Linux集群加快心臟成像速度

一位病人來到急救室（ER）并抱怨自己胸部疼痛。幾分鐘之后，醫(yī)生看到了這位病人正在跳動(dòng)的心臟的實(shí)時(shí)高分辨率圖像，并做出了心臟病正在發(fā)作的診斷。病人被迅速送到手術(shù)室，這樣一條生命得到了挽救。

類似于此的創(chuàng)新診斷技術(shù)只是弗吉尼亞大學(xué)的研究領(lǐng)域之一。1819年由Thomas Jefferson創(chuàng)建的弗吉尼亞大學(xué)被認(rèn)為是世界頂級的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)之一。在新興的生物醫(yī)療工程新領(lǐng)域，弗吉尼亞大學(xué)的生物醫(yī)療工程系正在迅速贏得領(lǐng)先者的聲譽(yù)。美國健康學(xué)會和其它組織為該系提供了大量的資金，開發(fā)針對多種每年導(dǎo)致數(shù)百萬人死亡的疾病的診斷技術(shù)。

弗吉尼亞大學(xué)使用心臟磁共振（CMR）技術(shù)在實(shí)時(shí)心臟成像領(lǐng)域取得了非凡的成功。CMR使用的是基本磁共振成像（MRI）技術(shù)，但其目標(biāo)是各種對時(shí)間要求更高和便攜式的應(yīng)用。

弗吉尼亞大學(xué)是世界上最早安裝專門用于支持32-信道MRI圖像再現(xiàn)的高性能計(jì)算集群的機(jī)構(gòu)之一，這種技術(shù)可以幫助實(shí)現(xiàn)更加精確的診斷和治療。為安裝一臺可用的CMR設(shè)備，要求大幅提高數(shù)據(jù)的移動(dòng)、存儲和處理能力。CMR的高分辨率是由于使用了32個(gè)或更多的數(shù)據(jù)探測器，而標(biāo)準(zhǔn)的MRI設(shè)備只有4個(gè)探測器。實(shí)時(shí)心臟成像的核心挑戰(zhàn)是處理這種超過8倍的數(shù)據(jù)量增長。因?yàn)榇笮蜋C(jī)器不能用于急救室和急救車，所以弗吉尼亞大學(xué)的研究人員正在對使用多個(gè)較小服務(wù)器的并行計(jì)算進(jìn)行試驗(yàn)。弗吉尼亞大學(xué)因此而要求IBM為其提供幫助。

業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)——搭建挽救生命的實(shí)時(shí)心臟成像系統(tǒng)

面對人類的頭號殺手疾病是一項(xiàng)富于挑戰(zhàn)性的工作，沒人能夠比弗吉尼亞大學(xué)生物醫(yī)療工程系主任Thomas C. Skalak博士更好地理解這一點(diǎn)。Skalak表示：“我們重點(diǎn)研究心臟病、炎癥、糖尿病和癌癥。我們需要使用高級建模和成像算法來了解這些疾病的過程，這是開發(fā)診斷技術(shù)和更有效的醫(yī)療方法所不可缺少的。”

作為生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的交叉學(xué)科，生物醫(yī)療工程需要依靠復(fù)雜計(jì)算來進(jìn)行建模和繪制生物系統(tǒng)的圖像。為提高弗吉尼亞大學(xué)的研究能力，工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院及醫(yī)學(xué)院最近對該系的IT基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行了一次多階段的升級，其中的部分資金來源于IBM的共享大學(xué)研究計(jì)劃——該計(jì)劃通過提供設(shè)備來推動(dòng)大學(xué)和IBM共同認(rèn)為有價(jià)值和感興趣的領(lǐng)域的研究工作。

現(xiàn)在，這一基礎(chǔ)架構(gòu)包括了Linux集群服務(wù)器、供研究人員使用的圖形工作站、存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SAN）和一個(gè)兩層存儲子系統(tǒng)，所有這些都基于IBM的技術(shù)。工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院首席技術(shù)官M(fèi)itchel C. Rosen博士表示：“我們采用的IBM基礎(chǔ)架構(gòu)對于弗吉尼亞大學(xué)生物醫(yī)療工程研究的成功來說絕對至關(guān)重要。”

如同生物系統(tǒng)響應(yīng)其環(huán)境的變化一樣，計(jì)算機(jī)用戶也是如此。在過去的10年中，隨著越來越多的教職員工和研究生們由于Linux的高可用性和更低的成本而張開雙臂擁抱Linux，學(xué)院的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施也經(jīng)歷了一次變化。不過，個(gè)體的采購行為導(dǎo)致了不同工作站、服務(wù)器和軟件版本的異構(gòu)組合，對這種組合的支持不僅價(jià)格昂貴，而且很費(fèi)時(shí)間。Rosen表示：“我們決定在IBM x系列服務(wù)器和Red Hat Enterprise Linux操作系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和工作站平臺的標(biāo)準(zhǔn)化，在簡化 支持工作的同時(shí)，為我們的研究人員提供他們所要求的性能。”

解決方案：轉(zhuǎn)向Linux開放計(jì)算，從IBM在生命科學(xué)領(lǐng)域中的投資獲益

這一IT基礎(chǔ)架構(gòu)總共包括34臺IBM x335服務(wù)器，這些服務(wù)器通過IBM Linux集群系統(tǒng)管理軟件而被配置為集群的形式。6臺x345服務(wù)器負(fù)責(zé)管理集群和存儲。IBM的Linux版通用并行文件系統(tǒng)（GPFS）負(fù)責(zé)管理集群文件系統(tǒng)。弗吉尼亞大學(xué)的x系列服務(wù)器采用了Intel Xeon處理器。Rosen表示：“外形緊湊的x335服務(wù)器提供了巨大的計(jì)算能力，非常適合我們狹小的空間。”

現(xiàn)在，生物醫(yī)療工程系的研究人員可以使用IBM IntelliStation Z Pro 3D圖形工作站的多處理器計(jì)算能力來運(yùn)行自己的數(shù)據(jù)采集和分析應(yīng)用。Rosen表示：“IBM IntelliStation Z Pro 3D圖形工作站為我們提供了繪制大型生物系統(tǒng)圖像所要求的本地處理能力。” #p#page_title#e#

為滿足對存儲空間的大量需求，工程學(xué)院和醫(yī)學(xué)院安裝了一個(gè)配置IBM 2109光纖通道交換機(jī)和IBM TotalStorage FAStT 500存儲服務(wù)器的存儲區(qū)域網(wǎng)。來自園區(qū)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)被備份到1臺IBM TotalStorage 3584 L32磁帶庫上，并被鏡像到一個(gè)安裝了1臺IBM TotalStorage 3584 D32磁帶庫的災(zāi)難恢復(fù)站點(diǎn)。這兩個(gè)站點(diǎn)都使用IBM Tivoli存儲管理軟件來管理備份和恢復(fù)操作。

Skalak博士指出，IBM對生命科學(xué)領(lǐng)域的強(qiáng)有力承諾也是弗吉尼亞大學(xué)選擇它的原因之一，他表示：“IBM派遣他們最有經(jīng)驗(yàn)的人員，在全世界調(diào)研基于計(jì)算的生命科學(xué)研究的現(xiàn)狀，結(jié)合了深入的科學(xué)了解，和IBM在信息技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，IBM醫(yī)療與生命科學(xué)部門幫助我們設(shè)計(jì)了能滿足我們數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用需求的系統(tǒng)。”

方案收益——發(fā)揮網(wǎng)格計(jì)算優(yōu)勢，充分利用IT投資

這一新的基礎(chǔ)設(shè)施就緒之后，弗吉尼亞大學(xué)將進(jìn)入到下一個(gè)階段，包括實(shí)現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)格計(jì)算模型。網(wǎng)格計(jì)算將提高弗吉尼亞大學(xué)各種計(jì)算資源的使用率并令學(xué)校從中受益。例如，MRI實(shí)驗(yàn)室擁有8臺x系列服務(wù)器來處理實(shí)時(shí)圖像采集的高數(shù)據(jù)吞吐量要求。不過，圖像采集只占一天中的一小部分時(shí)間，因此，這些服務(wù)器在大部分時(shí)間里的使用是較空閑的。通過將其提供給網(wǎng)格上的其它生物醫(yī)療工程研究人員，弗吉尼亞大學(xué)將可以顯著提高自己的服務(wù)器使用率。

“工程技術(shù)至關(guān)重要”是弗吉尼亞大學(xué)工程和應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的院訓(xùn)，生物醫(yī)療工程系在IBM的幫助下無愧于這一院訓(xùn)。IBM將在下一階段與弗吉尼亞大學(xué)緊密合作，將該系的計(jì)算容量增加一倍，并幫助學(xué)校建立放射科/心臟科培訓(xùn)中心。無論是開發(fā)一個(gè)手持超聲波機(jī)器的原型，還是對新血管的形成過程進(jìn)行多細(xì)胞建模，弗吉尼亞大學(xué)的研究人員都需要依靠IBM的技術(shù)。Rosen表示：“我們依靠IBM基礎(chǔ)架構(gòu)提供的性能來進(jìn)行我們的計(jì)算機(jī)密集型生物醫(yī)療工程研究。”