基于云存储技术的区域PACS初探

龚海，钱大雁，陈国强，许强

1.江阴市人民医院，江苏 江阴 214400；2.江阴市卫生局，江苏 江阴 214400

基于云存储技术的区域PACS初探

龚海1，钱大雁2，陈国强1，许强1

1.江阴市人民医院，江苏 江阴 214400；2.江阴市卫生局，江苏 江阴 214400

本文介绍了云存储的概念，分析了传统存储系统的不足，并详细阐述了基于云存储技术的区域图片存档及通信系统（Picture Archiving and Communication System，PACS）的特点、基本流程及其实现方式，该系统使得网络中不同类型的存储设备可通过应用软件协同工作，有效地提高了医疗服务质量。

云存储技术；区域PACS；Hash法；管理服务器；存储服务器；数据库

我国在 2009 年 4 月启动的新一轮医疗体制改革中，提出要建立实用共享的医疗卫生信息系统，以极力整合医疗资源。信息化的一个重要内容就是要加速发展以居民健康档案为基础的区域卫生信息化平台。区域卫生信息化系统具有数据量大、存储周期长、实时性强、利用率高等特点，需要借助全新的技术平台来实现。云存储技术的出现，为区域医疗信息化建设带来了曙光。本文阐述了云存储技术的发展优势和潜在能力，分析了新的技术环境下医院区域图片存档及通信系统（Picture Archiving and Communication System，PACS）的建设需求，介绍了基于云存储技术的PACS 的基本流程及实现方式，为医学图像的获取、显示、存储、传送和有效管理等问题提供了新的解决途径。

1 云存储技术

医学资源，特别是医学影像数据存档的集中存储系统存在无法满足高访问量的问题，云存储的出现为该问题的解决提供了新的方案。云存储是在云计算概念上延伸和发展出来的，对 PACS 的实现非常重要。云存储是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统，将网络中不同类型的存储设备通过应用软件集合起来，共同对外提供数据存储和业务访问功能的技术。云存储系统是一个以数据存储和管理为核心的云计算系统：当需要对大量数据进行存储和管理时，云计算系统就需要配置大量的存储设备，那么云计算系统就转变成了云存储系统[1-4]。

2 传统存储系统

传统存储系统由三部分组成：服务器、数据库、存储阵列。收到数据文件时，系统先将文件存储的位置信息录入数据库，然后再将文件存储到阵列中；读取数据文件时，系统先从数据库读取文件位置，然后根据指定位置读取数据文件。传统存储系统框架，见图1。这种存储系统存在以下缺点：

（1）随着数据的增加，数据库内容也相应增加，则访问数据库的速度也就越慢，数据文件的读写速度就越慢。

（2）系统的运行依赖个体设备性能，而随着用户的访问量的增大，个体设备性能将无法满足相应需求。

（3）使用高配置的个体设备不利于系统的持续性能升级和数据量的扩容。

图1 传统存储系统框架

3 基于云存储技术的区域PACS

3.1 特点

基于云存储技术的区域 PACS 不使用高性能的单体设备和数据库，而采用统一的普通 X86架构的存储服务器作为 数 据 的 载 体， 应 用 Hash 法 来 构 建 索 引 库 和 文 件 库[5-7]。接收到数据文件时，由管理服务器通过 Hash 策略将数据分散保存到各个存储服务器上[8]，然后将存储服务器的位置信息记录在管理服务器索引库中；当客户端读取数据文件时，首先从索引库中读取存储服务器位置信息，然后通过客户端直接到存储服务器中获取数据。基于云存储技术的区域 PACS 框架，见图 2。该系统相对传统存储主要有以下优点：

（1）通过 Hash 法构建的索引库和文件库可以将数据均衡分散保存到各个存储服务器中，使得数据的读写速度与数据量的大小无关。

（2）数据分散存储使用户的访问也可以分散到各台服务器，这样就可以保证各服务器的处理相对均衡，使用普通的服务器就可以达到高效处理的目的。

（3）统一的服务器架构可以方便的实现系统性能和数据量的升级，系统需要进行扩容的时候只需在原有基础上追加服务器，无需调整原有环境。

（4）使用普通服务器可以大大降低数据中心的硬件成本。

图2 基于云存储技术的区域PACS框架

3.2 工作流程

（1）存储流程。当管理服务收到需要存储的数据文件时，采取 Hash 法将数据文件存储任务分配给各存储服务器，同时管理服务器记录存储服务器的索引信息，流程框架见图3。

图3 存储流程框架

（2）读取流程。当客户端读取数据文件时，首先从索引库中读取存储服务器位置信息，然后由客户端直接到存储服务器中获取相关数据，具体框架见图4。

图4 读取流程框架

3.3 分级存储摸式的实现

（1）为了保证系统的正常运行，存储服务器需要具有高效管理海量文件数据的能力，还要具备快速索引文件的能力。为了实现存储服务器的高效管理及快速索引，应用Hash 法来实现树形结构的文件、目录的分散分级存储摸式，具体框架见图5。该存储模式将图像以检查目录为单位进行组织并进行分类，能够保证在文件数量快速增加时，访问速度不受任何影响。

图5 分级存储摸式框架

（2）将图像以检查目录为单位进行组织并进行分类，并不能解决文件服务器海量数据存储的问题。每天从设备上发送过来的数据巨大，不光是图像数量多，检查量也很大。如果将所有的检查目录放在同一级目录下，随着存放的数据量越来越多，检查目录有可能达到上百万个或更多。这样再强的操作系统也将无法对数据进行管理，更谈不上高效存储与索引了，较好的方法是用树形结构将他们分散到各级子目录中，将各级子目录的数据控制在一定数量内（一般各种操作系统每一级目录管理的文件或目录数量最好＜1000 个）。

对于医学数据目录的分级管理，多数情况下使用的方法有 ：① 根据文件写入服务器的时间来进行分组，如以年为单位作为1级目录，年下面以月为单位作为2级目录，月下面再以天为单位作为3级目录，3级目录下进行数据存储检查 ；② 在文件服务器上建立一个累加器，根据分级目录存储数据的大小进行控制。如果某一级存储目录数据超过了累加器控制范围，系统会自动新建一个新目录来存储新的检查数据。

分散存储问题解决了，但是如何将这些数据重新读取出来呢？由于使用以上方法创建的目录都是根据文件服务器产生的信息为基础生成的，外界无法知道数据存储的位置，所以在保存数据的时候需要用数据库来记录文件索引。该方法可以解决文件服务器的基本问题，但是效果并不好，首先，文件索引信息和数据库捆绑的很紧，如果数据需要迁移或者修改时，要同时对索引库和数据库进行修改；其次，由于数据的查找完全依赖数据库的索引性能，当数据量越来越巨大的时候数据库的索引性能将成为文件服务器性能的瓶颈。

图6 文件读写操作具体流程

为了解决以上问题，我们摒弃上述方法，不使用数据库来记录索引信息，而是采用文件本身引入的唯一标识来计算 Hash 值，赋予每级目录具体的语意特性。当系统接收到图像文件时，先进行数据解析，然后根据解析信息对图像文件进行分组、保存，同时通知后台对文件进行处理；当客户端需要读取图像文件时，服务器根据用户的图像请求确认图像文件的检查目录，然后根据目录结构生成信息列表，接着通过服务网络发送图像文件到用户端。文件读写操作具体流程，见图6。

4 结语

云存储技术可解决 PACS实际应用中产生的存储管理和并发访问的技术瓶颈。基于云存储技术的区域 PACS具有明显的优势 ：① 具有强大的图像后处理功能 ；② 简便快速，改变了传统的病人检查后须花大量时间等待医生通过胶片进行诊断的局面 ；③ 解决了医院必须购买昂贵的大型计算机和高端存储系统来管理和存储海量医学影像文件的困扰。基于云存储技术的区域 PACS的应用，可有效改善医疗服务质量，推动我国区域卫生信息化平台的发展[9-12]。

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Brief Analysis of Regional PACS Based on Cloud Storage Technology

GONG Hai1, QIAN Da-yan2, CHEN Guo-qiang1, XU Qiang1
1.The People's Hospital of Jiangyin, Jiangyin Jiangsu 214400, China; 2.Health Bureau of Jiangyin, Jiangyin Jiangsu 214400, China

This paper introduces the concept of cloud storage, analyzes the deficiencies of traditional storage system, and describes the characteristics, basic procedure and implementation method of regional PACS based on cloud storage technology in detail. Different storage devices can work collaboratively through application software with the application of regional PACS, which has improved the quality of medical service effectively.

cloud storage technology; regional PACS; Hash algorithm; management server; storage server; database

TP393.03

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2013.11.024

1674-1633(2013)11-0070-03

2013-10-15

作者邮箱：13915237388@139．com