基于IP的网络存储技术在影像信息系统中的应用

李 健

影像归档与传输系统(picture archiving and communication system，PACS)的概念最早于1982年提出，应用至今已经超过了30年[1-4]。在此期间，信息技术的进步也推动着PACS应用水平的进步。而网络附加存储技术(network attached storage，NAS)作为近年来新兴的并已非常成熟的网络存储技术，在工业领域有了成功的实践[5-8]。本文旨在探讨NAS技术应用在PACS中的实现方法与评价[9-12]。

1 NAS在PACS中的实现方法

我院PACS于2007年进入实际应用阶段，迄今已有7年临床应用历史。最初的PACS仅仅是一个符合DICOM标准的影像归档系统。其后经过临床功能扩充与硬件更新升级，目前已经实现了符合全院规划的满足影像科室临床需求的影像信息系统。

1.1 PACS在线系统

PACS归档系统采用GE公司的Centricity PACS，IMS数据库服务器主机硬件为2台Sun Fire V480小型机，运行专用的Solaris 64位操作系统。DICOM应用服务器(DAS)主机为4台Sun Fire V500服务器，运行专用的Solaris 64位操作系统。长期存储服务器(LoTS)主机为1台Sun Fire V120，运行专用的Solaris 64位操作系统。PACS短期存储器硬件采用EMC CX4-10，图像存储有效容量为25 TB。通过光纤点对点直连方式与PACS在线系统IMS服务器进行连接。PACS在线系统共实现了与14台影像采集设备的连接。

1.2 PACS归档系统

PACS归档系统采用GE公司EA系统，主机硬件为1台惠普ProLiant DL380 G5服务器，操作系统为Windows 2003 Server。主机提供了2个千兆位(Gbps)网卡，使用HP Network Configuration Utility工具将双网卡绑定为TLB模式，可以提供2Gbps网络带宽。

PACS归档存储采用网络附加存储技术，NAS存储器硬件采用EMC VNX 5500，具体技术配置：CS控制台1台、SP存储处理器一组2台、Blade刀片服务器一组2台、SPS备用电源及Clariion CX4-10磁盘阵列柜一组2台。每台CX3-10磁盘阵列柜配置15块SATA II硬盘，单块硬盘容量为2000 GB，每台CX4-10磁盘阵列柜分别预留1块热备硬盘。磁盘阵列柜配置为RAID 5，实现有效存储空间为48 TB。VNX Blad刀片服务器共提供了4个千兆位(Gbps)网卡，将其中2个千兆位网卡进行绑定配置为Trunk模式，提供2Gbps的网络带宽。PACS归档系统以CIFS文件共享方式对NAS存储器VNX 5500进行I/O读写操作。2台设备通过千兆位以太网交换机Cisco 3750 G进行连接，由于他们均工作在双网卡绑定模式，因此在PACS长期归档系统与NAS存储器之间实现了2 Gbps网络带宽。

1.3 影像数据传输与归档流程[13-15]

影像数据传输与归档流程包括：①当影像采集设备完成影像采集，其生成的DICOM图像将自动发送至DAS服务器；②DAS将对图像进行图像信息解析与图像内容压缩处理，而后分别传送至IMS数据库服务器与PACS在线存储；③图像经过校验确认后，长期存储服务器会将图像与图像信息重新进行融合成为DICOM图像；④长期存储服务器将图像对象发送至PACS长期归档系统；⑤PACS归档系统在接收到图像对象后将其最终归档存储至NAS存储器VNX 5500，至此，影像数据完成了由影像采集设备到PACS在线系统、再由PACS在线系统到PACS归档系统的数据传输与归档过程；⑥当PACS长期归档系统收到图像取回(Retrieve)请求时，PACS归档系统将从NAS存储器VNX 5500取回图像对象，并发送至图像取回(Retrieve)目的地。

1.4 影像读取速率测量方法

从PACS归档系统中，调取指定内容的图像，记录下传输进程的开始和结束时间，图像的数量和数据量，计算出单个检查的平均图像数量、单个检查的平均调取时间、单幅图像的平均调取时间以及相应的网络Mbps值。为了提高时间测量的准确度，同时，也尽量减少偶然误差，计算影像传输速率时采用测量多个同类检查(≥500个)取单个检查平均值的方法得出结果。

2 结果

2.1 PACS归档系统单传输进程影像读取速率

从PACS归档系统中，以单传输进程方式，调取下面所列检查方法的影像检查500例，结果见表1。

2.2 PACS归档系统多个并发传输进程影像读取速率

从PACS归档系统中，以多个并发传输进程方式调取内容相同的影像检查500例，当选取的并发传输进程方式的值分别为5、10、15、20、25个时，测试结果见表2。

表1 单一传输进程影像读取速率

表2 多个传输进程影像读取速率

3 讨论

基于NAS存储技术的PACS归档系统影像读取速率分析。PACS归档系统主机与NAS存储器之间实现了最高为2Gbps的网络带宽，根本上确保了网络带宽不会成为影像调取过程中的瓶颈。从结果2.1中可以得出，在单传输进程的情况下，4种不同类型的影像均可以实现快速调取。而从结果2.2中可以得出，当多个传输进程同时进行时，单幅图像的平均调取时间随着传输进程的增加或减少而基本保持稳定。测量结果表明，使用NAS技术的PACS归档系统拥有快速而稳定的性能表现，完全可以满足PACS的实际应用。在PACS应用中，NAS技术提供了快速且稳定的性能表现，提高了影像信息系统的工作效率。

综上所述，NAS技术可以满足PACS在临床实际应用中的需要。

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