基于SAN架构的PACS存储方式

魏明

（解放军第一七四医院 福建 厦门 361003）

PACS （Picture Archiving and Communication System），存储作为整个系统的重中之重，一直是医疗机构、科研单位、设备厂商关注的焦点。存储的性能直接影响PACS的运行状态，进而对整个医疗业务的正常运行造成影响。同时PACS的投入是巨大的，尤其是在服务器、存储等硬件方面，并且一旦定型投入使用，在一段时间里对整个架构是难以进行调整的。因此，如何在成本、性能、维护、使用等多方面寻求到一个平衡，是自PACS创建以来，各方面一直追寻的目标。而SAN架构的出现，为解决这一目标提供了可行的实施方案。

表1 FC-SAN与IP-SAN架构对比Tab.1 FC-SAN and IP-SAN architecture comparison

1 SAN架构概述

SAN（Storage Area Network）是计算机存储和网络相结合的产物，以现代网络为基础，将存储系统与服务器独立开来[1]，成为独立的存储区域网络。通过基于光纤通道或IP标准的存储方式，它提供了吉比特级别的速度、长距离的传输距离；是一个用在服务器和存储资源之间专用的、高性能的网络体系[2]。目前，SAN架构主要分为FC-SAN和IP-SAN。两种架构各有利弊，互为补充。如表1为两种架构的对比情况。

2 PACS对存储的要求

2.1 稳定可靠

医疗活动不同于其他商业营运，医学影像存储系统必须具备7×24 h的高可用性。对于患者，特别是危重患者，重复检查不仅是费用的增加，同时也会增加他们的痛苦，降低救治机率。因而一个稳定可靠的存储系统对于患者是第一位。

2.2 方便快捷

患者在检查科室完成检查后，医生总是希望在第一时间能浏览到患者的检查影像和初步报告。这些直观的资料对于医生对患者病情的判断有决定性的作用，使医生能够及时调整对患者的治疗方式和方法，也为患者的救治争取到更多的时间。

2.3 成本控制

医院做为一个特殊的商业机构，在救死扶伤的同时，也要兼顾自身的商业利益。而医学影像存储系统是一个要求容量大、保存时间长、保障性强，需要投入大量的人力、物力、财力的系统。虽然随着技术的发展，存储介质的容量、安全性、性价比不断有新的突破，但医学影像数据容量之庞大、存储期限之长、对数据完整性要求之高仍然无法被忽视。因此，良好的性价比对于存储系统的良性运行也是一个关键所在。

2.4 可扩展性

医学影像数据的增长量是巨大的，管理部门必须及时扩充存储容量以满足数据增长的需要。而基于医院医疗行为的特殊性，存储设备必须达到7×24 h工作状态。为存储设备扩容应处于不停机的方式下，并且对于新增存储介质的处理（比如RAID的设置），也应不干扰原系统的正常运行。

2.5 灾难恢复

医学影像数据对于患者、医疗、科研、教学都有着重要价值，通过影像数据人们可以客观真实地了解到患者当时的情况，而不仅仅是一纸报告。对于管理部门来说，存储系统在提供快速便捷的查询功能的同时，数据的备份、恢复同样是重中之重。存储介质总是会遇到这样那样的问题，无法保证存储在其上的数据的安全性。因此当意外来临时，存储系统能够为管理部门提供一个怎样的灾难恢复方案，是衡量存储系统的一个重要标准。

3 SAN架构对PACS提供的强有力支持

无论是基于SAN架构的FC SAN模式或是IP SAN模式，SAN架构都可以很好地满足PACS对存储系统高速、大容量、可扩展、强容灾性的要求。这是对PACS的强有力支持。

3.1 SAN架构为存储系统提供了很好的可靠性

SAN架构下，服务器和存储设备之间的协议是专为数据密集型存取所设计，能满足PACS所要求的高效的数据存取[3]。SAN架构将服务器与存储系统独立开来，将存储设备集中进行管理，从而组成一个独立于应用层的网络，使得两方面各司其职，避免了单点故障对整个系统的影响，提高了系统的可靠性、安全性。

SAN架构下，存储系统不再依附于服务器，服务器的性能高低不再是影响存储性能的关键，而服务器自身也因此极大地降低了CPU负载。通过软件群集方式或是硬件冗余方式，服务器发生当机时，存储系统本身并不受任何影响，备份服务器可以直接连上存储系统，承载关键性业务的运行，极大地缩短了当机时间，减轻了IT部门的压力，保证了关键性业务的平稳运行。

3.2 SAN架构为存储系统提供了强大的扩展性。

PACS作为医疗业务流畅运行的关键部分，为电子病历、远程会诊、数字化病案乃至区域医疗提供影像支持。同时，PACS对存储容量的需求又是巨大的，并且需要在确保医疗业务正常运行的情况下进行存储的扩容。SAN架构使存储系统的扩展性得到了巨大的提升。SAN的结构允许任何服务器连接到任何存储阵列[4]，并且扩展时对应用层没有任何影响，正常的业务不会中断。用户只需要将存储设备加入到SAN架构中，并通过管理软件设置好，服务器就可以轻松地连接上新增的存储，从而组建一个真正的海量的存储系统。

3.3 SAN架构为存储系统提供了强大的容灾性

通过SAN架构，用户可以在很远的距离上，实现高速、可靠的异地容灾。基于FC SAN模式，传输距离的长短受限于光纤最大距离的影响，即10公里；基于IP SAN模式，使用ISCSI技术[5]，理论上传输距离可以无限远，并且可以实现跨平台的数据共享。而无论是基于哪种模式，SAN架构都为用户带来了强大的异地容灾能力。在实际应用中，我们可以通过加入磁盘阵列、磁带库、光盘塔等不同的存储设备，使用不同的存储介质，对医学影像数据进行备份。存储之间互为冗余，有效地提高了医学影像数据的安全性和容灾性。

3.4 SAN架构为存储系统提供了合理的性价比

存储系统作为数据中心的核心设备，对其的投入是非常巨大的。因此，一个合理的性价比对于存储系统的运行也至关重要。相比较而言，FC SAN模式购买和维护成本较高，但传输速度、可靠性毋庸置疑；IP SAN模式可以很好地利用现有网络设备，兼容性好，维护难度相比FC SAN模式低，成本控制较好。目前，在线存储设备基本上都选用存取速度最快的光纤存储设备，而近线存储或是离线存储基本上选用存取速度较慢，但价格相对便宜的SATA磁盘阵列。同时，运用无损压缩技术对医学影像数据进行压缩，更好地利用存储空间，以实现合理的性价比。

4 讨 论

PACS自问世以来，已经历了3个阶段。“数据找用户”是现阶段最突出的特点，即区别于第一代的“用户找数据”、第二代的“数据找设备”。第三代PACS旨在实现全自动的工作状态，将人工干预最大程度的减少。第三代的PACS类似于主动服务，而这对存储系统的可靠性、稳定性、数据吞吐量等各方面都提出了更高的要求。而早期的存储系统（DAS、NAS）在可靠性、稳定性、传输速度上已经无法满足第三代PACS的需求。同时，随着大型检查设备的投入使用（例如320CT、PETCT），数据的增长呈现出几何增长，而医疗机构对于医学影像的存储期限通常较长，这对存储系统的扩展性、易用性、可维护性是一种最直接的检验。

SAN架构作为一种企业级的存储系统解决方案，其技术的先进、高可靠、迅捷的传输速度、强大的扩展能力、良好的可维护性、较好的安全性等，使其已经成为存储系统解决方案的主流。FC SAN模式和IP SAN模式，分别有所侧重，很好地兼顾了任务关键性和分布式的工作环境；在性价比方面，使得用户可以根据自身的实际情况进行选择。同时，随着技术的发展，FC SAN和IP SAN两种模式进行了有益的尝试，从协议方面实现融合，取长补短，将两种模式的优势发挥到最大，为用户带来更强大的功能和可靠性。

当然，要想使SAN架构能更好的为医疗机构、患者服务，只有好的技术和解决方案是远远不够的。再好的技术和解决方案也离不开人的参与。单就SAN架构本身来说，也存在着单点故障的问题。因此，只有通过良好的管理与维护，关注整个架构的状态与性能，硬件是否正常，日志中是否出现异常记录，是否有计算机病毒等，才能发挥SAN架构应有的性能，体现它的价值，确保PACS的运行顺畅。

5 结束语

PACS系统是数字化医院建设的重要组成部分，它为医院的电子病历、区域协同医疗等提供重要支撑[6]。同时，PACS与其他医疗支持系统又有着很大的不同。其海量的数据量、实时性、长期的在线时间，对于医疗机构的IT部门是一个巨大的压力。因此，一个高效可靠、速度快、易于维护、备份方便的存储系统就成为PACS的关键。同时，通过硬件上的冗余方式或是软件上的群集方式，将系统因故障当机的时间压缩为接近于零，确保了PACS 7×24 h的工作状态，保障了医疗业务的顺利进行。

[1]李艳，聂瑞华，袁伟云.构建基于SAN的高性能存储网络[J].现代计算机，2009（8）：5-6.LI Yan，NIE Rui-hua，YUAN Wei-yun.Construction of highperformance SAN-based storage network[J].Modern Computer，2009（8）:5-6.

[2]董钊，曹静，戴起伟.IP SAN存储技术在E_Learning中的应用[J].农业网络信息，2009（9）:117-119.DONG Zhao， CAO Jing， DAI Qi-wei.Application of IP SAN storage technology in E-learning[J].Agriculture Network Information， 2009（9）:117-119.

[3]胡敏，聂聪，马锡坤.医院PACS的设计与实施[J].中国医疗设备，2010，25（1）:65-66.HU Min， NIE Cong，MA Xi-kun.Design and implementation of PACS in our hospital[J].China Medical Devices，2010，25（1）:65-66.

[4]韩晟，王锦伟，魏炜，等.专科医院信息存储与双机热备的应用[J].中国医疗设备，2011，26（3）：43-44.HAN Sheng， WANG Jin-wei， WEI Wei， et al.The features and applications about storage and hot standby of information system in stomatology hospital[J].China Medical Devices，2011，26（3）：43-44.

[5]李福林.利用IP SAN建设校园统一数据存储平台[J].情报探索，2009（8）：71-73.LI Fu-lin.Building a campus unified platform for data storage with IP SAN[J].Information Research， 2009（8）：71-73.

[6]郭志旭，陈金雄.PACS数据存储与安全管理[J].中国医疗设备，2010，25（8）:9-10.GUO Zhi-xu，CHEN Jin-xiong.PACSdatastorageand security management[J].China Medical Devices，2010，25（8）:9-10.