲規(guī)劃過大的話，對醫(yī)院而言這部分的投資就顯得浪費(fèi)。因此，根據(jù)PACS信息生命周期管理并結(jié)合我院的實際情況，最終我院將最近三個月的影像數(shù)據(jù)，存儲在存取速度最快的全光纖磁盤陣列，容量規(guī)劃為3.6TB（按40G/d×90d計算）。

而大量的近三個月前的所有影像數(shù)據(jù)，臨床經(jīng)常用于影像對比，相對調(diào)閱頻率較低，所以我們分別存儲在兩套物理空間不同的、存取較慢、但存儲量大且價格相對低廉的SATA磁盤陣列中，兩套歸檔存儲容量均為30TB。

我們都知道，醫(yī)學(xué)圖像的存儲占據(jù)大得驚人的存儲空間,由于我院采用的是SAN架構(gòu)，所以能夠在保證業(yè)務(wù)連續(xù)性的前提下自由增加磁盤陣列、帶庫和服務(wù)器等設(shè)備，使得整個系統(tǒng)的存儲空間和處理能力得以不斷擴(kuò)大。同時，由于醫(yī)學(xué)圖像中含有很多的無用信息，浪費(fèi)寶貴的數(shù)字資源，因此必須進(jìn)行有效的圖像壓縮再進(jìn)行存儲[3]。由于醫(yī)學(xué)圖像的特殊性，在進(jìn)行圖像壓縮時不能丟失任何對它有用的信息,為了不丟失圖像的有用信息，我院對兩套歸檔存儲數(shù)據(jù)采用了無損壓縮，壓縮比例可達(dá)3:1，節(jié)省了對歸檔存儲的投資，同時又不影響PACS系統(tǒng)整體性能。

2.3 構(gòu)建不間斷的服務(wù)器群

作為PACS系統(tǒng)的核心組成部分，PACS服務(wù)器控制著放射科工作流程和醫(yī)院整個圖像數(shù)據(jù)流程。它負(fù)責(zé)接收圖像采集設(shè)備送來的圖像，并把它們存儲到存儲設(shè)備中；對于臨床用戶，PACS服務(wù)器還提供病人圖像查詢提取服務(wù)。

我院PACS數(shù)據(jù)中心將這些服務(wù)器按功能模塊劃分為：數(shù)據(jù)管理服務(wù)器（共兩臺，互為備份）、數(shù)據(jù)獲取服務(wù)器（共三臺，分別獲取不同設(shè)備的影像資料）、RIS服務(wù)器。這些功能模塊不同的服務(wù)器單獨(dú)運(yùn)行在不同的刀片機(jī)上，通過SAN網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相互連接，這樣就形成了均衡負(fù)載、互為鏡像和備份、容錯功能強(qiáng)大的服務(wù)器群，從而保證了PACS數(shù)據(jù)中心能夠不間斷地穩(wěn)定工作[4]。

3 安全策略

3.1 數(shù)據(jù)存儲安全

在我院，影像獲取服務(wù)器在獲取圖像后首先存儲在速度最快的光纖主存儲中。同時，根據(jù)相應(yīng)的策略，將數(shù)據(jù)分別復(fù)制到兩套物理位置不同的歸檔備份存儲中。這樣，每一個影像實例至少有三個拷貝同時存于兩地，各級存儲間互為冗余，可以有效保護(hù)數(shù)據(jù)安全。雖然，三套存儲物理上不在一起，但對應(yīng)用來說是透明的。當(dāng)在線存儲故障時，系統(tǒng)自動啟用第一套歸檔備份存儲替代在線存儲工作。當(dāng)?shù)谝惶讱w檔備份存儲也故障時，系統(tǒng)自動啟用第二套歸檔存儲替代在線存儲工作。

由于PACS系統(tǒng)會相對頻繁地訪問到在線存儲，而備份存儲很少被用戶直接訪問，所以物理上將在線和其中一套歸檔備份存儲放置在信息中心機(jī)房里；同時另一方面出于安全方面的考慮（如信息中心機(jī)房意外斷電等情況），提高數(shù)據(jù)和應(yīng)用的可靠性，將另一套歸檔備份存儲放置在影像樓機(jī)房里，這樣就形成了院區(qū)級的容災(zāi)備份[5]。

3.2 硬件冗余

為了解決SAN網(wǎng)絡(luò)中的單點故障問題，我院在SAN網(wǎng)絡(luò)中采用兩臺光纖交換機(jī)形成冗余的結(jié)構(gòu)。同時，為了解決由于磁盤陣列中磁盤故障問題而引發(fā)的數(shù)據(jù)丟失，我們還購置兩塊光纖通道磁盤和四塊SATA接口磁盤放在倉庫備用。一旦陣列磁盤報警或故障，就可以及時更換磁盤，然后再向存儲陣列廠商報修，避免數(shù)據(jù)丟失。

3.3 其它安全及配套的工作制度

在我院PACS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，所有的影像設(shè)備直接連接到服務(wù)器，在服務(wù)器上統(tǒng)一管理這些影像設(shè)備[6]，防止未授權(quán)的設(shè)備給服務(wù)器帶來安全隱患；所有的影像瀏覽終端也直接連接到服務(wù)器，由服務(wù)器統(tǒng)一提供影像數(shù)據(jù)和權(quán)限控制，防止用戶對數(shù)據(jù)修改或刪除；影像設(shè)備的網(wǎng)段和業(yè)務(wù)網(wǎng)段劃分不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)（VLAN）[7]，這樣就避免了業(yè)務(wù)網(wǎng)的工作站對影像設(shè)備的直接訪問，保證了影像設(shè)備和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性。

同時，我院還建立了配套的日常維護(hù)制度，主要包括：① 每天上班前半小時查看網(wǎng)絡(luò)、存儲陣列、服務(wù)器等硬件是否存在異?；蚓娴惹闆r；② 嚴(yán)禁在PACS服務(wù)器上安裝與系統(tǒng)無關(guān)的其它軟件，定期查殺病毒；③ 定期更換系統(tǒng)管理員密碼；④ 每天查看服務(wù)器后臺日志和存儲空間情況；⑤ 每天查看系統(tǒng)壓縮歸檔備份是否正常[8]。對于系統(tǒng)出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象，立即向領(lǐng)導(dǎo)匯報并與有關(guān)公司聯(lián)系解決。

4 下一步存儲系統(tǒng)的擴(kuò)展

隨著我院舊PACS系統(tǒng)影像數(shù)據(jù)的不斷導(dǎo)入和256排CT的引進(jìn)，我院的PACS存儲容量和服務(wù)器也需要進(jìn)一步擴(kuò)展。由于我院采用的是SAN存儲架構(gòu)，因此將來擴(kuò)展就很方便。

5 結(jié)論

隨著數(shù)字化醫(yī)院建設(shè)的不斷深入，PACS系統(tǒng)數(shù)據(jù)已經(jīng)成為電子病歷不可或缺的部分。建設(shè)一套符合醫(yī)院發(fā)展、具備整體性能優(yōu)越、容錯能力強(qiáng)和可伸縮性的PACS存儲系統(tǒng)與相應(yīng)的安全管理策略，不但可以極大提高PACS系統(tǒng)整體性能和經(jīng)濟(jì)效益，同時作為PACS數(shù)據(jù)載體的存儲系統(tǒng)，也為區(qū)域醫(yī)療提供了堅實可靠的基礎(chǔ)。

[1] 許三忠.PACS建設(shè)中的存儲技術(shù)[J].醫(yī)學(xué)與工程,2003,5(1):106-109.

[2] 陳金雄.PACS規(guī)劃與選型決定系統(tǒng)建設(shè)的成敗[J].中國數(shù)字醫(yī)學(xué),2009,4(8):7-10.

[3] 何洪林,劉英.PACS系統(tǒng)中醫(yī)學(xué)圖像的交互式異地存儲系統(tǒng)[J].數(shù)理醫(yī)藥學(xué)雜志,2008,21(3):342-344.

[4] 李尚忠.數(shù)據(jù)備份策略分析研究[J].中國科技信息,2008(3):102．

[5] 金愛蘭.醫(yī)院信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)備份與容災(zāi)策略[J].醫(yī)學(xué)信息,2007,6(70):6．

[6] 劉波.關(guān)于PACS的安全問題[J].醫(yī)用放射技術(shù)雜志,2003(10):1-2.

[7] 郭雷,等.影像資料的特殊性給PACS帶來的網(wǎng)絡(luò)安全問題[J].中國醫(yī)院統(tǒng)計,2005,12(4):382-383.

[8] 嚴(yán)貴華,等.PACS安全對策及應(yīng)急流程[J].醫(yī)用放射技術(shù)雜志,2006(5):10-11.

R197.324

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.08.003

1674-1633(2010)08-0009-02

2010-03-02

作者郵箱：guozhixu_2000@yahoo.com.cn

Abstract: Objective This paper expatiated a PACS storage system security management strategy for development of the hospital which had the overall superior performance, fault-tolerant capability and scalability. Methods By analyzing the construction of PACS data storage and security management strategy,the paper explained our hospital PACS data storage and security management of specific programs. Results Hospital PACS data storage and security management solutions had enabled access to image data, the average speed of 5 seconds, the system had been running since the loss of data occurred. Conclusion Only to design a PACS storage system which had the overall superior performance, fault-tolerant capability and scalability with appropriate security management strategy and accorded with hospital development, PACS system could really play to the advantages, and provide a solid foundation for regional assistance.

Key words: PACS; SAN network; data storage; security management