NAS数据存储在医院PACS场景的应用与探索.docx

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1、NAS数据存储在医院PACS场景的应用与探索前言2一、需求分析篇21 .项目背景22 .建设目标33 .需求分析与挑战44 .需求总结4二、思路与方案设计篇51 .前期背景52 .设计思路53 .规划和设计方案73 . 1建设内容概述74 .2 PACS存储技术要求8三、方案与实现效果篇131.PACS应用数据融合管理141. 1 SAN和NAS融合部署141. 2 NAS自动分级与安全归档152.建设效果与总结17前言在“健康中国2030”国家战略的指导下，某大型三甲医院不断加快智慧医 院的建设进程。PACS系统作为医院数据量最庞大的核心业务系统，其稳定、可 靠、高效运行是医院为患者提供全流

2、程化诊疗服务的保障。为了让医护人员工作 效率更高，提高医生阅片的效率，进而让患者获得更好的就医体验，同时为满足 国家影像数据法规要求至少保存15年以上要求，PACS系统的长期安全保存成为 其发挥医学价值的关键。本文结合某大型三甲医院采用NAS存储解决方案在PACS 系统的应用实践，从安全性、管理性、易用性多方面分析了 NAS存储对于医院影 像数据的价值优势点。全文共分为三个部分：需求分析篇、思路与方案设计 篇、方案与实现效果篇，希望能为医疗同仁带来参考。一、需求分析篇1 .项目背景在“健康中国2030”国家战略的指导下，某大型三甲医院不断加快智慧医 院的建设进程，旨在建立医疗、服务、管理“三位

3、一体”的智慧医院系统， 以“智慧服务”、“智慧医疗”、“智慧管理”、“互联网+健康”为重点 大力发挥信息技术在现代医院建设管理中的重要作用，不断提高医院治理 现代化水平，形成线上线下一体化的现代医院服务与管理模式，为患者提供 更高质量、更高效率、更加安全、更加体贴的医疗服务。数字化医院是现代医疗发展的新趋势，数字化医院系统是医院业务软件、数 字化医疗设备、IT基础平台所组成的综合信息系统，数字化医院工程有助 于医院实现资源整合、流程优化，降低运行成本，提高服务质量、工作效率 和管理水平，数字化医院是医院现代化的必由之路，医院只有充分利用数字 信息技术，才能解放劳动力，使其在激烈的市场竞争中取得

4、成功。数字化底座是数字化医院建设的基石，我院IT基础设施建设多年，随着医 院业务系统的逐渐增多，业务量逐年递增，原有的传统IT基础设施和架构 己经难以支撑核心业务系统的业务需求。NS应用在医院的发展越来越迅速，以PACS业务为主的应用每年产生IoOTB 左右的数据量，作为医院数据增长最快的应用系统，而且数据需要长时间保 存，同时涉及多个系统之间的数据联动。我院作为较早一批建设PACS系统 的三甲医院，从2014年上线至今已拥有数十亿张影像文件，数据量高达数 百TB,业务规模逐渐递增，复杂性日益提高。2 .建设目标PACS影像系统是院内核心业务系统，不但承接整个医院的影像数据，而且 更承载着医院

5、面向未来发展的基础，因此对PACS影像的稳定性、安全性和 运行性能要求较高，按照“继承性与扩充性、先进性和成熟性、高可用性、 可靠性”的设计原则，完成基础IT设备的改造。本次建设的主要目标是： -核心业务连续性本次建设主要覆盖医院PACS影像系统，包括PACS数据库、PACS影像文件。 随着医院信息化建设的发展，医疗应用的重要程度越来越高，一旦业务系统 出现问题，将会对医疗业务产生重大影响。因此，必须设计规划可靠的解决 方案，保证在软件、硬件出现局部问题和数据中心出现区域故障的情况下核 心业务系统连续运行，医院医疗业务不能中断。- 核心业务高效性PACS影像系统承载着医院影像数据，涉及医护人员

6、快速阅片，患者高效就 医等关键流程。一旦影像系统访问缓慢，将会对整个就医流程产生极大的影 响。因此，必须设计规划高效的影像解决方案，保障院内影像系统高效访问， 提升患者就医体验的同时，提升医护人员的工作效率。- 合规数据长期留存按照国家卫健委对影像数据存储要求，PACS影像门诊数据需要保存不得少 于15年，住院数据需要保存不得少于30年。因此，需要建设数十年影像数 据保存的建设方案，保证需要的时候能快速进行影像的获取。- 提高基础资源利用率针对支持医院临床业务最消耗硬件资源的PACS系统，必须进行科学的分析， 合理设计规划基础资源建设，提高基础资源的利用率。通过存储虚拟化技术 将原来存储设备整

7、合到新的基础架构中，既满足了业务需求，节约了投资， 又很好的提高了存储资源的利用率，并简化基础架构管理复杂度。3 .需求分析与挑战PACS （Picture Archiving and Communications System）系统指的是影像 归档和通信系统，它主要应用在医院影像科室，其主要任务是将日常产生的 医学影像数据通过相应的接口数字化保存起来，医生可以使用PACS系统随 时调阅图像。其中医学影像主要包括核磁、CT超声、X光机、红外仪、显 微仪等设备产生的图像。1）性能：业务压力大，小文件性能要求高PACS影像以单序列单线程读取，每序列2007000张影像，要求单影像序列 首幅影像加载

8、时间V3s,单线程每秒50幅影像，海量小文件的保存，对 存储设备性能带来了极大挑战。2）成本：数据增长迅速，性能和成本不能兼顾日门诊量IW左右，PACS系统每天产生40万张影像，每年1T. 5亿影像数 据，影像大小100-50OKB左右，年增长IoOTB左右；快速增长的影像数据长 期保存，急需低成本的存储成本。3）运维：结构化和非结构化数据共存，数据管理复杂院内PACS系统结构化数据和非结构化数据共存，区域PACS系统跨平台数 据整合困难，整体数据结构繁多、数据管理复杂；PACS系统数据特点，在 线和离线数据并存，法规遵从PACS数据至少保存15年，多套存储设备共 存，数据生命周期管理困难。4

9、）可用：容灾机制不全PACS系统容灾机制不完善，当病毒或误操作等单点故障风险时，无法保障 关键影像数据不丢失。4 .需求总结综上所述，PACS系统是支持医院医疗业务流程和服务患者的院内重要核心 系统，PACS系统的运行质量直接影响医生正常阅片和患者查询各项报告， 又由于PACS影像系统的业务专业性质决定了影像数据量巨大，需要保存时 间长，调取影像数据快等要求，对于PACS系统的硬件存储提出了很高要求， 有一定的难度和技术挑战。所以，我们需要根据国家的具体规定，进行科学 的研究分析，采用先进的计算机技术，规划和设计好PACS系统的存储方案， 保证从安全性、管理性、易用性、高效性多方面使能PACS

10、系统，满足临床 医生和患者的要求。二、思路与方案设计篇1 .前期背景以PACS业务为主的应用每年产生IoOTB左右的数据量，作为医院数据增长 最快的应用系统，而且数据需要长时间保存，同时涉及多个系统之间的数据 联动。我院作为较早一批建设PACS系统的三甲医院，从2014年上线至今 已拥有数十亿张影像文件，数据量高达数百TB,业务规模逐渐递增，复杂 性日益提高。2 .设计思路从业界来看，数字化医院系统IT基础平台需要具备足够的灵活性、扩展性、 兼容性，以满足数字化医院的这种发展形式。存储设备作为IT基础平台的 关键、作为信息化系统最底层的硬件产品，顶层设计和技术规划尤为重要。 应该遵循“行业主流

11、、安全稳定”的原则，同时，兼顾性能（主要包含I0PS、 MBPS及延时等指标）与成本，并充分考虑国家信息技术应用创新战略。医 疗存储设备选型的关键点需关注以下四个方面：（一）存储设备在行业的影响力所选择的存储设备品牌及型号需要在业界（尤其是同行业）有广泛的成功应 用案例，经得起同行业的考验。需要有稳定的服务团队，产品和方案落地靠 的是人，医院的数据中心存储方案落地，需要有资深的行业架构师和服务人 员，才能确保该硬件产品得到强大的后台技术团队支持。参考2020年 Gartner企业主存储品牌魔力象限排名，行业领先的象限中不仅有国际存储 大厂HDS、Infinidat,而且也有例如华为这样与国际水

12、平相比毫不逊色的 国内存储厂商；近年来，某些国外传统存储大厂进行了战略大调整，在国内 的存储技术服务力量明显削弱，相对其它厂商而言，华为存储设备的技术支 持服务能力较强，能在第一时间响应客户需求。同时核心存储也需要考虑到 存储的性能，需要能够应对业务未来不可预测的性能需求，如使用更新的存 储协议和存储介质、对于多云平台的支持，如（）PenStack、VMware、容器等。（二）存储设备具备安全稳定性存储设备重点需要考虑稳定性和数据服务能力，对医院数据中心而言，存储 设备牵一发而动全身，存储架构的稳定性及可靠性是数据中心存储选型最 基本也是最重要的需求，包含存储架构冗余度较高，各个部件（如：控制

13、器、 磁盘、前端接口卡、后端接口卡、网卡及电源等）均为冗余设计、支持在线 热插拔，任意部件损坏均不影响主机上业务运行。首先，整个存储系统要具有全冗余与安全性设计，不存在“单点故障”，包 括控制器、缓存、硬盘、前端口、后端口、电源、风扇、电池等部件均具有 冗余，硬件维护对上层主机访问无感知。作为存储系统中最重要的两个部件“控制器”和“硬盘”，有的存储产品已经可以做到支持控制器四坏三，硬 盘可容忍两块甚至三块同时损坏，如：华为最新高端存储甚至可以支持控制 器八坏七。其次，各部件可以进行微码在线升级，对主机访问无影响。特别是关键部位 控制器，已有最新存储产品可以支持控制器升级微码不重启。（三）存储设

14、备具备可维护性存储设备需具备较高的可维护性，各个部件的预防性维护和更换均为在线 操作，控制器、硬盘及接口卡等部件都必须支持在线微码升级，交替重启部 件或更换部件时不可以影响到上层业务；可以通过机器学习等先进的存储 算法，实现存储服务的自我优化，并且可以智能的监控存储设备的运行状态， 预测未来的存储服务需求。（四）存储设备的硬件架构先进性当前存储设备产品根据架构分为“集中式架构存储”及“分布式架构存储” 两大阵营。集中式架构存储采用的是块机制，以块为单位实现数据的更新和 锁机制，其机制跟数据库管理数据文件的方式类似，性能及安全性可得到有 效保障。集中式存储最大的优势在于架构简单、维护相对容易，已

15、有的运维 经验能够延续，同时传统存储厂商支持能力相对较强。对于医院信息系统中大多数关键NAS应用，具有高稳定性、高吞吐量和低 时延等特性的集中式架构存储是更好的选择，存储设备的各个控制器工作 在对称ActiveZActive模式，各控制器性能负载稳定均衡。3 .规划和设计方案3.1 建设内容概述本次建设充分利用本院双数据中心优势，通过将医院楼宇间两个数据中心 建成双活中心，既可以为每个信息中心内部的应用提供冗余保护，实现站点 内部的无缝漂移；又可以实现，当某个信息中心出现故障时，将该站点所有 的应用系统，切换到另一个站点中，保证了两个站点之间的应用故障无缝连 续运行。最终，满足在不同场景下对业

16、务连续性的要求。基于我院已经建设的双活存储架构，充分利用现网资源。介于目前医院PACS 的规模和所面临的挑战，采用现有华为高端双活全闪存储作为PACS应用的 在线存储设备，利用存储的SAN+NAS 一体化能力实现我院HIS和PACS在线 的集中式部署，一套设备部署SAN和NAS两种类型的业务。对于访问频度 较低的近线数据采用低转速的大容量硬盘进行存储，降低成本的同时不影 响业务访问。通过存储和PACS软件的数据分级实现在线和近线数据，热点 和冷数据的自动分级。最后规划通过蓝光光盘库对离线归档数据进行长久 保存，符合国家影像数据至少保存15年的要求。针对在线数据（1飞个月内数据），读取频率高，在医院楼宇间两个数据中 心建成全闪双活中心，在线数据通过全闪加速，能满足在线