對象存儲、TruRez機制在雙機雙核PACS架構(gòu)下的實施

彭遠

摘要：我院PACS系統(tǒng)已運行使用多年，軟硬件故障頻發(fā)，亟待重新規(guī)劃建設(shè)新系統(tǒng)。本文主要介紹在“雙機雙核”架構(gòu)及超融合虛擬化平臺下，升級硬件、引入對象存儲機制及TruRez增量傳輸技術(shù)建設(shè)我院PACS系統(tǒng)的實施經(jīng)驗。本次改造升級后有效提升了系統(tǒng)歸檔及調(diào)閱速度，改善了存儲利用率，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：PACS;虛擬化;對象存儲;TruRez

中圖分類號：TP399 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：B ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.22.004

文章編號：1006-1959（2019）22-0011-02

Implementation of Object Storage and TruRez Mechanism in

Dual-machine Dual-core PACS Architecture

PENG Yuan

（Department of Information Engineering，Jiangsu Provincial Traditional Chinese MedicineHospital，Nanjing 210029，Jiangsu，China）

Abstract：The PACS system of our hospital has been in operation for many years， and hardware and software failures occur frequently， and it is urgent to re-plan and build a new system. This paper mainly introduces the implementation experience of building a PACS system in our hospital under the "dual-machine dual-core" architecture and hyper-converged virtualization platform， upgrading hardware， introducing object storage mechanism and TruRez incremental transmission technology. After the upgrade and upgrade， the system archive and access speed are effectively improved， the storage utilization rate is improved， and the system stability is improved.

Key words：PACS;Virtualization;Object storage;TruRez

江蘇省中醫(yī)院放射科現(xiàn)有DR、CT、MR、RF、MG等檢查設(shè)備共計23臺，日均檢查患者約1280人，影像數(shù)據(jù)量約4.2 TB/月。隨著醫(yī)院發(fā)展規(guī)模擴大，設(shè)備及檢查量逐年增加，原系統(tǒng)軟件功能和硬件設(shè)施已難以滿足工作需要。為規(guī)范科室工作流程、提升工作效率，需在現(xiàn)有基礎(chǔ)環(huán)境上，規(guī)劃建設(shè)新的PACS系統(tǒng)。本文主要對本次系統(tǒng)架構(gòu)、服務(wù)器存儲、壓縮傳輸技術(shù)的升級情況進行分析，旨在為醫(yī)院建設(shè)PACS系統(tǒng)提供參考。

1系統(tǒng)架構(gòu)方案

1.1雙機熱備架構(gòu) ?我院原系統(tǒng)核心服務(wù)器為雙機熱備（active/standby）集群架構(gòu)，兩臺服務(wù)器互為備份、共用存儲，主服務(wù)器出現(xiàn)故障時通過心跳診斷將standby設(shè)備激活。此架構(gòu)較為通用經(jīng)濟，但存在一定缺點：①只有一份存儲和在線數(shù)據(jù)，風(fēng)險較大，系統(tǒng)故障時數(shù)據(jù)恢復(fù)時間長;②服務(wù)器不能分開部署，維修升級需要停機;③適用于數(shù)據(jù)量不大、應(yīng)用相對簡單的系統(tǒng)。隨著我院發(fā)展規(guī)模擴大，該PACS系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)多、數(shù)據(jù)量大、持續(xù)訪問時間長，此種架構(gòu)方式并不高效[1]，已不符合我院需求。

1.2雙機雙核架構(gòu) ?本次PACS系統(tǒng)升級使用GEPACS V6.0、RIS V3.0系統(tǒng)，并采用“雙機雙核”架構(gòu)，承擔(dān)整個系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)庫查詢存取、工作站管理、圖像管理、圖像壓縮、流程調(diào)度等功能。系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

雙機雙核架構(gòu)以兩臺高性能數(shù)據(jù)庫服務(wù)器為中心，負載均衡控制器在影像傳輸服務(wù)器、臨床WEB瀏覽服務(wù)器、中間件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫網(wǎng)管服務(wù)器間自動分配工作量[2]。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器協(xié)調(diào)各子單元工作、同步數(shù)據(jù)更新，故障發(fā)生時可做到快速響應(yīng)切換。

與雙機熱備架構(gòu)相比，雙機雙核系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)勢有以下幾點：①服務(wù)器可分開部署，兩份核心在線數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向備份并保持實時同步;②通過2臺深信服AD-1000負載均衡設(shè)備，實現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)器的智能化負載均衡，提升設(shè)備利用率;③實現(xiàn)主備機房的容災(zāi)備份，維修不停機;④應(yīng)用切換由硬件實現(xiàn)，可實現(xiàn)毫秒級切換。

2硬件改造升級

2.1超融合虛擬化 ?本次系統(tǒng)升級前，PACS系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)運行在6臺HP DL380GS服務(wù)器上，存在的問題：①已運行使用8年，硬件老化和性能不足致使故障頻發(fā);②在機房位置分散，占地空間大;③內(nèi)存及空間不易擴展。為方便PACS/RIS應(yīng)用服務(wù)的統(tǒng)一集中管理、性能監(jiān)控分析、資源彈性分配及擴展，新系統(tǒng)將應(yīng)用服務(wù)集中部署在超融合虛擬化環(huán)境中，可根據(jù)需求配置系統(tǒng)及計算、存儲資源，通過軟件層面全分布式架構(gòu)和數(shù)據(jù)冗余技術(shù)，實現(xiàn)高可用性和高伸縮性，性能、容量隨節(jié)點數(shù)增加而線性增加[3]。

2.2對象存儲 ?隨著醫(yī)院就診量逐年增長及臨床診斷需采集更為豐富的影像信息，我院影像數(shù)據(jù)量逐年增長，2018年放射科全年數(shù)據(jù)量達60 T，較上年增加了約8 T。原存儲模式為目錄樹結(jié)構(gòu)的文件存儲，這種存儲模式較為通用，但讀寫速率低、傳輸速度慢，高峰時段常會阻塞圖像歸檔及調(diào)閱，影響膠片報告發(fā)放及臨床診斷。本次升級采用對象存儲機制，按照1年在線存儲+3年近線存儲規(guī)劃，基于華為H22H-05對象存儲設(shè)備（object-based storage device，OSD）構(gòu)建存儲系統(tǒng)，其特點是容量大、速度快、擴展靈活[4]。對象存儲將數(shù)據(jù)節(jié)點和控制節(jié)點分離，數(shù)據(jù)節(jié)點負責(zé)影像原始數(shù)據(jù)處理，控制節(jié)點管理對象的屬性元數(shù)據(jù)，如患者基本信息、創(chuàng)建時間、圖像大小、設(shè)備信息等，這種存儲架構(gòu)將傳統(tǒng)樹形結(jié)構(gòu)改變?yōu)楸馄浇Y(jié)構(gòu)，能有效加快數(shù)據(jù)檢索速度并提高存儲利用率[5]。兩種存儲方式區(qū)別見圖2。

3 TruRez增量傳輸技術(shù)

我院放射科報告端約120臺，門診及病區(qū)瀏覽端約800臺，原系統(tǒng)報告端及瀏覽端均為C/S模式，高峰時間段閱圖時，帶寬和存儲讀寫壓力大、圖像加載時間長、客戶端卡頓情況頻發(fā)，影響醫(yī)師工作效率。因此，在兼顧數(shù)據(jù)存儲容量的前提下，如何高效利用數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)快速無失真壓縮、解壓縮，是提升PACS系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸、處理、顯示性能的關(guān)鍵。

TruRez是影像傳輸中多分辨率無失真壓縮技術(shù)，可針對屏幕支持的分辨率適當(dāng)提供影像數(shù)據(jù)大小，解決帶寬壓力大時傳輸延時問題，保證全院PACS高峰運行時的實時顯像。診斷組采用客戶端方式閱圖，臨床采用WEB瀏覽端閱圖[6]。TruRez合并無失真因子wavelet變換法與CompressXPressHuffman法，對服務(wù)器中的影像數(shù)據(jù)做轉(zhuǎn)換和壓縮。當(dāng)調(diào)閱圖像時，服務(wù)器可傳輸壓縮檔圖像至診斷工作站。對非診斷工作站，TruRez機制先傳輸屏幕指定分辨率的足夠影像數(shù)據(jù)，根據(jù)工作站對圖像的操作和放大，服務(wù)器再傳輸更多像素的數(shù)據(jù)以顯示更為清晰的影像，最大限度地降低影像傳輸對帶寬的要求，減少圖像調(diào)取延時及緩解院內(nèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力。

4改造升級效果

本次PACS升級實際效果：①雙機雙核架構(gòu)/服務(wù)器存儲升級：系統(tǒng)服務(wù)穩(wěn)定運行，硬件故障風(fēng)險降低;②對象存儲：存儲利用率在文件存儲基礎(chǔ)上提升16%，有效提升影像歸檔及調(diào)閱速率;③超融合虛擬化：方便應(yīng)用服務(wù)器統(tǒng)一運維管理及資源動態(tài)調(diào)整分配;④TruRez：結(jié)合對象存儲及網(wǎng)絡(luò)改造，影像調(diào)閱速率提升15倍。

PACS作為重要的醫(yī)技系統(tǒng)，是醫(yī)院信息化建設(shè)的重點。此次系統(tǒng)改造提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性和健壯性，有效解決影像歸檔及調(diào)閱速度慢、系統(tǒng)落后的痛點問題，改善了數(shù)據(jù)傳輸、處理及顯示性能，進一步提升了我院的信息化水平和服務(wù)質(zhì)量。

參考文獻：

[1]曹志新，沈君姝，李昂.醫(yī)院PACS/RIS系統(tǒng)的架構(gòu)和實施探討[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2014，35（1）：57-59.

[2]李曉菲.負載均衡技術(shù)在醫(yī)院PACS系統(tǒng)升級、改造中的應(yīng)用[J].臨床醫(yī)學(xué)工程，2017，24（1）：21-22.

[3]鄧曉焱，何仲廉，馬嘉潛.PACS服務(wù)器與存儲集群系統(tǒng)遷移方案設(shè)計及實現(xiàn)[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2015，30（3）：124-126.

[4]陳濤，肖儂，劉芳.對象存儲系統(tǒng)中自適應(yīng)的元數(shù)據(jù)負載均衡機制[J].軟件學(xué)報，2013，2（1）：331-342.

[5]Raúl Gracia-Tinedo，Josep Sampé，Gerard París.Software-defined object storage in multi-tenant environments[J].Future Generation Computer Systems，2019，3（20）：54-72.

[6]李享，束研，張紅，等.基于WEB的全院性PACS體系改進與優(yōu)化[J].中國數(shù)字醫(yī)學(xué)，2011，6（7）：94-96.

收稿日期：2019-8-31;修回日期：2019-9-7

編輯/成森