医疗PACS影像分布式存储的探讨

近年来，随着医疗水平的不断提高，医疗影像设备的激增、拍片量的增加，医院的医疗 PACS 数据量增长趋势明显，而且医院存储的数据 80% 以上都是来源于影像数据，尤其是 PACS 系统所收集的 CT 、核磁等影像数据飙升，每年新增数据量在几十 TB 以上。并且医院的存储系统应重点满足《医疗机构病历管理规定 (2013 年版 ) 》的要求： “ 门（急）诊病历由医疗机构保管的，保存时间自患者最后一次就诊之日起不少于 15 年；住院病历保存时间自患者最后一次住院出院之日起不少于 30 年 ” 。无论是从业务发展还是合规要求方面，医疗影像数据的存储都对存储系统提出了更高需求。
根据接触的很多医疗客户来看，目前医院的医疗 PACS 数据普遍采用传统阵列存储 FC SAN ，这种 PACS 存储架构普遍面临一些问题，比如性能容量扩展难度高，根据与医疗客户的沟通，结合了解到的其他资料， PACS 影像的典型特征是大部分是 50-300K 的小文件。长期以来，小文件存储都是存储系统面临的挑战：小文件读写性能低，且当存储的文件数量增多时性能会不断下降。而且目前在线存储使用传统阵列存储系统时， PACS 图像调阅的速度需要数十秒以上；在大型医院的业务高峰期，如果多部室同时阅片时，对存储系统产生高并发访问，阅片等待时间更长。
随着数字化转型的深入，海量数据对存储提出了新的要求。传统存储虽然有技术成熟、性能良好、可用性高等优点，但面对海量数据，其缺点也越来越明显：如扩展性差、成本高等。为了克服上述缺点，满足海量数据的存储需求，市场上出现了分布式存储技术。分布式存储相对于传统阵列存储 , 在大规模在线扩展、百亿级小文件管理、高性能数据吞吐、敏捷化运维管理、 TCO 成本优化等方面具有一定的技术优势，可以有效解决目前医疗 PACS 在存储上遇到的性能瓶颈、数据孤岛、运维困难、成本较高等问题，未来会成为医疗机构存储架构的选择方案之一。
分布式存储系统，采用通用服务器的横向扩展方式进行容量扩展，具备海量数据存储能力；前后端网络采用高速网络互连，保障海量数据快速吞吐和响应延迟；同一套系统内提供文件、块、对象、大数据等多种存储服务，支持多种接口对接，可以实现多元化数据服务能力、多云间数据快速流动和智能化数据管理。

浪潮 AS13000 采用前后端组网方式，后端网络为存储内部网络，以实现节点间的协作与数据同步与分发；前端网络主要为应用提供存储访问，业务主机通过该网络可访问到存储集群提供的存储资源。前后端网络支持多种网络形态，包括 1000Mbps 、 10Gbps 、 25Gbps 、 40Gbps 、 100Gbps 以太网、以及 56Gbps 、 100Gbps Infiniband 网络等，提供极致带宽能力。
浪潮 AS13000 采用标准服务器硬件的横向扩展方式进行扩展，在软件层的用户态软件栈设计、内核客户端技术、大文件拆分技术、小文件和小对象聚合技术、目录分片技术、日志加速技术、文件分级技术、元数据动态均衡等机制，在性能方面进行极致优化，随着集群规模扩大， IOPS/OPS 也呈线性增长。
浪潮 AS13000 提供的极致性能，面对海量医疗影像文件提供超高带宽和 IOPS/OPS 能力，满足医院各科室影像工作站调用影像数据的需求，有效提升医生对疾病的快速诊断效率。
浪潮 AS13000 提供的极致容量，能够为医疗影像文件提供 PB~ZB 级别的海量存储空间，轻松满足对医疗影像系统产生的海量影像文件的快速检索、归档和长期保存的需求。
浪潮 AS13000 提供的极致安全，采用副本或纠删码方式可以保障存储子系统出现多硬盘故障或节点故障时，存储子系统业务无中断，数据无丢失，满足政策对患者影像数据长期保存的需求。
根据分布式存储系统的设计理念，其软件和硬件解耦设计，分布式存储的许多功能，包括可靠性和性能增强基本都是由软件提供，因此大家往往会忽略了底层硬件。我们在进行分布式存储方案时，除考虑选用合适的分布式存储技术以外，还需考虑底层硬件的问题。
基于 AS13000+K1 Power 标准硬件的分布式存储解决方案，在底层硬件层面实现了比标准通用服务器更优的能力，搭载全新 POWER9 处理器的双路机架式服务器，搭载 32 个 POWER9 核心，主频高达 2.2GHz ，总线程可达 128 个，在处理高并发小文件时能够显示出强大优势，通过搭配不同的前置、内置和后置模组实现配置多变，提供片上 Gzip 专用压缩模块，支持高速图片数据读取，海量存储，采用 PCIe4.0 IO 接口标准，带宽有 2 倍提升，延时降低 50% ，提供高 I/O 吞吐量，提供高可用性保障数据安全。
分布式存储作为医疗 PACS 影像的解决方案，未来会有很大的发展空间，需要结合应用开发的特点，进行相应的改造，以适配分布式存储的架构特点，此外，分布式存储采用何种接口模式，也需要结合医院的影像数据量和应用开发商的业务平台特点通盘考虑。所以大家在选择时，需根据产品方案的成熟度、风险规避、运维要求等，结合自身的技术力量等，选择合适的分布式存储产品解决方案。