基于虚拟化环境的高可靠性PACS建设

许 强

江苏省江阴市人民医院 信息科，江苏江阴 214400

基于虚拟化环境的高可靠性PACS建设

许 强

江苏省江阴市人民医院 信息科，江苏江阴 214400

本文介绍了江阴市人民医院基于虚拟化环境下的高可靠性图片存档及通信系统（PACS）的虚拟化配置和系统结构设计与实现过程，分析了虚拟化在医疗信息系统应用中的优势和不足，并为虚拟环境下PACS的建设提出了自己的观点。

虚拟化环境；图片存档与通信系统；虚拟机；医院信息系统

0 前言

江苏省江阴市人民医院是东南大学医学院附属医院、南通大学附属医院、徐州医学院江阴临床学院，是一所集医疗、教学、科研、预防保健、康复为一体的综合性三级医院，现开放床位2060张。我院从2004年开始使用放射科信息系统（RIS）和图片存档及通信系统（PACS），2007年临床医生使用Web影像信息发布系统,并逐步升级、扩容，到目前为止已经连接了CT、MR、DR、CR、RF、MG等各类型的影像设备15台，年存储量约18TB，所有影像设备都遵从DICOM标准。随着医院信息化建设的深入，各信息系统都已经逐步完善，并在临床应用中发挥着巨大的作用，使病人登记、检查、报告一条龙服务效率得到了提高。

我院2008年就开始使用IBM服务器及基于存储区域网（SAN）架构的光纤存储，采用VMware服务器虚拟化技术构建医院虚拟化平台，应用VMware Vcenter Sever管理软件对整个系统实行了集中监管，实现了资源自动调配、虚拟机的自动迁移、核心业务的高可用性，增强了医院信息系统业务的连续性，保证信息系统高效、安全、稳定运行。除医院信息系统（HIS）现已有100多个系统运行于虚拟化平台中。这种虚拟环境打破了传统的一个服务器只为一个操作系统、一种应用服务的模式，实现了一机多操作系统、多应用的模式。

1 我院原PACS架构

随着放射科设备的增加，检查人次的增长，直到2013年底，放射科面对每天1000人次左右的检查，原PACS已经难以满足医生对系统高负荷、高效率运行的要求。于是在2013年底全面升级现有PACS系统。

原PACS系统由3台工作组服务器组成，其中2台服务器分别对应CT/MR工作组和普放工作组，另外1台单独的服务器作为归档服务器，将工作组服务器上的数据定时归档，以保证数据安全。旧系统的缺点在于医生只能在本工作组内阅片，如果跨工作组调阅图像，会产生额外的图像传输负担，并导致阅片调用速度下降。数据没有实现集中存储，往往医生为找一个历史记录而在不同的服务器上查询。系统硬件也由于使用时间太久而显得配置过低，最终表现为系统响应缓慢，原PACS系统服务器架构，见图1。

根据医院现状，实施PACS系统升级时，主要考虑以下两个方面：一是节省硬件成本，最好能利用医院目前已有的资源；二是项目实施周期要短。基于以上因素，设计采用基于虚拟环境的PACS系统，以缩短硬件采购和项目实施时间。

2 我院现PACS架构

2.1 虚拟化方案

首先虚拟化平台是在PACS系统的基础上搭建的，架构图见图2。

为了满足医院生产环境所要求的7×24 h不停机的要求[1]，我们坚持系统必须满足高可靠性的要求。虚拟化硬件平台搭建采用用2台IBM服务器（4路CPU(每颗8核)、64G内存）构建为高可用（HA）集群，每台IBM服务器配备双HBA卡，分别与2个光纤交换机连接，服务器使用的共享空间都是通过Vplex（存储虚拟化）设备挂载，保证1份数据存储在2台存储上，每台服务器配置6个1000M网口，2个网口为1组，有利于管理网络和业务网络负载平衡。PACS应用服务器分配在2台物理服务器构建的HA集群中，通过群集的DRS(分布式资源调度程序)功能来实现虚拟机跨主机自动平衡负载。在虚拟化平台集群中任一台物理主机存在硬件资源不足，则可以通过vMotion功能将正在运行的虚拟机迁移到群集中的其他主机上去，而且不会对正在运行的业务造成影响。即使群集中任一台物理服务器出现故障，虚拟化集群的HA功能会将该主机上的虚拟机从其他正常运行的主机上重新开启。

考虑到系统的性能要求，我们为每个虚拟服务器划分了500G虚拟硬盘空间，32G内存以及12个CPU。在EMC存储上则划分了2T的硬盘作为数据和系统备份空间，而30T作为在线存储，60T作为归档存储。

2.2 HA机制

针对原PACS架构，重新规划了现PACS的软、硬件结构。系统完全支持虚拟化环境和Windows系统的HA模式。现PACS建立在SQL server2008 HA模式之上，并拥有自己的HA机制，当系统检测到自身服务在一定时间内没有响应，就会自动切换到另一台服务器上，以实现高可靠性的目标。为了使系统发挥出最大效能，将PACS的应用放在第一台服务器，而将SQL Server2008服务放在第二台服务器上。

由于采用了新的规划，PACS在图像传输方面更加高效，用户在客户端阅片时，可以达到近200幅/s的CT图像调阅速度，而接收设备图像的速度也在150幅/s。系统所有影像设备和阅片工作站提供单一的存储节点，避免了图像的分散存储和再次转发。现PACS系统结构见图3。

基于虚拟化平台的PACS，在迁入7T的部分数据后开始投入临床使用，现每天收存近1000人次检查数据信息，与15台设备相连，25台报告终端连接，并通过Web功能向全院500台临床医生工作站实时发布数据。

3 讨论

从项目的方案制定到项目实施全过程来看，虚拟化平台确实为我们提供了很多传统模式无法提供的优势。

首先在硬件的投资上，虚拟化平台可以通过回收旧系统硬件资源，然后重新分配而达到硬件资源的最大化利用[2-3]。在项目实施中，我们通过对已有硬件系统资源的重新规划，仅通过系统资源的重新分配，就为新系统的操作环境准备了足够的硬件资源。

其次在项目实施过程中，由于虚拟化平台能很好地屏蔽硬件的差异，因此无论是硬盘分区，RAID设置或者NAS的配置都显得异常简单。以往先要做好存储空间硬盘RAID和NAS配置，在虚拟环境下，只需在虚拟设备资源池中划分出足够硬盘空间即可。因此，整个项目的前期准备工作只用了1周，而PACS安装也只进行了1周，2周内完成一个中等规模的PACS建设，是传统模式所不能达到的[4]。

关于虚拟环境下的数据安全，我们对虚拟化系统定期做备份，同时也利用PACS系统自身的备份机制，定时对数据库、操作系统、图像这三个方面做定时备份。数据库方面，PACS采用每小时备份1次，每天进行1次差异备份，每周进行1次完全备份；操作系统方面采用Windows自带的备份机制，每天进行1次系统和应用程序备份；而图像方面，PACS采用在线和归档机制，保证图像都有2份拷贝，存于2个不同的存储中。对于整个PACS的备份，我们采用了EMC公司的VPlex方案进行备份[5]。

虽然虚拟机有诸多的好处，但是我们在实际运行中也发现如果虚拟机所在的服务器中含有过多的其他虚拟服务器，那么系统也确实存在性能下降的可能。毕竟操作系统是在虚拟硬盘中以文件形式创建在服务器中的。其次，如果存储中也有其他大量应用占用磁盘阵列的读写操作，那么性能的下降会表现在图像的存储和调阅速度变慢。

所以针对PACS的应用，我们对虚拟机的部署做了进一步调整，减少PACS虚拟机所在服务器中虚拟服务器的数量，减少PACS所连接的EMC阵列中涉及到大量磁盘读写的应用服务。经过调整后，系统达到了预期要求。

4 结语

我院PACS升级的成功实施和上线运行，为虚拟化在医疗信息技术中的应用又提供了一个新的案例。虚拟化是近来信息技术领域发展的方向[6-8]，它不但为我们在项目选型、实施方法中带来了更多的选择余地，而且节省了更多的硬件、时间和人力成本。

[1] 李先锋,王凯芸,李强,等.三甲医院虚拟化技术的研究与实践,中国医院,2012,16(2):12-14.

[2] 韩成.利用虚拟技术整合医院服务器的探索[J].数字技术与应用,2013,(3):227-229.

[3] 张刚伟.医院PACS应用虚拟化架构的创新和发展[J].医学信息,2010,23(8):21.

[4] 王康,郑小林.虚拟化在PACS系统中的初步应用[J].中国卫生产业,2011,(22):114.

[5] 魏明,罗希.虚拟化技术对PACS高可靠性支持[J].电子设计工程,2013,21(14):61-63.

[6] 马锡坤,张稳.服务器虚拟化技术及其在医院的应用[J].中国医疗设备,2013,28(5):60-62.

[7] 潘欣.服务器虚拟化技术在医院信息系统中的应用[J].中国卫生产业,2013,(1):184-185.

[8] 马鋆.基于vSphere平台的服务器虚拟化技术应用研究[D].南京:南京邮电大学,2013.

High-Reliability PACS Based on Virtualization Environment

XU Qiang
Department of Information, Jiangyin People’s Hospital, Jiangyin Jiangsu 214400, China

This paper presents the virtualization configuration, structure design and implementation processes of PACS in Jiangyin People’s Hospital based on virtualization environment, analyzes the advantages and disadvantages of the application of virtualization in hospital information system, and puts forward the suggestions on PACS construction in virtualization environment.

virtualization environment; PACS; virtual machine; hospital information system

TP391.9

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.11.014

1674-1633(2014)11-0050-03

2014-05-08

作者邮箱：ygl17@126.com