基于虛擬化環境的高可靠性PACS建設

許 強

江蘇省江陰市人民醫院 信息科，江蘇江陰 214400

基于虛擬化環境的高可靠性PACS建設

許 強

江蘇省江陰市人民醫院 信息科，江蘇江陰 214400

本文介紹了江陰市人民醫院基于虛擬化環境下的高可靠性圖片存檔及通信系統（PACS）的虛擬化配置和系統結構設計與實現過程，分析了虛擬化在醫療信息系統應用中的優勢和不足，并為虛擬環境下PACS的建設提出了自己的觀點。

虛擬化環境；圖片存檔與通信系統；虛擬機；醫院信息系統

0 前言

江蘇省江陰市人民醫院是東南大學醫學院附屬醫院、南通大學附屬醫院、徐州醫學院江陰臨床學院，是一所集醫療、教學、科研、預防保健、康復為一體的綜合性三級醫院，現開放床位2060張。我院從2004年開始使用放射科信息系統（RIS）和圖片存檔及通信系統（PACS），2007年臨床醫生使用Web影像信息發布系統,并逐步升級、擴容，到目前為止已經連接了CT、MR、DR、CR、RF、MG等各類型的影像設備15臺，年存儲量約18TB，所有影像設備都遵從DICOM標準。隨著醫院信息化建設的深入，各信息系統都已經逐步完善，并在臨床應用中發揮著巨大的作用，使病人登記、檢查、報告一條龍服務效率得到了提高。

我院2008年就開始使用IBM服務器及基于存儲區域網（SAN）架構的光纖存儲，采用VMware服務器虛擬化技術構建醫院虛擬化平臺，應用VMware Vcenter Sever管理軟件對整個系統實行了集中監管，實現了資源自動調配、虛擬機的自動遷移、核心業務的高可用性，增強了醫院信息系統業務的連續性，保證信息系統高效、安全、穩定運行。除醫院信息系統（HIS）現已有100多個系統運行于虛擬化平臺中。這種虛擬環境打破了傳統的一個服務器只為一個操作系統、一種應用服務的模式，實現了一機多操作系統、多應用的模式。

1 我院原PACS架構

隨著放射科設備的增加，檢查人次的增長，直到2013年底，放射科面對每天1000人次左右的檢查，原PACS已經難以滿足醫生對系統高負荷、高效率運行的要求。于是在2013年底全面升級現有PACS系統。

原PACS系統由3臺工作組服務器組成，其中2臺服務器分別對應CT/MR工作組和普放工作組，另外1臺單獨的服務器作為歸檔服務器，將工作組服務器上的數據定時歸檔，以保證數據安全。舊系統的缺點在于醫生只能在本工作組內閱片，如果跨工作組調閱圖像，會產生額外的圖像傳輸負擔，并導致閱片調用速度下降。數據沒有實現集中存儲，往往醫生為找一個歷史記錄而在不同的服務器上查詢。系統硬件也由于使用時間太久而顯得配置過低，最終表現為系統響應緩慢，原PACS系統服務器架構，見圖1。

根據醫院現狀，實施PACS系統升級時，主要考慮以下兩個方面：一是節省硬件成本，最好能利用醫院目前已有的資源；二是項目實施周期要短。基于以上因素，設計采用基于虛擬環境的PACS系統，以縮短硬件采購和項目實施時間。

2 我院現PACS架構

2.1 虛擬化方案

首先虛擬化平臺是在PACS系統的基礎上搭建的，架構圖見圖2。

為了滿足醫院生產環境所要求的7×24 h不停機的要求[1]，我們堅持系統必須滿足高可靠性的要求。虛擬化硬件平臺搭建采用用2臺IBM服務器（4路CPU(每顆8核)、64G內存）構建為高可用（HA）集群，每臺IBM服務器配備雙HBA卡，分別與2個光纖交換機連接，服務器使用的共享空間都是通過Vplex（存儲虛擬化）設備掛載，保證1份數據存儲在2臺存儲上，每臺服務器配置6個1000M網口，2個網口為1組，有利于管理網絡和業務網絡負載平衡。PACS應用服務器分配在2臺物理服務器構建的HA集群中，通過群集的DRS(分布式資源調度程序)功能來實現虛擬機跨主機自動平衡負載。在虛擬化平臺集群中任一臺物理主機存在硬件資源不足，則可以通過vMotion功能將正在運行的虛擬機遷移到群集中的其他主機上去，而且不會對正在運行的業務造成影響。即使群集中任一臺物理服務器出現故障，虛擬化集群的HA功能會將該主機上的虛擬機從其他正常運行的主機上重新開啟。

考慮到系統的性能要求，我們為每個虛擬服務器劃分了500G虛擬硬盤空間，32G內存以及12個CPU。在EMC存儲上則劃分了2T的硬盤作為數據和系統備份空間，而30T作為在線存儲，60T作為歸檔存儲。

2.2 HA機制

針對原PACS架構，重新規劃了現PACS的軟、硬件結構。系統完全支持虛擬化環境和Windows系統的HA模式。現PACS建立在SQL server2008 HA模式之上，并擁有自己的HA機制，當系統檢測到自身服務在一定時間內沒有響應，就會自動切換到另一臺服務器上，以實現高可靠性的目標。為了使系統發揮出最大效能，將PACS的應用放在第一臺服務器，而將SQL Server2008服務放在第二臺服務器上。

由于采用了新的規劃，PACS在圖像傳輸方面更加高效，用戶在客戶端閱片時，可以達到近200幅/s的CT圖像調閱速度，而接收設備圖像的速度也在150幅/s。系統所有影像設備和閱片工作站提供單一的存儲節點，避免了圖像的分散存儲和再次轉發。現PACS系統結構見圖3。

基于虛擬化平臺的PACS，在遷入7T的部分數據后開始投入臨床使用，現每天收存近1000人次檢查數據信息，與15臺設備相連，25臺報告終端連接，并通過Web功能向全院500臺臨床醫生工作站實時發布數據。

3 討論

從項目的方案制定到項目實施全過程來看，虛擬化平臺確實為我們提供了很多傳統模式無法提供的優勢。

首先在硬件的投資上，虛擬化平臺可以通過回收舊系統硬件資源，然后重新分配而達到硬件資源的最大化利用[2-3]。在項目實施中，我們通過對已有硬件系統資源的重新規劃，僅通過系統資源的重新分配，就為新系統的操作環境準備了足夠的硬件資源。

其次在項目實施過程中，由于虛擬化平臺能很好地屏蔽硬件的差異，因此無論是硬盤分區，RAID設置或者NAS的配置都顯得異常簡單。以往先要做好存儲空間硬盤RAID和NAS配置，在虛擬環境下，只需在虛擬設備資源池中劃分出足夠硬盤空間即可。因此，整個項目的前期準備工作只用了1周，而PACS安裝也只進行了1周，2周內完成一個中等規模的PACS建設，是傳統模式所不能達到的[4]。

關于虛擬環境下的數據安全，我們對虛擬化系統定期做備份，同時也利用PACS系統自身的備份機制，定時對數據庫、操作系統、圖像這三個方面做定時備份。數據庫方面，PACS采用每小時備份1次，每天進行1次差異備份，每周進行1次完全備份；操作系統方面采用Windows自帶的備份機制，每天進行1次系統和應用程序備份；而圖像方面，PACS采用在線和歸檔機制，保證圖像都有2份拷貝，存于2個不同的存儲中。對于整個PACS的備份，我們采用了EMC公司的VPlex方案進行備份[5]。

雖然虛擬機有諸多的好處，但是我們在實際運行中也發現如果虛擬機所在的服務器中含有過多的其他虛擬服務器，那么系統也確實存在性能下降的可能。畢竟操作系統是在虛擬硬盤中以文件形式創建在服務器中的。其次，如果存儲中也有其他大量應用占用磁盤陣列的讀寫操作，那么性能的下降會表現在圖像的存儲和調閱速度變慢。

所以針對PACS的應用，我們對虛擬機的部署做了進一步調整，減少PACS虛擬機所在服務器中虛擬服務器的數量，減少PACS所連接的EMC陣列中涉及到大量磁盤讀寫的應用服務。經過調整后，系統達到了預期要求。

4 結語

我院PACS升級的成功實施和上線運行，為虛擬化在醫療信息技術中的應用又提供了一個新的案例。虛擬化是近來信息技術領域發展的方向[6-8]，它不但為我們在項目選型、實施方法中帶來了更多的選擇余地，而且節省了更多的硬件、時間和人力成本。

[1] 李先鋒,王凱蕓,李強,等.三甲醫院虛擬化技術的研究與實踐,中國醫院,2012,16(2):12-14.

[2] 韓成.利用虛擬技術整合醫院服務器的探索[J].數字技術與應用,2013,(3):227-229.

[3] 張剛偉.醫院PACS應用虛擬化架構的創新和發展[J].醫學信息,2010,23(8):21.

[4] 王康,鄭小林.虛擬化在PACS系統中的初步應用[J].中國衛生產業,2011,(22):114.

[5] 魏明,羅希.虛擬化技術對PACS高可靠性支持[J].電子設計工程,2013,21(14):61-63.

[6] 馬錫坤,張穩.服務器虛擬化技術及其在醫院的應用[J].中國醫療設備,2013,28(5):60-62.

[7] 潘欣.服務器虛擬化技術在醫院信息系統中的應用[J].中國衛生產業,2013,(1):184-185.

[8] 馬鋆.基于vSphere平臺的服務器虛擬化技術應用研究[D].南京:南京郵電大學,2013.

High-Reliability PACS Based on Virtualization Environment

XU Qiang
Department of Information, Jiangyin People’s Hospital, Jiangyin Jiangsu 214400, China

This paper presents the virtualization configuration, structure design and implementation processes of PACS in Jiangyin People’s Hospital based on virtualization environment, analyzes the advantages and disadvantages of the application of virtualization in hospital information system, and puts forward the suggestions on PACS construction in virtualization environment.

virtualization environment; PACS; virtual machine; hospital information system

TP391.9

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.11.014

1674-1633(2014)11-0050-03

2014-05-08

作者郵箱：ygl17@126.com