李法軍

（鄭州大學(xué)第三附屬醫(yī)院，河南 鄭州 450052）

云存儲(chǔ)在醫(yī)療數(shù)字化建設(shè)中的應(yīng)用研究

李法軍

（鄭州大學(xué)第三附屬醫(yī)院，河南 鄭州 450052）

首先介紹云存儲(chǔ)的系統(tǒng)框架，分析醫(yī)院數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求，提出云存儲(chǔ)系統(tǒng)滿足醫(yī)院海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、異地容災(zāi)備份等需求，并且分析了云技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的優(yōu)勢(shì)，給出了區(qū)域醫(yī)療數(shù)字化管理的云存儲(chǔ)平臺(tái)，最后指出下一步研究方向?yàn)榫唧w的區(qū)域醫(yī)療私有云存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)建方法。

云存儲(chǔ)；數(shù)字醫(yī)療；海量數(shù)據(jù)管理；異地備份

1 引言

數(shù)字醫(yī)療即醫(yī)療服務(wù)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化，是指通過計(jì)算機(jī)科學(xué)和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，為醫(yī)院所屬各部門提供病人信息和管理信息的收集、存儲(chǔ)、處理、提取和數(shù)據(jù)交換，并滿足所有授權(quán)用戶的功能需求[1]。目前國(guó)內(nèi)的很多醫(yī)院已經(jīng)建立了功能完善的HIS、PACS、RIS以及LIS等，因此而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量巨大，并且數(shù)量增長(zhǎng)速度快。例如，2008年河南省人民醫(yī)院的門診系統(tǒng)上線以來，醫(yī)院每年新增的數(shù)據(jù)量達(dá)到28TB，這些數(shù)據(jù)來源于醫(yī)院HIS、PACS、電子病歷等系統(tǒng)，隨著醫(yī)院集團(tuán)化運(yùn)作后，數(shù)據(jù)量會(huì)更加龐大[2]。為了能夠安全高效存儲(chǔ)和管理這些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，并且做到容災(zāi)備份，大中型醫(yī)院會(huì)持續(xù)投入大量資金在軟件和硬件的建設(shè)中。對(duì)于資金不足的小型醫(yī)院則希望能夠用盡量少的費(fèi)用解決數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)管理問題。因此，在更高的區(qū)域?qū)哟谓⒃拼鎯?chǔ)共享平臺(tái)能夠?yàn)楦黝愥t(yī)院在保證平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)上節(jié)省存儲(chǔ)開支，降低醫(yī)療成本。

云存儲(chǔ)將網(wǎng)絡(luò)中海量存儲(chǔ)設(shè)備通過應(yīng)用軟件集合起來協(xié)同工作，形成一個(gè)安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問的系統(tǒng)，滿足不同規(guī)模企事業(yè)單位以及個(gè)人的電子文件資料存儲(chǔ)、備份、歸檔等一系列需求。本文通過分析云存儲(chǔ)技術(shù)和安全方面的特點(diǎn)及其應(yīng)用案例，探索云存儲(chǔ)在醫(yī)院數(shù)字化管理進(jìn)程中的應(yīng)用。

2 云存儲(chǔ)介紹

云存儲(chǔ)不是某個(gè)具體的存儲(chǔ)設(shè)備，而是由網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、服務(wù)器、客戶端、應(yīng)用軟件和公共網(wǎng)絡(luò)接口共同組成的存儲(chǔ)平臺(tái)，將網(wǎng)絡(luò)中大量各種不同類型的存儲(chǔ)設(shè)備集合起來，共同提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問功能，形成一個(gè)云狀結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)系統(tǒng)。云狀存儲(chǔ)系統(tǒng)中的所有設(shè)備對(duì)使用者來講都是完全透明的，任何地方的任何一個(gè)經(jīng)過授權(quán)的使用者都可以通過一根接入線纜與云存儲(chǔ)連接，對(duì)云存儲(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問。

云存儲(chǔ)系統(tǒng)通過統(tǒng)一管理分布松散的存儲(chǔ)資源組成一個(gè)虛擬的容量超大的存儲(chǔ)設(shè)備，它側(cè)重于設(shè)備的協(xié)同工作和數(shù)據(jù)共享。它雖然對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)，但是并不對(duì)用戶實(shí)行集中管理，強(qiáng)調(diào)“需求驅(qū)動(dòng)，按需服務(wù)”?？偟膩碚f，云存儲(chǔ)的特點(diǎn)有：一是超大規(guī)模和虛擬化。二是使用簡(jiǎn)單。三是價(jià)格低廉。用戶使用云存儲(chǔ)服務(wù)無前期資本投入，只需要按需支付所購(gòu)買的服務(wù)。

3 醫(yī)院數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)需求分析

從數(shù)據(jù)量上來看，醫(yī)院的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)95%以上是PACS系統(tǒng)產(chǎn)生的影像數(shù)據(jù)。當(dāng)前的PACS支持醫(yī)學(xué)圖像的全數(shù)字獲取、轉(zhuǎn)換、解釋、存儲(chǔ)、傳輸和查閱。首先，PACS系統(tǒng)的影像圖像主要是多媒體文檔，并發(fā)訪問量小，根據(jù)不同影像科室的特點(diǎn)，有的文件比較大，例如核磁陣列，有的文件比較小，例如CT等。同時(shí)，醫(yī)療PACS系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)保存量大，數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)速度快，由于病人自身的情況，通常在前幾個(gè)月醫(yī)院會(huì)頻繁調(diào)閱病人的醫(yī)療影像，后期很少會(huì)調(diào)閱，但作為臨床教學(xué)研究的一手資料這些數(shù)據(jù)都是需要長(zhǎng)期保存的，因此，部分?jǐn)?shù)據(jù)將作為歸檔數(shù)據(jù)，需要安全保存和隨時(shí)方便的調(diào)用，可采用在線、近線、離線的三級(jí)存儲(chǔ)架構(gòu)。其次，為了提高病人對(duì)醫(yī)院服務(wù)的滿意度，長(zhǎng)時(shí)間的等待調(diào)閱圖像的時(shí)間是無法忍耐的，客戶端調(diào)用在線圖像時(shí)對(duì)檢索速度的要求越來越高，甚至達(dá)到秒級(jí)，因此，許多醫(yī)院采用以光纖為主干的存儲(chǔ)局域網(wǎng)得到非常高的傳輸速率。

醫(yī)院的HIS、LIS等系統(tǒng)要對(duì)門診、收費(fèi)、醫(yī)生護(hù)士工作站、藥房管理、化驗(yàn)檢驗(yàn)和辦公自動(dòng)化等系統(tǒng)提供服務(wù)，對(duì)存儲(chǔ)空間的需求并不是很大，但是對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性有著較高要求。

綜上所述，醫(yī)院內(nèi)部的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)均是由各類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的。從生存周期的角度上看，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)自系統(tǒng)產(chǎn)生后經(jīng)過活躍期最終到達(dá)歸檔期。處于活躍期的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)一般包括門診病人和當(dāng)前住院病人的電子病歷、化驗(yàn)報(bào)告以及PACS影像，各類財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、各類醫(yī)囑、藥房出入庫(kù)記錄和辦公文件等，對(duì)于這類數(shù)據(jù)提供穩(wěn)定可靠的存儲(chǔ)系統(tǒng)以保證醫(yī)院的業(yè)務(wù)連續(xù)性。處于歸檔期的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)包括已出院病人各項(xiàng)資料以及往年的各類信息，這類數(shù)據(jù)占全部數(shù)據(jù)量的90%以上，是存儲(chǔ)資源的主要耗費(fèi)者，那么可以向云存儲(chǔ)SSP支付低廉的費(fèi)用來保證這些數(shù)據(jù)的安全可靠存儲(chǔ)以及方便調(diào)用。

同時(shí)還需要說明的是醫(yī)院歸檔數(shù)據(jù)格式一般為各種類型的辦公文檔和文本、化驗(yàn)檢驗(yàn)報(bào)告、XML格式的電子病歷、各類報(bào)表、PACS圖像等，相對(duì)于能夠使用二維表結(jié)構(gòu)來邏輯表達(dá)實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)而言，這些數(shù)據(jù)統(tǒng)稱為非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，而云存儲(chǔ)特別適合于大規(guī)模非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。它針對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)將存儲(chǔ)資源虛擬化管理和整合，結(jié)合數(shù)據(jù)管理技術(shù)，為用戶提供高效能、高可靠性的在線存儲(chǔ)、查詢、備份和歸檔等服務(wù)。

4 利用云存儲(chǔ)醫(yī)院數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)

4.1 透明的物理層

使用傳統(tǒng)的存儲(chǔ)方式時(shí)，例如目前許多大中型醫(yī)院選擇存儲(chǔ)局域網(wǎng)SAN保證各項(xiàng)醫(yī)療業(yè)務(wù)流暢進(jìn)行，用戶的重心放在了解存儲(chǔ)設(shè)備的型號(hào)、容量、設(shè)備支持的協(xié)議、設(shè)備的傳輸速度等等，同時(shí)還需要建立相應(yīng)的容災(zāi)系統(tǒng)和異地備份中心。云存儲(chǔ)服務(wù)提供商利用云存儲(chǔ)管理系統(tǒng)完成資源的統(tǒng)一定位，用戶無需關(guān)心物理接口層的各種參數(shù)、操作以及硬件故障，只需要將所要存儲(chǔ)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)交給云存儲(chǔ)管理系統(tǒng)，便可將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存放在由云存儲(chǔ)管理系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)配的存儲(chǔ)設(shè)備上。因此物理層對(duì)于用戶而言是透明的。

4.2 支持海量存儲(chǔ)和動(dòng)態(tài)擴(kuò)展

目前大多數(shù)醫(yī)院在面臨數(shù)字資源越來越龐大這個(gè)問題時(shí)，常常采用塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，支付大量資金購(gòu)買硬盤擴(kuò)展已有的存儲(chǔ)系統(tǒng)空間，同時(shí)中斷醫(yī)療業(yè)務(wù)來配置新增存儲(chǔ)設(shè)備。由于云存儲(chǔ)的重點(diǎn)是在利用管理算法來統(tǒng)一管理物理層設(shè)備及文件存儲(chǔ)系統(tǒng)，因此，允許存儲(chǔ)服務(wù)器和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)同時(shí)增加，進(jìn)行并行擴(kuò)容。存儲(chǔ)空間擴(kuò)展時(shí)不會(huì)遇到硬件兼容問題，存儲(chǔ)性能隨著節(jié)點(diǎn)增加而無縫增長(zhǎng)。

總之，云存儲(chǔ)具有海量存儲(chǔ)、高安全、低成本、便于管理利用、易于擴(kuò)展等諸多優(yōu)勢(shì)，發(fā)展?jié)摿薮螅墙鉀Q醫(yī)院大規(guī)模數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)問題的有效途徑。

5 區(qū)域醫(yī)療數(shù)字化管理的云存儲(chǔ)平臺(tái)

5.1 總體規(guī)劃

用戶使用云存儲(chǔ)時(shí)，可以選擇公有云、私有云或混合云。公有云服務(wù)是由第三方云存儲(chǔ)SSP針對(duì)個(gè)人用戶和企業(yè)用戶提供網(wǎng)絡(luò)磁盤、空間租賃、遠(yuǎn)程備份和容災(zāi)服務(wù)，用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)訪問服務(wù)，按需使用，按使用支付費(fèi)用。私有云是在企業(yè)和組織內(nèi)部搭建的云存儲(chǔ)環(huán)境，面向內(nèi)部用戶或者外部客戶提供存儲(chǔ)服務(wù)，企業(yè)和組織擁有整個(gè)存儲(chǔ)環(huán)境的自主權(quán)，并可基于自己的需求改進(jìn)服務(wù)。混合云是把公有云和私有云結(jié)合在一起，在需要臨時(shí)配置存儲(chǔ)容量的時(shí)候，從公有云上劃出一部分容量用作私有云存儲(chǔ)，能夠保持用戶所用的存儲(chǔ)是獨(dú)立的。

因此，在國(guó)家區(qū)域?qū)用婵梢杂深I(lǐng)導(dǎo)部門統(tǒng)一管理指導(dǎo)，使用云存儲(chǔ)技術(shù)，構(gòu)建國(guó)家級(jí)醫(yī)療私有云存儲(chǔ)平臺(tái)。就目前各種規(guī)模醫(yī)院已建成的存儲(chǔ)系統(tǒng)現(xiàn)狀而言，在省級(jí)、地/市級(jí)區(qū)域范圍內(nèi)的醫(yī)院聯(lián)合使用云存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)建立一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，再通過專門的光纖網(wǎng)絡(luò)將分布在全國(guó)各地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)中心連接在一起，每個(gè)數(shù)據(jù)中心除了把活躍期的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存放在本地的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)設(shè)備中，也同時(shí)將歸檔期的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在“云”中，各中心互相連接，形成全國(guó)醫(yī)療私有云存儲(chǔ)系統(tǒng)。

處于該系統(tǒng)中的某省級(jí)或地市級(jí)的大中型醫(yī)院在建設(shè)醫(yī)院內(nèi)部存儲(chǔ)系統(tǒng)時(shí)會(huì)考慮持續(xù)存儲(chǔ)需求，購(gòu)置大容量存儲(chǔ)設(shè)備，這些設(shè)備可以作為在云狀磁盤中一份子，這類醫(yī)院既是云存儲(chǔ)的資源提供者，又是資源使用者；對(duì)于縣級(jí)醫(yī)院或更小的衛(wèi)生院來說，可以向醫(yī)療私有云管理方交納少量的費(fèi)用享用存儲(chǔ)資源，當(dāng)然醫(yī)療系統(tǒng)也可以有一定的優(yōu)惠政策讓其免費(fèi)使用。

5.2 醫(yī)療云存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理層

云存儲(chǔ)系統(tǒng)之所以使用方便、易于擴(kuò)展，得益于其數(shù)據(jù)管理層各項(xiàng)技術(shù)，包括分布式存儲(chǔ)技術(shù)、對(duì)等網(wǎng)存儲(chǔ)技術(shù)，例如，目前常用的SAN、IP SAN等，這些技術(shù)對(duì)物理層存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行組合以及負(fù)載平衡，云存儲(chǔ)更重要的是數(shù)據(jù)的組織管理模式。圖1給出了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)云存儲(chǔ)管理模式[4]。

圖 1 醫(yī)院數(shù)字資源云存儲(chǔ)管理模式

在醫(yī)療私有云存儲(chǔ)架構(gòu)平臺(tái)中的數(shù)據(jù)管理層提供了數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的管理策略，這種虛擬化的元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式使得用戶能夠快速準(zhǔn)確查詢和利用海量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。醫(yī)療私有云存儲(chǔ)管理系統(tǒng)包括三個(gè)層次：一是客戶端。客戶端能夠?yàn)榭蛻籼峁└鞣N應(yīng)用服務(wù)，最主要的是提供醫(yī)療私有云存儲(chǔ)系統(tǒng)的應(yīng)用界面，使用戶能夠方便進(jìn)入云存儲(chǔ)系統(tǒng)。二是元數(shù)據(jù)服務(wù)器。醫(yī)療私有云存儲(chǔ)系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)服務(wù)器管理著整個(gè)系統(tǒng)的元數(shù)據(jù)和醫(yī)療數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的布局信息，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的存儲(chǔ)資源分配和網(wǎng)絡(luò)虛擬磁盤的物理地址和邏輯地址之間的映射。三是存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)都是獨(dú)立的存儲(chǔ)設(shè)備，負(fù)責(zé)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的物理存儲(chǔ)、備份、遷移和恢復(fù)。

6 結(jié)語(yǔ)

云存儲(chǔ)的出現(xiàn)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份帶入了一個(gè)低成本、海量存儲(chǔ)的時(shí)代，為醫(yī)療數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的異地備份提供了一個(gè)嶄新的方式。目前，這一服務(wù)尚處在探索和發(fā)展階段，還需要在實(shí)踐中不斷進(jìn)行檢驗(yàn)。我們應(yīng)當(dāng)清晰了解、充分掌握各種云存儲(chǔ)服務(wù)的實(shí)質(zhì)、特征、屬性和價(jià)值，有選擇地將其引入醫(yī)療數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)領(lǐng)域，下一步的研究目標(biāo)是具體的醫(yī)療私有云存儲(chǔ)系統(tǒng)構(gòu)建方法。

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1671-0037（2014）07-42-2

李法軍（1977.1-）男，碩士研究生，助研，研究方向：檔案管理。