济宁市第一人民医院PACS建设中的存储规划方案探讨
杭旭东
摘要：济宁市第一人民医院PACS-RIS系统自2011年上线运行以来，已经经历了两次系统升级。随着医院快速发展，特别是东院区的启用，影像设备数量、检查量和数据量不断增加，对PACS系统的稳定运行尤其是图像的存储，有了更高的要求，急切需要对已有系统进行升级扩容。在此次升级期间，对比原存储方式和架构，发现需要优化的地方，重点是存储方式。
关键词：济宁市第一人民医院;PACS-RIS建设;存储;NAS
一、现状及期待
PACS系统是Picture Archiving and Communication Systems的缩写，意为影像归档和通信系统。把医院日常产生的各种医学影像（包括核磁，CT，超声，各种X光机等设备产生的图像）通过各种接口（模拟，DICOM，网络）以数字化的方式海量保存起来，当需要的时候在一定的授权下能够很快的调回使用。它在各种医疗检查设备间传输数据和组织存储数据具有重要作用。是目前各大医院必有的信息系统，济宁市第一人民医院自2011年上线PACS以来，在解决医院存储、调阅查看图像的同时，也暴露出诸多问题。
面临问题：
· 预估图像日常增长不严谨,现存储容量已不足以支撑两个院区
· 存储架构不合理
· 原PACS存储空间有限，磁盘可用空间过低，影像调取速度变慢，风险增大
· 客户端数量严重不足，随着新院区的启用，急需增加相应的客户端License数量
济宁市第一人民医院希望能通过PACS/RIS系统的扩容升级，来满足新形势下医院的发展需求，继续完善现有系统的建设，更好地服务于患者，提高病人满意度，提升医院的社会形象。
二、建设规划方案
2.1整体架构设计
济宁市第一人民医院多院区PACS系统架构图
系统整体架构设计为Multi-Site模式，在新启用的东院区新建一个影像数据中心，做为医院PACS系统的生产数据中心，其上部署锐珂公司先进的Multi-Site架构的PACS/RIS系统，为两院区提供影像管理和诊断服务。老院区服务器端现有软硬件保持不变，做为两院之间网络中断的情况下的应急系统使用，只在原RIS服务器上部署一套新的offline模式的RIS系统，以实现故障排除后，RIS数据自动向东院区RIS同步的功能。
位于东院区的生产数据中心推荐采用虚拟化架构，整个系统采用4台高性能服务器做为搭建VM虚拟化平台的硬件基础，这4台服务器通过VMware虚拟化后部署相应的虚拟机，包括：PACS、RIS、Broker、Web、医技（超声、内镜、病理）等，各服务器所需资源见下表：
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服务器类型 |
所需资源 |
操作系统 |
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PACS服务器 |
16 core，96GB内存 |
Win 2012 x64 R2 Eng Standard |
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RIS服务器 |
12 core，32GB内存 |
Win 2008 x64 R2 Eng Standard |
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Broker 服务器 |
12 core，16GB内存 |
Win 2008 x64 R2 Eng Standard |
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Web 服务器 |
12 core，32GB内存 |
Win 2012 x64 R2 Eng Standard |
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医技服务器 |
12 core，16GB内存 |
Win 2008 x64 R2 Standard |
后续部署新的系统所需的资源，可以在剩余的资源池中进行分配。
东院主数据中心的存储采用SAN+NAS架构，SAN存储中存放虚拟机、数据库、数据库备份及在线影像文件，NAS存储长期影像。本部的现有系统架构不做改变，历史影像逐步向新系统迁移。
2.2.原存储方案和优化后存储方案说明
我院原PACS-RIS系统存储方案采用三级存储结构，由在线存储、近线存储、离线存储构成，在线存储由EMC FC AX-4存储，而近线存储和离线存储由EMC CENTERA存储，EMC Centera是世界上第一个内容寻址存储 (CAS, Content-addressed storage)，由EMC公司推出，Centera 利用一次写入多次读取 (WORM) 技术，确保在线长期归档数据真实、不会被重写并且不可改变，可提供内容真实性、治理和法规遵从性、长期保留和高可用性。但这种三级存储架构在我院实际应用过程当中，发现存在极大浪费问题。
第一、三级存储架构的图像存储容量是在逐级递增的，在我院，第一级在线存储分配10T的空间，第二级分配15T左右的空间，离线存储根据CENTERA的大小，大约有30T的空间，但在实际应用当中，第一级的数据其实在第二级近线存储和第三级离线存储当中都存在，只有在在线存储中找不到的老数据才需要去CENTERA中寻找，而中间一级近线也存有这种老数据，造成了存储空间的浪费。
第二，我院应用EMC Centera，在全国范围内也是比较早的，而EMC Centera本身在医院的应用就没有很广泛，这就造成了EMC Centera的价格相比其他类型存储，价格昂贵，配件稀少，维护困难且成本太大。
第三，EMC Centera在我院的应用不合理，热备盘和镜像冗余就占了很大的存储空间。
在我院东院区启用过程中，随着医疗设备的增加和病人检查量的增加，一种新的PACS存储架构和数据存储方式就变得急切需要了。经研究，实施方案是在东院区主数据中心机房，存储方式简化为两级，即在线存储和近线存储，在线分配20T空间，近线分配80T空间，作为未来五年左右的存储，并且为近线存储设备采用SAN架构的存储，用EMC NAS 作为存储,NAS（Network Attached Storage)网络存储基于标准网络协议实现数据传输，为网络中的Windows / Linux / Mac OS 等各种不同操作系统的计算机提供文件共享和数据备份。NAS具有很多优点：第一NAS数据保护存储方案，为数据提供有效保障，可对重复数据进行删除、压缩以优化存储空间，最高可有效节省80%的存储空间，并且可以通过NAS特有的RAID机制，对硬盘进行有效的保障。第二、NAS支持多电脑及终端设备共享，无论存取，都可以方便使用。设置不同的使用权限，即可以方便用户查看，也可以防止数据丢失，性价比高， 4块4T的企业级硬盘，一套下来总价不到一万元，是用CENTERA存储成本的十分之一不到，安全方便，实惠高效。第三、去掉一级存储，可以节省很多存储空间，也节省医院成本，并且存储调取速度也很快。推荐NAS磁盘采用高性能的15K rpm转速 SAS盘存放PACS数据库及虚拟机文件，采用容量与性能兼顾的10K rpm 转速SAS硬盘存储PACS系统的在线影像数据。在提升系统整体效能的同时，还降低了管理和运维成本。针对影像数据量大，要求保存时间长的特点，再配备一套NAS架构的存储，海量的NAS存储负责影像数据的长期归档。
三、存储规划具体方案
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EMC VNX5600 （SAN） |
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4 * SAS 600GB à 系统预留 2 * SAS 600GB à Hot Spare 18 * SAS 600GB à Disk Pool 0 à RAID 5 (8D+1P) = 8.5TB 2 * SAS 1.20TB à Hot Spare 18 * SAS 1.20TB à Disk Pool 1 à RAID 5 (8D+1P) = 16.8TB |
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磁盘池 |
逻辑单元号 |
LUN Size |
裸设备映射 |
Path/Files |
尺寸 |
描述 |
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高速磁盘1 600GB |
LUN 101 |
2TB |
N |
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250GB |
VUE101_VM |
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250GB |
VUE102_VM |
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200GB |
RISGC3_VM |
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200GB |
CSBROKER_VM |
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100GB |
QUEUE_VM |
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LUN 102 |
2TB |
N |
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300GB |
RISGC3_DB |
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200GB |
RISGC3_HIPPA |
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300GB |
RISGC3_ARC. |
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100GB |
CSBROKER_DB |
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100GB |
CSBROKER_APP |
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LUN 103 |
4TB |
N |
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3000GB |
VUE101_DB |
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300GB |
VUE102_CACHE |
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高速磁盘2 1.2TB |
LUN 201 |
8.4TB |
N |
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7500GB |
VUE101_DISK02 |
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LUN 202 |
8.4TB |
N |
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6000GB |
VUE101_DISK01 |
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EMC VNX5600 （SAS） |
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4 * SAS 600GB à 系统预留 2 * NL-SAS 4000GB à Hot Spare 40 * NL-SAS 4000GB à Disk Pool 0 à 108TB à RAID Group 0 (6D+2P) à RAID Group 1 (6D+2P) à RAID Group 2 (6D+2P) à RAID Group 3 (6D+2P) à RAID Group 4 (6D+2P) |
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磁盘池 |
逻辑单元号 |
LUN Size |
裸设备映射 |
Path/File |
尺寸 |
描述 |
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低速磁盘 4000GB |
LUN301 |
15TB |
N |
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14TB |
VUE101_U01 |
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LUN302 |
15TB |
N |
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14TB |
VUE101_U02 |
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LUN303 |
15TB |
N |
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14TB |
VUE101_U03 |
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LUN304 |
15TB |
N |
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14TB |
VUE101_U04 |
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LUN305 |
15TB |
N |
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14TB |
VUE101_U05 |
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LUN306 |
15TB |
N |
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14TB |
VUE101_U06 |
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LUN307 |
15TB |
N |
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6000GB |
VUEPACS_BAK |
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500GB |
RISGC3_DBBAK |
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2000GB |
RISGC3_Reque. |
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200GB |
vCenter_VM |
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四、采用虚拟化架构以及未来的云存储
1、虚拟化架构降低总体拥有成本（TCO）、提高投资回报率（ROI）
l 通过服务器整合，控制和减少物理服务器的数量，明显提高每个物理服务器及其CPU的资源利用率， 从而降低硬件成本。
l 降低运营和维护成本， 包括数据中心空间、机柜、网线，耗电量，冷气空调和人力成本等。
2、提高运营效率
l 加快新服务器和应用的部署，大大降低服务器重建和应用加载时间。
l 主动地提前规划资源增长，这样对客户和应用的需求响应快速，不需要象以前那样，需要长时间的采购流程，然后进行尝试。
l 不需要象以前那样，硬件维护需要数天/周的变更管理准备和1 - 3小时维护窗口，现在可以进行快速的硬件维护和升级。
3、提高服务水平
l 帮助您的企业建立业务和IT资源之间的关系，使IT和业务优先级对应。
l 将所有服务器作为统一资源池进行管理，并按需进行资源调配，快速响应业务部门提出的系统资源需求。
4、陈旧硬件和操作系统的投资保护
l 虚拟化平台具有更广泛的操作系统（OS）兼容性，不再担心旧系统的无法使用，并且通过自动更新功能实现维护和升级等一系列问题。
5、为将来的集中网络存储提供可能
l 对于由于成本或者其他原因没有接入到存储网络（SAN, iSCSi和NAS）的服务器，整合后物理服务器数量减少，可以考虑接入到存储网络, 这样充分利用网络存储的优势，将这些分散的数据集中管理备份，为这些服务器和应用的以后的容灾打下基础。同时，通过虚拟机的特有功能和网络存储的有效结合， 提高了这些应用的可用性，移动性和灵活性。
6、云计算基础环境准备
l “虚拟化是云计算的基础”，这已经是一个毋庸置疑的话题。通过vSphere的搭建，可以为将来向云计算过渡，提供一个稳定、可靠、易于扩展的基础平台。
l vSphere是一个基础平台，同时也是一个“友好”的平台，可以容纳第三方产品与vSphere的结合。构建以虚拟化为核心的，包含“云安全、云备份、云存储、云应用”等完整的云计算数据中心。
结束语：
总而言之，济宁市第一人民医院的PACS-RIS建设方案的最大合理优化，首先要关注其存储的优化，存储的优化会让数据图像保存的更长久更安全，并且在调阅的时候会更方便快捷。以后的升级会采用云存储，更节省成本。
参考文献：
[1]济宁市第一人民医院信息机房建设方案
[2]济宁市第一人民医院信息化建设规划
[3] 锐珂医疗亚太投资管理(上海)有限公司PACS建设方案
[4] 百度百科-PACS系统