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摘 要： 做为医院数字化建设的重要系统PACS（医学影像存储与传输系统）目前在许多大医院都完成初步建设，对于PACS系统来说，存储的图像数据信息量大，现有的存储技术都不能很好的解决这一需求，需要一种新的信息系统存储架构，完成数据的集中存储、备份，并保证数据安全性和共享，提出云存储的概念，分析云存储的优越性，为PACS系统存储提供新的存储系统架构模型。
关键词： PACS；云存储；存储研究
分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1210033－02
0 引言
近年来随着计算机技术、数字成像技术和网络技术的的不断发展，医院数字化建设的进程也在不断加速，PACS系统（医学影像存储与传输系统）是医院数字微笑建设中的比较重要的系统。对于PACS系统来说，存储的图像数据信息量大，而且一般要求在线保留医院数据3-5年，有的甚至5-10年，现有的存储技术DAS、NAS、SAN都不能很好的解决这一需求，需要一种新的适应医疗行业应用需要的信息系统存储架构，以改进医院PACS系统的运行效率，提高医院影像数据的存储、传输和共享。
1 PACS系统
1.1 PACS系统概述
PACS系统全称是Picture Archiving And Communication System，即医学影像存储与传输系统，是全面解决医学图像的获取、显示、处理、存储、传输和管理的综台系统，它以数字化形式提供了医学图像存储与传输的解决方案，能够在医院内部实现各种影像设备的互联，模拟医学图像的统一存储和管理，具备便捷的图像检索分析和丰富强大的后处理功能。PACS利用现代计算机通讯技术来高效地管理医学图像和病人信息，实现计算机医学图像处理和辅助诊断，降低了医生对传统胶片的依赖，使得病人能够在较短的时间内即拿到最终的诊断报告，包括门诊在内的各临床科室配备PACS阅片工作站，可以满足临床医生的阅片需求，同时还可为手术室配置移动 PACS影像工作站，以便手术时即时查阅病人影像信息，从而大大提高医院影像相关科室的工作效率。
一个完整的PACS系统由远近程显示设备、储存设备、成像采集设备和远近程通信设备四部分组成，PACS系统主要提供四方面的功能：在诊断、报告、会诊和远程工作站上观察医学图像，根据图像的性质，把图像储存在适于短期或长期保存的存储介质中，利用局域网、广域网和公共通讯设施进行通讯，向用户提供一个集成信息系统。
1.2 PACS系统影像存储的原则
随着PACS系统在医院的普遍应用，图像信息在医疗诊断过程中所起的作用越来越大，医生对医学图像信息处理功能、处理速度的要求也日益提高，因为医生对观察放射图像有特殊要求，实现无胶片化管理，在图像的存储的上，特别是显示器的图像解析度均要做充分的考虑，对于医生来说图像的灰度层次越丰富，可获取的信息也就越多。PACS中用于放射影像诊断的显示器需要支持高达成1024、4096或65536级的灰度，在PACS中影像存储和管理必须遵循以下原则：1）应重视单位时段内医院影像产生量；2）预测影像访问频率和访问时间先后；3）遵循医院影像工作流程和模式；4）解决影像永久性存档问题；5）存储设备的容量和存储方式问题。
1.3 常用的PACS系统存储技术
大多医院PACS系统的架构实施，选取了三级体系架构系统，组成主要包括：一是服务器集群系统包含两台中心数据库服务器（构成双机热备份），二是一套临床服务器，三是由三套前置服务器构建负载均衡，四是一套容灾归档服务器，常用的存储技术有：
1）DAS（直连式存储）：以服务器为中心的存储结构，在一个机架上将几个硬盘驱动器堆叠一起，作为单个附加存储设备添加到服务器通过IDE、SCSI等I/O总线进行通讯。
2）NAS（网络附加存储）：NAS的主要指导思想是把服务器和储存设备分开来，通过基于IP络的网络文件协议向用户提供文件级别的I/O服务，客户端可以在NAS提供的目录或是设备中进行文件操作。
3）SAN（存储区域网）：SAN是一种基于光纤通道技术（Fibre Chdnnel Fc），将存储设备、连接设备和接口集成在一个高速网络中的技术，由专用光交换机和存储设备组成的独立专用存储网络系统。
4）异地容灾系统存储。重要备份的数据往往会因为各种因素而遭到毁坏（如地震、火灾、丢失等），大多医院都在异地布署一套备用数据和应急系统，并将数据备份到移动存储设备上，从而进一步提高数据抵抗各种可能安全因素的容灾能力。
目前大部分医院采用的都是SAN+NAS两种模式的结合，并在异地建立灾系统，增加存储的安全性和可靠性。
1.4 PACS系统对存储的需求
PACS数据具有以下共同特征：数据量大、并发量小、要求传输速度快。假设一个病人的X光片数字化后解析度为2000*2000点，每个点用8比特进行存储，那么这个X光片需占用大约4-8Mbytes磁盘空间，计算机中断层扫描（CT）或核共振（MRI）产生的图像通常称为切片，普通情况下每个病人有10个切片，每个切片为256*256或512*512点，每个点用12到16比特进行存储，图像文件所占用的存储容量是非常大的。因此在存储上要求：一是能够海量存储。目前的大多数医院CT、MRI、DSA、CR、DR等医疗设备都是采用数字成像，通过采集接口模块或设备就可将数字化图像信息从主机中取出，并构成数据文件到存储设备中去，每天有大量的医学图像资料生成，由于医学影像对医学诊断的可靠性影响非常大，医生对图像资料的精度有较高的要求，所以不能采用有损压缩方法进行存储，大量图像资料的存储对系统存储空间的要求相对与其他系统要更大；二是能够高速传输。PACS中关于高精度图像资料的传输，对网络带宽、服务器性能、调度算法、尤其是访问速度有非常高的要求，能够快速从不同的终端完成影像资料的快速传输；三是可扩展性和兼容性。一般医院要求在线保留数据3-5年，随着时间的推移数据量将会逐步增长，对存储容量的需求也将会不断的增大，要求PACS所用的存储系统可以方便可靠地扩展；四是数据安全、备份与恢复。通过PACS存储系统设置的归档管理功能结合良好的备份和恢复，保证数据的安全性，并做到24小时不间断服务，出现故障能在最短时间内迅速无损恢复。
2 云存储
2.1 云存储的概念
云存储指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。云存储的核心是应用软件与存储设备相结合，通过应用软件来实现存储设备向存储服务的转变，本地不需要任何的存储设备，用户通过网络将本地数据存放在存储服务提供商（SSP）提供的在线存储空间，只需向SSP申请存储服务即可，云存储将传统的本地数据存储迁移到互联网上，成为可无限扩展的、 高可靠性的在线存储方式。
2.2 云存储的技术优势
成本低。传统的购买存储设备或软件定制方式下，医院一次性投人大量资金购置硬件设备、搭建平台、开发软件，投资周期长、成本高。在云存储方式下，医院除了配置必要的终端设备接收存储服务外，不需要投入额外的资金来搭建平台，规避了投资风险，降低了使用成本。
易于管理。传统方式下医院需要配备专业的IT人员进行系统的维护，由此带来技术和资金成本，而且随着需求的不断变增加，硬件和软件需要不断的更新换代，维护成本高昂。云存储模式下，维护工作以及系统的更新升级都由云存储服务提供商完成，节约了医院存储系统管理员上的成本压力；并且存储服务器硬件的更新、升级并不会影响存储服务的提供。
扩容方便。因为云存储采取的架构是并行扩容，具有强大的可扩展性，当用户先前的存储空间不足时，只要采购新的存储服务器，云存储服务则可以很方便的在原有基础上扩展服务空间，满足需求。
2.3 云存储系统的架构
云存储系统主要用来进行数据存储与管理的，系统的架构模型包括存储层、基础管理层、应用接口层和访问层四部分，存储层主要包括存储设备及存储设备管理系统，分布在不同地域的存储设备，通过网络互联在一起，负责存储设备的虚拟化管理、多链路冗余管理、硬件设备的状态监控和故障维护、设备升级等；基础管理层利用了集群系统、分布式文件系统和网格计算等技术，实现云存储中多个存储设备之间的协同工作，并负责对数据进行加密、备份、压缩等，保证数据的正确性与安全性，为“云”中的存储设备提供较强的数据访问性能；应用接口层根据用户订购的服务为用户分配权限，为不同的用户提供不同的API接口及应用软件，同时提供网络接入、用户认证等功能；访问层包括能够访问云存储系统的用户，用户可以通过标准的公共应用接口登录云存储系统，享受云存储服务。
2.4 云存储系统的发展趋势
随着云存储的不断发展，云存储在技术上已经趋于成熟并得到用户的广泛认可，从未来云存储的发展趋势来看，云存储系统还将从以下几方面不断进行改进和发展：
数据访问：用户都有一个要求如果执行大规模数据请求或数据恢复操作，云存储是否可以提供足够的访问性和保证传输速度。要想做这两点，一是云存储服务商可以将大量数据传输到任何类型的媒介，通过媒介可将数据直接传送给用户，同时提供相关配套组件，在完全本地化的系统上模仿云地址，让本地NAS网关设备继续正常运行，就可以保证数据传输速度，即使是用户本地数据发生了灾难性的损失，云存储厂商也可以将数据重新快速传输给用户数据中心；二是所有的数据都需要在网络中传输，云存储服务器通过ADSL、DDN等宽带接入设备，保证带宽充足，提高传输速度，才能让用户更好的享受云存储的服务。
数据的安全性：云存储安全性是云存储的核心问题，由于数据存储在云中，各个用户都能访问，因此保证数据的安全是云存储技术的关键，数据加密技术、数据备份等技术的应用保证了数据的安全性，使云存储具有更少的安全漏洞和更高的安全环节。
性能和可用性：云存储的托管存储和远程存储存在延迟时间过长的问题，加上互联网本身的特性影响着服务的可用性，新一代云存储在客户端或本地设备高速缓存上，将经常使用的数据保持在本地，缓解互联网延迟问题，即使网络中断，也不受影响，使经常使用的数据像本地存储那样快速反应。
云存储技术在医院PACS系统建设中的的应用，有效的解决了传统图像存储存在的问题，实现了数据的统一访问、共享和管理，避免了存储平台的重复建设，节约了昂贵的软硬件基础设施投资，降低医院数字化建设成本，保证了数据的高效、快速利用，充分把医院的存储资源利用起来，既解决了PACS图像的海量存储，也能保证长时间在线图像浏览。
参考文献：
[1]罗发展，医院数字化建设中的PACS系统的构建与实施，卫生信息论坛，2011.5.
[2]郑纬民，云计算的大幕已经拉开[J].中国计算机学会通讯，2009.5.
作者简介：
李连焕（1974-），女，河南南阳人，讲师，主要从事计算机网络教育。
关键词： PACS；云存储；存储研究
分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）1210033－02
0 引言
近年来随着计算机技术、数字成像技术和网络技术的的不断发展，医院数字化建设的进程也在不断加速，PACS系统（医学影像存储与传输系统）是医院数字微笑建设中的比较重要的系统。对于PACS系统来说，存储的图像数据信息量大，而且一般要求在线保留医院数据3-5年，有的甚至5-10年，现有的存储技术DAS、NAS、SAN都不能很好的解决这一需求，需要一种新的适应医疗行业应用需要的信息系统存储架构，以改进医院PACS系统的运行效率，提高医院影像数据的存储、传输和共享。
1 PACS系统
1.1 PACS系统概述
PACS系统全称是Picture Archiving And Communication System，即医学影像存储与传输系统，是全面解决医学图像的获取、显示、处理、存储、传输和管理的综台系统，它以数字化形式提供了医学图像存储与传输的解决方案，能够在医院内部实现各种影像设备的互联，模拟医学图像的统一存储和管理，具备便捷的图像检索分析和丰富强大的后处理功能。PACS利用现代计算机通讯技术来高效地管理医学图像和病人信息，实现计算机医学图像处理和辅助诊断，降低了医生对传统胶片的依赖，使得病人能够在较短的时间内即拿到最终的诊断报告，包括门诊在内的各临床科室配备PACS阅片工作站，可以满足临床医生的阅片需求，同时还可为手术室配置移动 PACS影像工作站，以便手术时即时查阅病人影像信息，从而大大提高医院影像相关科室的工作效率。
一个完整的PACS系统由远近程显示设备、储存设备、成像采集设备和远近程通信设备四部分组成，PACS系统主要提供四方面的功能：在诊断、报告、会诊和远程工作站上观察医学图像，根据图像的性质，把图像储存在适于短期或长期保存的存储介质中，利用局域网、广域网和公共通讯设施进行通讯，向用户提供一个集成信息系统。
1.2 PACS系统影像存储的原则
随着PACS系统在医院的普遍应用，图像信息在医疗诊断过程中所起的作用越来越大，医生对医学图像信息处理功能、处理速度的要求也日益提高，因为医生对观察放射图像有特殊要求，实现无胶片化管理，在图像的存储的上，特别是显示器的图像解析度均要做充分的考虑，对于医生来说图像的灰度层次越丰富，可获取的信息也就越多。PACS中用于放射影像诊断的显示器需要支持高达成1024、4096或65536级的灰度，在PACS中影像存储和管理必须遵循以下原则：1）应重视单位时段内医院影像产生量；2）预测影像访问频率和访问时间先后；3）遵循医院影像工作流程和模式；4）解决影像永久性存档问题；5）存储设备的容量和存储方式问题。
1.3 常用的PACS系统存储技术
大多医院PACS系统的架构实施，选取了三级体系架构系统，组成主要包括：一是服务器集群系统包含两台中心数据库服务器（构成双机热备份），二是一套临床服务器，三是由三套前置服务器构建负载均衡，四是一套容灾归档服务器，常用的存储技术有：
1）DAS（直连式存储）：以服务器为中心的存储结构，在一个机架上将几个硬盘驱动器堆叠一起，作为单个附加存储设备添加到服务器通过IDE、SCSI等I/O总线进行通讯。
2）NAS（网络附加存储）：NAS的主要指导思想是把服务器和储存设备分开来，通过基于IP络的网络文件协议向用户提供文件级别的I/O服务，客户端可以在NAS提供的目录或是设备中进行文件操作。
3）SAN（存储区域网）：SAN是一种基于光纤通道技术（Fibre Chdnnel Fc），将存储设备、连接设备和接口集成在一个高速网络中的技术，由专用光交换机和存储设备组成的独立专用存储网络系统。
4）异地容灾系统存储。重要备份的数据往往会因为各种因素而遭到毁坏（如地震、火灾、丢失等），大多医院都在异地布署一套备用数据和应急系统，并将数据备份到移动存储设备上，从而进一步提高数据抵抗各种可能安全因素的容灾能力。
目前大部分医院采用的都是SAN+NAS两种模式的结合，并在异地建立灾系统，增加存储的安全性和可靠性。
1.4 PACS系统对存储的需求
PACS数据具有以下共同特征：数据量大、并发量小、要求传输速度快。假设一个病人的X光片数字化后解析度为2000*2000点，每个点用8比特进行存储，那么这个X光片需占用大约4-8Mbytes磁盘空间，计算机中断层扫描（CT）或核共振（MRI）产生的图像通常称为切片，普通情况下每个病人有10个切片，每个切片为256*256或512*512点，每个点用12到16比特进行存储，图像文件所占用的存储容量是非常大的。因此在存储上要求：一是能够海量存储。目前的大多数医院CT、MRI、DSA、CR、DR等医疗设备都是采用数字成像，通过采集接口模块或设备就可将数字化图像信息从主机中取出，并构成数据文件到存储设备中去，每天有大量的医学图像资料生成，由于医学影像对医学诊断的可靠性影响非常大，医生对图像资料的精度有较高的要求，所以不能采用有损压缩方法进行存储，大量图像资料的存储对系统存储空间的要求相对与其他系统要更大；二是能够高速传输。PACS中关于高精度图像资料的传输，对网络带宽、服务器性能、调度算法、尤其是访问速度有非常高的要求，能够快速从不同的终端完成影像资料的快速传输；三是可扩展性和兼容性。一般医院要求在线保留数据3-5年，随着时间的推移数据量将会逐步增长，对存储容量的需求也将会不断的增大，要求PACS所用的存储系统可以方便可靠地扩展；四是数据安全、备份与恢复。通过PACS存储系统设置的归档管理功能结合良好的备份和恢复，保证数据的安全性，并做到24小时不间断服务，出现故障能在最短时间内迅速无损恢复。
2 云存储
2.1 云存储的概念
云存储指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。云存储的核心是应用软件与存储设备相结合，通过应用软件来实现存储设备向存储服务的转变，本地不需要任何的存储设备，用户通过网络将本地数据存放在存储服务提供商（SSP）提供的在线存储空间，只需向SSP申请存储服务即可，云存储将传统的本地数据存储迁移到互联网上，成为可无限扩展的、 高可靠性的在线存储方式。
2.2 云存储的技术优势
成本低。传统的购买存储设备或软件定制方式下，医院一次性投人大量资金购置硬件设备、搭建平台、开发软件，投资周期长、成本高。在云存储方式下，医院除了配置必要的终端设备接收存储服务外，不需要投入额外的资金来搭建平台，规避了投资风险，降低了使用成本。
易于管理。传统方式下医院需要配备专业的IT人员进行系统的维护，由此带来技术和资金成本，而且随着需求的不断变增加，硬件和软件需要不断的更新换代，维护成本高昂。云存储模式下，维护工作以及系统的更新升级都由云存储服务提供商完成，节约了医院存储系统管理员上的成本压力；并且存储服务器硬件的更新、升级并不会影响存储服务的提供。
扩容方便。因为云存储采取的架构是并行扩容，具有强大的可扩展性，当用户先前的存储空间不足时，只要采购新的存储服务器，云存储服务则可以很方便的在原有基础上扩展服务空间，满足需求。
2.3 云存储系统的架构
云存储系统主要用来进行数据存储与管理的，系统的架构模型包括存储层、基础管理层、应用接口层和访问层四部分，存储层主要包括存储设备及存储设备管理系统，分布在不同地域的存储设备，通过网络互联在一起，负责存储设备的虚拟化管理、多链路冗余管理、硬件设备的状态监控和故障维护、设备升级等；基础管理层利用了集群系统、分布式文件系统和网格计算等技术，实现云存储中多个存储设备之间的协同工作，并负责对数据进行加密、备份、压缩等，保证数据的正确性与安全性，为“云”中的存储设备提供较强的数据访问性能；应用接口层根据用户订购的服务为用户分配权限，为不同的用户提供不同的API接口及应用软件，同时提供网络接入、用户认证等功能；访问层包括能够访问云存储系统的用户，用户可以通过标准的公共应用接口登录云存储系统，享受云存储服务。
2.4 云存储系统的发展趋势
随着云存储的不断发展，云存储在技术上已经趋于成熟并得到用户的广泛认可，从未来云存储的发展趋势来看，云存储系统还将从以下几方面不断进行改进和发展：
数据访问：用户都有一个要求如果执行大规模数据请求或数据恢复操作，云存储是否可以提供足够的访问性和保证传输速度。要想做这两点，一是云存储服务商可以将大量数据传输到任何类型的媒介，通过媒介可将数据直接传送给用户，同时提供相关配套组件，在完全本地化的系统上模仿云地址，让本地NAS网关设备继续正常运行，就可以保证数据传输速度，即使是用户本地数据发生了灾难性的损失，云存储厂商也可以将数据重新快速传输给用户数据中心；二是所有的数据都需要在网络中传输，云存储服务器通过ADSL、DDN等宽带接入设备，保证带宽充足，提高传输速度，才能让用户更好的享受云存储的服务。
数据的安全性：云存储安全性是云存储的核心问题，由于数据存储在云中，各个用户都能访问，因此保证数据的安全是云存储技术的关键，数据加密技术、数据备份等技术的应用保证了数据的安全性，使云存储具有更少的安全漏洞和更高的安全环节。
性能和可用性：云存储的托管存储和远程存储存在延迟时间过长的问题，加上互联网本身的特性影响着服务的可用性，新一代云存储在客户端或本地设备高速缓存上，将经常使用的数据保持在本地，缓解互联网延迟问题，即使网络中断，也不受影响，使经常使用的数据像本地存储那样快速反应。
云存储技术在医院PACS系统建设中的的应用，有效的解决了传统图像存储存在的问题，实现了数据的统一访问、共享和管理，避免了存储平台的重复建设，节约了昂贵的软硬件基础设施投资，降低医院数字化建设成本，保证了数据的高效、快速利用，充分把医院的存储资源利用起来，既解决了PACS图像的海量存储，也能保证长时间在线图像浏览。
参考文献：
[1]罗发展，医院数字化建设中的PACS系统的构建与实施，卫生信息论坛，2011.5.
[2]郑纬民，云计算的大幕已经拉开[J].中国计算机学会通讯，2009.5.
作者简介：
李连焕（1974-），女，河南南阳人，讲师，主要从事计算机网络教育。