對象存儲、TruRez機制在雙機雙核PACS架構下的實施

彭遠

摘要：我院PACS系統已運行使用多年，軟硬件故障頻發，亟待重新規劃建設新系統。本文主要介紹在“雙機雙核”架構及超融合虛擬化平臺下，升級硬件、引入對象存儲機制及TruRez增量傳輸技術建設我院PACS系統的實施經驗。本次改造升級后有效提升了系統歸檔及調閱速度，改善了存儲利用率，提高了系統穩定性。

關鍵詞：PACS;虛擬化;對象存儲;TruRez

中圖分類號：TP399 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：B ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.22.004

文章編號：1006-1959（2019）22-0011-02

Implementation of Object Storage and TruRez Mechanism in

Dual-machine Dual-core PACS Architecture

PENG Yuan

（Department of Information Engineering，Jiangsu Provincial Traditional Chinese MedicineHospital，Nanjing 210029，Jiangsu，China）

Abstract：The PACS system of our hospital has been in operation for many years， and hardware and software failures occur frequently， and it is urgent to re-plan and build a new system. This paper mainly introduces the implementation experience of building a PACS system in our hospital under the "dual-machine dual-core" architecture and hyper-converged virtualization platform， upgrading hardware， introducing object storage mechanism and TruRez incremental transmission technology. After the upgrade and upgrade， the system archive and access speed are effectively improved， the storage utilization rate is improved， and the system stability is improved.

Key words：PACS;Virtualization;Object storage;TruRez

江蘇省中醫院放射科現有DR、CT、MR、RF、MG等檢查設備共計23臺，日均檢查患者約1280人，影像數據量約4.2 TB/月。隨著醫院發展規模擴大，設備及檢查量逐年增加，原系統軟件功能和硬件設施已難以滿足工作需要。為規范科室工作流程、提升工作效率，需在現有基礎環境上，規劃建設新的PACS系統。本文主要對本次系統架構、服務器存儲、壓縮傳輸技術的升級情況進行分析，旨在為醫院建設PACS系統提供參考。

1系統架構方案

1.1雙機熱備架構 ?我院原系統核心服務器為雙機熱備（active/standby）集群架構，兩臺服務器互為備份、共用存儲，主服務器出現故障時通過心跳診斷將standby設備激活。此架構較為通用經濟，但存在一定缺點：①只有一份存儲和在線數據，風險較大，系統故障時數據恢復時間長;②服務器不能分開部署，維修升級需要停機;③適用于數據量不大、應用相對簡單的系統。隨著我院發展規模擴大，該PACS系統應用服務多、數據量大、持續訪問時間長，此種架構方式并不高效[1]，已不符合我院需求。

1.2雙機雙核架構 ?本次PACS系統升級使用GEPACS V6.0、RIS V3.0系統，并采用“雙機雙核”架構，承擔整個系統管理、數據庫查詢存取、工作站管理、圖像管理、圖像壓縮、流程調度等功能。系統架構見圖1。

雙機雙核架構以兩臺高性能數據庫服務器為中心，負載均衡控制器在影像傳輸服務器、臨床WEB瀏覽服務器、中間件服務器、數據庫網管服務器間自動分配工作量[2]。數據庫服務器協調各子單元工作、同步數據更新，故障發生時可做到快速響應切換。

與雙機熱備架構相比，雙機雙核系統架構優勢有以下幾點：①服務器可分開部署，兩份核心在線數據庫實現數據雙向備份并保持實時同步;②通過2臺深信服AD-1000負載均衡設備，實現應用服務器的智能化負載均衡，提升設備利用率;③實現主備機房的容災備份，維修不停機;④應用切換由硬件實現，可實現毫秒級切換。

2硬件改造升級

2.1超融合虛擬化 ?本次系統升級前，PACS系統應用服務運行在6臺HP DL380GS服務器上，存在的問題：①已運行使用8年，硬件老化和性能不足致使故障頻發;②在機房位置分散，占地空間大;③內存及空間不易擴展。為方便PACS/RIS應用服務的統一集中管理、性能監控分析、資源彈性分配及擴展，新系統將應用服務集中部署在超融合虛擬化環境中，可根據需求配置系統及計算、存儲資源，通過軟件層面全分布式架構和數據冗余技術，實現高可用性和高伸縮性，性能、容量隨節點數增加而線性增加[3]。

2.2對象存儲 ?隨著醫院就診量逐年增長及臨床診斷需采集更為豐富的影像信息，我院影像數據量逐年增長，2018年放射科全年數據量達60 T，較上年增加了約8 T。原存儲模式為目錄樹結構的文件存儲，這種存儲模式較為通用，但讀寫速率低、傳輸速度慢，高峰時段常會阻塞圖像歸檔及調閱，影響膠片報告發放及臨床診斷。本次升級采用對象存儲機制，按照1年在線存儲+3年近線存儲規劃，基于華為H22H-05對象存儲設備（object-based storage device，OSD）構建存儲系統，其特點是容量大、速度快、擴展靈活[4]。對象存儲將數據節點和控制節點分離，數據節點負責影像原始數據處理，控制節點管理對象的屬性元數據，如患者基本信息、創建時間、圖像大小、設備信息等，這種存儲架構將傳統樹形結構改變為扁平結構，能有效加快數據檢索速度并提高存儲利用率[5]。兩種存儲方式區別見圖2。

3 TruRez增量傳輸技術

我院放射科報告端約120臺，門診及病區瀏覽端約800臺，原系統報告端及瀏覽端均為C/S模式，高峰時間段閱圖時，帶寬和存儲讀寫壓力大、圖像加載時間長、客戶端卡頓情況頻發，影響醫師工作效率。因此，在兼顧數據存儲容量的前提下，如何高效利用數據處理技術，實現數據快速無失真壓縮、解壓縮，是提升PACS系統數據傳輸、處理、顯示性能的關鍵。

TruRez是影像傳輸中多分辨率無失真壓縮技術，可針對屏幕支持的分辨率適當提供影像數據大小，解決帶寬壓力大時傳輸延時問題，保證全院PACS高峰運行時的實時顯像。診斷組采用客戶端方式閱圖，臨床采用WEB瀏覽端閱圖[6]。TruRez合并無失真因子wavelet變換法與CompressXPressHuffman法，對服務器中的影像數據做轉換和壓縮。當調閱圖像時，服務器可傳輸壓縮檔圖像至診斷工作站。對非診斷工作站，TruRez機制先傳輸屏幕指定分辨率的足夠影像數據，根據工作站對圖像的操作和放大，服務器再傳輸更多像素的數據以顯示更為清晰的影像，最大限度地降低影像傳輸對帶寬的要求，減少圖像調取延時及緩解院內網絡帶寬壓力。

4改造升級效果

本次PACS升級實際效果：①雙機雙核架構/服務器存儲升級：系統服務穩定運行，硬件故障風險降低;②對象存儲：存儲利用率在文件存儲基礎上提升16%，有效提升影像歸檔及調閱速率;③超融合虛擬化：方便應用服務器統一運維管理及資源動態調整分配;④TruRez：結合對象存儲及網絡改造，影像調閱速率提升15倍。

PACS作為重要的醫技系統，是醫院信息化建設的重點。此次系統改造提升了系統穩定性和健壯性，有效解決影像歸檔及調閱速度慢、系統落后的痛點問題，改善了數據傳輸、處理及顯示性能，進一步提升了我院的信息化水平和服務質量。

參考文獻：

[1]曹志新，沈君姝，李昂.醫院PACS/RIS系統的架構和實施探討[J].醫療衛生裝備，2014，35（1）：57-59.

[2]李曉菲.負載均衡技術在醫院PACS系統升級、改造中的應用[J].臨床醫學工程，2017，24（1）：21-22.

[3]鄧曉焱，何仲廉，馬嘉潛.PACS服務器與存儲集群系統遷移方案設計及實現[J].中國醫療設備，2015，30（3）：124-126.

[4]陳濤，肖儂，劉芳.對象存儲系統中自適應的元數據負載均衡機制[J].軟件學報，2013，2（1）：331-342.

[5]Raúl Gracia-Tinedo，Josep Sampé，Gerard París.Software-defined object storage in multi-tenant environments[J].Future Generation Computer Systems，2019，3（20）：54-72.

[6]李享，束研，張紅，等.基于WEB的全院性PACS體系改進與優化[J].中國數字醫學，2011，6（7）：94-96.

收稿日期：2019-8-31;修回日期：2019-9-7

編輯/成森