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的心臟的實時高分辨率圖像，并做出了心臟病正在發(fā)作的診斷。病人被迅速送到手術室，這樣一條生命得到了挽救。

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

弗吉尼亞大學使用心臟磁共振（CMR）技術在實時心臟成像領域取得了非凡的成功。CMR使用的是基本磁共振成像（MRI）技術，但其目標是各種對時間要求更高和便攜式的應用。

弗吉尼亞大學是世界上最早安裝專門用于支持32-信道MRI圖像再現(xiàn)的高性能計算集群的機構之一，這種技術可以幫助實現(xiàn)更加精確的診斷和治療。為安裝一臺可用的CMR設備，要求大幅提高數(shù)據(jù)的移動、存儲和處理能力。CMR的高分辨率是由于使用了32個或更多的數(shù)據(jù)探測器，而標準的MRI設備只有4個探測器。實時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。因為大型機器不能用于急救室和急救車，所以弗吉尼亞大學的研究人員正在對使用多個較小服務器的并行計算進行試驗。弗吉尼亞大學因此而要求IBM為其提供幫助。

業(yè)務挑戰(zhàn)——搭建挽救生命的實時心臟成像系統(tǒng)

面對人類的頭號殺手疾病是一項富于挑戰(zhàn)性的工作，沒人能夠比弗吉尼亞大學生物醫(yī)療工程系主任Thomas C. Skalak博士更好地理解這一點。Skalak表示：“我們重點研究心臟病、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)診斷技術和更有效的醫(yī)療方法所不可缺少的。”

作為生物學、醫(yī)學和計算機科學的交叉學科，生物醫(yī)療工程需要依靠復雜計算來進行建模和繪制生物系統(tǒng)的圖像。為提高弗吉尼亞大學的研究能力，工程和應用科學學院及醫(yī)學院最近對該系的IT基礎設施進行了一次多階段的升級，其中的部分資金來源于IBM的共享大學研究計劃——該計劃通過提供設備來推動大學和IBM共同認為有價值和感興趣的領域的研究工作。

現(xiàn)在，這一基礎架構包括了Linux集群服務器、供研究人員使用的圖形工作站、存儲區(qū)域網(wǎng)絡（SAN）和一個兩層存儲子系統(tǒng)，所有這些都基于IBM的技術。工程和應用科學學院首席技術官Mitchel C. Rosen博士表示：“我們采用的IBM基礎架構對于弗吉尼亞大學生物醫(yī)療工程研究的成功來說絕對至關重要。”

如同生物系統(tǒng)響應其環(huán)境的變化一樣，計算機用戶也是如此。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，學院的計算基礎設施也經(jīng)歷了一次變化。不過，個體的采購行為導致了不同工作站、服務器和軟件版本的異構組合，對這種組合的支持不僅價格昂貴，而且很費時間。Rosen表示：“我們決定在IBM x系列服務器和Red Hat Enterprise Linux操作系統(tǒng)上實現(xiàn)服務器和工作站平臺的標準化，在簡化 支持工作的同時，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開放計算，從IBM在生命科學領域中的投資獲益

這一IT基礎架構總共包括34臺IBM x335服務器，這些服務器通過IBM Linux集群系統(tǒng)管理軟件而被配置為集群的形式。6臺x345服務器負責管理集群和存儲。IBM的Linux版通用并行文件系統(tǒng)（GPFS）負責管理集群文件系統(tǒng)。弗吉尼亞大學的x系列服務器采用了Intel Xeon處理器。Rosen表示：“外形緊湊的x335服務器提供了巨大的計算能力，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算能力來運行自己的數(shù)據(jù)采集和分析應用。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，工程學院和醫(yī)學院安裝了一個配置IBM 2109光纖通道交換機和IBM TotalStorage FAStT 500存儲服務器的存儲區(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，并被鏡像到一個安裝了1臺IBM TotalStorage 3584 D32磁帶庫的災難恢復站點。這兩個站點都使用IBM Tivoli存儲管理軟件來管理備份和恢復操作。

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

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

這一新的基礎設施就緒之后，弗吉尼亞大學將進入到下一個階段，包括實現(xiàn)一個網(wǎng)格計算模型。網(wǎng)格計算將提高弗吉尼亞大學各種計算資源的使用率并令學校從中受益。例如，MRI實驗室擁有8臺x系列服務器來處理實時圖像采集的高數(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間，因此，這些服務器在大部分時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，弗吉尼亞大學將可以顯著提高自己的服務器使用率。

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