数字化医疗影像存储的解决之道

一、数字化医疗影像面临的挑战

医学影像存储与传输系统PACS（picture archiving and communication systems）是专门用于医学图像处理、存储与传输的计算机应用系统，通过网络将医院的CT、CR、DSA、MRI、数字胃肠、彩色超声、黑白超声、喉镜、内窥镜等影像检查设备连接起来，将其数字化的图像信息传送到服务器中进行分类档存储，按需要快速传输到相关影像使用点，实现影像的长期保存、信息共享，实现医院影像的无胶片传送和存储。PACS能有效解决传统医学影像中存在的存储、传输、检索和使用中存在的许多问题，实现医学X射线、CT扫描、数字减影血管造影（DSA）、核磁共振（NMR）、核医学（NM）、PET、超声等医学图像信号的数字化管理，实现医院的无胶片化的诊断，辅助医生的诊断与治疗，提高医院的工作效率和医疗水平。所有患者的医学影像信息，均与患者的电子病历整合在一起，并以数字方式存储。这些医学影像信息，医生及护理人员均可通过可靠的网络连接从医院内外的任何地方，以安全的方式进行访问，无需再等待胶片冲洗，大大减少患者的等待时间。

在医院PACS系统的建设过程中，由于PACS系统存储了非常宝贵、非常重要的病人影像数据，能为后续的病人救治、医疗科研、医疗培训、法律法规要求等提供有力保障，因此搭建一个高可靠的存储系统对其医疗数据的备份、恢复、归档及医疗业务的持续运行所起到的重要作用。根据目前业界一般的PACS系统建设情况，以及医学影像数据的海量增长，整个PACS系统建设还存在诸多挑战。

• 扩展性

PACS影像技术的发展带来不可预知的存储容量增长，三甲医院的现网影像文件过亿，每年新增几千万个影像文件，年数据增量10T以上，保存时间自患者最后一次就诊之日起不少于15年。PACS系统属于典型的带宽型应用，存储数据量大，单个文件较大（MB甚至几十MB），因此需要存储系统能够提供较大的数据存储空间，较高的带宽性能，同时存储系统应具有良好的扩展性，以应对PACS系统升级或医院整体规模扩大时的数据增长。

• 业务连续性

PACS生成的数据具有重要的临床价值和医学研究意义，同时法律法规（特别是举证倒置）也要求数据的准确性和完整度，因此用于PACS数据存储的磁盘阵列必须具有极高的冗余度和可靠性，能保障15年大量数据的可靠存储；根据卫生部制定的《医疗机构病历管理规定》和《新规范》中明确要求，医疗信息系统出现故障时，业务恢复时间在5~10分钟之内，系统支持7×24小时工作。传统的PACS存储方案只有一份在线影像数据，一旦在线存储设备故障会导致影像业务长时间中断，甚至有数据丢失的风险。基于PACS数据的重要性，需要建设数据灾备系统，进一步保障数据安全。

• 可管理性

由于海量影像数据的持续增长，数据中心机房逐渐部署了不同品牌、型号的存储设备。利用传统的工具、脚本或手工进行管理，无法做到数据生命周期全自动化管理，系统日常维护复杂。1年以内的数据比较活跃，1年以上的影像数据基本不被访问，用户往往通过手动的方式将数据在在线、近线、离线存储之间进行迁移。海量数据的迁移速度慢、容易出错、没有固定的迁移归档策略、缺乏统一的数据管理平台。随着存储数量的快速增大，调阅和管理的计算能力也要支持在线的快速扩容，以保证查询及管理系统的快速响应。

二、数字化医疗影像存储解决方案

华为经过多年与合作伙伴在医疗行业的技术创新与实践，一直聚集于IaaS（基础设施即服务）平台的效率提升，为医疗行业PACS存储提供创新的解决方案。

2.1 PACS系统存储与归档解决方案

针对PACS系统数据增量大，近线数据占60%以上容量，近线数据访问量小，数据全生命周期管理复杂的特点，推荐华为的影像数据生命周期管理方案：采用OceanStor V3系列统一存储，满足不同PACS系统软件的需求，无需额外增加NAS引擎，可以同时提供块、文件接口，承载PACS系统数据库和在线PACS影像文件，提供高速的数据访问能力，提供有效的数据共享能力。配置容量为满足医院1~2年内的在线医疗影像数据。利用PACS系统的数据归档功能，将历史数据从在线存储中迁移到OceanStor 9000归档存储系统中，实现数据的长期、可靠的存储，并确保历史数据能够实时被业务系统访问。OceanStor 9000采用分布式架构，按需扩展存储节点，最大60PB单一文件系统扩展，满足海量PACS归档文件的存储需求。同时支持3节点到288节点的平滑扩展，一分钟即可完成节点在线扩容，对上层PACS系统无影响。

2.2 PACS系统存储容灾解决方案

华为的影像数据容灾方案可以满足PACS系统的高业务连续性的需求，面对不同PACS软件供应商的体系架构，可分别使用SAN或者SAN+NAS的方式提供服务，生产中心和容灾中心分别部署一套V3系列存储，影像索引数据库通过V3阵列同步远程复制功能进行异地容灾，RPO=0，影像文件通过阵列NAS异步复制同步到容灾中心阵列，对生产存储影响小，RPO小于等于5分钟， RTO小于20分钟。同时提供可视化拓扑展示，设备、链路状态端到端监控，定期进行容灾演练，最大程度保证系统可用性。

2.3 区域医疗影像云存储解决方案

随着国家、省、市三级区域卫生平台的建设，越来越多的影像数据会集中在区域医疗卫生平台，由于医疗设备更新很快，影像，病理文件越来越大，要求非结构化存储的扩展性好，满足未来技术发展要求。在一级中心部署华为OceanStor 9000 分布式云存储系统。提供海量的存储资源池，提供统一命名空间，使得在单一文件系统中保存区域的影像数据，对外提供CIFS 和NFS 共享协议接口，为二级机构提供数据集中存储和访问，满足医疗资源互通共享需求。在二级中心部署华为OceanStor V3 系列存储，支持正常的影像文件，病理文件存储需要。方案支持数据在不同机构之间相互流通，实现数据平面的垂直和水平流动，支持以下几种业务模式，满足未来医疗资源整合趋势：

• 集中式建设：数据从二级中心上传到一级中心，实现数据大集中，在一级中心实现病人影像，病理数据共享，实现医疗协同。

• 分布式建设：二级中心保留本地一定时间内影像文件，作为高速缓存节点，其他时间文件在一级中心归档，二级中心间数据共享通过索引定位，在二级分中心之间流动。