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 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？

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：

l 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；

l 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；

l 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；

l “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：

l 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；

l 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；

l 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；

l 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；

l 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。”

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：

图2：云存储的结构层次

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。

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！