吳艷艷WU Yan-yan 唐源Tang Yuan 李霞LI Xia□

醫(yī)學(xué)影像設(shè)備一次掃描能產(chǎn)生數(shù)百至數(shù)千幅圖像，產(chǎn)生的海量圖像需要長(zhǎng)期保存，醫(yī)院傳統(tǒng)存儲(chǔ)架構(gòu)將很難滿足其發(fā)展的需求。傳統(tǒng)存儲(chǔ)架構(gòu)的局限性主要表現(xiàn)在以下幾方面：（1）各大PACS軟件廠商采用的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)各不相同。操作系統(tǒng)包括Windows、Linux、AIX、HP－UX、Solaris等；數(shù)據(jù)庫(kù)包括MSSQL Server、Oracle、Sybase等；存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)有SAN、NAS以及一些私有的結(jié)構(gòu)如CAS等，這樣的情況實(shí)際上造成了每一套PACS系統(tǒng)在后臺(tái)都是一個(gè)黑盒子，不僅軟硬件完全異構(gòu)，而且不具有互操作性。（2）目前的存儲(chǔ)架構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)PACS影像數(shù)據(jù)長(zhǎng)期、可持續(xù)的支撐。很多PACS上線較早的醫(yī)院幾乎每一兩年就需要進(jìn)行一次存儲(chǔ)擴(kuò)容，不僅投資巨大，而且每次擴(kuò)容的實(shí)施難度很大，而性能卻越來越低。（3）難以實(shí)現(xiàn)PACS信息區(qū)域共享。由于每家醫(yī)院的PACS系統(tǒng)存儲(chǔ)平臺(tái)不統(tǒng)一，存儲(chǔ)接口比較混亂，如果要實(shí)現(xiàn)PACS區(qū)域共享，則必須從DICOM接口來進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，這種從應(yīng)用層面進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞綄?huì)導(dǎo)致PACS應(yīng)用的大量改動(dòng)，而一旦出現(xiàn)問題，往往會(huì)有各家廠商之間互相扯皮的現(xiàn)象。（4）沒有足夠的安全性考慮。很多PACS系統(tǒng)中，連最基本的防病毒措施都沒有，往往PACS存儲(chǔ)系統(tǒng)成為醫(yī)院最大的“毒窩”，很多終端因此而反復(fù)感染病毒，包括數(shù)據(jù)的備份，存儲(chǔ)冗余等基本的措施都沒有。PACS系統(tǒng)實(shí)際上處在一種非常脆弱的狀態(tài)中，一個(gè)簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)故障就可能導(dǎo)致整個(gè)PACS系統(tǒng)完全癱瘓，而一個(gè)硬盤的故障可能會(huì)導(dǎo)致PACS影像數(shù)據(jù)的大量丟失，甚至永遠(yuǎn)無法恢復(fù)。（5）缺乏對(duì)前端透明的數(shù)據(jù)生命周期管理?，F(xiàn)有的存儲(chǔ)系統(tǒng)對(duì)PACS影像的管理幾乎都是把所有數(shù)據(jù)放在同一級(jí)別上的粗放式管理，沒有根據(jù)數(shù)據(jù)生命周期進(jìn)行合理的分配，或者是有一些簡(jiǎn)單的分級(jí)措施，但對(duì)前端影響太大，往往導(dǎo)致歷史查詢很困難，數(shù)據(jù)丟失等情況時(shí)有發(fā)生。

綜合以上現(xiàn)狀，醫(yī)療信息系統(tǒng)涉及幾十個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)于中小型醫(yī)院，要實(shí)現(xiàn)完整的醫(yī)療信息化需要部署復(fù)雜的多應(yīng)用系統(tǒng)，推行難度較大[1-3]。完全依賴PACS軟件廠商來進(jìn)行醫(yī)院PACS系統(tǒng)的存儲(chǔ)平臺(tái)建設(shè)是不可行的，PACS軟件廠商更多專注于應(yīng)用層面，在存儲(chǔ)層面不具有足夠的專業(yè)性。另一方面，單純依賴某個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備廠商也行不通。某一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備廠商在存儲(chǔ)層面無法統(tǒng)一所有其他廠商的產(chǎn)品，無法為PACS應(yīng)用提供統(tǒng)一、無差別的存儲(chǔ)服務(wù)。

PACS存儲(chǔ)平臺(tái)具有的特點(diǎn)

從PACS應(yīng)用角度來看，PACS存儲(chǔ)平臺(tái)應(yīng)該具有如下特點(diǎn)：（1）統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)?？梢灾С謳缀跞我獯鎯?chǔ)設(shè)備，對(duì)PACS應(yīng)用透明，PACS軟件無需關(guān)心底層存儲(chǔ)架構(gòu)。（2）具有開放接口協(xié)議。采用開放協(xié)議（如NFS、CIFS、FTP或HTTP等），避免因協(xié)議的封閉性帶來長(zhǎng)期存儲(chǔ)的風(fēng)險(xiǎn)。（3）安全。包括防病毒、內(nèi)容審計(jì)、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)備份、高可用性等設(shè)計(jì)，不需要由PACS軟件來對(duì)存儲(chǔ)層次進(jìn)行安全考慮。（4）“零”管理。PACS應(yīng)用只管存數(shù)據(jù)、讀數(shù)據(jù)，至于數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)平臺(tái)內(nèi)部究竟如何管理，則交給存儲(chǔ)平臺(tái)自身，這樣結(jié)構(gòu)層次清晰，分工更專業(yè)。

從存儲(chǔ)設(shè)備角度來看，PACS存儲(chǔ)平臺(tái)應(yīng)該具有如下特點(diǎn)：（1）良好的兼容性。可以支持所有主流的存儲(chǔ)設(shè)備，從而跳出存儲(chǔ)設(shè)備本身的限制，擴(kuò)容時(shí)可以不受品牌限制，可以采用不同品牌型號(hào)的存儲(chǔ)設(shè)備共同提供存儲(chǔ)空間。（2）統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)。支持對(duì)所有存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，以一致的方式為PACS應(yīng)用提供服務(wù)。（3）高度可擴(kuò)展性?？梢栽诖疟P陣列、SAN網(wǎng)絡(luò)通道、服務(wù)接口等各個(gè)層次進(jìn)行橫向擴(kuò)展，可以輕松支持PB級(jí)海量數(shù)據(jù)，性能得到線性增加，同時(shí)不中斷對(duì)PACS前端的服務(wù)。（4）高可用性。通過先進(jìn)的技術(shù)手段保證將計(jì)劃內(nèi)和計(jì)劃外停機(jī)控制在可接受的時(shí)間范圍內(nèi)，不論是磁盤陣列故障，SAN交換機(jī)故障，還是服務(wù)網(wǎng)關(guān)故障，都不會(huì)造成服務(wù)中斷。而且完全實(shí)現(xiàn)在線存儲(chǔ)擴(kuò)容、橫向擴(kuò)展、數(shù)據(jù)遷移等高級(jí)功能，后臺(tái)操作不造成前端服務(wù)中斷。（5）易于共享。通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)復(fù)制，為PACS影像信息共享提供基礎(chǔ)支撐，方便區(qū)域PACS信息的集中共享。

云存儲(chǔ)在醫(yī)療領(lǐng)域的引入

1.云存儲(chǔ)的發(fā)展。云存儲(chǔ)是在云計(jì)算（cloud computing）概念上延伸和發(fā)展出來的一個(gè)新的概念，是指通過集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問功能的一個(gè)系統(tǒng)。云計(jì)算的服務(wù)表現(xiàn)形式主要有：IaaS（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)），PaaS（平臺(tái)即服務(wù)），SaaS(軟件即服務(wù))等三個(gè)方面[4-5]。

云存儲(chǔ)對(duì)使用者來講，就如同云狀的廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)一樣，不是指某一個(gè)具體的設(shè)備，而是指一個(gè)由許許多多個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備和服務(wù)器所構(gòu)成的集合體。使用者使用云存儲(chǔ)，并不是使用某一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備，而是使用整個(gè)云存儲(chǔ)系統(tǒng)帶來的一種數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。所以嚴(yán)格來講，云存儲(chǔ)不是存儲(chǔ)，而是一種服務(wù)。其中，云存儲(chǔ)系統(tǒng)，也就是通常意義上所說的分布式文件系統(tǒng)。分布式存儲(chǔ)技術(shù)是云存儲(chǔ)最為關(guān)鍵的技術(shù)，也是其最主要的組成部分。其具有云存儲(chǔ)集合的集群應(yīng)用、網(wǎng)格技術(shù)或分布式文件系統(tǒng)等功能，將大量不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備集合起來，協(xié)同工作；對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問功能，使用者不需要關(guān)心具體的設(shè)備如何。我們把上述要點(diǎn)與PACS系統(tǒng)的整體存儲(chǔ)需求對(duì)應(yīng)起來，可以看到云存儲(chǔ)是非常適合PACS系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)的要求的。因此，一個(gè)合理的方法就是把點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的問題編程多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)的問題，即建立一個(gè)集成平臺(tái)，把所有的文檔都傳送到平臺(tái)上，而所有的人在需要時(shí)再?gòu)钠脚_(tái)上獲取文檔[6]。

2.云存儲(chǔ)在PACS領(lǐng)域的應(yīng)用。云存儲(chǔ)作為云計(jì)算服務(wù)的一種，即“存儲(chǔ)即服務(wù)”（Storage as a Service，SaaS），是云計(jì)算中較為活躍并且發(fā)展迅速的一個(gè)分支。由于云存儲(chǔ)的技術(shù)可行性，與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)相比更廉價(jià)，而且也正在變得更加安全。因此云存儲(chǔ)已經(jīng)成為代表網(wǎng)絡(luò)化存儲(chǔ)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，也為海量數(shù)據(jù)提供了可發(fā)展的、安全可靠的存儲(chǔ)解決方案[7]。

目前醫(yī)院的PACS系統(tǒng)對(duì)于存儲(chǔ)平臺(tái)的規(guī)劃主要針對(duì)的是存儲(chǔ)層的設(shè)計(jì)，PACS應(yīng)用本身和存儲(chǔ)之間的耦合度很緊，這就使得PACS影像數(shù)據(jù)的管理總是受到很多牽制，如與PACS應(yīng)用的關(guān)系、與存儲(chǔ)設(shè)備的關(guān)系等等。云存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)層次如圖1所示。

從圖1可以看出，訪問層和應(yīng)用接口層對(duì)于PACS系統(tǒng)來說是相對(duì)固定的，對(duì)于PACS影像數(shù)據(jù)，完全可以通過標(biāo)準(zhǔn)的NFS、CIFS、FTP或HTTP等協(xié)議來提供服務(wù)。存儲(chǔ)層主要針對(duì)當(dāng)前環(huán)境做一些補(bǔ)充，如存儲(chǔ)虛擬化、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控和故障維護(hù)等，著力于功能上的完善。最大的難點(diǎn)在于基礎(chǔ)管理層的建設(shè)。由于PACS軟件廠商和存儲(chǔ)設(shè)備廠商幾乎都不具有這部分技術(shù)，同時(shí)還需要進(jìn)行高度的整合，所以變得困難重重。

目前市場(chǎng)上雖然有很多關(guān)于云存儲(chǔ)的討論，但大多數(shù)停留在理論探討層面，很難落地，其主要原因在于沒有具體的產(chǎn)品來完成整個(gè)云存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)層次中每一個(gè)層次的支撐，尤其是基礎(chǔ)管理層的落地，是整個(gè)云存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)的最重要基礎(chǔ)前提。針對(duì)目前的現(xiàn)狀，推出了一套基于云存儲(chǔ)體系——FileStore存儲(chǔ)體系，填補(bǔ)了市場(chǎng)上的空白。事實(shí)上，F(xiàn)ileStore存儲(chǔ)體系并不是非常新的技術(shù)，相反，它是融合了之前所擁有的多項(xiàng)成熟技術(shù)所構(gòu)建的一套云存儲(chǔ)系統(tǒng)。如圖2所示。

圖2 FILESTORE存儲(chǔ)體系在云存儲(chǔ)各層次用到的技術(shù)

利用FileStore存儲(chǔ)體系，我們可以將標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)備進(jìn)行集成，順利打通從獨(dú)立存儲(chǔ)系統(tǒng)到云存儲(chǔ)服務(wù)的“最后一公里”，從而以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)為PACS系統(tǒng)提供文件存儲(chǔ)服務(wù)。改造后的PACS存儲(chǔ)架構(gòu)如圖3所示。

從圖3我們可以看到，F(xiàn)ileStore存儲(chǔ)體系將所有影像文件獨(dú)立出來，通過標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對(duì)外提供文件服務(wù)，PACS擴(kuò)容的時(shí)候，只需要對(duì)FileStore存儲(chǔ)體系后端進(jìn)行擴(kuò)容即可，對(duì)PACS服務(wù)器沒有影響。同時(shí)，可以橫向擴(kuò)展FileStore存儲(chǔ)體系服務(wù)器（也叫“機(jī)頭”），從而擴(kuò)增文件服務(wù)的吞吐能力，在一個(gè)FileStore存儲(chǔ)體系文件系統(tǒng)中，可以達(dá)到256TB的存儲(chǔ)容量（普通的SAN存儲(chǔ)文件系統(tǒng)最大只有16TB），一個(gè)FileStore存儲(chǔ)體系集群可以支持多達(dá)16個(gè)機(jī)頭，存儲(chǔ)容量可以達(dá)到2PB。

應(yīng)用效果

運(yùn)用云存儲(chǔ)可以在兩個(gè)大的方面為PACS影像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)帶來好處，一方面從長(zhǎng)期存儲(chǔ)的角度來看，PACS影像數(shù)據(jù)不僅需要做長(zhǎng)期的保存，而且需要完整的生命周期管理。利用云存儲(chǔ)，可以達(dá)到存儲(chǔ)容量幾乎沒有限制，可以無限擴(kuò)增。通過生命周期策略設(shè)置，實(shí)現(xiàn)效率與成本的平衡，為新的、訪問頻度高的數(shù)據(jù)提供高性能，為大量非活動(dòng)數(shù)據(jù)提供廉價(jià)的海量存儲(chǔ)空間；為不同級(jí)別的數(shù)據(jù)提供相應(yīng)的安全保護(hù)措施，包括時(shí)間點(diǎn)備份、實(shí)時(shí)鏡像、遠(yuǎn)程容災(zāi)、防病毒等等；為非活動(dòng)數(shù)據(jù)提供自動(dòng)訪問通道，無需人工干預(yù)；為過期數(shù)據(jù)提供退出策略的效果。

另一方面，區(qū)域醫(yī)療其實(shí)更加需要云存儲(chǔ)平臺(tái)作為支撐。通過云存儲(chǔ)架構(gòu)，可以將所有不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備相互整合，實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)的存儲(chǔ)共享；利用云存儲(chǔ)的復(fù)制技術(shù)，可以將數(shù)據(jù)在整個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行復(fù)制，方便數(shù)據(jù)的集中與共享；區(qū)域醫(yī)療同樣需要在云存儲(chǔ)平臺(tái)的各項(xiàng)安全措施，包括備份、實(shí)時(shí)時(shí)間點(diǎn)鏡像、遠(yuǎn)程容災(zāi)、防病毒等等；區(qū)域醫(yī)療的PACS影像數(shù)據(jù)會(huì)很容易達(dá)到和超過PB級(jí)，這就更需要云存儲(chǔ)帶來的幾乎無限的擴(kuò)容能力；區(qū)域醫(yī)療的PACS影像數(shù)據(jù)非常需要云存儲(chǔ)所提供的超高性能支撐。

因此，筆者認(rèn)為在當(dāng)前區(qū)域醫(yī)療以及PACS應(yīng)用加速發(fā)展的時(shí)期，引入并逐步推行云存儲(chǔ)是解決大規(guī)模PACS影像存儲(chǔ)迫在眉睫的重大決策，長(zhǎng)期來看，也是行業(yè)發(fā)展的必由之路。

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