构建PACS系统云存储-医疗详解

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。 一、 当前困扰 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 互相扯皮的现象； 4、没有足够的安全性考虑很多 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 系统长期发展长期发展和区域信息共享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？ 二、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 无需关心底层存储架构； 具有开放接口协议采用开放协议（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； 安全包括防病毒、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； 统一的接口标准支持对所有存储设备进行统一管理，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。”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。 1 引自百度百科，链接： 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： 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 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。 2 引自百度百科，链接： 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FileStore，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： 图 3：SYMANTEC 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： 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 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，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