1、PACS影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的挑戰(zhàn)

　　PACS影像數(shù)據(jù)占醫(yī)院信息化數(shù)據(jù)總量的80%以上。隨著CT/MR等檢查設(shè)備分辨率的不斷提高，如CT檢查設(shè)備從早期的64排已經(jīng)發(fā)展到256排，使用人工智能圖像分析術(shù)后將掃描切層從5mm減小到1mm， 這些因素使得醫(yī)院的PACS影像數(shù)據(jù)量急速增加。

　　急速增長的PACS影像數(shù)據(jù)量使得醫(yī)院信息化面臨如下嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：

　　（1）PACS調(diào)圖時(shí)間長達(dá)1~2分鐘

　　十年前，患者檢查產(chǎn)生的圖像大約幾百張，醫(yī)生調(diào)閱患者PACS圖像只需要10秒左右。

　　目前患者一次檢查產(chǎn)生的圖像數(shù)量達(dá)到2000幅以上，調(diào)圖時(shí)間普遍長達(dá)1到2分鐘。調(diào)圖卡頓是常態(tài)，嚴(yán)重影響了醫(yī)生的工作效率。

　　（2）存儲(chǔ)架構(gòu)復(fù)雜，擴(kuò)容運(yùn)維困難

　　目前醫(yī)院普遍采用在線/近線/離線三層架構(gòu)，在線使用SAN存儲(chǔ)，近線/離線使用SAN/NAS或?qū)ο蟠鎯?chǔ)。

　　SAN存儲(chǔ)設(shè)備擴(kuò)容困難，需要?jiǎng)澐趾芏噙壿嬀怼Ｊ褂眯〉倪壿嬀�，�?shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)小，但盤符數(shù)量多，而Windows 服務(wù)器對盤符數(shù)量又有限制;使用大的邏輯卷，盤符數(shù)量少，但是數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)大，一旦發(fā)生文件系統(tǒng)損壞，檢查修復(fù)時(shí)間會(huì)長達(dá)幾周。

　　傳統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備的擴(kuò)展能力有限，醫(yī)院需要不斷購買新的存儲(chǔ)設(shè)備，需要不斷做數(shù)據(jù)遷移，存儲(chǔ)架構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)維負(fù)擔(dān)繁重。

　　2、性能瓶頸分析

　　PACS系統(tǒng)調(diào)圖涉及到多個(gè)環(huán)節(jié)，包括PACS客戶端軟件、醫(yī)生端電腦、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)設(shè)備，它們都對性能有重要影響。

　　（1）PACS軟件

　　本文不關(guān)注PACS軟件的核心功能，只從PACS軟件調(diào)圖性能角度分析。PACS軟件的并發(fā)度對調(diào)圖性能有很大影響。比如，用4個(gè)線程同時(shí)調(diào)取4個(gè)圖像文件，其性能就是1線程方式的4倍!

　　有一些廠商的舊版本PACS軟件是單線程模式，這時(shí)PACS軟件就是系統(tǒng)的主要性能瓶頸。對于這種場景，升級(jí)PACS軟件就成為必須要做的工作。

　　（2）醫(yī)生端電腦

　　醫(yī)生端電腦硬件配置對PACS調(diào)圖性能也有一定影響。如果啟用了AI輔助分析，則CPU/GPU的配置對性能就很關(guān)鍵。

　　由于每位患者的PACS影像數(shù)據(jù)量都比較大，無法全部存儲(chǔ)在內(nèi)存，因此PACS軟件都會(huì)把下載的PACS文件先寫入本地硬盤，再從本地硬盤讀取，本地盤的讀寫性能往往會(huì)成為瓶頸。

　　醫(yī)生端電腦使用SSD固態(tài)盤會(huì)顯著提升性能。

　　（3）網(wǎng)絡(luò)帶寬

　　從網(wǎng)絡(luò)角度看，只要做到千兆到桌面，萬兆到核心，網(wǎng)絡(luò)就不會(huì)成為性能瓶頸。

　　PACS服務(wù)器到網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備之間數(shù)據(jù)流量比較大，應(yīng)使用萬兆以太網(wǎng)，而不是千兆以太網(wǎng)，否則網(wǎng)絡(luò)也會(huì)成為性能瓶頸。

　　（4）存儲(chǔ)設(shè)備

　　在大多數(shù)場景下，PACS系統(tǒng)的調(diào)圖性能瓶頸主要在于存儲(chǔ)設(shè)備，而不在于PACS軟件。目前普遍30~50幅/秒的調(diào)圖速度就是傳統(tǒng)存儲(chǔ)設(shè)備的正常性能。

　　使用SAN存儲(chǔ)設(shè)備時(shí)，承擔(dān)數(shù)據(jù)管理功能的文件系統(tǒng)運(yùn)行在Windows 服務(wù)器上，該服務(wù)器往往會(huì)成為性能瓶頸，大幅增加該服務(wù)器的內(nèi)存會(huì)改善性能。

　　3、新一代PACS影像存儲(chǔ)解決方案

　　上海霄云信息科技是國內(nèi)軟件定義分布式存儲(chǔ)的引領(lǐng)者，為醫(yī)療PACS影像帶來了創(chuàng)新的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案。

　　碧海分布式存儲(chǔ)通過萬兆以太網(wǎng)接入數(shù)據(jù)中心，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無需調(diào)整。碧海分布式存儲(chǔ)所有功能都采用冗余設(shè)計(jì)，避免單點(diǎn)故障，保證高可用。具有獨(dú)有的智能自適應(yīng)修復(fù)技術(shù)，在磁盤發(fā)生故障進(jìn)行數(shù)據(jù)修復(fù)時(shí)可以保障業(yè)務(wù)性能不受影響。

　　新的方案具有如下優(yōu)勢：

　　（1）性能優(yōu)異，PACS影像調(diào)圖速度提升3倍以上

　　碧海分布式存儲(chǔ)的性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)集中式SAN和NAS存儲(chǔ)，也高于某國際高端集群存儲(chǔ)Ixxxxx。PACS影像調(diào)圖速度可達(dá)到300幅/秒。

　　（2）一套存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)全部在線

　　經(jīng)過實(shí)際測試，碧海分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠做到百億級(jí)文件性能衰減小于5%(傳統(tǒng)存儲(chǔ)可管理文件數(shù)在億級(jí)，Hadoop大數(shù)據(jù)平臺(tái)可管理文件數(shù)在10億級(jí))。

　　對于PACS影像數(shù)據(jù)，100TB對應(yīng)的文件數(shù)量約為2億。目前國內(nèi)大型三甲醫(yī)院的歷史PACS影像數(shù)據(jù)一般在500TB左右，文件數(shù)約為10億。

　　因此，使用碧海存儲(chǔ)可以將幾十年的PACS影像數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)到一套存儲(chǔ)，PACS系統(tǒng)的存儲(chǔ)架構(gòu)得以極大簡化，擴(kuò)容與運(yùn)維負(fù)擔(dān)大幅減輕。

　　（3）國產(chǎn)自主研發(fā)，非開源存儲(chǔ)軟件，技術(shù)先進(jìn)

　　碧海分布式存儲(chǔ)是如何實(shí)現(xiàn)高性能的呢?

　　分布式元數(shù)據(jù)管理

　　碧海分布式存儲(chǔ)使用創(chuàng)新的技術(shù)，基于NoSQL分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理分布式文件系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)，消除了傳統(tǒng)集中式存儲(chǔ)的單點(diǎn)性能瓶頸。經(jīng)過實(shí)際測試驗(yàn)證，能夠存儲(chǔ)百億級(jí)以上的文件。

　　針對PACS海量小文件的定制優(yōu)化

　　碧海分布式存儲(chǔ)針對PACS小文件進(jìn)行了深度定制優(yōu)化，減少了小文件元數(shù)據(jù)規(guī)模，對于PACS影像等小文件場景，文件數(shù)可壓縮到1/100;將小文件的讀寫合并后寫盤，大幅提高了小文件讀寫性能。

　　高效SSD緩存設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)的SAN/NAS的SSD緩存方式在塊設(shè)備底層實(shí)現(xiàn)，無法獲得文件層的信息，比如哪些內(nèi)容是目錄，哪些是文件元數(shù)據(jù)inode等，只有當(dāng)數(shù)據(jù)被反復(fù)多次訪問時(shí)才會(huì)保持在SSD中，因此SSD緩存的命中率比較低。

　　碧海分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)在系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中融入了SSD緩存設(shè)計(jì)，將目錄數(shù)據(jù)、文件元數(shù)據(jù)、熱點(diǎn)數(shù)據(jù)全部保持在SSD中，大幅提高了SSD緩存的命中率，從而能夠在節(jié)省成本的前提下大幅提高讀寫性能。

　　對象和文件互通訪問，性能無衰減

　　碧海分布式存儲(chǔ)的底層使用統(tǒng)一方式管理數(shù)據(jù)，文件和對象無需轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)就能夠互通訪問，對象的讀寫性能和文件一樣優(yōu)異，突破了對象存儲(chǔ)性能低的局限。

　　4、實(shí)踐案例

　　上海市胸科醫(yī)院是國內(nèi)最大的胸外科三甲醫(yī)院，所有的檢查與診斷都需要拍片，對PACS系統(tǒng)的調(diào)閱要求高于很多綜合性大型三甲醫(yī)院，每年新增PACS數(shù)據(jù)量壓縮后達(dá)到80TB。

　　之前使用高端存儲(chǔ)HP 3Par，PACS影像調(diào)圖速度為50幅/秒，影像科復(fù)核醫(yī)生在閱片時(shí)會(huì)發(fā)生卡頓。

　　為了更好地支持一線醫(yī)生的工作，上海市胸科醫(yī)院信息科不斷探索引進(jìn)新的先進(jìn)技術(shù)，組織PACS廠商衛(wèi)寧健康與霄云科技一起分析攻關(guān)，PACS軟件也進(jìn)行了深度優(yōu)化，增加了多種調(diào)圖模式，并針對分布式存儲(chǔ)的特點(diǎn)提高了并發(fā)調(diào)圖線程數(shù)。

　　新的方案獲得顯著的提升效果。調(diào)圖速度達(dá)到300幅/秒，1000幅的CT圖像可在4秒內(nèi)調(diào)閱完畢。影像科復(fù)核醫(yī)生每天審核的報(bào)告數(shù)提升了50%。

　　碧海分布式存儲(chǔ)上線2年之后，將歷史影像數(shù)據(jù)全部遷移到碧海分布式存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了一套存儲(chǔ)數(shù)據(jù)全部在線。截至2022年3月，在線數(shù)據(jù)量達(dá)到400TB，文件數(shù)達(dá)到9.4億。

　　權(quán)威第三方測評(píng)機(jī)構(gòu)在醫(yī)院現(xiàn)場對PACS影像調(diào)圖性能進(jìn)行了評(píng)測，結(jié)果如下：