【畢業(yè)設(shè)計(jì)】醫(yī)院pacs系統(tǒng)存儲(chǔ)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施

學(xué)號(hào)4109005014泰山醫(yī)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目醫(yī)院PACS系統(tǒng)存儲(chǔ)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施院（部）系放射學(xué)院所學(xué)專業(yè)生物醫(yī)學(xué)工程年級(jí)、班級(jí)09級(jí)1班完成人姓名王琪指導(dǎo)教師姓名專業(yè)技術(shù)職稱魯雯教授2013年6月10日論文原創(chuàng)性保證書我保證所提交的論文都是自己獨(dú)立完成，如有抄襲、剽竊、雷同等現(xiàn)象，愿承擔(dān)相應(yīng)后果，接受學(xué)校的處理。專業(yè)生物醫(yī)學(xué)工程班級(jí)一班簽名2013年月日摘要近年來隨著數(shù)字成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，圖像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)（PICTUREARCHIVINGANDCOMMUNICATIONSYSTEMS，PACS）已經(jīng)成為影像科室的必然選擇。同時(shí)由于醫(yī)院需要長時(shí)間保存醫(yī)學(xué)數(shù)字化影像、以較短的等待時(shí)間調(diào)閱任意時(shí)間的歷史影像資料，并且醫(yī)學(xué)數(shù)字化影像文件大、不允許使用有損壓縮算法，使得醫(yī)學(xué)數(shù)字化影像海量存儲(chǔ)成為PACS十分重要的組成部分。它不僅關(guān)系到檢索的方便程度，也關(guān)系到醫(yī)院投資的大小。所以在建立PACS時(shí)，存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)介質(zhì)選擇，必須事先全面規(guī)劃。存儲(chǔ)方案的設(shè)計(jì)需要全面考慮到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量、保存年限、調(diào)閱頻率、數(shù)據(jù)庫管理等多方面因素，這樣才能建立出具有高性能價(jià)格比、高可擴(kuò)展性并且安全可靠的海量圖像存儲(chǔ)系統(tǒng)。本論文的內(nèi)容是來自所在實(shí)習(xí)單位天津市朗威科技發(fā)展有限公司關(guān)于建立醫(yī)院PACS系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)方案的需求，簡要介紹了PACS系統(tǒng)，并根據(jù)醫(yī)療行業(yè)的特點(diǎn)，提出了一個(gè)適合PACS系統(tǒng)的海量存儲(chǔ)方案，包括存儲(chǔ)架構(gòu)的選擇、數(shù)據(jù)存放模式的確定、存儲(chǔ)級(jí)別的劃分和各級(jí)存儲(chǔ)介質(zhì)的確定以及與之對(duì)應(yīng)的管理程序包括備份、恢復(fù)、歸檔、備份檢索和監(jiān)聽報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵字PACS；醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)；海量存儲(chǔ)；備份；歸檔ABSTRACTINRECENTYEARS,ALONGWITHTHEDIGITALIMAGINGTECHNOLOGY,COMPUTERTECHNOLOGYANDNETWORKTECHNOLOGYDEVELOPMENT,IMAGESTORAGEANDTRANSMISSIONSYSTEMPICTUREARCHIVINGANDCOMMUNICATIONSYSTEMS,PACSHASBECOMETHEINEVITABLECHOICEOFIMAGEDEPARTMENTANDBECAUSETHEHOSPITALNEEDLONGTIMETOSAVETHEMEDICALDIGITALIMAGEATANYTIME,WITHASHORTERWAITINGTIMEREADTHEHISTORYOFTHEIMAGEDATA,ANDMEDICALDIGITALIMAGEFILES,NOTALLOWEDTOUSELOSSYCOMPRESSIONALGORITHM,ANDMAKESTHEMEDICALDIGITALIMAGEMASSSTORAGEBECOMEVERYIMPORTANTPARTOFPACSITNOTONLYRELATESTOTHECONVENIENCEOFRETRIEVAL,ANDALSORELATEDTOTHESIZEOFTHEHOSPITALINVESTMENTSOWHENESTABLISHINGPACSSTORAGESOLUTIONDESIGNANDSTORAGEMEDIUMCHOICE,MUSTCOMPREHENSIVEPLANNINGINADVANCESTORAGESOLUTIONDESIGNNEEDSTOCOMPREHENSIVECONSIDERTHEFREQUENCYOFDATASTORAGE,SAVELIFE,READ,DATABASESMANAGEMENTANDSOONVARIOUSFACTORS,SOASTOCREATEAHIGHPERFORMANCERATIO,HIGHSCALABILITYANDSECURITYRELIABLEMASSIMAGESTORAGESYSTEMTHECONTENTOFTHISPAPERISFROMTHEINTERNSHIPUNITSOFTIANJINLANWAYTECHNOLOGYDEVELOPMENTCOMPANY,LTDONESTABLISHINGAHOSPITALPACSSYSTEMDATASECURITYREQUIREMENTSOFSTORAGESOLUTION,THISPAPERBRIEFLYINTRODUCESTHEPACSSYSTEM,ANDACCORDINGTOTHECHARACTERISTICSOFTHEMEDICALINDUSTRY,PUTFORWARDAMASSSTORAGESCHEMEFORPACSSYSTEM,INCLUDINGTHESELECTIONOFSTORAGEARCHITECTURE,THEDATASTORAGEMODE,STORAGELEVELSOFCLASSIFICATIONANDDETERMINATIONOFTHESTORAGEMEDIAATALLLEVELSANDTHECORRESPONDINGMANAGEMENTPROCEDURESINCLUDINGBACKUP,RESTOREBACKUP,ARCHIVING,RETRIEVALANDMONITORINGALARMFUNCTIONKEYWORDSPACSMEDICALIMAGEDATAMASSSTORAGEBACKUPTHEARCHIVE目錄第一章緒論11PACS系統(tǒng)簡介111PACS系統(tǒng)的產(chǎn)生112PACS系統(tǒng)組成213PACS系統(tǒng)效益314醫(yī)療行業(yè)的特點(diǎn)及其對(duì)PACS系統(tǒng)存儲(chǔ)的要求42本課題的主要內(nèi)容53本論文的具體安排54課題的研究641課題研究范圍642課題意義6第二章存儲(chǔ)系統(tǒng)的相關(guān)原理71PACS存儲(chǔ)系統(tǒng)簡介72國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向821國內(nèi)外研究情況822發(fā)展方向9第三章存儲(chǔ)方案的設(shè)計(jì)實(shí)施101現(xiàn)存的存儲(chǔ)方案102存儲(chǔ)介質(zhì)的選擇113存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)1231系統(tǒng)存在的問題1232存儲(chǔ)方案124存在的問題和解決方法155數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)1951備份的設(shè)置1952恢復(fù)操作22第四章總結(jié)和展望241PACS存儲(chǔ)系統(tǒng)的總結(jié)242PACS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的展望25參考文獻(xiàn)26致謝27第一章緒論1PACS系統(tǒng)簡介PACS系統(tǒng)是PICTUREARCHIVINGANDCOMMUNICATIONSYSTEMS的縮寫，意為圖像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)。是對(duì)數(shù)字醫(yī)療設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)字化醫(yī)學(xué)圖像信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、管理、診斷和信息處理的綜合應(yīng)用系統(tǒng)。它以高速計(jì)算機(jī)設(shè)備為基礎(chǔ)，通過高速網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接各種影像設(shè)備和相關(guān)科室,利用高容量磁、光存儲(chǔ)技術(shù)，以數(shù)字化的方法存儲(chǔ)、管理、傳送和顯示醫(yī)學(xué)影像及其相關(guān)信息，具有影像質(zhì)量高，存儲(chǔ)、傳輸和復(fù)制無失真，傳送迅速，影像資料可共享等突出的特點(diǎn)，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像信息管理的重要條件之一，而存儲(chǔ)部分則是其中十分重要的一個(gè)組成部分。11PACS系統(tǒng)的產(chǎn)生自從倫琴1895年發(fā)現(xiàn)X射線以后，X射線就被用于對(duì)人體檢查以及物體的探察，對(duì)于人體主要用于疾病診斷，因而形成了放射診斷學(xué)的新學(xué)科，并奠定了醫(yī)學(xué)影像學(xué)的基礎(chǔ)。至今放射診斷學(xué)仍是醫(yī)學(xué)影像學(xué)中的主要內(nèi)容，應(yīng)用非常廣泛。50年代到60年代開始應(yīng)用超聲成像和Y閃爍成像。近20多年來，醫(yī)學(xué)影像學(xué)成為了現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一，由單一的X射線成像透視、攝像及造影擴(kuò)展為包括超聲B型、多普勒超聲及CDFI等、放射線核素成像經(jīng)歷了點(diǎn)陣掃描、Y照相、SPECT和PET的發(fā)展階段，X射線CT按其問世的先后排列，包括頭部CT、全身CT、電子束CT、螺旋CT及多層螺旋CT等類型、核磁共振包括磁共振成像MRI、磁共振波譜MRS和功能磁共振FMRI、數(shù)字化成像DSA、CR、DR、PACS系統(tǒng)等多種影像技術(shù)，醫(yī)學(xué)影像的地位已從“臨床輔助檢態(tài)手段”發(fā)展成為臨床疾病診斷的主要方法之一。同時(shí)，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)影像診斷與治療相結(jié)合形成的介入影像學(xué)，以其創(chuàng)傷輕、操作簡便、療效顯著、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為傳統(tǒng)的外科手術(shù)、內(nèi)科化學(xué)治療并立的第三種主要治療手段。這樣經(jīng)過近100年的時(shí)間形成了包含X線診斷的綜合性醫(yī)學(xué)影像診斷學(xué)。許多醫(yī)院在過去的十多年期間，引進(jìn)了大批量進(jìn)口的先進(jìn)醫(yī)學(xué)圖像設(shè)備，這對(duì)提高診斷水平，加強(qiáng)醫(yī)院管理起到了積極的作用。但是由于資金的困擾及儀器設(shè)計(jì)水平的限制，大多數(shù)醫(yī)學(xué)圖像設(shè)備都沒有考慮到圖像存儲(chǔ)和傳輸功能，充其量配置一部激光膠片打印機(jī)或X光膠片作圖像記錄。醫(yī)生的診斷是通過對(duì)儀器屏幕圖像或膠片進(jìn)行肉眼觀察，憑個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析和診斷，診斷結(jié)論往往主觀成分比較多。然而隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，使醫(yī)學(xué)圖像的存儲(chǔ)和傳輸成為可能，尤其是大容量硬盤、圖像信息壓縮技術(shù)、可讀寫光盤的使用，使醫(yī)學(xué)圖像可以實(shí)現(xiàn)大容量存儲(chǔ)。DICOM30標(biāo)準(zhǔn)的制定使醫(yī)學(xué)圖像及各種數(shù)字信息在計(jì)算機(jī)間的傳送有了一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，通過醫(yī)療設(shè)備的數(shù)據(jù)接口與互聯(lián)網(wǎng)接通，就可以進(jìn)行醫(yī)學(xué)圖像信息的遠(yuǎn)程傳輸，實(shí)現(xiàn)異地會(huì)診。PACS系統(tǒng)則在此基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生，它實(shí)現(xiàn)了醫(yī)學(xué)圖像的采集、顯示、存儲(chǔ)、交換和輸出功能并且可以進(jìn)行數(shù)字化處理，在節(jié)省存儲(chǔ)空間、膠片、顯影劑和套藥的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高效化的管理。PACS是臨床醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)影像學(xué)、數(shù)字化成像技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它將醫(yī)學(xué)信息轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字形式，通過計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備，完成對(duì)醫(yī)學(xué)圖像及相應(yīng)信息的采集、存儲(chǔ)處理和傳輸?shù)裙δ?，使醫(yī)學(xué)信息資源得以共享，并充分應(yīng)用。從臨床醫(yī)師的角度，PACS也可以理解為電子病案管理系統(tǒng)的主要組成部分。它使臨床醫(yī)師能夠迅速、準(zhǔn)確地獲得所需要的醫(yī)學(xué)影像信息及其相關(guān)的醫(yī)學(xué)影像診斷報(bào)告、病歷資料、病情記錄、臨床檢查報(bào)告、治療記錄等信息，并且可以查詢與該醫(yī)學(xué)影像相關(guān)的多種影像設(shè)備的圖像信息，以便對(duì)醫(yī)學(xué)影像做全面綜合分析，做出正確診斷或者擬定恰當(dāng)?shù)闹委煼桨浮?2PACS系統(tǒng)組成下圖為PACS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖13PACS系統(tǒng)效益PACS是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及影像處理技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)上的重要應(yīng)用，是醫(yī)學(xué)影像診斷領(lǐng)域的一場革命。它不僅提高了醫(yī)學(xué)影像保存的質(zhì)量，為臨床和教學(xué)工作提供了更可靠的保證，還實(shí)現(xiàn)了極低成本的遠(yuǎn)科會(huì)診功能，實(shí)現(xiàn)了廣大區(qū)域內(nèi)的電子病歷和電子影像的傳遞，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)，這使得醫(yī)療服務(wù)的綜合水平將得到空前的提高。除此之外，PACS系統(tǒng)更極大的提高了醫(yī)院的管理水平，RIS/PACS系統(tǒng)深入到從登記、圖像存儲(chǔ)到報(bào)告、統(tǒng)計(jì)信息等影像科室工作的每個(gè)環(huán)節(jié)，提高了工作效率，減少人為誤差，是醫(yī)院實(shí)現(xiàn)規(guī)范化管理、進(jìn)行質(zhì)量控制的必備條件。PACS系統(tǒng)采用數(shù)字化影像技術(shù)，利用大容量存儲(chǔ)管理方式和光盤永久存儲(chǔ)醫(yī)學(xué)影像實(shí)現(xiàn)無膠片化管理，節(jié)省大量的膠片費(fèi)用。根據(jù)科學(xué)計(jì)算，光盤存儲(chǔ)成本是膠片成本的1/88，僅此一項(xiàng)，每年就可以節(jié)省30萬元到60萬元的日常消耗以日工作量30人次計(jì)算，同時(shí)可以節(jié)省大量的存片空間。以下為一個(gè)典型案例某醫(yī)院有2臺(tái)CT平均每日應(yīng)診量為100人次，假定平均每人每次需要拍攝2張膠片患者、存檔備一張，在使用PACS系統(tǒng)之前，每年用于CT膠片的費(fèi)用是E1PFPMPC10023651005051002365803000元（PF每張膠片的平均價(jià)格、PM每張膠片的洗片費(fèi)用、PC每張膠片的袋裝費(fèi)）；如果使用PACS系統(tǒng)，按照該醫(yī)院的業(yè)務(wù)量，每天大約需要一張光盤用于影像存儲(chǔ)，大約可以節(jié)省50的膠片，因而使用PACS后的上述費(fèi)用可以使用下面的方法計(jì)算E2PCD365EME1/21220365100000803000/2508800元（PCD每張光盤的價(jià)格、EMPACS系統(tǒng)年維護(hù)費(fèi)用）。因而，PACS系統(tǒng)每年為該醫(yī)院帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益可以用下面的方法計(jì)算PE2E1803000508800294200元。另外，PACS還很好的實(shí)現(xiàn)了院內(nèi)數(shù)據(jù)傳遞，縮短患者候診時(shí)間。建立PACS后，影像數(shù)據(jù)經(jīng)過采集，臨床醫(yī)生可以立刻通過網(wǎng)絡(luò)獲得患者的影像信息，及時(shí)地做出診斷，從而極大限度地縮短了患者的就診時(shí)間，提高整個(gè)醫(yī)院的工作效率。因此，使用PACS系統(tǒng)可以極大地提高醫(yī)院的管理水平，有效地改善小城市或邊遠(yuǎn)地區(qū)缺乏專業(yè)醫(yī)療支持的現(xiàn)狀，大量節(jié)省醫(yī)院的日常消耗，全面改善各地區(qū)醫(yī)療技術(shù)水平分配不均的情況，是一件利國利民的好事。在醫(yī)療服務(wù)需求不斷增長的今天，PACS的優(yōu)越性最終將有利于提高醫(yī)療質(zhì)量，縮短患者在醫(yī)院的滯留時(shí)間，從而為醫(yī)院和患者帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。14醫(yī)療行業(yè)的特點(diǎn)及其對(duì)PACS系統(tǒng)存儲(chǔ)的要求第一，醫(yī)學(xué)影像文件占用大量磁盤空間，PACS需要支持高達(dá)幾十TB的海量存儲(chǔ)管理。因?yàn)閿?shù)字化醫(yī)療影像文件要用于診斷，為了保證診斷準(zhǔn)確性，就必須達(dá)到一定分辨率和灰度值。下表是由放射醫(yī)療專家確定的符合診斷要求的數(shù)字化影像的分辨率與灰階深度基本要求。由此可以推算出一個(gè)三級(jí)甲等醫(yī)院的日?qǐng)D像產(chǎn)生量大約310GB，每年產(chǎn)生圖像大約14TB，如表11所示。由于診斷的要求，對(duì)圖像不能進(jìn)行大比例的有損壓縮。只能進(jìn)行12或13的無損壓縮。醫(yī)療影像文件需要長時(shí)間保存，通常醫(yī)療圖像需要保存1020年，以便于患者和醫(yī)生的調(diào)閱，而一些特殊病例需要保存更長時(shí)間，因此PACS系統(tǒng)存儲(chǔ)方案必須滿足海量存儲(chǔ)管理的需要。表11數(shù)字化影像分辨率與灰階深度的基本要求影像類型空間分辨率（像素?cái)?shù)）灰階深度（BITS）圖像大?。∕B）X線胸片或CR至少20482048128乳房照相至少409640961232CT512512121/2MRI512512121/2B超（凍結(jié)像）51251281/4血管造影（靜態(tài)像）1024102481核醫(yī)學(xué)25625681/16第二，影像調(diào)閱響應(yīng)速度要求苛刻。和其它系統(tǒng)類似，用戶不可能忍受較長時(shí)間的響應(yīng)等待。因此，要求系統(tǒng)建有高效的存儲(chǔ)索引，使用高速存儲(chǔ)介質(zhì)并且盡量平衡網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，最高效率的利用網(wǎng)絡(luò)。第三，圖像增長速度快。由于醫(yī)療影像設(shè)備層出不窮，隨著醫(yī)療現(xiàn)代化的臨近，醫(yī)院的醫(yī)療設(shè)備越來越多，醫(yī)療圖像必將以更快的速度不斷增長。這要求PACS存儲(chǔ)系統(tǒng)必須具有無限擴(kuò)展能力，可以根據(jù)需要隨時(shí)擴(kuò)充。由于硬件的不斷發(fā)展，這同時(shí)可以節(jié)常省用戶大量投資。另外，系統(tǒng)必須可以在不停機(jī)的情況下進(jìn)行容量擴(kuò)充，擴(kuò)充應(yīng)該簡便、易操作。第四，信息存儲(chǔ)必須安全穩(wěn)定。系統(tǒng)必須提供完備的備份恢復(fù)和容災(zāi)方案，并且采用一定的機(jī)制保證數(shù)據(jù)的安全。2本課題的主要內(nèi)容本課題是主要介紹了PACS存儲(chǔ)方案的選擇和實(shí)現(xiàn)的主要工作，包括存儲(chǔ)方案的設(shè)計(jì)和PACS系統(tǒng)存儲(chǔ)管理子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。存儲(chǔ)方案的設(shè)計(jì)包括存儲(chǔ)架構(gòu)的選擇和存儲(chǔ)產(chǎn)品的選擇兩方面。目前存在的存儲(chǔ)架構(gòu)有SASSERVERATTACHEDSTORAGE，服務(wù)器附屬存儲(chǔ)、DASDIRECTATTACHEDSTORAGE，直接附屬存儲(chǔ)、SANSTORAGEAREANETWORK，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)、NASNETWORKATTACHEDSTORAGE，網(wǎng)絡(luò)附加存儲(chǔ)等。在存儲(chǔ)產(chǎn)品的選擇方面，常見的存儲(chǔ)產(chǎn)品有磁盤陣列、磁帶庫、光盤塔/庫等。PACS系統(tǒng)存儲(chǔ)管理子系統(tǒng)包括存儲(chǔ)服務(wù)器信息維護(hù)；介質(zhì)信息維護(hù)介質(zhì)指圖像存儲(chǔ)單位，一個(gè)介質(zhì)占有一定火小的空間，是備份、恢復(fù)、刪除、歸檔等操作的數(shù)據(jù)單位，充滿后不允許有其它添加和修改操作所以備份以后不需要重新備份；在線、近線數(shù)據(jù)檢索；離線數(shù)據(jù)檢索；數(shù)據(jù)備份、恢復(fù)、下載、歸檔、刪除；介質(zhì)監(jiān)視；容量監(jiān)視；制動(dòng)規(guī)則設(shè)置；日志工具等功能。3本論文的具體安排第一章緒論主要介紹論文的工作背景包括PACS系統(tǒng)產(chǎn)生給醫(yī)院帶來的效益，系統(tǒng)的組成和對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的要求和主要工作。同時(shí)說明文章總的結(jié)構(gòu)，各章敘述的問題以及這個(gè)課題的意義和所包括的范圍等。第二章相關(guān)知識(shí)主要介紹國內(nèi)外研究開發(fā)的現(xiàn)狀及主要的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。說明目前類似系統(tǒng)的其他開發(fā)方式以及各系統(tǒng)之間的比較和各自的特點(diǎn)。簡單介紹系統(tǒng)開發(fā)中用到的基礎(chǔ)知識(shí)。第三章存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)與實(shí)施詳細(xì)說明存儲(chǔ)方案的設(shè)計(jì)過程，通過分析各種存儲(chǔ)方案、存儲(chǔ)介質(zhì)和存儲(chǔ)模式的特點(diǎn)，結(jié)合醫(yī)療影像數(shù)據(jù)特點(diǎn)的要求，設(shè)計(jì)一套滿足需求的存儲(chǔ)方案，并且明確系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)和開發(fā)模式。第四章總結(jié)和展望總結(jié)本文主要論述的問題和自己的工作，同時(shí)論述一下對(duì)課題的進(jìn)一步考慮。4課題的研究41課題研究范圍PACS存儲(chǔ)方案的選擇和實(shí)現(xiàn)就是根據(jù)醫(yī)療行業(yè)的特點(diǎn)，提出一個(gè)適合于PACS系統(tǒng)的海量存儲(chǔ)方案，包括存儲(chǔ)架構(gòu)的選擇、數(shù)據(jù)存放模式的確定、存儲(chǔ)級(jí)別的劃分和各級(jí)存儲(chǔ)介質(zhì)的確定以及與之對(duì)應(yīng)的管理程序包括備份、恢復(fù)、歸檔、備份檢索和監(jiān)聽報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)。42課題意義近年來隨著數(shù)字成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，PACS系統(tǒng)已成為影像科室的必然選擇。同時(shí)由于醫(yī)院需要長時(shí)間保存醫(yī)學(xué)數(shù)字化影像，以較短的等待時(shí)間調(diào)閱任意時(shí)間的歷史影像資料，并且醫(yī)學(xué)數(shù)字化影像文件大，不允許使用有損壓縮算法，使得醫(yī)學(xué)數(shù)字化影像的海量存儲(chǔ)成為PACS十分重要的組成部分，可以說，從PACS誕生的那天起，人們就致力于探索最經(jīng)濟(jì)、可靠的圖像存貯方式。因此，PACS存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)是PACS系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。它不僅關(guān)系到檢索的方便程度，也關(guān)系到醫(yī)院投資的大小，所以在建立PACS時(shí)，存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)介質(zhì)選擇，必須事先全面規(guī)劃。存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)需要全面考慮到數(shù)據(jù)容量、保存年限、調(diào)閱頻率、數(shù)據(jù)庫管理等多種因素，這樣才能建立高性能價(jià)格比、可擴(kuò)展性好、較為安全可靠的海量圖像存儲(chǔ)系統(tǒng)。第二章存儲(chǔ)系統(tǒng)的相關(guān)原理影像存儲(chǔ)ARCHIVING是PACS的基本任務(wù)及功能要求。由于存儲(chǔ)管理模式和應(yīng)用設(shè)備的選擇對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速率有著顯著的影響，同時(shí)影像存儲(chǔ)設(shè)備及其管理系統(tǒng)部分也是影響PACS總體投資的主要因素，因此對(duì)PACS系統(tǒng)存儲(chǔ)管理設(shè)備的規(guī)劃應(yīng)該予以相當(dāng)?shù)闹匾暋?PACS存儲(chǔ)系統(tǒng)簡介典型的PACS存儲(chǔ)模式和管理流程通常分在線ONLINE、近線NEARLINE和離線OFFLINE三種。因此在規(guī)劃PACS系統(tǒng)時(shí)要求系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)在上述三種存儲(chǔ)管理模式間遷移過程中的控制和維護(hù)功能，最好能夠具有自動(dòng)執(zhí)行和管理能力，這是PACS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理的基本要求。通常情況，在線存儲(chǔ)用磁盤陣列實(shí)現(xiàn)，一般采用RAID5方式，以提供良好的容錯(cuò)能力、較高的數(shù)據(jù)讀取速率及最大的磁盤空間利用率。近線存儲(chǔ)目前多采用光盤庫CD/DVDJUKEBOX或磁帶庫DLTJUKEBOX實(shí)現(xiàn)。磁帶庫存儲(chǔ)管理對(duì)環(huán)境要求較高，為保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性和良好的讀取能力，可能需要對(duì)數(shù)據(jù)磁帶執(zhí)行定期的轉(zhuǎn)錄和重寫操作。影像數(shù)據(jù)處于在線或近線存儲(chǔ)時(shí)可以執(zhí)行不需人工介入的自動(dòng)查詢和影像自動(dòng)遷移、轉(zhuǎn)存操作，離線存儲(chǔ)指影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒質(zhì)單元如光盤、磁帶等被放置于與系統(tǒng)分離的存放位置，系統(tǒng)不能執(zhí)行離線存儲(chǔ)媒質(zhì)上的影像數(shù)據(jù)的自動(dòng)讀取操作過程，需要人工介入操作。目前流行的PACS系統(tǒng)存儲(chǔ)架構(gòu)為“磁盤陣列光盤庫或磁帶庫”模式，這種模式比較好地兼顧了近期影像數(shù)據(jù)的快速響應(yīng)能力、中遠(yuǎn)期影像的自動(dòng)讀取操作能力和對(duì)投資水平實(shí)施適當(dāng)控制這三方面的要求。在線存儲(chǔ)成本較高，應(yīng)根據(jù)用戶的投資水平設(shè)計(jì)合適的在線存儲(chǔ)時(shí)間段，從而完成最貼近醫(yī)院實(shí)際情形的PACS存儲(chǔ)管理解決方案。近年來，隨著磁盤陣列成本價(jià)格的顯著降低，尤其是性價(jià)比較好的“SCSITOIDE”模式磁盤陣列在技術(shù)上的成熟，為PACS存儲(chǔ)方案提供了一個(gè)非常具有吸引力的選擇。醫(yī)院現(xiàn)在可以剛接近普通PC存儲(chǔ)的投資，獲得性價(jià)比非常高的磁盤陣列在線存儲(chǔ)，基于這類磁盤陣列，醫(yī)院可以從容的規(guī)劃PACS系統(tǒng)的“完全在線”存儲(chǔ)方案，即能夠以逐年擴(kuò)展在線存儲(chǔ)磁盤陣列容量的方式，真正實(shí)現(xiàn)所有影像全部處于在線狀態(tài)，為系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力提供完全的保障。同時(shí)，因?yàn)樗杏跋窬鶠樵诰€狀態(tài)，僅需配置簡單的光盤刻錄設(shè)備CD/DVDR作為影像數(shù)據(jù)“備份”解決方案即可，省去傳統(tǒng)PACS存儲(chǔ)方案中昂貴的光盤庫或磁帶庫投資，使系統(tǒng)整體投資水平和執(zhí)行效率可以同時(shí)優(yōu)化。因此，許多PACS系統(tǒng)在線存儲(chǔ)方案規(guī)劃中選擇“磁盤陣列CD/DVDR”方式，執(zhí)行影像全部在線的存儲(chǔ)管理模式。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向21國內(nèi)外研究情況PACS的開發(fā)是從80年代開始的，那時(shí)是從放射科的需求出發(fā)，主要目標(biāo)是將圖像表達(dá)為計(jì)算機(jī)信息流，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)裝置上，放射科醫(yī)生對(duì)計(jì)算機(jī)屏幕上的圖像進(jìn)行診斷。隨著醫(yī)學(xué)數(shù)字化影像設(shè)備的種類越來越多，計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，使得醫(yī)學(xué)影像可以直接取自檢查設(shè)備，而醫(yī)學(xué)影像的存儲(chǔ)、通訊和顯示都成為可能?，F(xiàn)在，PACS將從醫(yī)院甚至整個(gè)醫(yī)學(xué)界的需求出發(fā)，是醫(yī)院走向數(shù)字化信息時(shí)代的重要標(biāo)志之一。目前開發(fā)的PACS主要功能是提高影像保存質(zhì)量，用計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的“活”圖像替代膠片上的“死”圖像，節(jié)省膠片無片化，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。具體來說，在病人進(jìn)行檢查登記的時(shí)候，由電腦記錄下相關(guān)信息，經(jīng)相關(guān)的影像檢查設(shè)備如CT、MR、DSA、DR、CR、US、內(nèi)窺鏡PET、NM和病理電子顯微鏡等得到病人的醫(yī)學(xué)影像通過網(wǎng)絡(luò)傳送到PACS中來，自動(dòng)與登記的相關(guān)信息融合。PACS系統(tǒng)要求圖像必需遵循DICOM標(biāo)準(zhǔn)可與任何DICOM兼容的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備連接，但目前國內(nèi)很多醫(yī)院既有帶DICOM接口的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，也有非DICOM接口的數(shù)字輸出或視頻輸出醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，后二者必需配以數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換或相應(yīng)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換裝置。醫(yī)生可以在PACS上進(jìn)行圖像處理，可以任意調(diào)節(jié)窗寬/窗位；書寫診斷報(bào)告時(shí)，由于有模板庫可輕松填寫諸如檢查方法、疾病表現(xiàn)、診斷結(jié)果等多個(gè)欄目，當(dāng)然還可自定義新詞組，可以插入相應(yīng)的圖像，最后打印簽名后發(fā)給病人。在PACS上查找病人圖像時(shí)可以是根據(jù)某些病人信息進(jìn)行模糊查找，智能化的檢索功能可以方便地定位影像。在PACS上也可以對(duì)時(shí)間、部位、年齡、人數(shù)、金額、診斷結(jié)果的陽性率和病種等多種醫(yī)學(xué)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和管理。上述工作過程組成了無膠片化工作流程，使得經(jīng)濟(jì)效益、臨床工作和科室管理效率都得以提高。目前，PACS系統(tǒng)已開始出現(xiàn)大容量的存儲(chǔ)裝置如光盤塔或磁帶庫可以是RAID或MO、CD、DVD等；有完善的網(wǎng)絡(luò)功能，通過網(wǎng)關(guān)還可與醫(yī)院原來的HIS/RIS連通，實(shí)現(xiàn)影像共享；或通過MODEM撥號(hào)上網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程會(huì)診；或通過WEBSERVER上互聯(lián)網(wǎng)。22發(fā)展方向由于我國開發(fā)和引進(jìn)PACS系統(tǒng)較晚，目前已經(jīng)建立并有效運(yùn)行的PACS系統(tǒng)并不多見。究其原因主要是標(biāo)準(zhǔn)化程度低、兼容性差、一般為封閉式的專用系統(tǒng)，既不經(jīng)濟(jì)、價(jià)格也昂貴，配置的硬件不夠合理，對(duì)工作量大的醫(yī)院缺乏強(qiáng)大的存儲(chǔ)子系統(tǒng)，無法支持?jǐn)?shù)據(jù)量巨大的常規(guī)放射影像，因此不能真正實(shí)現(xiàn)無膠片化管理。多數(shù)PACS系統(tǒng)也沒有其有效的工作流程和自動(dòng)化管理功能，也不能向臨床診斷提供所需的全部功能，表現(xiàn)為在線信息少，響應(yīng)速度慢。對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全、保密和符合法律要求方面還不可靠?，F(xiàn)有的PACS系統(tǒng)設(shè)計(jì)人多數(shù)沒有考慮技術(shù)發(fā)展和擴(kuò)展需要的可能，很難與現(xiàn)有的HIS/RIS整合為一個(gè)系統(tǒng)。鑒于上述分析，PACS系統(tǒng)的發(fā)展方向是第一，系統(tǒng)設(shè)計(jì)嚴(yán)格遵守國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)DICOM30和HL7醫(yī)療保健并且具有完全開放式的體系結(jié)構(gòu)，具有良好的兼容性。第二，基于INTERNET/INTRANET技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，需要支持局域網(wǎng)LAN、廣域網(wǎng)WAN，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程會(huì)診。第三，采用TB級(jí)甚至PB級(jí)存儲(chǔ)子系統(tǒng)，提高系統(tǒng)響應(yīng)能力。第四，提供容錯(cuò)、糾錯(cuò)能力以及良好的數(shù)據(jù)安全性和災(zāi)難恢復(fù)能力，采用高性能數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。第五，進(jìn)一步降低成本，系統(tǒng)界面友好，有強(qiáng)大的中文支持能力，易學(xué)易用。語音錄入、圖像處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾N技術(shù)的無縫集成。第六，提供完整的系統(tǒng)解決方案，利于維護(hù)和技術(shù)支持。第三章存儲(chǔ)方案的設(shè)計(jì)實(shí)施1現(xiàn)存的存儲(chǔ)方案目前存在的方案大都采用分級(jí)存儲(chǔ)HIERARCHICALSTORAGEMANAGEMENT，HSM策略。HSM是一種經(jīng)濟(jì)而且有效利用存儲(chǔ)設(shè)備的管理方式。HSM對(duì)用戶是透明的，也就是說用戶并不知道這種管理過程的存在。分級(jí)，其實(shí)就是意味著用不同的介質(zhì)來實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)，如RAID系統(tǒng)、光存儲(chǔ)設(shè)備、磁帶等，每種存儲(chǔ)設(shè)備都有其不同的物理特性和不同的價(jià)格。例如，要備份的時(shí)候，備份文件一般存儲(chǔ)在速度相對(duì)比較慢、容量相對(duì)比較大、價(jià)格相對(duì)比較低的存儲(chǔ)設(shè)備上如磁帶，這樣做經(jīng)濟(jì)實(shí)用。根據(jù)用戶需求不同，分級(jí)存儲(chǔ)也可以有不同的實(shí)施方式。一般來講，主要有三個(gè)層次和兩個(gè)層次這兩類分級(jí)存儲(chǔ)的方式。第一類三個(gè)層次在線存儲(chǔ)、近線存儲(chǔ)和離線存儲(chǔ)在線存儲(chǔ)保存短期常用數(shù)據(jù)。一般由具有容錯(cuò)構(gòu)型的磁盤陣列構(gòu)成，其基本的功能是提供在線ONLINE影像快速提取過程的響應(yīng)，其存儲(chǔ)的功能尚居其次。近線存儲(chǔ)主要功能是存儲(chǔ)不頻繁調(diào)用但需要在線的數(shù)據(jù)，需要有海量存儲(chǔ)和無限擴(kuò)展能力，通過硬盤陣列、光盤庫或磁帶庫實(shí)現(xiàn)。離線存儲(chǔ)存儲(chǔ)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份，需要安全穩(wěn)定。通過光盤、磁帶、光盤庫或磁帶庫實(shí)現(xiàn)。第二類兩個(gè)層次在線存儲(chǔ)和離線存儲(chǔ)在線存儲(chǔ)在線存儲(chǔ)指圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)硬盤或其它在線存儲(chǔ)設(shè)備光盤塔、磁帶庫上，PACS在線存儲(chǔ)要求硬件設(shè)備足夠保存全院一年所產(chǎn)生的影像資料。離線存儲(chǔ)離線存儲(chǔ)指把上述的圖像數(shù)據(jù)刻錄在光盤或其他備份存儲(chǔ)器上。作為永久性資料保存。另外，從數(shù)據(jù)存放的物理位置可以分為集中模式和分布模式兩種。集中存儲(chǔ)模式是把各影像工作站采集的影像數(shù)據(jù)全部存放在服務(wù)器上，進(jìn)行集中備份和管理，這種方式的管理成本低廉，目前被PACS廠商和客戶公認(rèn)為理想的PACS圖像存儲(chǔ)方式，但對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度的要求比較高，并要配備有相應(yīng)的管理人員。而分布存儲(chǔ)模式是各個(gè)不同科室的影像資料分別存放和管理，互相不干擾。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)目前的管理模式?jīng)]有任何改變，缺點(diǎn)是管理的成本高，效率低。由上面的分析結(jié)合醫(yī)療行業(yè)的特點(diǎn)可以看出，分布模式的數(shù)據(jù)一致性難以保證，可以說是各科室自己組織的局部PACS系統(tǒng)，很難在醫(yī)院整體實(shí)現(xiàn)快速信息共享和信息的整體分析。并且不能同時(shí)訪問患者在不同科室所做得檢查，不利于提高診斷的準(zhǔn)確性。這有悖于開發(fā)PACS系統(tǒng)的初衷。因此不可取。雖然集中存儲(chǔ)模式需要較大的帶寬，但是PACS系統(tǒng)通常都運(yùn)行于基于千兆主干、百兆終端的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，因此帶寬不成問題。所以建議使用集中存儲(chǔ)方式。另外，三個(gè)層次的分級(jí)策略更適合于目前大多數(shù)醫(yī)院的需要。主要有以幾點(diǎn)原因一、三級(jí)存儲(chǔ)將在線數(shù)據(jù)分為在線和近線兩部分，滿足影像數(shù)據(jù)訪問頻率隨時(shí)間降低的情況。用戶可以根據(jù)需要采用不同存儲(chǔ)介質(zhì)，可以節(jié)省投資并且提高效率。二、如果要在保證系統(tǒng)效率的基礎(chǔ)上擴(kuò)展，兩級(jí)存儲(chǔ)中的在線數(shù)據(jù)量達(dá)不到系統(tǒng)要求。三、容量的擴(kuò)大，勢必需要用戶的投資。2存儲(chǔ)介質(zhì)的選擇常用的存儲(chǔ)介質(zhì)有磁盤陣列、磁帶庫、光盤塔/庫等。磁帶庫，既是網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備的元老，又是網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備最有生氣的主力軍。磁帶庫因?yàn)榇艓Э梢圆粩喔鼡Q，存儲(chǔ)容量僅取決于所換磁帶的多少，這就是說磁帶庫的存儲(chǔ)容量是無限的。另外，磁帶還可以作為一種半永久可更換的存儲(chǔ)介質(zhì)，在異地存儲(chǔ)中可以選擇更加安全可靠的保存環(huán)境，因而在大中型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛?？傊?，磁帶庫是一種安全、可靠、易用和成本低廉的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備。磁盤陣列，最大特點(diǎn)是數(shù)據(jù)存取速度特別快，其主要功能是可提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的可用性及存儲(chǔ)容量，并可將數(shù)據(jù)有選擇性地分布在多個(gè)磁盤上，從而達(dá)到提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)吞吐率。另外，磁盤陣列還能夠避免單塊硬盤故障所帶來的災(zāi)難后果，也可以通過把多個(gè)較小容量的硬盤連在智能控制器上，增加存儲(chǔ)容量。顯然，磁盤陣列是一種高效、快速、易用的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備。另外，近年來隨著IDE接口標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)，從UDMA33到UDMA66，再到ATA100，SATA，可以說，IDE的傳輸速度有了明顯的提高串行ATA又可加大IDE硬盤連接數(shù)量，RAID產(chǎn)品逐步開始滲透到了所謂低端的IDE硬盤領(lǐng)域，這具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢，很高的性價(jià)比。光盤塔和光盤庫，不僅容量大、速度高、價(jià)格低，而且信息容量可以隨著承載信息的光盤數(shù)域的增加而增加。由于光盤基本上是只讀媒介，一方面它是一種永久信息備份載體，另一方面它又限制了用戶對(duì)光盤塔和光盤庫中過時(shí)信息數(shù)據(jù)的修改與補(bǔ)充。顯然，在網(wǎng)絡(luò)海量存儲(chǔ)備份系統(tǒng)中，磁帶庫、磁盤陣列、光盤塔或光盤庫等存儲(chǔ)設(shè)備因其信息存儲(chǔ)特點(diǎn)的完全不同，應(yīng)用環(huán)境也有較大區(qū)別。其中，磁帶庫更多的是用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的海量數(shù)據(jù)的定期備份，而磁盤陣列則主要用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的海量數(shù)據(jù)的即時(shí)存取，光盤塔或光盤庫主要用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的海量數(shù)據(jù)的訪問。3存儲(chǔ)方案設(shè)計(jì)31系統(tǒng)存在的問題首先通過對(duì)PACS系統(tǒng)存儲(chǔ)需求的分析，可以總結(jié)出系統(tǒng)需要解決下面幾個(gè)問題。問題一數(shù)據(jù)安全問題。數(shù)據(jù)安全問題包含兩方面內(nèi)容，一是采取措施盡可能防止數(shù)據(jù)損壞或丟失；另一方面是數(shù)據(jù)損壞或丟失后可以采取措施進(jìn)行補(bǔ)救，不影響系統(tǒng)正常使用。問題二存儲(chǔ)容量要易于擴(kuò)充。由于系統(tǒng)安裝初期不可能一次購買所有的存儲(chǔ)設(shè)備，而醫(yī)療影像增長速度又快，因此要求系統(tǒng)必須提供方便簡單的容量擴(kuò)充方法。值得注意的是，容量擴(kuò)充時(shí)要盡可能不影響系統(tǒng)的正常使用。問題三影像數(shù)據(jù)調(diào)閱速度應(yīng)較快。提高影像調(diào)閱速度是這個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的之一，因此在方案設(shè)計(jì)中必須重視。問題四用戶投資需合理。用戶投資是設(shè)計(jì)中最難把握的問題之一，也是體現(xiàn)一個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)好壞的重要因素。32存儲(chǔ)方案第一，數(shù)據(jù)存放模式。根據(jù)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的調(diào)查分析，采用集中式存儲(chǔ)更符合我國醫(yī)院的現(xiàn)狀。對(duì)于分布式的存儲(chǔ)方式，目前使用的多是國外的大型的協(xié)作醫(yī)院，各個(gè)醫(yī)院需要獨(dú)立的管理，只是在需要的時(shí)候進(jìn)行信息的交換，沒有統(tǒng)一管理的要求。而且分布式存儲(chǔ)對(duì)于加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全、提高影像調(diào)閱速度和控制用戶投資等方面，會(huì)造成一定程度的困難。而且，分布式存儲(chǔ)方式不利于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)管理和信息共享。因此，為了便于滿足我國醫(yī)院PACS系統(tǒng)存儲(chǔ)的要求，更多是采用集中式存放模式。另外，由于影像數(shù)據(jù)容量和增長速度問題，不可能直接存放在數(shù)據(jù)庫中。因此選擇在數(shù)據(jù)庫中記錄了圖像存儲(chǔ)的物理位置包括服務(wù)器和路徑信息，用戶查詢的圖像的存儲(chǔ)位置后，直接對(duì)圖像進(jìn)行訪問。文件的存儲(chǔ)方式如下圖所示第二，存儲(chǔ)級(jí)別?？梢詫⒄麄€(gè)存儲(chǔ)部分了三個(gè)層次一級(jí)在線存儲(chǔ)使用少量的高端存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)近期需要頻繁訪問的影像數(shù)據(jù)，既可以根據(jù)用戶需要節(jié)省用戶投資，又可以利用高端存儲(chǔ)介質(zhì)的特性提高用戶訪問的響應(yīng)速度，同時(shí)高端存儲(chǔ)介質(zhì)本身還提供了一定的數(shù)據(jù)安全保護(hù)能力；二級(jí)近線存儲(chǔ)使用大量的低端存儲(chǔ)介質(zhì)存儲(chǔ)需要長期訪問同時(shí)訪問頻率較低的影像數(shù)據(jù)，它的主要功能是在有效控制用戶投資的基礎(chǔ)上盡可能的提高各個(gè)系統(tǒng)的可訪問存儲(chǔ)量。它應(yīng)該具有簡單方便的擴(kuò)展能力和一定的安全保護(hù)能力，同時(shí)它也是整個(gè)系統(tǒng)的訪問響應(yīng)速度的瓶頸，這部分是整個(gè)方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。三級(jí)離線存儲(chǔ)使用較便宜的離線存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)的備份。這部分不需要考慮訪問響應(yīng)的問題，但是必須具有相當(dāng)高的可靠性和擴(kuò)展性，同時(shí)應(yīng)該盡可能使用增量備份以節(jié)省用戶投資。第三，系統(tǒng)配置。一級(jí)存儲(chǔ)采用具有容錯(cuò)構(gòu)型的高端磁盤陣列RAID5。使用雙機(jī)熱備技術(shù)保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全，同時(shí)使系統(tǒng)具有一定的故障恢復(fù)能力。其中磁盤陣列的容量由用戶根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇，一般可以提供1015天的在線數(shù)據(jù)量。這樣配置的原因有三點(diǎn)第一，系統(tǒng)對(duì)這部分?jǐn)?shù)據(jù)的訪問概率達(dá)到50左右，要求具有相當(dāng)高的訪問響應(yīng)能力以保證診斷的順利完成；第二，系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)全部保存在這里，且不能進(jìn)行實(shí)時(shí)備份，所以必須采用一些容錯(cuò)技術(shù)來保證數(shù)據(jù)安全。通常使用磁盤鏡像或RAID5技術(shù)，由于RAID5技術(shù)磁盤利用率比較高，所以在這里選擇采用RAID5來節(jié)省用戶投資。即使這樣也不能保證數(shù)據(jù)的絕對(duì)安全，所以在設(shè)計(jì)備份軟件時(shí)，為這部分?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)計(jì)了一定的備份方案來提高數(shù)據(jù)的安全性。第三，這是整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)訪問最頻繁的部分，因此必須采取一定措施來保證服務(wù)器的穩(wěn)定性。所以應(yīng)采用雙機(jī)熱備技術(shù)以保證系統(tǒng)在一臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)仍能繼續(xù)使用，同時(shí)要求配備大容量的UPS以防止電源故障引起系統(tǒng)癱瘓?？梢哉f，這部分主要考慮的問題是系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的效率。二級(jí)存儲(chǔ)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，因?yàn)檫@里需要提供相當(dāng)大的在線訪問數(shù)據(jù)量，同時(shí)要提供近似于一級(jí)存儲(chǔ)的訪問響應(yīng)速度以提高系統(tǒng)的平均圖像調(diào)閱速度。另外在價(jià)格方面也必須具有相當(dāng)?shù)母偁巸?yōu)勢。這部分設(shè)計(jì)包括存儲(chǔ)介質(zhì)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。目前其他系統(tǒng)在這部分多采用磁帶庫、光盤庫，但由于這些介質(zhì)的價(jià)格或訪問速度和需求有一定的差異，因此選用了具有高性能價(jià)格比的IDE硬盤。主要原因如下第一，在性能方面，光盤庫、磁帶庫由于其中包含了機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，性能必然受到較大的影響。而IDE硬盤無論在尋道時(shí)間、內(nèi)部傳輸速率還是外部傳輸速率上性能都要高于光盤庫和磁帶庫。第二，在價(jià)格方面，光盤庫、磁帶庫也不具有優(yōu)勢。磁帶庫每TB價(jià)格在12萬元人民幣左右，光盤庫則更高，而使用IDE硬盤的工控機(jī)達(dá)到12TB目前只需要不到2萬元。另外由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，IDE硬盤在性能、存儲(chǔ)容量、可靠性等方面的發(fā)展遠(yuǎn)超過光盤庫和磁帶庫，而價(jià)格的降幅也遠(yuǎn)高于光盤庫和磁帶庫，因此用戶的投資可以得到最大限度的保護(hù)。第三，在可靠性方面，IDE硬盤技術(shù)已經(jīng)十分成熟，并且IDERAID和多種IDE硬盤數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)的出現(xiàn)有效的提高了系統(tǒng)的可靠性。由于這部分涉及到海量存儲(chǔ)，因此必須設(shè)計(jì)一個(gè)合理的存儲(chǔ)架構(gòu)以滿足系統(tǒng)的訪問性能、可擴(kuò)展性和可靠性的要求。DAS、SAN和NAS是目前流行的三種存儲(chǔ)架構(gòu)。本論文中借鑒了SAN和INAS中一些特點(diǎn)，利用優(yōu)化過的工控機(jī)和IDE硬盤陣列RAID，提出一種適合PACS系統(tǒng)的、廉價(jià)的、擴(kuò)展性強(qiáng)的仿NAS架構(gòu)，命名為多PC機(jī)存儲(chǔ)架構(gòu)MPCS。MPCS是由經(jīng)過優(yōu)化的工控機(jī)配備使用RAID5技術(shù)的大容量IDE硬盤組成，各占獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，使用廉價(jià)的LINUX操作系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)共享方面，采用的是傳統(tǒng)的FTP協(xié)議屏蔽各種訪問平臺(tái)的差異。由于IDE硬盤的損壞主要是來源于電源故障，因此要對(duì)工控機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化，采用了雙電源配置，內(nèi)部集成了小型的UPS，可以保證電源的穩(wěn)定。另外，采用IDERAID技術(shù)有效的提高系統(tǒng)的可靠性。除了這些，還需要在存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中保證了這部分的數(shù)據(jù)全部經(jīng)過備份，在出現(xiàn)故障后可以很快恢復(fù)。對(duì)存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展，只需要對(duì)采購的工控機(jī)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)地址，設(shè)置FTP訪問的端口、用戶和口令，在備份系統(tǒng)中設(shè)置相關(guān)信息如IP地址，F(xiàn)TP訪問端口、用戶和口令，服務(wù)器的容量等信息即可使用，整個(gè)過程方便簡單。另外在用戶投資和系統(tǒng)的響應(yīng)速度方面，均可以滿足系統(tǒng)的要求。三級(jí)存儲(chǔ)采用磁帶備份系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，這部分不直接訪問，因此價(jià)格和穩(wěn)定性是關(guān)鍵問題。而磁帶在這兩方面均可以滿足要求，另外，由于管理的需要，還提供了光盤庫和磁帶庫的接口。這部分，根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)該進(jìn)行多份備份以滿足異地容災(zāi)的需要。4存在的問題和解決方法在方案的進(jìn)一步設(shè)計(jì)過程中，有以下問題需要注意問題一海量存儲(chǔ)的增量備份問題。由于無法對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行完全備份，所以需要設(shè)計(jì)一種增量備份的策略。按日期是一種有效的方法，但是每天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量太少并且容量不確定，備份磁帶的容量不好掌握，并且不容易實(shí)現(xiàn)備份磁帶的管理。問題二數(shù)據(jù)庫訪問問題。由于數(shù)據(jù)文件的路徑和服務(wù)器等信息都保存在數(shù)據(jù)庫中，所以對(duì)數(shù)據(jù)文件的備份、恢復(fù)和移動(dòng)操作需要頻繁的更新數(shù)據(jù)庫信息，這對(duì)其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫操作造成相當(dāng)大的影響。問題三帶寬占用問題。由于對(duì)數(shù)據(jù)文件的備份、恢復(fù)和移動(dòng)操作需要長時(shí)間的訪問數(shù)據(jù)，占用大量網(wǎng)絡(luò)帶寬，會(huì)影響系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問效率。問題四剩余存儲(chǔ)空間問題。當(dāng)二級(jí)存儲(chǔ)空間不足并且沒有及時(shí)擴(kuò)充容量時(shí)，一級(jí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)無法移動(dòng)到二級(jí)存儲(chǔ)上，使一級(jí)存儲(chǔ)空間不足，則會(huì)造成新生成影像數(shù)據(jù)無法上傳，影響系統(tǒng)的正常使用。問題五服務(wù)器有效性問題。如果由于系統(tǒng)或存儲(chǔ)介質(zhì)原因造成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間無法訪問，會(huì)影響系統(tǒng)的正常使用。問題六一級(jí)存儲(chǔ)中未備份數(shù)據(jù)安全問題。由于一級(jí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不斷的增加，所以不能及時(shí)備份，這部分?jǐn)?shù)據(jù)雖然有一定的安全保證，但是仍須采取一定措施對(duì)其備份。問題七備份速度問題。由于備份的數(shù)據(jù)比較多，同時(shí)需要長時(shí)間占用網(wǎng)絡(luò)帶寬，所以需要盡可能提高備份速度。經(jīng)過對(duì)問題的分析，對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)作了如下改進(jìn)，以解決上面提到的問題。改進(jìn)一引入介質(zhì)的概念。介質(zhì)簡單地說就是具有固定容量的圖像存儲(chǔ)空間，內(nèi)部用日期對(duì)文件進(jìn)行分隔，它是所有操作的基本執(zhí)行單位。引入這個(gè)概念可以解決以下幾個(gè)問題。第一，使用具有固定容量的介質(zhì)作為操作的基本單位，對(duì)介質(zhì)的移動(dòng)、備份和恢復(fù)操作不會(huì)影響介質(zhì)的內(nèi)容，另外對(duì)充滿的介質(zhì)不允許進(jìn)行內(nèi)容修改，這樣對(duì)充滿的介質(zhì)備份后，就不需要再次備份。這樣就解決了增量備份的問題。第二，采用介質(zhì)作為存儲(chǔ)單元，文件在數(shù)據(jù)庫中只保存介質(zhì)內(nèi)部的相對(duì)路徑，移動(dòng)過程中不需要更改；而只需要對(duì)介質(zhì)的所在服務(wù)器和介質(zhì)路徑信息進(jìn)行更改即可，這樣每次操作只需要修改一次數(shù)據(jù)庫既可。同樣道理的還有利于數(shù)據(jù)的備份恢復(fù)操作等。第三，采用介質(zhì)作為存儲(chǔ)單元，可以把介質(zhì)映射到不同的物理硬盤上，更容易實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡和多線程下載技術(shù)，提高系統(tǒng)的訪問響應(yīng)。改進(jìn)二修改數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。引入了介質(zhì)的概念以后，對(duì)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改，以解決數(shù)據(jù)庫訪問的問題。數(shù)據(jù)庫中包含三個(gè)表服務(wù)器、介質(zhì)和文件。TABLEHOSTINFO服務(wù)器信息表HOSTID內(nèi)部區(qū)分服務(wù)器的唯一標(biāo)識(shí)HOSTTYPE服務(wù)器類型，分為一級(jí)存儲(chǔ)、二級(jí)存儲(chǔ)和三級(jí)存儲(chǔ)三種IP服務(wù)器的IP地址PORTFTP端口號(hào)USERNAMEFTP用戶名稱PASSWORDFTP口令HOSTNAME用戶設(shè)定的服務(wù)器名稱HOSTSIZE服務(wù)器存儲(chǔ)空間的總?cè)萘縃OSTSPARESIZE服務(wù)器剩余存儲(chǔ)空間容量，在介質(zhì)添加、修改和刪除過程中，對(duì)這個(gè)值修改REMARK備注HOSTPATH服務(wù)器上可以建介質(zhì)的路徑TABLEMEDIAINFO介質(zhì)信息表MEDIAID內(nèi)部區(qū)分介質(zhì)的唯一標(biāo)識(shí)HOSTID介質(zhì)的服務(wù)器IDUSEDSIZE已用空間，由觸發(fā)器自動(dòng)管理PATH介質(zhì)在服務(wù)器上的相對(duì)路徑MEDIAFILENUM介質(zhì)中保存的文件數(shù)，由觸發(fā)器自動(dòng)管理IFCURRENT介質(zhì)類型包括當(dāng)前介質(zhì)、緩存介質(zhì)、二級(jí)介質(zhì)、默認(rèn)恢復(fù)介質(zhì)和三級(jí)介質(zhì)MEDIANAME用戶設(shè)定的介質(zhì)名稱MEDIASIZE介質(zhì)容量IFFULL充滿標(biāo)志，由觸發(fā)器自動(dòng)管理，必要時(shí)可以通過備份管理系統(tǒng)設(shè)置IFBACKUP備份標(biāo)志IFOFFLINE離線標(biāo)志SERVERIP服務(wù)器IP，用于數(shù)據(jù)上傳的負(fù)載均衡管理，指定該介質(zhì)可用于那些采集服務(wù)器的數(shù)據(jù)上傳介質(zhì)信息一般由觸發(fā)器自動(dòng)建立，必要時(shí)可以通過備份管理系統(tǒng)建立。TABLEIMAGEDATAINFO影像信息表IMAGEDATAID內(nèi)部區(qū)分影像的唯一標(biāo)識(shí)CHECKSERIALNUM檢查流水號(hào)，表示圖像屬于哪個(gè)檢查SERIALID序列號(hào)，在檢查中圖像分成不同序列PATH圖像在介質(zhì)中的相對(duì)路徑IFINREPORT圖像是否被打印在報(bào)告中IMAGEDATATYPEID圖像類型,包括DICOM，JPEG，BMP，AVI，MPEG等POSITIONSERIAL圖像在序列中的位置IMAGESIZE圖像大小MEDIAID圖像所屬的介質(zhì)INSTANCEUID圖像在CT等檢查設(shè)備中的唯一標(biāo)識(shí)號(hào)由此可以看出,對(duì)介質(zhì)的備份、恢復(fù)、移動(dòng)和離線操作只需要找到介質(zhì)所在的服務(wù)器和路徑，然后對(duì)路徑下的所有文件操作，不需要逐個(gè)訪問影像文件記錄。操作完成后只需要修改介質(zhì)信息記錄即可。這樣大大降低了操作過程中對(duì)數(shù)據(jù)庫訪問的次數(shù)。提高了數(shù)據(jù)庫的使用效率。另外，將數(shù)據(jù)庫和文件存儲(chǔ)服務(wù)器分開，以避免它們之間數(shù)據(jù)訪問的相互影響（如下圖）。改進(jìn)三設(shè)計(jì)備份管理系統(tǒng)。由上面的介紹可以得知，有一些功能必須設(shè)計(jì)一個(gè)備份管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)中主要包括介質(zhì)的備份、恢復(fù)、移動(dòng)和離線操作。同時(shí)，為了解決上述問題設(shè)計(jì)了如下的功能。自動(dòng)備份和移動(dòng)由于備份和移動(dòng)需要占用大量帶寬，所以設(shè)計(jì)了自動(dòng)功能，使備份和移動(dòng)操作可以在凌晨這個(gè)帶寬使用率低的時(shí)間執(zhí)行，避免使用高峰期的帶寬爭用情況。監(jiān)聽報(bào)警功能為了解決剩余存儲(chǔ)空間問題和服務(wù)器有效性問題，設(shè)計(jì)了監(jiān)聽、報(bào)警功能。系統(tǒng)按指定的時(shí)間間隔輪詢各個(gè)介質(zhì)和服務(wù)器，發(fā)現(xiàn)各級(jí)存儲(chǔ)容量不夠預(yù)定值，或者介質(zhì)無法使用時(shí)，發(fā)出聲音報(bào)警。臨時(shí)備份功能這個(gè)功能是對(duì)不滿足備份要求的當(dāng)前介質(zhì)，系統(tǒng)每天在用戶指定的時(shí)間段里，按日期將其臨時(shí)下載到管理工作站，實(shí)現(xiàn)增量備份，使其恢復(fù)的時(shí)間點(diǎn)可以達(dá)到某天，減少不必要的損失。同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)要對(duì)該介質(zhì)備份時(shí)，可以只下載該介質(zhì)沒有備份在管理工作站上的部分?jǐn)?shù)據(jù)，提高了備份的速度，但這要求備份工作站具有一定的存儲(chǔ)容量。5數(shù)據(jù)備份系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以下是使用所在實(shí)習(xí)單位的產(chǎn)品愛數(shù)存儲(chǔ)柜實(shí)現(xiàn)的對(duì)PACS存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份的演示過程51備份的設(shè)置首先要配置客戶端支持的數(shù)據(jù)庫類型。以管理員身份進(jìn)入管理控制臺(tái)的首頁（圖1），單擊左邊樹狀結(jié)構(gòu)的“系統(tǒng)管理”下屬的“客戶端管理”節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入相應(yīng)的工作視圖窗口，彈出“修改客戶端配置”對(duì)話框，勾選數(shù)據(jù)庫類型SQLSERVER，單擊【確定】（圖2）圖1管理控制臺(tái)首頁圖2修改客戶端配置然后，需要新建任務(wù)。步驟一進(jìn)入“備份恢復(fù)管理/備份管理/定時(shí)備份管理”頁面，單擊【新建任務(wù)】按鈕，彈出的“新建備份任務(wù)向?qū)А睂?duì)話框中，選擇備份數(shù)據(jù)庫，在下拉列表中選擇SQLSERVER備份，單擊【下一步】（圖3）。圖3新建SQLSERVER備份任務(wù)步驟二進(jìn)入【任務(wù)基本信息】對(duì)話框，輸入任務(wù)名，選擇任務(wù)所在任務(wù)組、備份目的和備份介質(zhì)，選擇數(shù)據(jù)類型。單擊【下一步】。步驟三進(jìn)入“選擇數(shù)據(jù)源”對(duì)話框，勾選SQLSERVER的整個(gè)實(shí)例下的數(shù)據(jù)庫。單擊【下一步】（圖3）。圖3選擇SQLSERVER備份數(shù)據(jù)源步驟四進(jìn)入“設(shè)置計(jì)劃及事件”對(duì)話框，可通過“添加、修改、刪除”來設(shè)置詳細(xì)圖4設(shè)置SQLSERVER備份計(jì)劃及事件的任務(wù)計(jì)劃，也可單擊右下方【選擇】按鈕，在彈出的對(duì)話框中設(shè)置數(shù)據(jù)壓縮，安全設(shè)置，高級(jí)選項(xiàng)等。單擊【確定】，完成任務(wù)的創(chuàng)建（圖4）。52恢復(fù)操作步驟一登陸管理控制臺(tái)，單擊“備份恢復(fù)管理/磁盤數(shù)據(jù)恢復(fù)”節(jié)點(diǎn)奇瑞換進(jìn)入相應(yīng)操作視圖。步驟二在任務(wù)列表中展開需要恢復(fù)的SQLSERVER備份任務(wù)，選擇需要恢復(fù)的客戶端。步驟三單擊“時(shí)間點(diǎn)”下拉菜單選定某一備份時(shí)間點(diǎn)，在遍歷的備份數(shù)據(jù)列表框中選擇要恢復(fù)的SQLSERVER數(shù)據(jù)庫（圖5）。圖5SQLSERVER恢復(fù)步驟四單擊【恢復(fù)到客戶端】，在彈出的“SQLSERVER數(shù)據(jù)庫恢復(fù)”對(duì)話框中選擇要將當(dāng)前選定數(shù)據(jù)恢復(fù)到客戶端，輸入恢復(fù)后的新數(shù)據(jù)庫名或者新的存儲(chǔ)路徑等（圖6）。圖6選擇SQLSERVER數(shù)據(jù)恢復(fù)客戶端步驟五單擊【恢復(fù)】提交該恢復(fù)操作到執(zhí)行隊(duì)列。以上便完成了對(duì)數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)的操作，從而達(dá)到對(duì)PACS系統(tǒng)中所存儲(chǔ)的影像數(shù)據(jù)保護(hù)的目的。第四章總結(jié)和展望1PACS存儲(chǔ)系統(tǒng)的總結(jié)以上的介紹說明PACS存儲(chǔ)系統(tǒng)的整套存儲(chǔ)方案完全可以滿足PACS系統(tǒng)整體需求，是一套安全、穩(wěn)定、高性能價(jià)格比并且具有存儲(chǔ)量無限擴(kuò)展能力的系統(tǒng)。設(shè)計(jì)PACS系統(tǒng)利用NAS技術(shù)、MPCS架構(gòu)的使用、圖像壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)了海量存儲(chǔ)，容易擴(kuò)充容量；利用RAID技術(shù)、磁盤鏡像技術(shù)、備份恢復(fù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的安全穩(wěn)定。在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，由于能力有限，以及時(shí)間上的原因，所作的工作還很不完善。尤其是針對(duì)多線程下載技術(shù)和負(fù)載均衡算法等部分都沒有深入研究，只是提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)或解決方向。目前的PACS系統(tǒng)大多采用SCSI硬盤或磁盤陣列作為在線存儲(chǔ)設(shè)備來存儲(chǔ)近期、中期圖像數(shù)據(jù)，光盤庫、磁帶庫作為二線存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)長期數(shù)據(jù)。近2年來新興的存儲(chǔ)局域網(wǎng)，由于其高性能、高存儲(chǔ)量作為海量存儲(chǔ)的解決方案也逐步受到PACS供應(yīng)商的關(guān)注。但是這些設(shè)備或方案作為二線存儲(chǔ)或海量存儲(chǔ)的性能價(jià)格比并不很理想。在性能方面，光盤庫、磁帶庫由于其中包含了機(jī)械轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，性能必然受到較大的影響。如磁帶庫更換磁帶的時(shí)間平均在1830S之間，對(duì)數(shù)據(jù)定位時(shí)間平均也要近15S。這樣數(shù)據(jù)還沒有開始讀取就已經(jīng)用去了30S以上，而且根據(jù)接口的不同傳輸速率通常不大于80MBYTE/S，再加上網(wǎng)絡(luò)的影響，直接調(diào)用其上的影像數(shù)據(jù)的等待時(shí)間就可想而知了。光盤庫的情