基于SAN架構(gòu)的PACS存儲(chǔ)方式

魏明

（解放軍第一七四醫(yī)院 福建 廈門 361003）

PACS （Picture Archiving and Communication System），存儲(chǔ)作為整個(gè)系統(tǒng)的重中之重，一直是醫(yī)療機(jī)構(gòu)、科研單位、設(shè)備廠商關(guān)注的焦點(diǎn)。存儲(chǔ)的性能直接影響PACS的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)整個(gè)醫(yī)療業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行造成影響。同時(shí)PACS的投入是巨大的，尤其是在服務(wù)器、存儲(chǔ)等硬件方面，并且一旦定型投入使用，在一段時(shí)間里對(duì)整個(gè)架構(gòu)是難以進(jìn)行調(diào)整的。因此，如何在成本、性能、維護(hù)、使用等多方面尋求到一個(gè)平衡，是自PACS創(chuàng)建以來，各方面一直追尋的目標(biāo)。而SAN架構(gòu)的出現(xiàn)，為解決這一目標(biāo)提供了可行的實(shí)施方案。

表1 FC-SAN與IP-SAN架構(gòu)對(duì)比Tab.1 FC-SAN and IP-SAN architecture comparison

1 SAN架構(gòu)概述

SAN（Storage Area Network）是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的產(chǎn)物，以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，將存儲(chǔ)系統(tǒng)與服務(wù)器獨(dú)立開來[1]，成為獨(dú)立的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)。通過基于光纖通道或IP標(biāo)準(zhǔn)的存儲(chǔ)方式，它提供了吉比特級(jí)別的速度、長(zhǎng)距離的傳輸距離；是一個(gè)用在服務(wù)器和存儲(chǔ)資源之間專用的、高性能的網(wǎng)絡(luò)體系[2]。目前，SAN架構(gòu)主要分為FC-SAN和IP-SAN。兩種架構(gòu)各有利弊，互為補(bǔ)充。如表1為兩種架構(gòu)的對(duì)比情況。

2 PACS對(duì)存儲(chǔ)的要求

2.1 穩(wěn)定可靠

醫(yī)療活動(dòng)不同于其他商業(yè)營(yíng)運(yùn)，醫(yī)學(xué)影像存儲(chǔ)系統(tǒng)必須具備7×24 h的高可用性。對(duì)于患者，特別是危重患者，重復(fù)檢查不僅是費(fèi)用的增加，同時(shí)也會(huì)增加他們的痛苦，降低救治機(jī)率。因而一個(gè)穩(wěn)定可靠的存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)于患者是第一位。

2.2 方便快捷

患者在檢查科室完成檢查后，醫(yī)生總是希望在第一時(shí)間能瀏覽到患者的檢查影像和初步報(bào)告。這些直觀的資料對(duì)于醫(yī)生對(duì)患者病情的判斷有決定性的作用，使醫(yī)生能夠及時(shí)調(diào)整對(duì)患者的治療方式和方法，也為患者的救治爭(zhēng)取到更多的時(shí)間。

2.3 成本控制

醫(yī)院做為一個(gè)特殊的商業(yè)機(jī)構(gòu)，在救死扶傷的同時(shí)，也要兼顧自身的商業(yè)利益。而醫(yī)學(xué)影像存儲(chǔ)系統(tǒng)是一個(gè)要求容量大、保存時(shí)間長(zhǎng)、保障性強(qiáng)，需要投入大量的人力、物力、財(cái)力的系統(tǒng)。雖然隨著技術(shù)的發(fā)展，存儲(chǔ)介質(zhì)的容量、安全性、性價(jià)比不斷有新的突破，但醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)容量之龐大、存儲(chǔ)期限之長(zhǎng)、對(duì)數(shù)據(jù)完整性要求之高仍然無法被忽視。因此，良好的性價(jià)比對(duì)于存儲(chǔ)系統(tǒng)的良性運(yùn)行也是一個(gè)關(guān)鍵所在。

2.4 可擴(kuò)展性

醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)量是巨大的，管理部門必須及時(shí)擴(kuò)充存儲(chǔ)容量以滿足數(shù)據(jù)增長(zhǎng)的需要。而基于醫(yī)院醫(yī)療行為的特殊性，存儲(chǔ)設(shè)備必須達(dá)到7×24 h工作狀態(tài)。為存儲(chǔ)設(shè)備擴(kuò)容應(yīng)處于不停機(jī)的方式下，并且對(duì)于新增存儲(chǔ)介質(zhì)的處理（比如RAID的設(shè)置），也應(yīng)不干擾原系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.5 災(zāi)難恢復(fù)

醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)對(duì)于患者、醫(yī)療、科研、教學(xué)都有著重要價(jià)值，通過影像數(shù)據(jù)人們可以客觀真實(shí)地了解到患者當(dāng)時(shí)的情況，而不僅僅是一紙報(bào)告。對(duì)于管理部門來說，存儲(chǔ)系統(tǒng)在提供快速便捷的查詢功能的同時(shí)，數(shù)據(jù)的備份、恢復(fù)同樣是重中之重。存儲(chǔ)介質(zhì)總是會(huì)遇到這樣那樣的問題，無法保證存儲(chǔ)在其上的數(shù)據(jù)的安全性。因此當(dāng)意外來臨時(shí)，存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠?yàn)楣芾聿块T提供一個(gè)怎樣的災(zāi)難恢復(fù)方案，是衡量存儲(chǔ)系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。

3 SAN架構(gòu)對(duì)PACS提供的強(qiáng)有力支持

無論是基于SAN架構(gòu)的FC SAN模式或是IP SAN模式，SAN架構(gòu)都可以很好地滿足PACS對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)高速、大容量、可擴(kuò)展、強(qiáng)容災(zāi)性的要求。這是對(duì)PACS的強(qiáng)有力支持。

3.1 SAN架構(gòu)為存儲(chǔ)系統(tǒng)提供了很好的可靠性

SAN架構(gòu)下，服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備之間的協(xié)議是專為數(shù)據(jù)密集型存取所設(shè)計(jì)，能滿足PACS所要求的高效的數(shù)據(jù)存取[3]。SAN架構(gòu)將服務(wù)器與存儲(chǔ)系統(tǒng)獨(dú)立開來，將存儲(chǔ)設(shè)備集中進(jìn)行管理，從而組成一個(gè)獨(dú)立于應(yīng)用層的網(wǎng)絡(luò)，使得兩方面各司其職，避免了單點(diǎn)故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性。

SAN架構(gòu)下，存儲(chǔ)系統(tǒng)不再依附于服務(wù)器，服務(wù)器的性能高低不再是影響存儲(chǔ)性能的關(guān)鍵，而服務(wù)器自身也因此極大地降低了CPU負(fù)載。通過軟件群集方式或是硬件冗余方式，服務(wù)器發(fā)生當(dāng)機(jī)時(shí)，存儲(chǔ)系統(tǒng)本身并不受任何影響，備份服務(wù)器可以直接連上存儲(chǔ)系統(tǒng)，承載關(guān)鍵性業(yè)務(wù)的運(yùn)行，極大地縮短了當(dāng)機(jī)時(shí)間，減輕了IT部門的壓力，保證了關(guān)鍵性業(yè)務(wù)的平穩(wěn)運(yùn)行。

3.2 SAN架構(gòu)為存儲(chǔ)系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的擴(kuò)展性。

PACS作為醫(yī)療業(yè)務(wù)流暢運(yùn)行的關(guān)鍵部分，為電子病歷、遠(yuǎn)程會(huì)診、數(shù)字化病案乃至區(qū)域醫(yī)療提供影像支持。同時(shí)，PACS對(duì)存儲(chǔ)容量的需求又是巨大的，并且需要在確保醫(yī)療業(yè)務(wù)正常運(yùn)行的情況下進(jìn)行存儲(chǔ)的擴(kuò)容。SAN架構(gòu)使存儲(chǔ)系統(tǒng)的擴(kuò)展性得到了巨大的提升。SAN的結(jié)構(gòu)允許任何服務(wù)器連接到任何存儲(chǔ)陣列[4]，并且擴(kuò)展時(shí)對(duì)應(yīng)用層沒有任何影響，正常的業(yè)務(wù)不會(huì)中斷。用戶只需要將存儲(chǔ)設(shè)備加入到SAN架構(gòu)中，并通過管理軟件設(shè)置好，服務(wù)器就可以輕松地連接上新增的存儲(chǔ)，從而組建一個(gè)真正的海量的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

3.3 SAN架構(gòu)為存儲(chǔ)系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的容災(zāi)性

通過SAN架構(gòu)，用戶可以在很遠(yuǎn)的距離上，實(shí)現(xiàn)高速、可靠的異地容災(zāi)?；贔C SAN模式，傳輸距離的長(zhǎng)短受限于光纖最大距離的影響，即10公里；基于IP SAN模式，使用ISCSI技術(shù)[5]，理論上傳輸距離可以無限遠(yuǎn)，并且可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享。而無論是基于哪種模式，SAN架構(gòu)都為用戶帶來了強(qiáng)大的異地容災(zāi)能力。在實(shí)際應(yīng)用中，我們可以通過加入磁盤陣列、磁帶庫、光盤塔等不同的存儲(chǔ)設(shè)備，使用不同的存儲(chǔ)介質(zhì)，對(duì)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行備份。存儲(chǔ)之間互為冗余，有效地提高了醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)的安全性和容災(zāi)性。

3.4 SAN架構(gòu)為存儲(chǔ)系統(tǒng)提供了合理的性價(jià)比

存儲(chǔ)系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心的核心設(shè)備，對(duì)其的投入是非常巨大的。因此，一個(gè)合理的性價(jià)比對(duì)于存儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行也至關(guān)重要。相比較而言，F(xiàn)C SAN模式購買和維護(hù)成本較高，但傳輸速度、可靠性毋庸置疑；IP SAN模式可以很好地利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，兼容性好，維護(hù)難度相比FC SAN模式低，成本控制較好。目前，在線存儲(chǔ)設(shè)備基本上都選用存取速度最快的光纖存儲(chǔ)設(shè)備，而近線存儲(chǔ)或是離線存儲(chǔ)基本上選用存取速度較慢，但價(jià)格相對(duì)便宜的SATA磁盤陣列。同時(shí)，運(yùn)用無損壓縮技術(shù)對(duì)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，更好地利用存儲(chǔ)空間，以實(shí)現(xiàn)合理的性價(jià)比。

4 討 論

PACS自問世以來，已經(jīng)歷了3個(gè)階段?！皵?shù)據(jù)找用戶”是現(xiàn)階段最突出的特點(diǎn)，即區(qū)別于第一代的“用戶找數(shù)據(jù)”、第二代的“數(shù)據(jù)找設(shè)備”。第三代PACS旨在實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的工作狀態(tài)，將人工干預(yù)最大程度的減少。第三代的PACS類似于主動(dòng)服務(wù)，而這對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)吞吐量等各方面都提出了更高的要求。而早期的存儲(chǔ)系統(tǒng)（DAS、NAS）在可靠性、穩(wěn)定性、傳輸速度上已經(jīng)無法滿足第三代PACS的需求。同時(shí)，隨著大型檢查設(shè)備的投入使用（例如320CT、PETCT），數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)呈現(xiàn)出幾何增長(zhǎng)，而醫(yī)療機(jī)構(gòu)對(duì)于醫(yī)學(xué)影像的存儲(chǔ)期限通常較長(zhǎng)，這對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的擴(kuò)展性、易用性、可維護(hù)性是一種最直接的檢驗(yàn)。

SAN架構(gòu)作為一種企業(yè)級(jí)的存儲(chǔ)系統(tǒng)解決方案，其技術(shù)的先進(jìn)、高可靠、迅捷的傳輸速度、強(qiáng)大的擴(kuò)展能力、良好的可維護(hù)性、較好的安全性等，使其已經(jīng)成為存儲(chǔ)系統(tǒng)解決方案的主流。FC SAN模式和IP SAN模式，分別有所側(cè)重，很好地兼顧了任務(wù)關(guān)鍵性和分布式的工作環(huán)境；在性價(jià)比方面，使得用戶可以根據(jù)自身的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。同時(shí)，隨著技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)C SAN和IP SAN兩種模式進(jìn)行了有益的嘗試，從協(xié)議方面實(shí)現(xiàn)融合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，將兩種模式的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到最大，為用戶帶來更強(qiáng)大的功能和可靠性。

當(dāng)然，要想使SAN架構(gòu)能更好的為醫(yī)療機(jī)構(gòu)、患者服務(wù)，只有好的技術(shù)和解決方案是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。再好的技術(shù)和解決方案也離不開人的參與。單就SAN架構(gòu)本身來說，也存在著單點(diǎn)故障的問題。因此，只有通過良好的管理與維護(hù)，關(guān)注整個(gè)架構(gòu)的狀態(tài)與性能，硬件是否正常，日志中是否出現(xiàn)異常記錄，是否有計(jì)算機(jī)病毒等，才能發(fā)揮SAN架構(gòu)應(yīng)有的性能，體現(xiàn)它的價(jià)值，確保PACS的運(yùn)行順暢。

5 結(jié)束語

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[6]。同時(shí)，PACS與其他醫(yī)療支持系統(tǒng)又有著很大的不同。其海量的數(shù)據(jù)量、實(shí)時(shí)性、長(zhǎng)期的在線時(shí)間，對(duì)于醫(yī)療機(jī)構(gòu)的IT部門是一個(gè)巨大的壓力。因此，一個(gè)高效可靠、速度快、易于維護(hù)、備份方便的存儲(chǔ)系統(tǒng)就成為PACS的關(guān)鍵。同時(shí)，通過硬件上的冗余方式或是軟件上的群集方式，將系統(tǒng)因故障當(dāng)機(jī)的時(shí)間壓縮為接近于零，確保了PACS 7×24 h的工作狀態(tài)，保障了醫(yī)療業(yè)務(wù)的順利進(jìn)行。

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