The First Affiliated Hospital baut Medizinbilder-Cloud auf

The First Affiliated Hospital verwendet Daten für die Internet-Medizinversorgung und verwaltet medizinische Bilddateien.

Die Herausforderung: Speicherung, Verwaltung und Zugriff auf Daten, verlustfreie Datenaufbewahrung

The First Affiliated Hospital, Universität Zhejiang, ist ein großes 3-A-Krankenhaus (als 3-A-Krankenhäuser werden in China Top-Krankenhäuser bezeichnet, die medizinische Versorgung, medizinische Ausbildung und medizinische Forschung betreiben). Das Krankenhaus vergrößerte sein Inventar an medizinischen Geräten ständig, und die Zahl wie auch die Auflösung der medizinischen Bilder vervielfältigte sich. Das Datenvolumen seines PACS (Picture Archiving and Communication)-Systems wuchs jährlich um 30 bis 40 %. Ausgehend von den im Jahr 2018 vorhandenen 260 TB an Daten würden die PACS-Bilddaten hochgerechnet ein Volumen von etwa 1000 TB im Jahr 2023 annehmen.

Die Verwaltung dieses Datenvolumens bis in den Petabyte-Bereich hinein wurde zu einer der größten Herausforderungen der IT-Abteilung des Krankenhauses. Das Krankenhaus stellt an seine IT-Abteilung die Anforderung, die Bilddaten für künftige Verwendungszwecke wie Patienteninformation, Beratung, Forschung, Statistiken usw. aufzubewahren. Daher gab es die Option nicht, gespeicherte Bilder einfach zu löschen, um Speicherplatz freizugeben. Ein weiterer wichtiger Faktor: die Ärzte benötigen bei ihren Stationsrundgängen und bei Visiten einen schnellen Zugriff auf die neuesten Bilder. Und im Falle von Langzeiterkrankten, chronisch kranken Patienten, brauchen die Ärzte auch schnellen Zugriff auf historische Bilddaten.

Das PACS-System des Krankenhauses litt zudem unter Performance-Problemen. Bei den morgendlichen Rundgängen in den Stationen klagten die Ärzte öfters über die langen Zugriffszeiten auf Bilder. Es kam hinzu, dass der PACS-Speicher auf den Speichergeräten nicht ausreichte. Um Online-Speicherplatz zu sparen, verschiebt die PACS-Software jeden Tag die Daten der weiter zurückliegenden Tage von FC-Festplatten auf langsame SATA-Festplatten. Hierbei ist zu erwähnen, dass die PACS-Software die Daten jeden Tag offline schreiben und lesen muss. Dieser Vorgang wird von Spezialisten des PACS-Software-Unternehmens verwaltet. In der Vergangenheit bestanden die Offline-Speichermedien aus Compact Discs (4,7 GB). Mehr als 10.000 Disc waren in einem Raum gelagert, der Umgang mit diesen Daten gestaltete sich entsprechend umständlich. Das ist inzwischen durch die Verwendung eines 2-TB-Festplattenlaufwerks etwas komfortabler geworden.

Wenn Daten abgerufen werden müssen, sind CD-ROM-Archive nicht gerade einfach zu verwenden. Eine normale, lesbare CD in einem Raum mit Stapeln von Discs zu identifizieren und dann die Daten auszulesen gestaltet sich schwierig. Wenngleich die Offline-Festplattenarchivierung im Vergleich dazu einige Vorteile bietet, so kann doch die Archivierung aufgrund falscher Software-Formaten schon einmal fehlschlagen, wenn z. B. die PACS-Software oder die Module der Archivierungssoftware aktualisiert werden.

Das Krankenhaus hatte mit PACS-Software folgende Probleme:

• PACS-Softwarefehler können dazu führen, dass die Archivierung misslingt, dies kann insbesondere nach Software-Upgrades passieren.
• Die Software arbeitet bei der Archivierung nicht besonders effizient, da die Daten erst vom PACS-Server gelesen und dann in den Datenspeicher geschrieben werden, statt sie direkt von High-Speed-Discs auf langsame Festplatten zu schreiben. Nicht viel effizienter ist der Vorgang, wenn die Bilder direkt auf Offline-CDs bzw. -Festplatten verschoben werden.
• Der Abruf von Offline-Daten birgt ein großes Fehlerrisiko.

Nach und nach gingen immer mehr große Krankenhäuser von dieser traditionellen Speichermethode ab, da sich deren Nachteile nicht dadurch aufwiegen lassen, dass der Speicher einfach erweitert wird oder als Ersatz dann Speichergeräte mit größerer Kapazität angeschafft werden. Die drei großen Herausforderungen lauten aber nach wie vor: 1) System-Performance, 2) Preis/Leistungsverhältnis von Massenspeichern und 3) Datensicherheit. Das PACS-System benötigt eine neue Speicherarchitektur, um diese drei Herausforderungen zu meistern.

Die Lösung: Verbesserungen beim Zugriff, Backup und Schutz der Bilddaten

Das Krankenhaus braucht 2000 berichtlesende Clients und insgesamt fast 100 PACS-Geräte, um die Online-Lese-/Schreibvorgänge des PACS-Speichers zu verarbeiten. Es muss High-Performance Hitachi Data Ingestor (HDI)-Systeme implementieren, die mit 70 TB Flash-Speicherkapazität für die Daten ungefähr eines Jahres konfiguriert sind. Ein Online-Speichersystem mit 2000 MB/s Durchsatz kann problemlos 50 % der gleichzeitig laufenden Lesen/Schreiben-Vorgänge verarbeiten. Zudem bietet von Hitachi Vantara konfigurierter Flash-Speicher die höchsten Speicher-Antwortzeiten. Beispielsweise konnte bei kleineren CT-Bildern mit 512 KB Größe die Zugriffszeit von vorher 1 Minute auf wenige Sekunden verkürzt werden. Bei größeren Röntgenbildern mit 500 MB wurde die Zugriffszeit von einer halben Stunde auf einige Sekunden verkürzt (in einem 10-Gigabit-Netzwerk), sodass sich die Bildlesegeschwindigkeiten für die Klinikleiter und Ärzte enorm verbessert hat.

Durch die Verwendung der Speicherreplikationsfunktion kann das System den High-Performance-Flash-Speicher jeden Tag auf die enorme Bild-Speicherkapazität der Hitachi Content Platform (HCP) replizieren. Ein aus den Bilddaten von 12 Monaten stammender Datensatz wird im Online-HDI und dem HCP-Online-Archiv gespeichert. Die Strategie besteht darin, dass HDI die Originale der mehr als 12 Monate alten Bilder löscht und dadurch Online-High-Speed-Speicherplatz einspart. Es werden nur die Zeiger der Bilddateien aufbewahrt, um archivierte Bilder online wieder abrufen zu können. Dadurch wird eine effiziente und automatische Hardware-Archivierung und der Online-Zugriff auf archivierte Bilder realisiert.

HCP ist eine anpassbare Objektspeicher-Plattform für sehr große Bilddateien. Die Plattform kann online auf fast 800 PB Speicherplatz erweitert werden. Die auf die HCP geschriebenen Images werden durch WORM, automatische Bilddateidopplung, Datei-Selbstreparatur und andere Funktionen geschützt, um Beschädigungen der Bilddateien durch unbeabsichtigtes Löschen oder Software-Fehler zu vermeiden. HCP verfügt über patentierten EC (Erasure Code), der gleichzeitige Schäden an 6 Festplatten auffängt ohne die Daten zu verlieren, sodass also durch physikalische Fehler verursachter Datenverlust vermieden werden kann. Zum Schutz vor Disastern lassen sich schnell und einfach die Active/Active- und Multiple-Active-Funktionen von HCP implementieren. Mit HCP können sehr große Bilddaten auf kostengünstige Weise archiviert und online gespeichert werden. Und zum Schutz vor physikalischen oder logischen Fehlern lässt sich eine backup-freie Datensicherheit realisieren.

Das Ergebnis: Verbesserte Datenverfügbarkeit, geringere Kosten für Datenaufbewahrung

Nach dem Upgrade und der Modernisierung des PACS-Systems ersetzte das Krankenhaus seine veraltete Speicherarchitektur durch eine neue, die folgende Vorteile aufweist:

• Schnellerer Zugriff: Nachdem die jeweils aktuellsten Bilder nunmehr im High-Speed-NAS-Speicher gespeichert werden, und dieser die hohe Dateiverarbeitungs-Performance des Systems entsprechend nutzen kann, er zudem mit einer adäquaten Menge an Flash-Festplatten konfiguriert werden kann, profitieren die Ärzte am chinesischen „The First Affiliated Hospital“ in Zhejiang jetzt von deutlich verbesserten Zugriffszeiten auf ihre Bilddaten.
• Online-Archivierung: Die jeden Tag anfallenden Bilder werden automatisch durch die neue Speicherarchitektur auf die Bildarchivierungsplattform repliziert, wobei die Archivierungsfunktionen der PACS-Software nicht genutzt werden müssen und daher die Performance der PACS-Server nicht beeinträchtigt wird. Manuelle Eingriffe bei Archivierungsvorgängen sind dank der neuen Lösung mehr nicht erforderlich. Noch wichtiger ist, dass die Archivierung im 24/7-Betrieb erfolgen kann und Online-Zugriffe auf die Daten jederzeit möglich sind. Diese Systemarchitektur ist genau das, was dem PACS-System bisher gefehlt hat.
• Besserer Schutz der PACS-Bilder: Die Bildarchivierungsplattform verwendet keinen herkömmlichen SAN- oder NAS-Speicher, sondern Objektspeicher, der speziell für sehr große Mengen unstrukturierter Daten entwickelt wurde.

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Jiangsu Zhenbang Smart City Information System Co., Ltd. versorgt Chinas Gesundheitswesen mit Information-Management-Lösungen. Das Unternehmen ist zu 100 % im Besitz der Huanya Medical Technology Group und hat seine Forschungs- und Entwicklungzentren in Changzhou, Beijing, Guangzhou und Ningbo. Das Unternehmen richtet sich mit seinem Angebot an Management Consulting, Lösungen, Information Software und Services an Kunden im Bereich Medizin und Gesundheitswesen. Es beschäftigt sich mit Gesamtplanungen, Software-R&D, Systemintegration, Betriebs- und Wartungsservices sowie Standardsystem-Implementierungen und konzentriert sich dabei als Chinas führender Anbieter von umfassenden, intelligenten Lösungen für das Gesundheitswesen auf die Entwicklung von fortschrittlichen medizinischen und digitalen Krankenhaus-Informationssystemen.