Kliniken wie St. Marien in Amberg greifen vermehrt auf digitale Informationen zurück. Diese sollen stets schnell verfügbar, aber auch sicher abgelegt sein. Hier kommen Disk-Subsysteme zum Einsatz, die Leistung, Ausfallsicherheit, schnellen Zugriff und stete Verfügbarkeit garantieren können. Der Weg zur digitalen Patientenakte ist trotzdem lang und diffizil.

Bild: Klinik St. Marien

Im Bereich der Medizin setzen sich virtualisierte Disk-Systeme erst seit kurzem durch. Diese Entwicklung wird vor allem von einer erhöhten Nachfrage nach digitalen Patienteninformationen getrieben. Dazu gehören die umfangreichen Bildarchivierungs- und Kommunikationssysteme (»PACS«) und die zugehörigen RIS/KIS-Informationssysteme. Zunehmend sollen auch die Befunde und Vermerke der Ärzte nicht mehr in Papierform, sondern digital auf Festplatte abgelegt sein. Nur mit einer solch umfassenden Digitalisierung der Informationen und der dazu passenden IT lässt sich die digitale Patientenakte erreichen.

»Immer mehr Krankenhäuser und andere medizinischen Instanzen steigen in die digitale Welt ein«, bestätigt Marco Poggioli, Director Product Management bei transtec. »Dafür muss in vielen Fällen die IT als Basis völlig verändert und neu angepasst werden. Das Beispiel des Klinikums St. Marien Amberg zeigt, dass man mit der richtigen Technologie – in dem Fall verbunden mit Disk-Systemen – enorme Konsolidierung und Verbesserungen erreichen kann.«

Klinikum St Marien Amberg stellt IT auf neue Bedürfnisse um

Das Klinikum St. Marien Amberg (DE), Anstalt des öffentlichen Rechts der Stadt Amberg, wird als Kommunalunternehmen geführt und ist akademisches Lehrkrankenhaus der benachbarten Universitäten Erlangen-Nürnberg und Regensburg. Es verfügt über 554 Betten in 13 Fach- und vier Belegabteilungen sowie eine angegliederte Gemeinschaftspraxis für Pathologie. Die rund 650 Computer-Arbeitsplätze für 1.300 Mitarbeiter werden von einem 12-köpfigen IT-Team administriert.

Bis 2006 wurden in Amberg alle radiologischen Bilder mit konventionellen Aufnahmetechniken erstellt. Schwestern oder Pfleger mussten dann die einzelnen Röntgenbilder in Umschlägen und persönlich an die jeweiligen Stationen bringen. Diesen zeitaufwendigen Prozess sollte die Einführung eines zentralen Bildarchivierungs- und Kommunikationssystems »PACS» und die Einbindung in das dazu gehörige Informationssystem »KIS Nexus/Medfolio« ablösen. Für die komplette Digitalisierung der Bilddatenbank reichten jedoch weder die Performance noch die Kapazität der vorhandenen IT-Infrastruktur aus dedizierten Servern und internen Speicherplatten aus. Die IT-Abteilung muss sicherstellen, dass sich innerhalb eines Netzwerks schnell und parallel auf die Patientendaten zugreifen lässt.

SAN-Speicher für die Bilddatenbank

Für mehr Flexibilität und eine optimierte Nutzung der Hardware-Ressourcen hatte sich Amberg im Zuge des PACS-Projekts für eine VMware-Server-Virtualisierung entschieden. Deren hochverfügbarer Betrieb erforderte eine SAN-Speicherlösung. »Trotz der vorhandenen SAN-Hardware hatten wir höhere Anforderungen an die Verfügbarkeit, Kapazität und Performance«, beschreibt Dr. Dietmar Bräuer, Leiter Informationstechnologie am Klinikum St. Marien das Dilemma. »NAS war auf Grund der limitierten Performance keine Option. SAN-Hardware mit Hochverfügbarkeits-Funktionen dagegen ist häufig sehr kostspielig.«

 

Das Angebot von Transtec über eine festplattenbasierende Speicher-Virtualisierungs-Lösung mit DataCore-Software überzeugte die IT-Verantwortlichen. Zwei sehr performant ausgelegte Virtualisierungs-Server in unterschiedlichen Brandabschnitten bilden nun einen Hochverfügbarkeits-Cluster mit aktiver Lastverteilung.

Sämtliche Daten werden zudem über eine synchrone Spiegelung doppelt vorrätig gehalten. In virtuelle Pools sind die Daten nach unterschiedlichen Anforderungen und Service-Level organisiert. Die bedarfsgerechte Speicherzuweisung aus den Pools an die diversen Anwendungen wurde durch Thin-Provisioning automatisiert.

Greifbare Vorteile in der Praxis

Die Performance und Effizienz der mit Datacore virtualisierten Transtec-Speicherlösung erfüllte die Erwartungen der Verantwortlichen. Die Nutzung ließ sich rasch über PACS hinaus ausweiten und versorgt heute auch diverse Datenbank-, File- und Webserver mit hochverfügbaren Speicherkapazitäten.

Die optimale Auslastung von Hardware-Ressourcen durch die Server und Speichervirtualisierung senkte den Energieverbrauch im Rechenzentrum des Klinikums Amberg zudem um 50 Prozent. Über eine VPN-Leitung überwacht der Transtec-Support proaktiv den Zustand der SAN-Lösung. Im Störungsfall würden unverzüglich die zuständigen Mitarbeiter beim Klinik-Dienstleister und im Rechenzentrum informiert. Ein solcher Fall ist allerdings seit Inbetriebnahme bislang nicht aufgetreten.

IT-Struktur stellt Basis für modernes Medizinwesen

Die Idee für ein Bildarchivierungs- und Verteilungssystem kam bereits im Jahr 1979 durch Professor Heinz U. Lemke an der TU Berlin auf und trifft heute umso mehr den Nerv medizinischer Einrichtungen. Allerdings können die Subsysteme erst jetzt mit schnellen Prozessoren und hohen Speicherkapazitäten die Flut der Bilddaten verarbeiten. Neue Speichertechnologien, Produktklassen und die Virtualisierung ermöglichen effizientere Lösungen für PACS-Systeme, aber auch all die anderen unverzichtbaren IT-Dienste wie DICOM, RIS/KIS/MIS-Server, Netzwerkdienste, File/Webdienste und das Backup.

Wachsende Datenvolumen sind wie überall auch eine der Herausforderungen für IT-Leiter an Kliniken. Schlägt ein Röntgenbild mit 15 MByte zu Buche, erzeugt ein 16-Zeilen-CT bis zu 1.000 Bilder und ein Scan des ganzen Körpers sogar 4.000 Bilder oder bis zu acht GByte pro Serie. Die steigenden Datenmengen sind einerseits durch mehr und komplexere Schnittbilduntersuchungen bedingt; es hat aber auch eine aufwendigere und interaktive Nachbearbeitung (3D, CAD) zur Befundung eingesetzt.

Diese Daten gilt es sicher und jederzeit abrufbereit zu speichern – sowohl in der ersten Zugriffsebene als auch im Archiv für zehn und mehr Jahre. Die Auswahl an redundant ausgelegtem und vor allem hoch skalierbarem Speicher war lange Zeit beschränkt auf die bekannten Fibre-Channel-Geräte der Mittelklasse von den großen Herstellern.

Die IT-Technologie hat sich jedoch weiterentwickelt: Zuvor exklusive Funktionen sind nun breiteren Kreisen zugänglich und neue Lösungen kamen auf. Heute gibt es redundant ausgelegte, leistungsfähige und bis über 100 TByte skalierende Speichersysteme mit schnellen SAS- und hochkapazitiven SATA-Festplatten von Herstellern wie DotHill, Infortrend, Promise, Transtec oder Xyratex zu deutlich günstigeren Konditionen. Ein Beleg für deren Leistungsfähigkeit ist, dass diese Geräte unter anderem Namen teils auch bei Marken wie HP oder auch Fujitsu Technology Solutions im Einsatz sind.

Zur Sicherheitsausstattung der neuen Mittelklasse zählen eine vollständig redundante Architektur mit aktiver Lastverteilung, Schutz vor Datenverlust bei mehrfachen Plattenausfällen sowie eine proaktive Überwachung der Festplattenparameter (S.M.A.R.T.) zur Vorhersage und Prävention von Defekten. Hinzukommen die Absicherung multipler Pfade zum Server vor Ausfall (Multipathing) und eine Snapshot-Sicherung der Datenbestände im laufenden Betrieb ohne Belastung der Serversysteme. In Punkto Leistung erzielen die Speichersysteme reale Bandbreiten von bis zu 1.200 MByte/s für Bildtransfers und bis zu 35.000 Transaktionen pro Sekunde bei Datenbanken. Die Leistungspalette wird abgerundet durch eine Erweiterbarkeit auf 128 bis 224 TByte pro System – je nach Modell. Das ist mehr als ausreichend Kapazität für den jährlichen PACS-Speicherbedarf von durchschnittlich zehn bis 20 TByte.

Konsolidierung und Sicherheit durch virtuelle RAIDs

Das Gesundheitswesen kämpft mit laufend verschlechterten Rahmenbedingungen. Zahlreiche Krankenhäuser sind seit Jahren nicht mehr profitabel, rund ein Drittel weist Verluste aus [Pierre Audoin Consultants, 2008]. Virtualisierung der IT ist kein Allheilmittel, kann aber richtig eingesetzt einen wichtigen Beitrag zu effizienteren und zukunftsfähigen Strukturen leisten. Einsetzen lässt sich diese Technologie nur mit Disk-Lösungen. Die Vorteile einer Virtualisierung sind effizientere Nutzung vorhandener Speichersysteme, eine mehrfach abgesicherte Hochverfügbarkeit mit geringer Ausfallwahrscheinlichkeit, vereinfachte Administration und Performance-Gewinne.

In den USA läuft derzeit eine dreijährige IDC-Studie am University of Pittsburgh Medical Center (UPMC), einem Verbund von 19 Krankenhäusern und Pflegestationen mit mehr als 43.000 Mitarbeitern im Bundesstaat Pennsylvania. Nach zwei Jahren konnte die Anzahl der Unix-Server von 131 auf 45 reduziert werden, die Anzahl der CPUs sank von 555 auf 422, während sich die Anzahl der Cerner-PACS-User beinahe verdreifachte. Die Speicherkosten pro GByte sanken durch Umstellung von 40 DAS/NAS-Speicher auf zwei zentrale SANs um 30 Prozent, während sich die verwaltete Kapazität auf 600 TByte verdoppelte. Die Einsparungen durch Einführung der Virtualisierung belaufen sich bisher auf 30 Millionen US-Dollar und werden bis Projektende 40 Millionen US-Dollar überschreiten. Der administrative Aufwand ließ sich dabei trotz gestiegener Server-Instanzen und Speicherkapazitäten konstant halten.

Auch hierzulande schreitet die Virtualisierung voran. Alleine der Storage-Virtualisierungsanbieter Datacore Software verzeichnet bis dato bereits über 70 Installationen im Krankenhaus-Umfeld.

Hochverfügbarkeit und Disaster-Recovery

Speichervirtualisierung mit Disk-Subsystemen bietet strategische Vorteile beim Aufbau kosteneffizienter, hochverfügbarer Speicherlösungen. Business-Continuity (BC) und Disaster-Recovery (DR) arbeiten auf der Virtualisierungsebene, unabhängig von der darunter liegenden Hardware. Dies hat drei positive Auswirkungen:

• Einsatz günstigerer Mittelklasse-Speicher der SAS/SATA-Klasse. Die oben beschriebenen Speichersysteme verfügen nicht über BC/DR-Fähigkeiten der Oberklasse. Gerade dies qualifiziert sie als ideale Partner einer Virtualisierungslösung. Ihre niedrigen Kosten und redundante Basisarchitektur kombiniert mit den Enterprise-Fähigkeiten der Virtualisierungs-Software bilden einen optimalen Preis-Leistungs-Mix.
• Aufbau herstellerübergreifender BC/DR-Lösungen wie einer (a)synchronen Datenreplikation. IT-Leiter sind damit nicht mehr auf einen Hersteller festgelegt – fließende Übergänge und Online-Datenmigration auf neue Speichersysteme inbegriffen.
• Trennung der Hard- und Software-Investitionen. Beim Kauf eines Midrange-Speichers entfällt ein nicht unerheblicher Teil des Kaufpreises auf Software-Lizenzen. Bei Ablösung des Disk-Arrays gehen diese Investitionen in Speicherdienste mit verloren, nicht jedoch bei der Virtualisierung.

Die in Virtualisierungslösungen enthaltenen BC/DR-Funktionen reichen dabei über die Mittelklasse hinaus. Funktionen zur automatisierten Speicherverwaltung entlasten zusätzlich die IT-Abteilung. Dazu gehört unter anderem das Thin-Provisioning, die Hochverfügbarkeit der Daten mit automatischem Failover sowie Remote-Disaster-Recovery und einfachere Datenmigration. Darüber hinaus lassen sich mit den Disk-Subsystemen Tiered-Storage-Pools einrichten für unterschiedliche Leistungs- und Verfügbarkeitsklassen. So lässt sich beispielsweise gewährleisten, dass PACS-Bilddaten auf SATA-Arrays gespeichert werden, während das Midrange-FC-System SAP-Datenbankzugriffe verwaltet.