关于ＰＡＣＳ存储体系的思考与选择策略

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关于ＰＡＣＳ存储体系的思考与选择策略

近年来ＰＡＣＳ已成为影像科室的必然发展趋势。由于需要长时间保存医学数字化影像，以及要求能在较短的等待时间内调阅任意时间的历史影像资料，所以存储方式的选择一直是构建ＰＡＣＳ时最关心的问题之一[１]，而且ＰＡＣＳ存储系统对整个ＰＡＣＳ运行性能和总投资的影响最大，是ＰＡＣＳ设计规划中的关键。本文结合无锡市第一人民医院在ＰＡＣＳ建设中的体会，对ＰＡＣＳ存储体系选择的策略和方案进行探讨。

１ ＰＡＣＳ对计算机存储体系的要求

由于医学数字化影像自身文件大，不允许使用有损压缩算法等原因，从而决定了ＰＡＣＳ的存储特点是：存储容量大，信息保存时间长，安全性要求高，数据存储与查询速度要求快，数据完整性要求严。

（１）存储容量：包括单个介质和整个ＰＡＣＳ存储介质２个方面。单个介质的存储量大就易于管理，而整个ＰＡＣＳ的存储则应在考虑存储量的同时要求可扩展性好,以便降低设备升级的成本。在设计时要根据高峰时的数据量进行计算，留出充分余地，以免今后发展受限,如根据我科高峰时影像设备工作量，计算出日数据量分别是：ＭＲ ２００Ｍ、ＣＴ ６７５Ｍ、ＤＳＡ ４５Ｍ、数字胃肠机８０Ｍ、普放２０４０Ｍ，按每年３００天计算，年数据量将近１ＴＢ。

（２）存取速度：包括数据查询和读写速度。在选择存储系统时既要考虑数据搜寻和定位的速度，也要考虑读写时的速度；对于在线存储应该重点放在数据搜寻和定位的速度，而长期存储则应侧重于读写速度。

（３）安全性：主要指数据的安全性，一般分为在线数据安全性和长期存储安全性。前者主要指病毒或外界破坏因素，操作不当或有意破坏都会造成数据的损失；后者是指数据在较长的存储周期内数据安全保存的程度，介质存储周期、介质通用性、发展兼容性以及信息管理模式都直接影响到数据的长期存储安全性。ＰＡＣＳ的数据安全存储周期应该在２０～５０年，不同的存储介质有不同的安全存储周期，对环境温度、湿度和人工维护等要求也不同。

（４）数据的完整性是ＰＡＣＳ系统的“生命之源”，信息数据一旦丢失，不能恢复，将严重影响诊疗工作。由于不允许使用有损压缩算法，因此我院的ＰＡＣＳ提供了独特的无损压缩算法，可以将医学影像数据无损压缩到原来的１／３至１／４，大大提高了存储设备的利用率，而且丝毫不损害图像质量。

２ 各种存储介质的比较分析

目前，可供ＰＡＣＳ选择的存储介质主要有磁盘阵列、ＣＤ－Ｒ或光盘库、磁带机（库）、ＭＯ库、ＤＶＤ库等。

ＣＤ－Ｒ是国内医院最常用的存储方式，它适合于一些中小医院，具有操作简便、速度快、成本低等优点，其缺点是数据量大时，光盘刻录的时间比较长，光盘数量多，给管理带来不便。而用ＣＤ－Ｒ组成的光盘库主要用于有线电视台、宾馆、图书馆，其库容量最大为６００ＧＢ，但因为包含了机械转换机构，性能受到较大的影响，安全性较差，检索速度与传输速度不能保证稳定，而且即将被ＤＶＤ库所代替。

ＭＯ库与ＤＶＤ库，是近几年新兴的技术，其库容量相对于光盘库有很大的提高，安全性有显著改善，检索速度快，传输速度相对较快，但价格是存储设备中最高的，单位存储成本与读写性能方面与磁带差距甚远，应用起来也相对繁琐。

磁带由于是顺序读写储存设备，过去一般被认为访问速度较慢，对于灰尘、温度和湿度敏感，定期需要通过倒带的方式，以保持其稳定状态，且存储信息易丢失，只适合备份[１]。但随着磁带技术在最近几年的发展迅速，其各项性能也有了很大的提高，目前的主流磁带技术有：（１）ＤＬＴ，容量为１０～４０ＧＢ，传输速率为５ＭＢ／ｓ；（２）ＳＤＬＴ，容量为１１０ＧＢ，传输速率为１１ＭＢ／ｓ；（３）ＬＴＯ，容量为１００ＧＢ，传输速率与容量有关，最高可达２０ＭＢ／ｓ；（４）ＡＩＴ，今年推出的ＡＩＴ－３的容量为１００ＧＢ，传输速率为１２ＭＢ／ｓ。目前磁带在数据搜寻和定位中的化时较多，但在读写时的速度大大高于光盘，甚至超过硬盘。有资料表明，磁带寿命可达３０年，读写次数在２万次以上，磁带机无故障使用时间达２５万ｈ以上，可靠性超过磁盘和可檫写光盘。从成本上讲，光盘约为＄０．０３～０．０５／ＭＢ／年，ＤＬＴ磁带只约＄０．００１～０．００６／ＭＢ／年。而且磁带库的检索及存储速度也已有了极大的提高，其库容量是各种库中最大的，可靠性好，应用简便，兼容性更好，升级快捷，价格低廉，只是ＭＯ库与ＤＶＤ库的几分之一。

硬盘和磁盘阵列的检索及存储速度远远大于其它介质，但价格较昂贵，并由于其介质的挥发性，所以不适合用于数据的长年保存，只适合作为短期、高速暂存器。

３ ＰＡＣＳ存储体系设计的体会

从对几种存储介质的比较分析中，可以看到单一的存储技术都有着不同程度的缺陷。为此，我们对临床的需求进行了分析，结论是：临床对影像的回溯按照访问量可以分成３类，第一是短期数据的回溯，无论影像科室自己还是临床方面，都最关心当前病人的影像，短期数据的标志为３个月内的数据，这些数据的回访占总访问量的９０％；第二是对当前病人的前期存档图像的回访，病人又来医院看病了，临床医生需要翻阅他以前的影像资料，这种需求通常以老病号持号触发，从挂号到检索影像通常还有几十分钟的时间，这种回访大约占９％；第三是个别的影像查询，占回访的不到１％。所以只要解决好第一、第二种情况的回访，就基本上满足了存储的要求。

据此我们在实际建设中综合采用了多种存储技术，采取分级存储策略，即根据响应速度及存储容量的不同，将存储设备划分为在线存储设备、近线存储设备以及远线存储设备３级。

第一级，存储介质为磁盘阵列，存储１年内全院各类检查的影像。我院的网络结构采用了国际先进的扁平模式，所有的影像设备都直接连接到服务器，在服务器上统一管理和备份，避免了多级分布存储代理的数据迁移和备份造成过高的管理代价。由于这一级的查询速度是关键，所以选用磁盘阵列。

第二级，存储介质为磁带机，用于ＰＡＣＳ系统和影像数据备份。我们认为磁带具有读写速度快，单盘超高容量，以及单位容量低成本的特点，是备份存储方案的首选。

第三级，为离线存储，存储医院３０年的影像，对于这一级而言，一个完善的永久存档方案是ＰＡＣＳ系统“长治久安”的重要保障，其容量变得非常重要，而且管理要高度自动化，查询速度也应保持在５ｍｉｎ以内，因此存储方式的选择尤其重要。综合比较各种因素，我们准备选择具有使用寿命长、容量大、查询及读写速度快等性质的存储介质，例如：ＷＯＲＭ、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ－ＲＯＭ光盘库及磁带库，作为永久存储设备。

建设过程中我们考察了ＳＡＮ（存储局域网）方案，这是一种新兴的存储方案，采用高性能光纤通道传输技术，以磁盘阵列为存储介质，在接口允许的情况下可随意增加磁盘阵列的数量而得到很高的存储容量[２]，但由于ＰＡＣＳ系统基本是单主服务器系统，当数据量、访问量达到一定程度时由于受服务器本身性能以及网络性能的限制，ＳＡＮ的高性能就要大打折扣，性能价格比将降到一个很低的水平，所以我们仍然决定采取分级存储策略。

综上所述，通过我院ＰＡＣＳ存储体系的设计和建设，我们体会到ＰＡＣＳ存储体系的设计，首先要考虑数据的安全性、完整性，即保证由ＰＡＣＳ系统接收到的影像以及影像中的任何信息和资料没有丢失，并且在接收到影像以后的一段时间内(比如: 按法律规定应由医院承担的影像保存期)，始终保证影像以及影像中的任何信息和资料没有丢失；其次是考虑存储的年限和利用率；最后还要考虑图像检索的效率及方便性，要保持系统高效率，评判标准是尽可能缩短影像显示工作站获取到影像所花费的时间。

作者单位：无锡市第一人民医院