我院PACS存儲(chǔ)及擴(kuò)容方案探討

朱超，緱文海，王福義，邵耀來

解放軍第59中心醫(yī)院 信息科，云南開遠(yuǎn) 661600

我院PACS存儲(chǔ)及擴(kuò)容方案探討

朱超，緱文海，王福義，邵耀來

解放軍第59中心醫(yī)院 信息科，云南開遠(yuǎn) 661600

目的 長(zhǎng)期規(guī)劃我院圖像存檔與傳輸系統(tǒng)（PACS）存儲(chǔ)及擴(kuò)容方案。方法 以我院PACS存儲(chǔ)及擴(kuò)容方案為例，探討在如今的存儲(chǔ)技術(shù)下，如何構(gòu)建經(jīng)濟(jì)高效的PACS存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。結(jié)果 經(jīng)濟(jì)高效的PACS存儲(chǔ)及擴(kuò)容方案可以在降低存儲(chǔ)成本的同時(shí)，提高存儲(chǔ)效率。結(jié)論 PACS的存儲(chǔ)設(shè)計(jì)是PACS實(shí)施的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，必須合理規(guī)劃，避免重復(fù)投入。

PACS；醫(yī)學(xué)圖像；存儲(chǔ)局域網(wǎng)絡(luò)；光纖通道

圖像存檔與傳輸系統(tǒng)（PACS），是醫(yī)院整體數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的重要組成部分[1-3]。PACS的總體目標(biāo)在于提高醫(yī)院影像綜合管理水平，其核心要素是滿足各影像科室及全院所有臨床科室對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)化存儲(chǔ)和檢索的要求。醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、保存時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)類型復(fù)雜、安全性高、數(shù)據(jù)吞吐量大等特點(diǎn)，這就直接導(dǎo)致了PACS的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)必須具有完整性、高穩(wěn)定性、高安全性、高性能、易擴(kuò)展、成本經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)才可以滿足PACS功能的需要。在實(shí)際中，PACS系統(tǒng)的存儲(chǔ)問題一直是PACS系統(tǒng)必須面對(duì)的難點(diǎn)問題。隨著圖像檢查技術(shù)的進(jìn)步和醫(yī)院的快速發(fā)展，圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)問題日益受到關(guān)注。

1 需求分析

我院是滇南地區(qū)唯一的一所三級(jí)甲等醫(yī)院，PACS于2008年初正式上線運(yùn)行。我院PACS服務(wù)器采用兩臺(tái)HP的機(jī)架式服務(wù)器，利用Windows2003集群件組成雙機(jī)熱備集群。存儲(chǔ)則是使用兩個(gè)HP的企業(yè)虛擬磁盤陣列（EVA8100）作為介質(zhì)，每個(gè)EVA配有300GB的光纖（FC）硬盤10塊，總?cè)萘?TB，分為3個(gè)虛擬磁盤，每個(gè)2TB。服務(wù)器和存儲(chǔ)通過光纖交換機(jī)組成FC-SAN。3年來，醫(yī)院發(fā)展迅速，病人數(shù)量大量增加，放射科相繼引入新的檢查設(shè)備，每月的圖像數(shù)據(jù)量達(dá)到200GB，空閑容量只剩600GB。顯然，原來的圖像存儲(chǔ)方式已經(jīng)不能滿足醫(yī)院現(xiàn)在的需要，存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)需要重新規(guī)劃并擴(kuò)容。

2 硬件方案

2.1 存儲(chǔ)架構(gòu)

如今，存儲(chǔ)技術(shù)迅速發(fā)展，高性能的存儲(chǔ)局域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network，F(xiàn)C-SAN）無疑已經(jīng)成為了PACS存儲(chǔ)架構(gòu)的首選[4-5]。FC-SAN相對(duì)于傳統(tǒng)的直連存儲(chǔ)（Direct Attached Storage，DAS）、附網(wǎng)存儲(chǔ)（Network Attached Storage，NAS），具有明顯的優(yōu)勢(shì)：從存儲(chǔ)設(shè)備的結(jié)構(gòu)來看，F(xiàn)CSAN通過多條冗余的光纖通道，可以獲得更高的磁盤讀寫帶寬；從連接拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來看，F(xiàn)C-SAN通過鏈路層交換提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多路的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，從而使整個(gè)系統(tǒng)的總帶寬隨著設(shè)備的增多而相應(yīng)增大；從傳輸介質(zhì)來看，F(xiàn)C-SAN使用光纖實(shí)現(xiàn)信號(hào)穩(wěn)定的遠(yuǎn)距離傳輸，使用光纖交換機(jī)提高處理能力，使用HBA卡，獨(dú)立處理數(shù)據(jù)，減輕主機(jī)數(shù)據(jù)處理壓力；從相應(yīng)并發(fā)操作能力來看，F(xiàn)C-SAN在大并發(fā)操作時(shí)仍能保持穩(wěn)定、安全、高性能的數(shù)據(jù)傳輸；從設(shè)備的穩(wěn)定性來看，F(xiàn)C-SAN專為企業(yè)級(jí)的核心數(shù)據(jù)及應(yīng)用設(shè)計(jì)，使用光纖通道協(xié)議，該協(xié)議大部分功能基于硬件，提高了整個(gè)FC-SAN的穩(wěn)定性；從可擴(kuò)展性來看，F(xiàn)C-SAN使用光媒介進(jìn)行傳輸，設(shè)備大多支持熱插拔，擴(kuò)展能力強(qiáng)。

2.2 存儲(chǔ)策略

由于PACS影像數(shù)據(jù)量巨大且增長(zhǎng)迅速，同時(shí)，也因?yàn)獒t(yī)療信息需求與時(shí)間的相關(guān)性，所以醫(yī)院不可能也沒有必要將所有的圖像都置于最高速的存儲(chǔ)中。存儲(chǔ)策略依賴于存儲(chǔ)產(chǎn)品和PACS產(chǎn)品，不同的存儲(chǔ)產(chǎn)品和PACS系統(tǒng)支持的存儲(chǔ)策略會(huì)有不同，不同的醫(yī)院也應(yīng)根據(jù)自身實(shí)際選擇不同的存儲(chǔ)策略。存儲(chǔ)策略包括分級(jí)存儲(chǔ)管理、分層存儲(chǔ)管理、基于分布式PACS的分布式存檔機(jī)制等。我院的PACS采用的是時(shí)間分級(jí)存儲(chǔ)管理。根據(jù)調(diào)研和經(jīng)驗(yàn)，將圖像按照時(shí)間分為3級(jí)，分別使用在線、近線和離線的方式進(jìn)行存儲(chǔ)。在線存儲(chǔ)近3年的影像文件，使用兩個(gè)升級(jí)后的EVA8100配合20塊300GB的FC硬盤，提供最高速的數(shù)據(jù)訪問。近線存儲(chǔ)3～6年的影像數(shù)據(jù)，使用EVA6400配合10塊750GB的SATA硬盤，提供次一級(jí)的高速數(shù)據(jù)訪問。離線存儲(chǔ)6年前的影像數(shù)據(jù)，使用虛擬帶庫，需要時(shí)導(dǎo)入查詢。每年使用PACS的歸檔功能，將在線存儲(chǔ)中最早1年的PACS影像歸檔到近線存儲(chǔ)，并將近線存儲(chǔ)中最早1年的PACS影像備份到虛擬帶庫。

3 軟件方案

軟件方案主要是指操作系統(tǒng)層面的磁盤管理和無縫擴(kuò)容。

如果PACS使用的是FC-SAN，那么一般情況下都是使用存儲(chǔ)陣列。國(guó)際知名服務(wù)器廠家如HP、IBM使用的存儲(chǔ)陣列都是使用虛擬磁盤的方式劃分[6-7]，劃分的虛擬磁盤空間不再局限于單個(gè)物理硬盤容量。而如今，大部分的PACS系統(tǒng)的圖像存儲(chǔ)還是使用文件系統(tǒng)管理。平時(shí)使用的主流NTFS支持的最大分區(qū)大小僅是2TB，這明顯無法滿足PACS大容量分區(qū)存儲(chǔ)的需要。此外，如果醫(yī)院使用的PACS的圖像存儲(chǔ)是基于磁盤分區(qū)路徑的，那么過多的磁盤分區(qū)會(huì)造成PACS圖像讀取性能的降低。因此，PACS分區(qū)必須使用GPT（Globally Unique Identifier Partition Table Format，GPT）文件系統(tǒng)。GPT是一種基于Itanium計(jì)算機(jī)中的可擴(kuò)展固件接口（EFI）使用的磁盤分區(qū)架構(gòu)。與傳統(tǒng)的主啟動(dòng)記錄（MBR）分區(qū)方法（NTFS）相比，GPT具有更多的優(yōu)點(diǎn)：允許每個(gè)磁盤有多達(dá)128個(gè)分區(qū)，支持高達(dá)18EB（1EB≈1千兆兆字節(jié)）的卷大小，允許將主磁盤分區(qū)表和備份磁盤分區(qū)表用于冗余，還支持唯一的磁盤和分區(qū)ID（GUID）。這些特點(diǎn)決定了GPT是PACS磁盤分區(qū)的首選。根據(jù)我院的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及Windows官方文檔說明，Windows2003集群是不支持GPT的。為了解決這一難題，微軟提供了一個(gè)補(bǔ)丁，用戶可以安裝windows2003sp3補(bǔ)丁或直接到微軟官網(wǎng)上下載這個(gè)補(bǔ)丁安裝，即可在Windows2003集群下實(shí)現(xiàn)GPT。

擴(kuò)容方式也是設(shè)計(jì)PACS存儲(chǔ)時(shí)必須考慮的一個(gè)重要方面。非集群的基于Windows的PACS系統(tǒng)可以使用Windows自帶的卷管理系統(tǒng)，將磁盤轉(zhuǎn)換為動(dòng)態(tài)卷，然后多個(gè)動(dòng)態(tài)卷再組成跨區(qū)卷。擴(kuò)容只需將新加磁盤轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)卷后加入到跨區(qū)卷中，就可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)分區(qū)的不斷擴(kuò)充。但是，微軟官方文檔指出動(dòng)態(tài)卷不可應(yīng)用于Windows集群，同時(shí)也沒有發(fā)布相應(yīng)的補(bǔ)丁來解決這個(gè)問題。為此，我院根據(jù)存儲(chǔ)陣列的虛擬化磁盤劃分方式，得出一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案。以我院HP-EVA為例，通過HP的CommandView軟件，修改并增加原始劃分的PACS虛擬磁盤的容量。這時(shí)操作系統(tǒng)的磁盤掃描結(jié)果會(huì)顯示原來PACS磁盤分區(qū)的尾部附加上了我院新增加的空間，但是這部分空間現(xiàn)在還無法使用。這種情況下，必須使用微軟的DISKPART磁盤分區(qū)工具對(duì)分區(qū)進(jìn)行擴(kuò)展。具體方法是CMD -> DISKPART -> SELECT VOLUME -> EXTEND。這樣，新加的磁盤空間將會(huì)完全并入原有分區(qū)并可正常使用。

4 結(jié)束語

PACS存儲(chǔ)方案的設(shè)計(jì)和選擇對(duì)于PACS的健康發(fā)展至關(guān)重要。醫(yī)院選擇PACS的時(shí)候應(yīng)當(dāng)將PACS所支持的存儲(chǔ)架構(gòu)的先進(jìn)性列入評(píng)估范圍，避免后期軟件約束硬件的性能。選擇硬件時(shí)也應(yīng)當(dāng)考慮到存儲(chǔ)產(chǎn)品對(duì)各種存儲(chǔ)方案的支持程度，根據(jù)醫(yī)院的規(guī)模、病人數(shù)量、檢查設(shè)備等因素綜合考慮，在滿足需要的基礎(chǔ)上適度的超前，避免重復(fù)投入。

[1] 潘粵寧. PACS存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)數(shù)字醫(yī)學(xué),2007,(8):54-56.

[2] 張英偉.IBM PACS存儲(chǔ)解決方案[J].中國(guó)數(shù)字醫(yī)學(xué),2007,(8): 57-59.

[3] 黃鄰彬.PACS運(yùn)行成本的探討[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2008,(9): 41-42.

[4] 黃衛(wèi)平.存儲(chǔ)局域網(wǎng)(SAN)應(yīng)用于PACS中解決方案探討[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2004,(4):40-41.

[5] 顏紅梅. PACS系統(tǒng)影像存儲(chǔ)解決方案[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志,2004,(6):327-328.

[6] 袁靜,王新國(guó). PACS系統(tǒng)影像存儲(chǔ)技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2008,23(2):41-44.

[7] 馬錫坤,于京杰,楊國(guó)斌.存儲(chǔ)虛擬化技術(shù)在醫(yī)院信息系統(tǒng)平臺(tái)中的作用[J].中國(guó)醫(yī)療設(shè)備,2011,26(10):39-40.

Discussion on Schema for Storage and Expansion of PACS

ZHU Chao, GOU Wen-hai, WANG Fu-yi, SHAO Yao-lai
Information Department, 59thCentral Hospital of PLA, Kaiyuan Yunnan 661600, China

Objective To layout the storage and expansion of hospital Picture Archiving and Communication System (PACS) in long term. Methods Taking my hospital as an example, how to construct economical and effective storage structure based on nowadays storage technology is discussed. Results Economical and effective storage schema can lower the costs, while improving the effect. Conclusion The design of storage is the point and difficulty of PACS. The schema of storage and expansion should be reasonably layout to prevent iterant input.

PACS; medical image; storage local area network; f ber channel

TP333

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.04.013

1674-1633(2012)04-0046-02

2011-09-01

作者郵箱：bryant19860326@126.com