天津北辰医院PACS系统后端存储改造实践

PACS影像系统能够辅助临床医生进行决策,在现代医院运行中越来越成为不可或缺的核心系统。

其生产的数据主要以图片和视频的非结构化数据为主。以三甲医院为例,一家三甲医院每年新增的PACS影像数据可达十几TB到几十TB。为了满足法规遵从的要求,PACS影像数据还需要长时间保存15-30年。

目前,医院存储的数据80%-85%来自于影像数据,而我国医学影像数据的年增长率大约为30-40%。

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面对PACS影像数据的特点(非结构化,数据增长快,需要长时间安全保存等),传统存储设备在扩展性、性能、管理等多方面逐渐难以满足医院需求,亟需一种新型的存储架构来满足医院不断增长的影像数据存储需求:

▪ 并非为非结构化内容设计或优化,专有设备,设备和品牌选择受限,扩容成本高;

▪ 从TB到PB的扩展中,存在容量和性能瓶颈,无法灵活扩展;

▪ 需要增强的数据冗余保护;

▪ 环境异构复杂,数据管理繁琐,容易出现数据孤岛。

01一线和二线存储

天津市北辰医院始建于1963年10月,是一所集医疗、教学、科研为一体的三级甲等综合性医院。目前医院日门诊量2500余人次,年出院病人2.5万余人次。

图片来源:北辰医院官微

北辰医院建立了以电子病历为核心的临床信息系统构架,上线HIS系统、LIS系统、PACS系统等;同时,建立数据分析与决策(BI)系统、医院综合运营(HRP)系统等辅助医院运营决策管理。2016年,北辰医院获批电子病历系统功能应用分级评价五级医院资格。

图片来源:北辰医院官微

2012年以来,为了进一步提高影像诊断水平和工作效率,院方采用了东软PACS系统。其中影像数据存储分为一线和二线存储,设计一线存储仅保持30天内数据,30天以上的数据通过PACS归档软件统一归档到二线存储。

一、二线存储开始各使用一台传统存储设备,后面在二线存储增加了一套分布式存储。三套存储分别通过FC光纤和NFS挂载给AIX小机,再通过FTP的方式分不同目录给PACS归档提供存储空间。

PACS存储连接拓扑图

通过查看PACS工具,发现目前二线归档存储平均每天产生数据量约为23GB左右,并且随着就诊人数的增加,PACS影像数据还在以年均36%左右的速度增长中。截至2018年底,归档存储两个文件夹2xian、2xian_2已基本接近饱和,已使用存储空间分别为74%和87%。

02存储改造方案

为了对现有的PACS后端存储进行扩容升级,满足未来3-5年的影像数据存储需求,同时进一步提升存储性能,提高医生阅片速度。院方在分布式存储技术使用基础上,希望进一步利用分布式软件定义存储,实现弹性扩展和高性能。

在改造方案设计上,XSKY和院方以及东软三方经过分析,提出了新的PACS后端存储方案。一方面新购存储节点用于容量扩展,另一方面利旧现有的分布式存储设备,均部署XSKY XEFS存储软件,统一整合为新的XSKY存储集群。

改造后的存储方案

新的存储集群可提供280TB存储裸容量,采用2副本机制进行数据冗余保护,可用容量140TB左右。为保障数据读写的高效性,采用SSD盘+HDD盘的硬件部署方式,通过SSD盘为HDD盘进行数据加速,HDD盘作为数据存储的宿主空间。

同时,对原有一线生产存储和二线归档存储做数据迁移,迁移后传统存储全部下线处理。新的XSKY存储集群同时为PACS系统的一线存储和二线存储提供数据支撑;其中一线生产存储和二线归档存储的空间根据用户需求逐年动态分配,不再有固定的比例限制。

数据迁移完成后,原分布式存储设备搬迁至新机房,添加SSD和万兆网卡后加入新存储集群,容量合并,性能提升。新存储集群总读写带宽由180MB/s提高至560MB/s。

一方面,新存储集群自带FTP功能,无需挂载在AIX小机之下,消除了网络接口瓶颈(原来存储的读写瓶颈在AIX小机的千兆连接);另一方面,PACS应用服务器位于新机房,可以本地化访问存储,直接读写数据,延迟方面的性能指标获得提升。

03客户收益

▪ 存储系统整体性能提高200%,延迟降低40%;

▪ 医生阅片过去需要4～5秒打开,现在仅需1～2秒,阅片速度提高2倍以上;

▪ 简化存储管理,单一界面即可完成存储状态检查,运维效率提高50%;

▪ 弹性扩展,存储性能及容量随着节点增加而线性增长;

▪ 支持设备利旧,保护院方原有投资;

▪ 在线迁移数据,业务不停机,保持业务连续性;

▪ 2副本数据冗余保护,达到5个9的数据可靠性。

随着本项目改造的完成,不仅协助东软PACS系统完成从3.5到5.5版本的升级,帮助院方获得评定电子病历系统功能应用六级,同时面向未来的医院信息化应用实现了IT基础架构的现代化改造,可为PACS到HIS,LIS等更多核心系统提供可靠支撑。