Linux集群加快心脏成像速度

一位病人来到急救室（ER）并抱怨自己胸部疼痛。几分钟之后，医生看到了这位病人正在跳动的心脏的实时高分辨率图像，并做出了心脏病正在发作的诊断。病人被迅速送到手术室，这样一条生命得到了挽救。

类似于此的创新诊断技术只是弗吉尼亚大学的研究领域之一。1819年由Thomas Jefferson创建的弗吉尼亚大学被认为是世界顶级的学术机构之一。在新兴的生物医疗工程新领域，弗吉尼亚大学的生物医疗工程系正在迅速赢得领先者的声誉。美国健康学会和其它组织为该系提供了大量的资金，开发针对多种每年导致数百万人死亡的疾病的诊断技术。

弗吉尼亚大学使用心脏磁共振（CMR）技术在实时心脏成像领域取得了非凡的成功。CMR使用的是基本磁共振成像（MRI）技术，但其目标是各种对时间要求更高和便携式的应用。

弗吉尼亚大学是世界上最早安装专门用于支持32-信道MRI图像再现的高性能计算集群的机构之一，这种技术可以帮助实现更加精确的诊断和治疗。为安装一台可用的CMR设备，要求大幅提高数据的移动、存储和处理能力。CMR的高分辨率是由于使用了32个或更多的数据探测器，而标准的MRI设备只有4个探测器。实时心脏成像的核心挑战是处理这种超过8倍的数据量增长。因为大型机器不能用于急救室和急救车，所以弗吉尼亚大学的研究人员正在对使用多个较小服务器的并行计算进行试验。弗吉尼亚大学因此而要求IBM为其提供帮助。

业务挑战——搭建挽救生命的实时心脏成像系统

面对人类的头号杀手疾病是一项富于挑战性的工作，没人能够比弗吉尼亚大学生物医疗工程系主任Thomas C. Skalak博士更好地理解这一点。Skalak表示：“我们重点研究心脏病、炎症、糖尿病和癌症。我们需要使用高级建模和成像算法来了解这些疾病的过程，这是开发诊断技术和更有效的医疗方法所不可缺少的。”

作为生物学、医学和计算机科学的交叉学科，生物医疗工程需要依靠复杂计算来进行建模和绘制生物系统的图像。为提高弗吉尼亚大学的研究能力，工程和应用科学学院及医学院最近对该系的IT基础设施进行了一次多阶段的升级，其中的部分资金来源于IBM的共享大学研究计划——该计划通过提供设备来推动大学和IBM共同认为有价值和感兴趣的领域的研究工作。

现在，这一基础架构包括了Linux集群服务器、供研究人员使用的图形工作站、存储区域网络（SAN）和一个两层存储子系统，所有这些都基于IBM的技术。工程和应用科学学院首席技术官Mitchel C. Rosen博士表示：“我们采用的IBM基础架构对于弗吉尼亚大学生物医疗工程研究的成功来说绝对至关重要。”

如同生物系统响应其环境的变化一样，计算机用户也是如此。在过去的10年中，随着越来越多的教职员工和研究生们由于Linux的高可用性和更低的成本而张开双臂拥抱Linux，学院的计算基础设施也经历了一次变化。不过，个体的采购行为导致了不同工作站、服务器和软件版本的异构组合，对这种组合的支持不仅价格昂贵，而且很费时间。Rosen表示：“我们决定在IBM x系列服务器和Red Hat Enterprise Linux操作系统上实现服务器和工作站平台的标准化，在简化 支持工作的同时，为我们的研究人员提供他们所要求的性能。”

解决方案：转向Linux开放计算，从IBM在生命科学领域中的投资获益

这一IT基础架构总共包括34台IBM x335服务器，这些服务器通过IBM Linux集群系统管理软件而被配置为集群的形式。6台x345服务器负责管理集群和存储。IBM的Linux版通用并行文件系统（GPFS）负责管理集群文件系统。弗吉尼亚大学的x系列服务器采用了Intel Xeon处理器。Rosen表示：“外形紧凑的x335服务器提供了巨大的计算能力，非常适合我们狭小的空间。”

现在，生物医疗工程系的研究人员可以使用IBM IntelliStation Z Pro 3D图形工作站的多处理器计算能力来运行自己的数据采集和分析应用。Rosen表示：“IBM IntelliStation Z Pro 3D图形工作站为我们提供了绘制大型生物系统图像所要求的本地处理能力。” #p#page_title#e#

为满足对存储空间的大量需求，工程学院和医学院安装了一个配置IBM 2109光纤通道交换机和IBM TotalStorage FAStT 500存储服务器的存储区域网。来自园区数据中心的数据被备份到1台IBM TotalStorage 3584 L32磁带库上，并被镜像到一个安装了1台IBM TotalStorage 3584 D32磁带库的灾难恢复站点。这两个站点都使用IBM Tivoli存储管理软件来管理备份和恢复操作。

Skalak博士指出，IBM对生命科学领域的强有力承诺也是弗吉尼亚大学选择它的原因之一，他表示：“IBM派遣他们最有经验的人员，在全世界调研基于计算的生命科学研究的现状，结合了深入的科学了解，和IBM在信息技术领域的专业经验，IBM医疗与生命科学部门帮助我们设计了能满足我们数据密集型应用需求的系统。”

方案收益——发挥网格计算优势，充分利用IT投资

这一新的基础设施就绪之后，弗吉尼亚大学将进入到下一个阶段，包括实现一个网格计算模型。网格计算将提高弗吉尼亚大学各种计算资源的使用率并令学校从中受益。例如，MRI实验室拥有8台x系列服务器来处理实时图像采集的高数据吞吐量要求。不过，图像采集只占一天中的一小部分时间，因此，这些服务器在大部分时间里的使用是较空闲的。通过将其提供给网格上的其它生物医疗工程研究人员，弗吉尼亚大学将可以显著提高自己的服务器使用率。

“工程技术至关重要”是弗吉尼亚大学工程和应用科学学院的院训，生物医疗工程系在IBM的帮助下无愧于这一院训。IBM将在下一阶段与弗吉尼亚大学紧密合作，将该系的计算容量增加一倍，并帮助学校建立放射科/心脏科培训中心。无论是开发一个手持超声波机器的原型，还是对新血管的形成过程进行多细胞建模，弗吉尼亚大学的研究人员都需要依靠IBM的技术。Rosen表示：“我们依靠IBM基础架构提供的性能来进行我们的计算机密集型生物医疗工程研究。”