NAS数据存储在医院PACS场景应用.docx

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1、NAS数据存储在医院PACS场景应用【导读】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

2、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。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

3、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基础设施和架构已经难以支撑核心业务系统的业务需求。NAS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

4、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、

5、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

6、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（PictureArchivingandCommunicationsSystem）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）

7、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200-IOOO张影像，要求单影像序列首幅影像加载时间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1-15亿影像数据，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

8、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）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

9、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系统，满足临床医生和患者的要求。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

10、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、安全稳定”的原则，同时，兼顾性能（主要包含IOPS、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2023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

11、大厂HDS、Infinidat,而且也有例如华为这样与国际水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OpenstackVMware容器等O（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

12、含存储架构冗余度较高，各个部件（如：控制器、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

13、级微码不重启。（三）存储设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

14、相对容易，已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Active/Active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健连续运行。最终，满足在不同场景下对业务

15、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SANNAS一体化能力实现我院HTS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（16个月内数据），读取频率高，在医院楼宇间两个数据中

16、心建成全闪双活中心，在线数据通过全闪加速，能满足在线数据能够快速读取的核心诉求。最终，满足在不同场景下对在线数据业务连续性和性能的要求针对近线数据（6个月3年内数据），超过6个月的数据，读取频率相对较低，因此采用低成本的HDD盘进行保存。不但可以满足需要读取的时候能相对快速的数据读取，而且保存成本相比全闪存，极大的降低。针对离线数据（3年30年数据），超过3年的数据，基本不会读取，按照国家法规要求，同样需要进行保存。可通过蓝光归档库进行长时间的保存，并且随时可调阅。通过针对互联网阅片，通过单独建设互联网影像区域，以满足海量互联网用户的阅片诉求。整体PACS应用建设经历了两个主要阶段，整体架构发展示意图:3.2PACS存储技术要求3.2.1PACS应用快速阅片3.2.1.1高性能NAS文件系统在传统NAS文件系统架构中，业界一般采用Activ