分布式集群存储在医疗PACS场景下的应用方案

1、PACS系统概述

PACS系统是Picture Archiving and Communication Systems的缩写,意为影像归档和通信系统。它是应用在医院影像科室的系统,主要的任务就是把日常产生的各种医学影像(包括核磁,CT,超声,各种X光机,各种红外仪、显微仪等设备产生的图像)通过各种接口(模拟,DICOM,网络)以海量数字化的方式保存起来,当需要的时候在一定的授权下能够很快的调回使用,同时增加一些辅助诊断管理功能,它在各种影像设备间传输数据和组织存储数据具有重要作用。

PACS系统是医院信息系统重要的组成部分,伴随着医院规模的不断扩大,PACS系统的影像文件数量增长迅速,容量越来越大,而且PACS系统的数据依照法规通常会保存长达15年甚至更长时间,其中有部分数据需要经常使用,有些数据不定期需要调用查阅。面对高达几百TB甚至更大的医学影像资料,常规的数据存储系统已经不能满足PACS系统对数据的存储管理要求,这就对PACS系统的影像存储和管理提出了新的要求。PACS系统可参考下图:

2、PACS系统的数据特点

目前,PACS已经成为了现代医学放射学实践的基本技术和基础设施中重要的一部分,在临床诊断、医院科研等方面正发挥着极其重要的作用,主要数据特点如下:

(1)非结构化文件数据为主,也有少量数据库数据;

(2)PACS系统的影像图象属于多媒体文档,根据不同影像科室的特点,有的文件比较大,例如核磁,有的比较小,例如CT等;

(3)PACS系统中的数据量增长速度快,文件数量众多,且由于病人自身的情况,通常在前几个月医院会频繁调阅病人的医疗影像,后期会逐步减少,但又不能对这些影像进行删除,也需要安全的长期保存和随时方便的调阅;

(4)为了提高医院对病人服务的满意度,长时间的等待调阅图像病人是无法忍耐的,诊断工作站和浏览工作站对在线图像检索速度的要求越来越高。

3、PACS系统数据存储挑战

(1)传统存储系统扩容非常不便捷,需要业务停顿和数据迁移;

(2)传统的RAID机制,数据重建速度缓慢,而且同时损坏的硬盘数有限;

(3)传统存储设备在不做其他容灾的措施的情况下,有设备级单点故障,而且故障后需要停机维护或者更换,导致业务停顿,如在就诊高峰,损失较大;

(4)如果做数据备份,由于数据量大,完成一次备份需很长时间,恢复的时间也很长,效率很低;

(5)存储系统有并发访问的需求,尤其是一些大医院,在同时门诊人数较多的情况下,需要保证影像检索的速度;

(6)采用传统的存储方案,单位成本较高,性价比低。

4、PACS系统数据存储建议

(1)采用专用的并行处理的分布式存储系统,管理日益庞大的海量影像文件,并行处理的分布式存储系统专有的文件系统能够更有效的管理PACS千万级的影像文件,并提供高速并发的数据访问能力和提供有效的数据共享能力;

(2)PACS存储系统的设计需要具备高扩展性和灵活性,需要支持容量和性能非常灵活的可扩展架构和对异构存储环境的支持,实现无缝不停机扩容,而且不增加因扩容带来的管理开销;

(3)部分影像资料用于科研和教学,重要性高,需要可靠有效的数据保护机制和防泄密措施,整个系统业务连续性要有保障;

(4)随着医疗行业竞争日趋激烈,PACS存储系统的建设需要降低总拥有成本,提高投资回报率;

(5)数据分层存储,可结合PACS系统本身或者第三方归档软件将最新的影像数据保存在高速SAS磁盘上,将近期不频繁使用的历史影像保存在存储系统的SATA磁盘上,并确保历史数据能够实时被业务系统访问。所有的数据由并行处理的分布式存储系统进行集中存储和管理。

5、我司方案

(1)架构图

存储节点和元数据节点(具体方案也可二合一使用)组成分布式集群存储系统。

(2)方案特点

a 、单一文件系统共享存储池,采用文件切片式存储,并行处理;

b、按照用户实际需要,在线不停机横向扩展节点,无需数据迁移,所有的维护操作可以在不停业务的情况下进行;

c、系统内无任何单点故障,可达到设备级的冗余,保证业务连续性;

d、系统无性能瓶颈,高并发聚合带宽,性能随系统扩容线性增长;

e、多台物理存储节点通过一个界面统一管理,统一调配存储资源,直观的管理界面,操作方便;

f、具备自主研发的纠删码或网络RAID数据保护机制,数据重建速度是传统RAID 的5倍,无需再做本地备份;

g、系统兼容通用X86架构服务器以及磁盘阵列;

h、自带WORM功能,预防数据被删除或篡改。

(3)方案价值

a、无计划外停机,无需担心因PACS系统停机而造成业务损失;

b、数据安全性高,无数据丢失风险;

c、按需扩容容量和性能,无需手工数据迁移,规避数据迁移风险;

d、性能无瓶颈,海量数据和并发完美支撑;

e、性价比高、维护成本降低、系统上线速度快,管理便捷。

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