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解决方案与技术支持
医学影像数据归档存储方案，蓝光光盘库
来源：市场部 作者：佚名
医疗影像数据归档存储方案
1 背景概述
医学影像存档与传输系统（或称医学影像信息系统）简称PACS(Picture Archiving and Communication Systems)，与医院信息系统(Hospital Information System, HIS)、放射学信息系统(Radiology Information System, RIS) 、实验室信息系统（Laboratory Information System, LIS）、临床信息系统（Clinical Information System, CIS）都属于医疗行业基础应用管理信息系统。PACS（通常也包含了RIS）是集影像采集传输与存储管理、影像诊断查询与报告管理、综合信息管理等综合应用于一体的综合应用系统，主要的任务就是把医院影像科日常产生的各种医学影像（包括核磁、CT、B超、彩超、内窥镜、数字X光机、照影等设备产生的图像）通过标准接口以数字化的方式保存起来，并根据需要由相关科室终端调阅查询。PACS系统承担了医学影像信息的采集、存储、共享、归档等重要功能。
PACS系统是医院各信息系统中数据存储量最大的应用系统。一个三甲医院的PACS系统每天能够产生几十GB的影像数据，每年产生10TB以上的数据。根据国家卫计委《电子病历应用管理规范》的有关规定，PACS影像属于电子病历内容，需要保存至少15年（住院病历至少保存30年）。因此，从IT存储系统架构角度来看，PACS系统也是一种海量数据的归档存储管理系统。
PACS系统在现代医疗行业起到越来越重要的作用。现代医疗行业已经进入了可视化信息时代中，数字化医学影像技术贯穿了医疗诊断、治疗以及科研的全过程，已经成为精准医疗的基础。
随着医疗资源的整合，区域医疗联合体、远程医疗、互联网+医疗等创新医疗模式的出现和完善，助推出了“医疗大影像平台”、“医疗影像云平台”等医学影像集中存储和共享管理平台，在不接触患者情况要做到准确诊断，医学数字影像就成为了重要的诊断依据。PACS系统已由原来狭义的医院应用系统，上升为面向医疗行业的大数据系统的重要组成部分。
总之，PACS系统已经成为现代医疗不可或缺的重要的信息系统。医学数字影像技术的发展将使医学影像数据采集越来越精细化，也会给PACS系统增添新的内容。PACS系统的不断扩展，为系统基础架构的建设提出了重大挑战。
2 需求分析
PACS系统的基础架构也需要满足新业态下的存储需求。随着医疗影像技术发展，数字化医学影像技术应用越来越广泛，影像数据采集量日益增多。医学影像云平台的建立将汇聚更大量的医学影像数据。新型的PACS系统应该具有海量存储、安全可靠、灵活扩展、快速查询、法规遵从、绿色节能等多方面属性。总结PACS系统需求特点如下：
1．PACS系统数据存储是以非结构化的数字影像文件为主。其结构化的数据库索引数据相对较少；
2．PACS系统中的数字影像数据保存量大，数据量增长速度快，存储容量需求不断增大，存储系统应该具有灵活扩展能力；
3．最新产生的影像数据访问频率高，要求访问速度快，历史数据访问频率很低，对访问速度要求不高，历史数据可做归档保存；
4．医学影像资料对后期病案审核、科研和教学等具有重要参考价值，需要长期可靠保存；
5．医院资金规模有限，信息系统建设必须考虑经济性原则，降低总拥有成本（TCO），提高投资回报率。
PACS系统现状分析：
PACS系统建设初期基本都采用的是传统的磁盘阵列作为影像数据的存储设备，但随着存储空间的不断扩展，磁盘阵列设备规模越来越大，使系统直接的维护成本、用电成本和附加的空调、机房空间占用等成本迅速增加。为释放磁盘存储空间，部分医院将PACS影像归档数据转移到大容量的磁带库上。但是，磁带存储对环境要求较高，长期存放容易消磁和粘连；磁带技术不断升级，需要定期进行转储，这些都加大了人工维护成本。
因此，PACS系统亟需一种可靠、灵活、易于管理、低总体拥有成本的大容量存储系统来满足其应用和发展。
3 方案设计
针对PACS系统影像数据应用与存储需求特点，我们设计采用光磁融合分级存储系统方案，即在线存储磁盘阵列与近线存储蓝光光盘库相结合的存储架构。磁盘阵列用于暂存新采集的经常访问的影像数据，光盘库用于归档保存历史数据。采集到的数字影像数据首先存储到磁盘阵列，根据预设的归档策略（数据累计量、存在时间等）再迁移存储到光盘库。光盘库设备推荐采用华录新型的DA系列蓝光光盘库，可以有效满足PACS数据归档存储需求：
大数据量存储 —— DA3型企业级蓝光光盘库具有PB级存储容量，满足海量数据存储需求；
灵活扩展 —— DA3光盘库采用模块化堆叠式架构，可按需扩展；
可靠性要求 —— DA3光盘介质采用RAID技术保护，保证写入数据的可靠性；光盘介质不受温度、湿度等环境因素影响，保存不许人工维护；新型的300GB蓝光光盘具有100年的使用寿命，保证数据长期归档的可靠性；
法规遵从 —— 蓝光光盘是一次写多次读（WORM）型介质，写入的数据不可更改，保证了数据的真实有效；
绿色节能 —— DA3型光盘库设备在空闲状态只有不超过10W的电量消耗，散热量极低，对供电系统和空调系统的要求远远低于磁盘存储设备，在海量存储环境下，使运行成本降到最低。
PACS存储系统总体参考架构示意图如下：
图一 PACS存储系统参考架构图
本方案的实施重点在于建立以光盘库为核心存储的“影像归档存储系统”。图中“影像归档服务器”把光盘库存储资源整合成文件系统并通过NAS协议对PACS服务器提供存储服务。“影像归档存储系统”与PACS服务器的对接的方式有两种：数据迁移方式和CIFS/NFS方式。数据迁移方式适合于建设初期以PACS服务器本地硬盘或磁盘阵列作为存储目标的PACS系统。这种方式建议采用第三方的数据自动迁移管理软件，按照设定的策略把PACS本地影像文件通过网络迁移到“影像归档存储系统”提供的NAS存储空间。数据迁移对PACS前端应用是透明的，被迁移的文件在PACS服务器本地文件系统会保留一个很小的存根文件，前端应用可以像访问原始文件一样访问存根文件。当存根文件被访问时，文件数据将从后端的归档系统读回。由于自动迁移管理软件的设计容量不同，所能管理的迁移文件数量会有一个上限，因此我们需要根据PACS系统规模来选取合适的数据迁移软件。
数据迁移也可以由人工来操作和管理。人工管理数据迁移时，需要建立一套相对独立的影像数据归档管理系统，同时需要配合制定一套影像数据归档管理制度，管理人员按照管理制度对指定影像文件执行归档和调档。
图二 PACS影像归档系统参考架构图
建立独立的归档系统时，归档应用服务器可以通过NAS协议与后端的光盘库存储系统对接，也可以通过光盘库和存储网管提供的编程接口（API）通过对象存储方式直接操作、使用和管理光盘库。利用对象存储API编程可以让光盘库存储系统与归档应用的结合更加紧密，从而形成完整和统一的影像归档系统。4 方案特点
以自动化光盘库作为归档存储设备，避免了人工刻盘或转储等繁琐操作，提高了影像数据归档的可靠性和规范性； 采用新型的蓝光光盘为存储介质，保证了资料长期存储的可用性；
光盘数据不可删改，保证数据的真实性和有效性；
光盘片不受环境温度、湿度和电磁干扰，便于离线归档保存；
光盘库存储容量按需配置并可随数据量增长在线扩充，投资回报率高；
蓝光技术向后兼容，充分保护用户投资；
光盘库设备低功耗、低散热，对机房温湿度环境要求低，运行成本低，绿色环保。
5 蓝光光盘库技术特征
光盘介质以其保存寿命长、数据不可篡改、不易受环境影响等特点被数据归档应用所青睐，最新的蓝光光盘存储容量为300GB，保存寿命可达100年。目前，蓝光光盘库就是以300GB蓝光技术为核心开发的光盘库产品。光盘库采用模块化和堆叠式架构，可按需配置，随时扩展。一台光盘库基本配置为2个模块单元，共包含6台300GB蓝光光驱和152个光盘匣托架。光驱按组配置，6台为一个光驱组，每台光驱的读写速度为60MB/s，一个光驱组读写速度可达360MB/s。光盘使用以光盘匣为单位，每个光盘匣装有12张光盘。采用300GB光盘介质时，光盘库基本配置的存储容量可达574TB（裸容量）。光盘库最多可配置7个模块化扩展单元，每个扩展单元包含76个光盘托架。一台光盘库最多可容纳532个光盘匣，实现1.9PB的存储容量。扩展单元分为包含光驱（固定为3台）和不包含光驱的两种，配置含有光驱的单元应为偶数个。光盘库主要技术参数
| 光盘库主要技术参数 | ||
| 光盘匣 | 1.2TB, 3.6TB | |
| 可容纳光盘匣数量 | 152 ~ 532 | |
| 结构配置 | 底部单元 | 1 |
| 基本单元 | 1 | |
| 扩展单元 | 最多6个（含光驱或不含光驱组件 ） | |
| 光驱组件 | 6-18个 | |
| 系统控制 | 采用独立的管理服务器 | |
| 最小系统配置 |
底部单元x 1 基本单元x 1 扩展单元（含光驱组件） x 1 |
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| 接口 | 光驱 | 2个 SATA（内部） |
| 光驱组件 | 2 个 SAS（外部） | |
| 机械手 | 与基本单元通过USB连接 | |
| 容量 |
采用300GB盘片： 每单元（基本、扩展）最大 273.6TB 每机柜最大1.9PB |
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| 单光驱数据传输速率 | 60MB/s | |
| RAID 系统 |
1.2TB 光盘匣：12张碟片 3.6TB 光盘匣：12张碟片 |
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| 电源 | 24V 和 12V 直流电源适配器 | |
| 功耗 | 137W~386W | |
| 软件 | Data Archive Manager（DAM) （可选） | |
光盘库的一项重要特性是光盘匣内的光盘片是以类似磁盘阵列的RAID卷方式存在和使用的。光盘匣内12张盘片可根据客户需要配置成RAID0、RAID5或RAID6逻辑卷。这样在数据写入时，即使偶尔出现光盘瑕疵或某个激光头读写错误，也能保证写入数据的完整性和可用性，从而提高了光盘使用的可靠性。
蓝光光盘库除了提供标准的NAS存储服务组件（软件包+硬件）外，还免费提供符合REST设计架构的对象存储 API。应用软件可以通过API把光盘库设备与应用软件无缝集成，实现对光盘库设备的集中配置、管理和监控。
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