姚宗碧，黃冰龍，張九妹*，施東翔

（1.寧夏回族自治區(qū)人民醫(yī)院（北方民族大學教學合作醫(yī)院），銀川 750021；2.北方民族大學，銀川 750021）

0 引言

寧夏回族自治區(qū)人民醫(yī)院共有5個院區(qū)，即院本部、西夏分院、寧夏醫(yī)療急救中心、寧夏眼科醫(yī)院和寧南醫(yī)院。2011年在院本部上線影像歸檔和通信系統(tǒng)（picture archiving and communication systems，PACS），2013年為眼科醫(yī)院和醫(yī)療急救中心上線PACS，2015年西夏分院上線PACS時一并將全院各院區(qū)PACS軟件版本進行了升級。我院本次改造之前的PACS存儲系統(tǒng)架構設計于2011年，該套存儲系統(tǒng)實現(xiàn)了我院銀川4個院區(qū)的PACS影像數(shù)據(jù)資源共享，是一套跨院級放射科信息系統(tǒng)（radiology information system，RIS）/PACS存儲架構[1]。該架構由2套存儲設備組成，分別為IBMDS4700和IBMDS5100存儲柜。其中IBMDS5100共配置3個IBM1814D1A磁盤柜，IBMDS4700配置1個磁盤柜，可用容量共約70TB。PACS的數(shù)據(jù)庫服務器由2臺IBMX3850X5服務器構成，以RAC（real application clusters）并行群集模式工作。

隨著我院業(yè)務的飛速發(fā)展，PACS數(shù)據(jù)量也日益增大，尤其是256層CT、雙源CT、512層CT的引進，使當前PACS存儲系統(tǒng)已無法滿足其業(yè)務增長的需求。因此，對PACS存儲系統(tǒng)進行擴容或建設一套新的存儲系統(tǒng)迫在眉睫。

1 存儲架構設計改造論證

1.1 存儲量需求分析

對2018年1—6月份存儲數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，得到2018年上半年平均月存儲量為2 720.55 GB，其中CT影像占總存儲總量的81.45%，如圖1所示。將2018年上半年存儲量與2017年、2016年同期數(shù)據(jù)進行對比分析發(fā)現(xiàn)，2018年上半年總存儲量相比2017年同期增長11.94%，CT影像存儲量相比2017年同期增長14.66%；2018年上半年總存儲量相比2016年同期增長35.50%，CT影像存儲量相比2016年同期增長43.20%，具體如圖2所示。2016—2018年上半年同期各類設備存儲量統(tǒng)計如圖3所示。本次存儲系統(tǒng)升級與改造還將一并考慮到醫(yī)院未來發(fā)展規(guī)劃，即在今后1～2 a內完成將寧南醫(yī)院影像、核醫(yī)學影像、腫瘤樓影像、兒科樓影像等正在籌建的院區(qū)或科室的影像數(shù)據(jù)一并存儲。

圖1 2018年上半年各類設備存儲量所占比例圖

圖2 2016—2018年上半年同期CT存儲量與總存儲量統(tǒng)計圖

圖3 2016—2018年上半年同期各類設備存儲量統(tǒng)計圖

1.2 在原IBM存儲設備上擴容

之前我院存儲采用SAN[2]（storage area network）架構，且DS5100存儲設備下只掛接3臺EXP擴展磁盤柜。事實上，DS5100[3]存儲設備的擴展能力很強，使用EXP5000機柜最多可擴展至448個驅動器，即最多可擴展至960 TB。同時，DS5100存儲設備支持多種類型的驅動器混合使用且支持熱插拔，所以單純從滿足擴容需求來說是符合要求的。但因IBM存儲設備于2011年上線，理論上已到了故障高發(fā)期，且相關設備和配件的購買和維保已無法保障。

1.3 PACS與存儲架構的關系

2011年我院上線了PACS，并根據(jù)當時的軟件版本采用了SAN存儲架構和FTP[4]（file transfer protocol）服務主機。SAN是區(qū)域存儲網，通過支持SAN協(xié)議的光纖通道交換機將主機和存儲系統(tǒng)聯(lián)系起來，組成一個“網絡”。服務器訪問存儲系統(tǒng)時，不是通過以太網來訪問存儲設備，也不是通過直接連接在服務器上的外置存儲系統(tǒng)來訪問存儲設備，而是通過一個光纖通道交換機來訪問，且訪問的這些存儲設備都是基于邏輯單元號（logical unit number，LUN）[5]的。這就造成所有DICOM[5-6]應用服務器和影像診斷客戶端只能通過一臺FTP服務主機（基于FTP協(xié)議）讀寫存儲設備上的文件數(shù)據(jù)，客觀上在FTP服務主機產生了單點訪問瓶頸，如圖4所示。

圖4 改造前的存儲架構

隨著我院醫(yī)療影像設備數(shù)量的增多，診斷報告客戶端數(shù)量也在增多，這種架構的弊端也越來越明顯，具體表現(xiàn)在所有設備的圖像上傳和下載均較之前慢、卡，尤其是西夏醫(yī)院的雙源CT和院本部的512層CT、256層CT等設備，經常出現(xiàn)圖像無法及時上傳甚至無法上傳的問題，這就導致閱片醫(yī)生無法及時觀看影像并書寫報告。2015年升級后的新版本PACS有效改善了單點訪問瓶頸問題，實現(xiàn)了基于HTTP（hypertext transfer protocl）[7]協(xié)議上傳和下載影像的應用服務且均能夠進行橫向擴展與負載均衡，但也對PACS存儲系統(tǒng)提出了新的要求，要求所有上傳和下載影像的服務能夠同時讀寫存儲設備，而NAS（network attached storage）[8-9]存儲架構能夠很好地解決這一問題，這也是本次升級改造最終決定采取NAS存儲架構最重要的原因。NAS存儲架構如圖5所示。

圖5 NAS存儲架構

1.4 NAS存儲架構的特點

NAS即網絡附加存儲[10]，是連接在局域網里的一個存儲服務器，其中同一個邏輯區(qū)域可以被多個服務器讀取和修改。NAS存儲是基于文件系統(tǒng)的，它將磁盤空間視為一個網絡共享的文件系統(tǒng)，連接NAS的多臺主機間共享了同一個網絡文件目錄。NAS與SAN存儲架構的區(qū)別見表1[11]。

表1 NAS與SAN存儲架構的區(qū)別

1.5 論證結果

基于以上分析和論證，鑒于IBM存儲設備已使用多年，故障頻發(fā)，在本次升級改造中，保留其僅用于數(shù)據(jù)備份和歷史數(shù)據(jù)查詢。同時，基于新版本PACS的特點和今后存儲擴容的需要，新購置NAS存儲設備用于生產數(shù)據(jù)的存儲。

2 改造與實施

在本次實施改造中，按照方案將原有的基于FC SAN網絡的IBM存儲設備予以保留并用于數(shù)據(jù)備份和歷史數(shù)據(jù)查詢，同時將新購置華為OceanStor 9000 Scale-out NAS存儲設備接入網絡，作為生產數(shù)據(jù)存儲設備。應用服務器通過HTTP協(xié)議與存儲設備直接進行存取數(shù)據(jù)。在實施時，還對歸檔服務器和DICOM應用服務器進行了改造，使之與華為Ocean-Stor 9000 Scale-out存儲設備可以直接進行存儲。改造后的架構如圖6所示。

圖6 改造之后的存儲架構

鑒于4個院區(qū)（寧南醫(yī)院因距離太遠使用獨立的一套PACS）都在使用PACS且業(yè)務量大，為保證存儲架構改造的順利完成，同時又不影響臨床業(yè)務，項目組在實施前期做了充分的論證，并制訂了詳細的升級方案。先將OceanStor 9000上架并加電測試，隨后分配IP地址并進行本地化軟硬件部署和測試，同時規(guī)范存儲路徑。在一切準備就緒之后，項目組避開就診高峰期，同時為確保萬無一失，在中午將PACS影像存儲路徑進行了修改，完成了在線存儲的瞬間切換，整個過程對臨床使用沒有造成任何影響。

華為OceanStor 9000采用全對稱分布式架構，可實現(xiàn)大規(guī)模橫向擴展，能以超大單一文件系統(tǒng)提供非結構化數(shù)據(jù)共享資源存儲，具有較高的數(shù)據(jù)保護功能。因此，在綜合考慮了目前存儲量需求和存儲性能要求后決定本次改造NAS存儲系統(tǒng)共配置6個存儲節(jié)點，冗余配比按照4+2∶1（即4個數(shù)據(jù)盤+2個校驗盤+1塊熱備盤），裸容量260 TB，76%磁盤利用率，可用容量約200 TB，可滿足目前和近期業(yè)務發(fā)展對系統(tǒng)容量和性能的需求。隨著業(yè)務的發(fā)展，今后可按需在線擴容。

3 結語

本次改造完成后，徹底解決了臨床使用中的卡、慢現(xiàn)象，有力保障了大數(shù)據(jù)量設備影像的上傳和下載，提高了臨床滿意度。同時，該存儲架構通過利舊，將SAN架構和NAS架構融合在一起，實現(xiàn)了SAN+NAS的架構一體化，實現(xiàn)了所有影像數(shù)據(jù)的持續(xù)在線、存儲按需在線擴容；通過熱備容量替代專門獨立熱備盤、以數(shù)據(jù)重構替代磁盤重構，數(shù)據(jù)恢復速度是傳統(tǒng)磁盤陣列（redundant arrays of independent drives，RAID）的10倍，達到1 TB/h，提高了數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。