虛擬化技術(shù)在醫(yī)院PACS 系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用

王東明

(淮南市第一人民醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)中心,安徽淮南 232000)

1 建設(shè)PACS系統(tǒng)的必要性

PACS(Picture Archiving and Communication System,即醫(yī)學(xué)影像存檔與傳輸系統(tǒng))隨著醫(yī)院業(yè)務(wù)及規(guī)模的發(fā)展和擴(kuò)大,需要?jiǎng)?chuàng)建一套標(biāo)準(zhǔn)化的、符合醫(yī)院工作流程的、覆蓋全院的、高效傳輸、滿足數(shù)字影像的集中在線存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理及應(yīng)用的新一代醫(yī)學(xué)影像PACS系統(tǒng)。醫(yī)生使用PACS系統(tǒng)可以很方便地在計(jì)算機(jī)上或者專業(yè)的醫(yī)用顯示器上查看患者的各項(xiàng)檢查報(bào)告,實(shí)現(xiàn)醫(yī)院各個(gè)科室的診斷信息的流通[1]。

2 PACS的數(shù)據(jù)特點(diǎn)

(1)數(shù)據(jù)非結(jié)構(gòu)化:PACS中的數(shù)據(jù)一般是非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),即數(shù)據(jù)沒有事先定義的數(shù)據(jù)模型,不能夠用二維數(shù)組來表達(dá)的數(shù)據(jù)。

(2)數(shù)據(jù)量龐大:PACS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的另一個(gè)重要的特點(diǎn)就是它的數(shù)據(jù)量非常龐大,三甲醫(yī)院一個(gè)月的數(shù)據(jù)約為1T左右,因此醫(yī)院PACS網(wǎng)絡(luò)宜采用萬兆以太網(wǎng)作為主干,以保證網(wǎng)絡(luò)高帶寬,提高數(shù)據(jù)傳輸速度。

3 PACS系統(tǒng)常用存儲(chǔ)模式

(1)在線存儲(chǔ):指數(shù)據(jù)始終是以一種在線的狀態(tài)來進(jìn)行存儲(chǔ),用戶可以隨時(shí)讀取,在線存儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)放在性能高的SAS或者SDS硬盤上,一般1個(gè)月以內(nèi)的在線影像文件存儲(chǔ)在SSD盤上。

(2)近線存儲(chǔ):指將那些不常用到或者說經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)近線存儲(chǔ)在性能較低的NL SAS硬盤上,一般1個(gè)月以上的近線影像文件存儲(chǔ)在大容量的NLSAS盤上。

(3)離線存儲(chǔ):是一種避免人為的或者非人為導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失所進(jìn)行的在線存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的備份,一般存儲(chǔ)1年以上的影像文件[2]。

4 虛擬化技術(shù)

虛擬化就是通過虛擬化軟件把服務(wù)器的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和配置,相比傳統(tǒng)的服務(wù)器技術(shù)其最大優(yōu)點(diǎn)是管理方便、資源按需分配、可靠性高、節(jié)約成本。按照傳統(tǒng)方法構(gòu)建PACS系統(tǒng)需配置10余臺(tái)服務(wù)器,而此次淮南第一人民醫(yī)院通過虛擬化技術(shù),配置5臺(tái)服務(wù)器即可滿足相關(guān)需求,還可實(shí)現(xiàn)高可用性HA、Vmotion遷移以及分布式資源調(diào)度(Distributed Resource Scheduler,DRS)等功能[3]。

5 虛擬化技術(shù)在淮南第一人民醫(yī)院PACS系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)

淮南第一人民醫(yī)院PACS項(xiàng)目系統(tǒng)建設(shè)的具體要求如下:

(1)任一虛擬機(jī)發(fā)生故障,應(yīng)用程序連接都能正常使用,自動(dòng)切換過程不大于1分鐘。

(2)應(yīng)用程序連接訪問要求使用唯一虛擬IP地址。

(3)能夠通過FC、iSCSI、CIFS、NFS等協(xié)議訪問存儲(chǔ),同時(shí)任一臺(tái)存儲(chǔ)出現(xiàn)問題,數(shù)據(jù)都被可正常訪問。

(4)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用萬兆以太網(wǎng)作為主干、千兆交換到桌面,以保證高帶寬。

(5)如圖1所示,在主干網(wǎng)絡(luò)上采用環(huán)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),若主交換機(jī)產(chǎn)生單點(diǎn)故障和個(gè)別主干線路產(chǎn)生連接性故障時(shí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)依然可以保持較好的連通性,提供正常的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

(6)在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換的主接點(diǎn)和次一級接點(diǎn)(即各個(gè)交換機(jī)房)采用兩臺(tái)交換機(jī)相互備份,同時(shí)提供線路冗余,使各接點(diǎn)交換機(jī)和次級線路產(chǎn)生故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)依然能夠正常運(yùn)行,同時(shí)用該方法也實(shí)現(xiàn)了通信量負(fù)載平衡,當(dāng)產(chǎn)生較高通信量時(shí),這些通信量能大致均勻的分配到各個(gè)線路上,減少了網(wǎng)絡(luò)擁塞的機(jī)率。

(7)整個(gè)醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)采用虛擬局域網(wǎng)技術(shù)(VLAN),在邏輯上把各個(gè)功能不同的部門和科室劃開,這樣可以有效的防治廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生,便于網(wǎng)絡(luò)管理,當(dāng)一個(gè)網(wǎng)段出現(xiàn)故障時(shí)不影響具它的網(wǎng)段。同時(shí)結(jié)合防火墻訪問控制列表、MAC地址綁定等技術(shù)大大提高醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)的安全性。

圖1 PACS 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

5.1 整體實(shí)現(xiàn)

(1)首先要把服務(wù)器、存儲(chǔ)安裝在不同的機(jī)柜里,如:3臺(tái)虛擬化應(yīng)用服務(wù)器和、1臺(tái)存儲(chǔ)、1臺(tái)San交換機(jī)機(jī)放在一個(gè)機(jī)柜,2臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、存儲(chǔ)、San交換機(jī)放在另外一個(gè)機(jī)柜,這樣可以做到冗余設(shè)計(jì)。

從目前的教學(xué)實(shí)踐來看，不少任課教師無法全面實(shí)現(xiàn)上述培養(yǎng)目標(biāo)，存在一些亟待解決的細(xì)節(jié)問題，主要集中在以下五個(gè)方面：

(2)連接好所有網(wǎng)線及光纖跳線;服務(wù)器、存儲(chǔ)的雙電源要從不同的UPS供電。在連接線上貼上標(biāo)簽,方便日后維護(hù)。

(3)服務(wù)器上安裝虛擬化軟件,存儲(chǔ)根據(jù)要求劃分好卷,然后通過主機(jī)映射,把磁盤掛載虛機(jī)上;

(4)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器安裝Windows server 2012 R2數(shù)據(jù)中心系統(tǒng),應(yīng)用服務(wù)器安裝Windows server 2008 R2系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實(shí)現(xiàn)N A S 存儲(chǔ),而應(yīng)用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)V M w a r e 的H A 功能。

5.2 實(shí)施條件

在做以下實(shí)施步驟前,確保存儲(chǔ)空間已劃分好,并映射到主機(jī)上。

5.3 實(shí)施數(shù)據(jù)庫服務(wù)器集群大致步驟

在2臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器安裝Windows server 2012 R2數(shù)據(jù)中心系統(tǒng),在服務(wù)器上配置好域控制器、public IP、集群管理IP、數(shù)據(jù)庫IP等。然后創(chuàng)建MACS群集,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器集群。

5.4 虛擬化安裝大致步驟

首先,上架新的服務(wù)器(含有兩塊HBA卡)到指定位置,連接好所有連接線,然后對存儲(chǔ)做相應(yīng)配置。虛擬化的實(shí)施主要步驟如下:

(1)通過服務(wù)器的USB引導(dǎo)安裝ESXi服務(wù)器。

(2)在3臺(tái)服務(wù)器安裝ESXI完成后,還要安裝一個(gè)控制中心,通過使用vSphere Client連接vCenter Server服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)對多臺(tái) ESXi服務(wù)器的管理。

(3)安裝好Vcenter后,可以根據(jù)應(yīng)用軟件對CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源的需求創(chuàng)建虛擬機(jī),還可以實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的HA等功能。本次項(xiàng)目在根據(jù)PACS軟件的需求共創(chuàng)建的16個(gè)虛擬機(jī),如表1所示。

表1 PACS 系統(tǒng)新建虛擬機(jī)說明

6 結(jié)語

淮南第一人民醫(yī)院PACS信息系統(tǒng)建設(shè)完成后,可滿足醫(yī)院整體影像數(shù)據(jù)的高效管理、快速傳輸、瀏覽以及科研的需求。醫(yī)院還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)醫(yī)共體和醫(yī)聯(lián)體,促進(jìn)醫(yī)院間的協(xié)同發(fā)展,患者的滿意度大大提高。通過虛擬化管理軟件的應(yīng)用,所有虛擬資源可在一個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行統(tǒng)一管理。