对象存储、TruRez机制在双机双核PACS架构下的实施

彭远

摘要：我院PACS系统已运行使用多年，软硬件故障频发，亟待重新规划建设新系统。本文主要介绍在“双机双核”架构及超融合虚拟化平台下，升级硬件、引入对象存储机制及TruRez增量传输技术建设我院PACS系统的实施经验。本次改造升级后有效提升了系统归档及调阅速度，改善了存储利用率，提高了系统稳定性。

关键词：PACS;虚拟化;对象存储;TruRez

中图分类号：TP399                                  文献标识码：B                                 DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.22.004

文章编号：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

江苏省中医院放射科现有DR、CT、MR、RF、MG等检查设备共计23台，日均检查患者约1280人，影像数据量约4.2 TB/月。随着医院发展规模扩大，设备及检查量逐年增加，原系统软件功能和硬件设施已难以满足工作需要。为规范科室工作流程、提升工作效率，需在现有基础环境上，规划建设新的PACS系统。本文主要对本次系统架构、服务器存储、压缩传输技术的升级情况进行分析，旨在为医院建设PACS系统提供参考。

1系统架构方案

1.1双机热备架构  我院原系统核心服务器为双机热备（active/standby）集群架构，两台服务器互为备份、共用存储，主服务器出现故障时通过心跳诊断将standby设备激活。此架构较为通用经济，但存在一定缺点：①只有一份存储和在线数据，风险较大，系统故障时数据恢复时间长;②服务器不能分开部署，维修升级需要停机;③适用于数据量不大、应用相对简单的系统。随着我院发展规模扩大，该PACS系统应用服务多、数据量大、持续访问时间长，此种架构方式并不高效[1]，已不符合我院需求。

1.2双机双核架构  本次PACS系統升级使用GEPACS V6.0、RIS V3.0系统，并采用“双机双核”架构，承担整个系统管理、数据库查询存取、工作站管理、图像管理、图像压缩、流程调度等功能。系统架构见图1。

双机双核架构以两台高性能数据库服务器为中心，负载均衡控制器在影像传输服务器、临床WEB浏览服务器、中间件服务器、数据库网管服务器间自动分配工作量[2]。数据库服务器协调各子单元工作、同步数据更新，故障发生时可做到快速响应切换。

与双机热备架构相比，双机双核系统架构优势有以下几点：①服务器可分开部署，两份核心在线数据库实现数据双向备份并保持实时同步;②通过2台深信服AD-1000负载均衡设备，实现应用服务器的智能化负载均衡，提升设备利用率;③实现主备机房的容灾备份，维修不停机;④应用切换由硬件实现，可实现毫秒级切换。

2硬件改造升级

2.1超融合虚拟化  本次系统升级前，PACS系统应用服务运行在6台HP DL380GS服务器上，存在的问题：①已运行使用8年，硬件老化和性能不足致使故障频发;②在机房位置分散，占地空间大;③内存及空间不易扩展。为方便PACS/RIS应用服务的统一集中管理、性能监控分析、资源弹性分配及扩展，新系统将应用服务集中部署在超融合虚拟化环境中，可根据需求配置系统及计算、存储资源，通过软件层面全分布式架构和数据冗余技术，实现高可用性和高伸缩性，性能、容量随节点数增加而线性增加[3]。

2.2对象存储  随着医院就诊量逐年增长及临床诊断需采集更为丰富的影像信息，我院影像数据量逐年增长，2018年放射科全年数据量达60 T，较上年增加了约8 T。原存储模式为目录树结构的文件存储，这种存储模式较为通用，但读写速率低、传输速度慢，高峰时段常会阻塞图像归档及调阅，影响胶片报告发放及临床诊断。本次升级采用对象存储机制，按照1年在线存储+3年近线存储规划，基于华为H22H-05对象存储设备（object-based storage device，OSD）构建存储系统，其特点是容量大、速度快、扩展灵活[4]。对象存储将数据节点和控制节点分离，数据节点负责影像原始数据处理，控制节点管理对象的属性元数据，如患者基本信息、创建时间、图像大小、设备信息等，这种存储架构将传统树形结构改变为扁平结构，能有效加快数据检索速度并提高存储利用率[5]。两种存储方式区别见图2。

3 TruRez增量传输技术

我院放射科报告端约120台，门诊及病区浏览端约800台，原系统报告端及浏览端均为C/S模式，高峰时间段阅图时，带宽和存储读写压力大、图像加载时间长、客户端卡顿情况频发，影响医师工作效率。因此，在兼顾数据存储容量的前提下，如何高效利用数据处理技术，实现数据快速无失真压缩、解压缩，是提升PACS系统数据传输、处理、显示性能的关键。

TruRez是影像传输中多分辨率无失真压缩技术，可针对屏幕支持的分辨率适当提供影像数据大小，解决带宽压力大时传输延时问题，保证全院PACS高峰运行时的实时显像。诊断组采用客户端方式阅图，临床采用WEB浏览端阅图[6]。TruRez合并无失真因子wavelet变换法与CompressXPressHuffman法，对服务器中的影像数据做转换和压缩。当调阅图像时，服务器可传输压缩档图像至诊断工作站。对非诊断工作站，TruRez机制先传输屏幕指定分辨率的足够影像数据，根据工作站对图像的操作和放大，服务器再传输更多像素的数据以显示更为清晰的影像，最大限度地降低影像传输对带宽的要求，减少图像调取延时及缓解院内网络带宽压力。

4改造升级效果

本次PACS升级实际效果：①双机双核架构/服务器存储升级：系统服务稳定运行，硬件故障风险降低;②对象存储：存储利用率在文件存储基础上提升16%，有效提升影像归档及调阅速率;③超融合虚拟化：方便应用服务器统一运维管理及资源动态调整分配;④TruRez：结合对象存储及网络改造，影像调阅速率提升15倍。

PACS作为重要的医技系统，是医院信息化建设的重点。此次系统改造提升了系统稳定性和健壮性，有效解决影像归档及调阅速度慢、系统落后的痛点问题，改善了数据传输、处理及显示性能，进一步提升了我院的信息化水平和服务质量。

参考文献：

[1]曹志新，沈君姝，李昂.医院PACS/RIS系统的架构和实施探讨[J].医疗卫生装备，2014，35（1）：57-59.

[2]李晓菲.负载均衡技术在医院PACS系统升级、改造中的应用[J].临床医学工程，2017，24（1）：21-22.

[3]鄧晓焱，何仲廉，马嘉潜.PACS服务器与存储集群系统迁移方案设计及实现[J].中国医疗设备，2015，30（3）：124-126.

[4]陈涛，肖侬，刘芳.对象存储系统中自适应的元数据负载均衡机制[J].软件学报，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，张红，等.基于WEB的全院性PACS体系改进与优化[J].中国数字医学，2011，6（7）：94-96.

收稿日期：2019-8-31;修回日期：2019-9-7

编辑/成森