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Cómo los archivos electrónicos de información médica ayudarán a diagnosticar enfermedades de manera más efectiva



Según las previsiones de IDC, para 2025, la cantidad total de datos almacenados en las organizaciones de salud aumentará a 2,3 zettabytes, y varias imágenes médicas representarán hasta el 80-90% de la capacidad de almacenamiento utilizada. La importancia del almacenamiento eficiente de imágenes médicas es importante en el siguiente ejemplo.

En el departamento de diagnóstico de un hospital en Tucson (Arizona), se toman hasta 40 imágenes de rayos X de dos mamíferos utilizando una resonancia magnética para mamografía (diagnóstico de cáncer de mama basado en rayos X, ultrasonido y resonancia magnética). así como de dos a cinco biopsias. En el 80% de los casos, las fotografías antiguas de pacientes tomadas hace dos años y anteriores se utilizan para interpretar los resultados de la mamografía, y en casos difíciles, pueden ser necesarias fotografías tomadas hace 10 años. Para recuperar rápidamente imágenes antiguas del archivo, se utiliza el sistema de hospital digital PACS (Sistema de archivo y comunicación de imágenes).

El uso de imágenes antiguas almacenadas en PACS reduce significativamente el riesgo de errores en el diagnóstico de tumores malignos y evita que las pacientes con un tumor benigno tengan que hacerse una mamografía e incluso una biopsia nuevamente para asegurarse de que su tumor no sea maligno. Al mismo tiempo, la comparación con imágenes antiguas reduce el riesgo de interpretación errónea de imágenes de tumores malignos y le permite asignar rápidamente al paciente el tratamiento adecuado de la patología y análisis adicionales.

Características del almacenamiento a largo plazo de archivos de imágenes médicas


¿Cuál debería ser el sistema de almacenamiento ideal que se utiliza como sistema de almacenamiento para PACS? Obviamente, dado el gran tamaño de las imágenes médicas, debe ser altamente escalable para que pueda almacenar los resultados de los análisis de cada paciente, acumulados durante varias décadas. El segundo requisito es garantizar la búsqueda y recuperación rápidas de datos del archivo, sin el cual es imposible utilizar imágenes antiguas para interpretar los resultados de nuevas encuestas.

Finalmente, al almacenar imágenes médicas, es necesario eliminar por completo la posibilidad de "fuga de datos", pérdida y eliminación o daño accidental o intencional. Una característica del almacenamiento de datos en PACS son los requisitos de rendimiento de E / S relativamente modestos: es obvio que los resultados del análisis se escriben en el archivo solo una vez y nunca cambian, y solo un número limitado de usuarios puede enviar solicitudes para extraer estos datos del archivo. Los datos del paciente generalmente no se solicitan más de una vez al año.



Los sistemas de almacenamiento de clase empresarial tradicionales no son adecuados para PACS principalmente debido al costo demasiado alto del almacenamiento de datos, que se debe en gran parte al alto rendimiento que es innecesario para los archivos de imágenes médicas cuando se prestan servicios a aplicaciones transaccionales, y los sistemas de almacenamiento de nivel de entrada más baratos no tienen la escalabilidad requerida para los archivos PACS.

Quizás la mejor solución para almacenar imágenes médicas


La solución principal para almacenar imágenes médicas y otro contenido no estructurado en organizaciones de salud es el uso de sistemas de almacenamiento de archivos y objetos con alta escalabilidad y bajo costo de almacenamiento por gigabyte. Uno de los líderes en este segmento de almacenamiento es Scality, que está promoviendo su almacenamiento definido por software, Scality RING. La primera versión de Scality RING se lanzó en 2010. Esta es una solución escalable que utiliza comunicaciones entre pares y una arquitectura distribuida de nada compartido que se implementa en servidores x86 estándar. Scality RING admite protocolos de acceso a datos de objetos S3 y Swift, API HTTP simples y acceso a archivos. El año pasado, Scality logró duplicar el número de instalaciones de sus sistemas en la atención médica.

El software Scality RING se implementa en un clúster que consta de una configuración mínima de tres nodos de almacenamiento e implementa un conjunto de servicios inteligentes de acceso a datos, así como protección de datos y administración del sistema. En el nivel superior se encuentran los servicios de acceso a datos escalables (conectores), que proporcionan datos a las aplicaciones a través de protocolos SMB, NFS y S3, así como un supervisor para la gestión centralizada y el monitoreo del estado del sistema. Los conectores generalmente se instalan directamente en nodos de almacenamiento, pero también se pueden implementar en servidores dedicados.

Almacenamiento de nivel medio Scality RING es un sistema de archivos virtual distribuido con varios mecanismos de protección de datos, procesos de recuperación automática del sistema y servicios de administración y monitoreo del sistema. El nivel inferior de la pila es el nivel de almacenamiento distribuido que forman los nodos de almacenamiento virtual y los demonios de E / S, que resumen los servidores de almacenamiento físico y las interfaces de disco.

El corazón del nivel de almacenamiento es el almacenamiento escalable de objetos distribuidos de valores clave basado en el protocolo de enrutamiento punto a punto de segunda generación. El enrutamiento proporciona una escala y una búsqueda de almacenamiento horizontal eficientes en una gran cantidad de nodos. El software para estos servicios de almacenamiento se implementa en todos los servidores con la potencia informática y la capacidad necesarias del subsistema de disco. Los servidores (nodos) en los que se implementa el software Scality RING están conectados por una fábrica de red estándar basada en IP, por ejemplo, utilizando 10/25/40/100 Gigabit Ethernet.

Scality RING incluye los siguientes componentes de software: servidores de conector, un DBMS MESA distribuido para almacenar metadatos, nodos de almacenamiento, demonios de E / S y un portal de administración basado en la web. MESA proporciona indexación de objetos y gestión de metadatos utilizados en el nivel de abstracción del sistema de archivos de escalamiento horizontal (SOFS).

Los conectores Scality RING proporcionan acceso a la aplicación a los datos almacenados en los servidores. Admiten muchos protocolos de acceso a datos, incluido el objeto S3 de Amazon Web Services (AWS) basado en el estándar de transferencia de estado representativo (REST), así como los protocolos de archivos NFS, SMB y FUSE. Una sola aplicación puede usar simultáneamente múltiples conectores RING para acceder a los datos si necesita escalar E / S horizontalmente o atender a muchos usuarios en paralelo.

Un nodo de almacenamiento es un proceso virtual que es responsable de los objetos asociados con la parte asignada de un hash de clave distribuida de un RING de clave (espacio de claves). Los demonios de los nodos de almacenamiento (el llamado bizoide) aseguran la inmutabilidad de los datos almacenados en el disco en un sistema de archivos local de bajo nivel. Seis nodos de almacenamiento virtual se implementan en un servidor físico (host). Cada biziod es una instancia de un proceso de bajo nivel que controla las operaciones de entrada / salida en un disco físico específico y mantiene la correspondencia de las teclas de objeto con las direcciones de objetos específicos en este disco.

Para garantizar una alta disponibilidad de almacenamiento de objetos (hasta 14 nueves), en lugar de la tecnología RAID clásica, Scality RING utiliza varios mecanismos de protección de datos optimizados para sistemas distribuidos, incluida la replicación distribuida local y geográficamente y la codificación de borrado, que se pueden combinar con la replicación codificación de borrado en un conector. Al almacenar objetos pequeños (de hasta 60 Kbytes de tamaño), la replicación es una solución de seguridad más rentable y la codificación de borrado para los grandes, en los que no es necesario replicar grandes conjuntos de datos. Durante la replicación, se usan seis niveles de la clase de servicio Clase de servicio (CoS) de 0 a 5, lo que corresponde a guardar 3-5 réplicas de un objeto, y todas las réplicas se almacenan en diferentes discos.

En el caso de utilizar la codificación de borrado, se utiliza el mecanismo de corrección de errores Reed-Solomon, en el que, en lugar de almacenar varias réplicas de un objeto, se divide en "fragmentos de datos" que se escriben junto con fragmentos de paridad. Estas piezas se distribuyen entre los nodos RING, y puede restaurar datos de ellos cuando uno o más nodos fallan. Además, la arquitectura de compartir nada, en la que no hay un nodo principal ("maestro"), garantiza una alta tolerancia a fallas de RING, cuya falla puede conducir a la falla de todo el sistema.

Scality RING Ecosystem


Aunque Scality RING se puede implementar en cualquier arquitectura de servidor x86 estándar, Gartner, en su Cuadrante Mágico para Sistemas de Archivos Distribuidos y Almacenamiento de Objetos, señala que su implementación requiere una cuidadosa selección de equipos y un diseño detallado del proyecto, así como una profunda inmersión en TI - especialistas del cliente en tecnología Scality.

Desde 2014, Hewlett Packard Enterprise, un socio estratégico de Scality, ofrece dos modelos de servidor de la serie HPE Apollo 4000 Gen10 , que se desarrollaron específicamente para análisis de Big Data , como una solución de plataforma conjunta para el almacenamiento de objetos definidos por el software Scality RING y almacenamiento de objetos: HPE Apollo 4200Proporciona una densidad de almacenamiento ultraalta (hasta 392 TB en un gabinete de 2U de altura con capacidad para 28 discos LFF de tamaño completo o 54 unidades SFF de 2.5 pulgadas) y diseñado para hiper- escalamiento de capacidades HPE Apollo 4510 basadas en chasis 4U (68 discos de tamaño completo por chasis, más 9 petabytes en un rack de servidor estándar de 42U).

Ambos modelos HPE Apollo 4000 Gen10 le permiten configurar de manera flexible el subsistema de disco para cumplir con los requisitos específicos de rendimiento y capacidad del nodo de almacenamiento y son compatibles con las herramientas de administración remota del servidor HPE iLO 5 familiares para los usuarios de servidores HPE ProLiant que lo ayudan a implementar rápidamente una gran cantidad de nodos de almacenamiento Scality RING y administrarlos de manera efectiva.

La solución conjunta de HPE y Scality se posiciona como un almacenamiento global de datos no estructurados (incluidos los archivos), cuando el ancho de banda y la capacidad son mucho más importantes que el retraso mínimo para acceder a los datos almacenados. Se escala a varios miles de nodos de almacenamiento y acceso de datos, proporcionando almacenamiento de cientos de petabytes de datos y billones de objetos en un espacio de nombres.

Para una protección adicional de la información almacenada, puede usar varios paquetes de software de respaldo, ya que Scality ha certificado su almacenamiento en la nube para compatibilidad con los productos VEEAM, Commvault, Microfocus Data Protector, Cloudera, MAPR y WEKA.IO, y el uso de Scality RING en la atención médica como un archivo de imágenes médicas proporciona certificación de compatibilidad con los sistemas PACS Fujifilm, GE Healthcare, Philips y varios otros proveedores.

Estudios de casos de anillo de escalidad de atención médica


Actualmente, solo en Francia, más de una docena de los hospitales más grandes utilizan el almacenamiento de Scality Ring de 400 TB a 6 PB para almacenar archivos de imágenes médicas. Por ejemplo, se implementa una gran instalación conjunta de HPE y Scality en la Asistencia Pública Hípica de Marsella (AP-HM), que combina cuatro hospitales de Marsella con 3400 camas y es el tercero más grande de Francia. En los hospitales AP-HM, trabajan 2.000 médicos y otros 8.500 miembros del personal médico.

Hasta 2011, AP-HM utilizaba EMC Centera para almacenar imágenes PACS. En este momento, el volumen total de imágenes médicas era de 60 TB, pero se replicaron para proteger los datos, por lo que ocuparon 120 TB de capacidad. Cada año, el hospital PACS generó otras 20 TB de nuevas imágenes. En 2011, AP-HM reemplazó a Centera con un sistema NAS y en 2017 el volumen de imágenes aumentó a 320 TB, y la tasa de crecimiento aumentó a 40 TB por año. Como el NAS se estaba quedando sin garantía, y la capacidad de almacenamiento de este almacenamiento ya no era suficiente debido al rápido crecimiento de los volúmenes de datos, la administración de los hospitales AP-HM decidió reemplazar nuevamente.

Al elegir un nuevo sistema de almacenamiento, era necesario garantizar la compatibilidad con todas las aplicaciones utilizadas en los hospitales, incluida la compatibilidad con los protocolos de archivos CIFS y NFS, la ampliación de varios petabytes, la protección confiable y la seguridad de los datos. AP-HM seleccionó HPE y Scality RING y construyó un clúster RING distribuido en tres centros de datos desde seis servidores de almacenamiento HPE Apollo 4510, así como dos servidores HPE ProLiant DL360 que almacenan bases de datos de metadatos META. Las principales aplicaciones son el sistema Carestream PACS de GE Healthcare, que registra las imágenes obtenidas como resultado de estudios radiológicos y el archivo genómico. Las imágenes médicas y otros datos se respaldan con el software Commvault.

Disponibilidad de anillo de escalda en Rusia


HPE y Scality han adquirido una amplia experiencia en proyectos colaborativos. Con la implementación de Scality RING en instituciones médicas en Rusia, los ingenieros certificados de la oficina de HPE en Moscú están listos para ayudar al cliente.

Bajo Factory Express, HPE suministra Apollo 4000 Gen10 preconfigurado a los requisitos del cliente para una implementación rápida del clúster Scality RING, y también ofrece la Arquitectura de referencia de estos sistemas de servidor para el clúster RING. Desde mayo del año pasado, HPE ha estado entregando el paquete básico Base Bundle de servidores Apollo 4200 Gen10 con una capacidad inicial de 240 TB y el software Scality RING preinstalado. Para implementar el paquete básico, solo necesita establecer la velocidad de la red y la capacidad de almacenamiento requerida.

Puede obtener información adicional sobre Scality Ring, así como familiarizarse con la interfaz y ejemplos de integración con el software de respaldo en el seminario web técnico de HPE, que se realizará el 17 de junio. El registro está disponible en: bit.ly/3bA9HP7

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