构建PACS系统云存储-医疗详解

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1、构建PACS系统云存储关键词：医院信息化医疗信息化区域医疗PACS云计算云存储Symantec赛门铁克 统一标准摘要随着医院PACS项目逐渐普及，很多地区已经从省会级城市扩展到地市级、乃至区县级城市。另一方面，很多 PACS建设较早的医院已经遇到数据量激增导致的瓶颈。如何利用先进的云存储理念来进行区域级PACS存储平台的建设，以应对PACS影像数据激增的压力，并为区域信息共享提供统一的标准，已经成为医院和各级卫生行政主管部门所面临的重要议题。云存储平台可以为医院和区域医疗提供PACS影像统一的标准，为长期的健康信息保存提供安全、灵活、可扩展和可持续的支撑，是PACS影像存储的发展趋势。当前困扰

2、由于各家医院独立建设 PACS系统，虽然各大PACS软件厂商都遵循 DICOM标准, 但DICOM仅仅是应用层面的标准，主要面向影像对象进行一定程度的规范，特别是数 据结构和文件格式的标准，而对存储层次则缺乏相关的规范。传统的PACS存储架构如下图所示:图1 : PACS系统传统存储架构正是因为这个原因，目前 PACS系统存在以下几个问题：1、 各大PACS软件厂商采用的操作系统、数据库和存储结构各不相同一一操作系统包括 Windows、Linux、AIX、HP-UX、Solaris 等；数据库包括 MSSQL Server Oracle、Sybase等；存储结构有 SAN、NAS以及一些私有

3、的结构 如CAS等，这样的情况实际上造成了每一套 PACS系统在后台都是一个黑 盒子，不仅软硬件完全异构，而且不具有互操作性；2、 目前的存储架构很难实现 PACS影像数据长期、可持续的支撑一一很多PACS上线较早的医院几乎每一两年就需要进行一次存储扩容，不仅投资 巨大，而且每次扩容的实施难度很大，而性能却越来越低；3、 难以实现PACS信息区域共享一一由于每家医院的PACS系统存储平台不统一，存储接口比较混乱，如果要实现PACS区域共享，则必须从 DICOM接口来进行数据共享，这种从应用层面进行数据传输的方式将会导致 PACS应用的大量改动，而一旦出现问题，往往会有各家厂商之间互相扯 皮的现

4、象；4、 没有足够的安全性考虑一一很多PACS系统中，连最基本的防病毒措施都没有，往往PACS存储系统成为医院最大的“毒窝”，很多终端因此而反 复感染病毒。包括数据的备份，存储冗余等基本的措施都没有，PACS系统实际上处在一种非常脆弱的状态中，一个简单的存储故障就可能导致整 个PACS系统完全瘫痪，而一个硬盘的故障可能会导致PACS影像数据的大量丢失，甚至永远无法恢复；5、 缺乏对前端透明的数据生命周期管理一一现有的存储系统对PACS影像的管理几乎都是把所有数据放在同一级别上的粗放式管理，没有根据数据生命周期进行合理的分配， 或者是有一些简单的分级措施， 但对前端影响太 大，往往导致历史查询很

5、困难，数据丢失等情况时有发生。综合以上现状，我们发现，完全依赖 PACS软件厂商来进行医院 PACS系统的存储 平台规划是不可行的一一PACS软件厂商更多专注于应用层面，在存储层面不具有足够 的专业性。另一方面，单纯依赖某个存储设备厂商也行不通一一某一个存储设备厂商在 存储层面无法统一所有其他厂商的产品，无法为PACS应用提供统一、无差别的存储服务。那么，站在PACS系统长期发展和区域信息共享 的角度，PACS存储平台应该具有 什么样的特点呢？需求梳理从PACS应用角度来看，PACS存储平台应该具有如下特点：统一的标准一一可以支持几乎任意存储设备，对PACS应用透明，PACS软件无需关心底层存

6、储架构；具有开放接口协议一一采用开放协议（如NFS、CIFS FTP或HTTP等），避免因协议的封闭性带来长期存储的风险；缺全一一包括防病毒、内容审计、权限管理、数据备份、高可用等设计，不需要由PACS软件来对存储层次进行安全考虑；“零”管理一一PACS应用只管存数据、读数据，至于数据在存储平台内部究 竟如何管理，则交给存储平台自身，这样结构层次清晰，分工更专业；从存储设备角度来看，PACS存储平台应该具有如下特点：良好的兼容性一一可以支持所有主流的存储设备，从而跳出存储设备本身的限 制，扩容时可以不受品牌限制，可以采用不同品牌型号的存储设备共同提供 存储空间；统一的接口标准一一支持对所有存储

7、设备进行统一管理，以一致的方式为PACS应用提供服务；高度可扩展性一一可以在磁盘阵列、SAN网络通道、服务接口等各个层次进行横向扩展，可以轻松支持 PB级海量数据，性能得到线性增加，同时不中断对 PACS前端的服务；高可用性一一通过先进的技术手段保证将计划内和计划外停机控制在可接受的时间范围内，不论是磁盘阵列故障、SAN交换机故障，还是服务网关故障,都不会造成服务中断；而且完全实现在线存储扩容、横向扩展、数据迁移等 高级功能，后台操作不造成前端服务中断；易于共享一一通过统一的数据复制，为PACS影像信息共享提供基础支撑，方便区域PACS信息的集中共享；那么，上述需求应该如何实现呢？三、云存储在

8、医疗领域的引入3.1、 云存储的发展什么是云存储？让我们来看一看百度百科的解释：“云存储是在云计算 (cloud computing )概念上延伸和发展出来的一个新的概念， 是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。”“就如同云状的广域网和互联网一样，云存储对使用者来讲，不是指某一个具体的设备，而是指一个由许许多多个存储设备和服务器所构成的集合体。使用者使用云存储，并不是使用某一个存储设备，而是使用整个云存储系统带来的一种数据访问服务。所以严格来讲，云存储不是存储，而是一种服务

9、。”1从上面的解释，我们可以看到这样几个要点：1、云存储集合了集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能；2、将大量不同类型的存储设备集合起来，协同工作；3、对外提供数据存储和业务访问功能；4、使用者不需要关心具体的设备如何；5、云存储不是存储，而是一种服务；如何我们把上述5个要点与PACS系统的整体存储需求对应起来，可以看到云存 储是非常适合PACS系统对存储的要求的。那么，云存储如何与 PACS系统相结合，从而达到 PACS系统对存储平台的多方面 要求呢？3.2、 云存储在PACS领域的应用首先，我们需要对云存储的架构有一个基本的了解。云存储的结构层次如下图所示：访问层为授权的用户提供标准的

10、公用应用接口应用接口层根据实际业务类型,开发不同的应用接口,提供相应的应用服务基础管理层集群，网格技术或分布式文件系统，协调不同的存储设备，保证云存储自 身的安全和稳定存储层标准的存储设备，包括5AM、NA5等系统，同时还包括存储设备的管理系 统，如存储虚拟化、多路径冗余、状态监控及故障维护等图2:云存储的结构层次 2从上图可以看出，目前医院的PACS系统对于存储平台的规划主要针对的是存储层 的设计，PACS应用本身和存储之间的耦合度很紧，这就使得PACS影像数据的管理总是 受到很多牵制一一与PACS应用的关系、与存储设备的关系等等。访问层和应用接口层对于 PACS系统来说是相对固定的，对于

11、PACS影像数据，完 全可以通过标准的 NFS、CIFS、FTP或HTTP等协议来提供服务。存储层主要针对当前环境做一些补充一一如存储虚拟化、设备状态监控和故障维 护等，着力于功能上的完善。最大的难点在于基础管理层的建设一一由于PACS软件厂商和存储设备厂商几乎都不具有这部分的技术，同时还需要进行高度的整合，所以变得困难重重。目前市场上虽然有很多关于云存储的讨论，但大多数停留在理论探讨层面，很难 落地，其主要原因在于没有具体的产品来完成整个云存储结构层次中每一个层次的支 撑，尤其是基础管理层的落地，是整个云存储实现的最重要基础前提。针对目前的现状，Symantec率先推出了一款云存储产品Fil

12、estore ,填补了市场上的空白。事实上，Symantec Filestore并不是非常新的技术，相反，它是融合了Symantec之前所拥有的多项成熟技术所构建的一套云存储系统。如下图所示：访问层 应用接口层基础管理层存储层 AD Integration：集成域权限管理 CNFS：集群网络文件系统 Clustered CIFS：集群CIF5系统 VCS：集群管理 Netbackup CHent：数据备份接口 AV Integration：集成防病毒 Replication：数据复制技术 DMP：动态多路径管理CVM：集群卷管理 CFS：集群文件系统 DST：动态分级存储图3: SYMANTE

13、C FILESTORE在云存储各层次用到的技术利用Symantec FileStore ,我们可以将标准的硬件设备进行集成，顺利打通从独立 存储系统到云存储服务的最后一公里，从而以统一的标准为PACS系统提供文件存储服务。改造后的PACS存储架构如下:影像文件影像文件影像史件图4 :基于云的 PACS存储架构从上图我们可以看到，Filestore将所有影像文件独立出来，通过标准的网络协议 对外提供文件服务，PACS扩容的时候，只需要对Filestore后端进行扩容即可，对PACS 服务器没有影响。同时，可以横向扩展 Filestore服务器（也叫“机头”），从而扩增 文件服务的吞吐能力，在一个

14、Filestore文件系统中，可以达到 256TB的存储容量（普通的SAN存储文件系统最大只有 16TB）, 一个Filestore集群可以支持多达16个机头， 存储容量可以达到2PB。四、应用效果运用云存储可以在两个大的方面为 PACS影像数据的存储带来好处：从长期存储的角度来看，PACS影像数据不仅需要做长期的保存，而且需要完整的 生命周期管理。利用云存储，可以达到以下几个效果：1）存储容量几乎没有限制，可以无限扩增；2）可以通过生命周期策略设置，实现效率与成本的平衡，为新的、访问频度高的 数据提供高性能，为大量非活动数据提供廉价的海量存储空间；3）为不同级别的数据提供相应的安全保护措施，

15、包括时间点备份、实时镜像、远 程容灾、防病毒等等；4）为非活动数据提供自动访问通道，无需人工干预;5）为过期数据提供退出策略；另一方面，区域医疗其实更加需要云存储平台作为支撑：1）通过云存储架构，可以将所有不同类型的存储设备相互整合，实现整个区域范 围内的存储共享；2）利用云存储的复制技术，可以将数据在整个区域范围内进行复制，方便数据的 集中与共享；3）区域医疗同样需要在云存储平台的各项安全措施，包括备份、实时时间点镜像、远程容灾、防病毒等等；4）区域医疗的PACS影像数据会很容易达到和超过 PB级，这就更需要云存储带来 的几乎无限的扩容能力；5）区域医疗的PACS影像数据非常需要云存储所提供的超高性能支撑。因此，笔者认为在当前区域医疗以及 PACS应用加速发展的时期，引入并逐步推行 云存储是解决大规模 PACS影像存储迫在眉睫的重大决策，长期来看，也是行业发展的 必由之路！