腦功能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)云系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種云集群系統(tǒng)，尤其涉及一種服務(wù)于腦功能磁共振成像網(wǎng)絡(luò)分析的海量數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)和高性能云集群系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]磁共振成像(MRI,Magnetic Resonance Image)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展而誕生的一種生物磁學(xué)核自旋成像技術(shù)，該技術(shù)憑借非侵入、無(wú)輻射等特點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)臨床上中已得到成功應(yīng)用，近年來(lái)，隨著影像醫(yī)學(xué)的迅速發(fā)展，功能磁共振成像(fMRI)技術(shù)作為一項(xiàng)新興的研究手段，也已被應(yīng)用到認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究領(lǐng)域，用來(lái)探討人類(lèi)認(rèn)知過(guò)程與情緒活動(dòng)的腦機(jī)制。大量實(shí)驗(yàn)證明，磁共振作為一種具備多參數(shù)綜合成像平臺(tái)，能夠提供豐富的、跨模態(tài)的腦功能與結(jié)構(gòu)連接的影像學(xué)證據(jù)，可應(yīng)用于腦科學(xué)、神經(jīng)醫(yī)學(xué)、認(rèn)知心理科學(xué)以及未來(lái)的臨床研究等領(lǐng)域。
[0003]當(dāng)然，在追逐更精細(xì)的空間、時(shí)間分辨率的同時(shí)，勢(shì)必產(chǎn)生呈指數(shù)激增的海量、跨模態(tài)影像數(shù)據(jù)(TB級(jí)的數(shù)據(jù)量在常規(guī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)中已非常普遍)，而這也迅速演變成為影響計(jì)算效率和科研產(chǎn)出的瓶頸問(wèn)題(例如數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)、讀寫(xiě)以及腦網(wǎng)絡(luò)分析過(guò)程中的海量運(yùn)算、高速訪問(wèn)等)。
[0004]經(jīng)大量的前期調(diào)研，目前在國(guó)內(nèi)系統(tǒng)性開(kāi)展大型共享磁共振數(shù)據(jù)計(jì)算存儲(chǔ)平臺(tái)的研究單位非常少，主要有以下幾點(diǎn)原因:一、商業(yè)化醫(yī)用PACS系統(tǒng)(影像歸檔和通信系統(tǒng))是專(zhuān)為醫(yī)療機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的，針對(duì)專(zhuān)業(yè)程度較高而不太涉及其它醫(yī)療設(shè)備的磁共振成像平臺(tái)，數(shù)據(jù)來(lái)源較為單一，盲目使用PACS系統(tǒng)難免會(huì)造成資源浪費(fèi)。而且，普通PACS系統(tǒng)幾乎完全沒(méi)有后續(xù)數(shù)據(jù)處理功能，無(wú)法滿(mǎn)足科研需求；二、其它行業(yè)的計(jì)算存儲(chǔ)系統(tǒng)無(wú)法直接移植應(yīng)用于腦科學(xué)研究領(lǐng)域。各行業(yè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不同，且現(xiàn)有系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化程度低、兼容性差，一般為封閉式的專(zhuān)用系統(tǒng)，價(jià)格昂貴，硬件配置不合理。不兼容特殊數(shù)據(jù)處理軟件，不具備磁共振數(shù)據(jù)分析的高效運(yùn)算，自動(dòng)傳輸以及用戶(hù)權(quán)限管理功能；其三，高速的圖形處理工作站，價(jià)格昂貴，單機(jī)使用，將會(huì)造成極大的資源浪費(fèi)。
[0005]基于以上問(wèn)題，迫切需要開(kāi)發(fā)出一套先進(jìn)的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份和高效的計(jì)算分析系統(tǒng)，解決當(dāng)前海量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)安全存取、3D圖像數(shù)據(jù)重建處理、云集群管理、云存儲(chǔ)管理、遠(yuǎn)程3D可視化等問(wèn)題。這對(duì)于開(kāi)展磁共振腦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的復(fù)雜運(yùn)算分析等科研需求是勢(shì)在必行的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]以下給出一個(gè)或多個(gè)方面的簡(jiǎn)要概述以提供對(duì)這些方面的基本理解。此概述不是所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認(rèn)出所有方面的關(guān)鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡(jiǎn)化形式給出一個(gè)或多個(gè)方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細(xì)的描述之序。
[0007]本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題，提供了一種腦功能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)云系統(tǒng)，解決了當(dāng)前海量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)安全存取、3D圖像數(shù)據(jù)重建處理、云集群管理、云存儲(chǔ)管理、遠(yuǎn)程3D可視化等問(wèn)題。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案為:本發(fā)明揭示了一種腦功能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)云系統(tǒng)，包括web入口接口組件、主節(jié)點(diǎn)服務(wù)器、計(jì)算節(jié)點(diǎn)組件，其中:
[0009]web入口接口組件，包括多個(gè)云終端設(shè)備；
[0010]計(jì)算節(jié)點(diǎn)組件，包括多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)；
[0011]主節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，和web入口接口組件以及計(jì)算節(jié)點(diǎn)組件建立通訊，用以資源分配調(diào)度作業(yè)和集群管理，進(jìn)一步包括:
[0012]云存儲(chǔ)設(shè)備，存儲(chǔ)磁共振設(shè)備采集的原始數(shù)據(jù)；
[0013]集群服務(wù)模塊，對(duì)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化整合，實(shí)現(xiàn)磁共振成像數(shù)據(jù)分析的并行計(jì)算；
[0014]作業(yè)調(diào)度模塊，在集群服務(wù)模塊的控制下，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)計(jì)算資源的自動(dòng)調(diào)度，對(duì)計(jì)算資源進(jìn)行優(yōu)化配置；
[0015]顯示資源分配模塊，在集群服務(wù)模塊的控制下，實(shí)現(xiàn)顯示資源的自動(dòng)分配；
[0016]桌面云端虛擬化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)云端遠(yuǎn)程3D可視化；以及
[0017]系統(tǒng)層模塊。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的腦功能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)云系統(tǒng)的一實(shí)施例，主節(jié)點(diǎn)服務(wù)器和計(jì)算節(jié)點(diǎn)組件組成Rocks集群系統(tǒng)，集群服務(wù)模塊是Rocks集群服務(wù)模塊。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的腦功能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)云系統(tǒng)的一實(shí)施例，web入口接口組件中的云終端設(shè)備、主節(jié)點(diǎn)服務(wù)器以及計(jì)算節(jié)點(diǎn)組件中的各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備集中整入口 ο
[0020]根據(jù)本發(fā)明的腦功能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)云系統(tǒng)的一實(shí)施例，磁共振設(shè)備采集的原始數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸?shù)皆拼鎯?chǔ)設(shè)備中保存，并配合各計(jì)算機(jī)終端訪問(wèn)云存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)存取。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的腦功能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)云系統(tǒng)的一實(shí)施例，云存儲(chǔ)設(shè)備支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議包括 NFS、SMB、或 FTP。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的腦功能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)云系統(tǒng)的一實(shí)施例，作業(yè)調(diào)度模塊是SGE作業(yè)調(diào)度模塊。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的腦功能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)云系統(tǒng)的一實(shí)施例，桌面云端虛擬化設(shè)備通過(guò)虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和遠(yuǎn)程虛擬桌面技術(shù)，架設(shè)web服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)顯示資源的自動(dòng)分配，以使多個(gè)用戶(hù)同時(shí)登陸web界面時(shí)仍具備在網(wǎng)頁(yè)瀏覽器中實(shí)現(xiàn)云端3D可視化的能力。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的腦功能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)云系統(tǒng)的一實(shí)施例，主節(jié)點(diǎn)服務(wù)器是一工作站，計(jì)算節(jié)點(diǎn)是計(jì)算圖形工作站。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的腦功能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)云系統(tǒng)的一實(shí)施例，系統(tǒng)層模塊在Linux系統(tǒng)層上運(yùn)行。
[0026]本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果:本發(fā)明是一種服務(wù)于腦功能磁共振成像網(wǎng)絡(luò)分析的海量數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)和高性能云集群系統(tǒng)，通過(guò)集群應(yīng)用軟件將互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中各種類(lèi)型的存儲(chǔ)、計(jì)算硬件設(shè)備連接整合，可實(shí)現(xiàn)以下功能:(I)將磁共振設(shè)備采集的海量圖像原始數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸至云存儲(chǔ)設(shè)備保存，并配合各類(lèi)型計(jì)算機(jī)終端訪問(wèn)云存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)存取；(2)在Rocks集群技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)計(jì)算服務(wù)器架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化整合，實(shí)現(xiàn)Linux系統(tǒng)下的磁共振成像數(shù)據(jù)分析軟件高速并行計(jì)算，并結(jié)合管理權(quán)限設(shè)置，優(yōu)化后臺(tái)計(jì)算資源自動(dòng)調(diào)度，在保證單個(gè)用戶(hù)計(jì)算效率的同時(shí)，確保整個(gè)計(jì)算系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行；(3)利用虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及遠(yuǎn)程虛擬桌面技術(shù)，架設(shè)Web服務(wù)器，并通過(guò)自主編程實(shí)現(xiàn)顯示資源自動(dòng)分配，保證多個(gè)用戶(hù)同時(shí)登陸Web界面，仍可在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器中實(shí)現(xiàn)云端無(wú)延遲3D可視化；(4)使用AD域服務(wù)器對(duì)用戶(hù)群、數(shù)據(jù)權(quán)限進(jìn)行統(tǒng)一管理，確保數(shù)據(jù)安全性的同時(shí)，優(yōu)化存儲(chǔ)空間。本發(fā)明通過(guò)軟硬件整合，搭建出一套安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效且與商業(yè)化磁共振成像系統(tǒng)完美對(duì)接的云存儲(chǔ)與云集群系統(tǒng)，不但集中實(shí)現(xiàn)了海量磁共振數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送，安全存儲(chǔ)以及集群運(yùn)算，用戶(hù)還可在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，任意類(lèi)型操作系統(tǒng)終端上以互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器的方式實(shí)現(xiàn)云端的高速3D遠(yuǎn)程可視化，于此同時(shí)，可完成磁共振圖像數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)、存取以及復(fù)雜分析處理等計(jì)算機(jī)操作，方便更多研究人員同時(shí)共享后臺(tái)存儲(chǔ)與計(jì)算資源，充分提高系統(tǒng)資源利用率，在開(kāi)展磁共振腦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的復(fù)雜運(yùn)算分析的同時(shí)降低了設(shè)備投資成本，并保證了云計(jì)算及存儲(chǔ)設(shè)備的實(shí)時(shí)性、安全性和準(zhǔn)確性。本發(fā)明適用于腦科學(xué)、神經(jīng)影像學(xué)、認(rèn)知心理科學(xué)以及未來(lái)的臨床醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1示出了云系統(tǒng)硬件連接拓?fù)鋱D；
[0028]圖2示出了本發(fā)明的云系統(tǒng)中原始圖像數(shù)據(jù)存取的流程圖；
[0029]圖3示出了終端登錄本發(fā)明的云系統(tǒng)的拓?fù)鋱D；
[0030]圖4示出了本發(fā)明的腦功能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)云系統(tǒng)的較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]在結(jié)合以下附圖閱讀本公開(kāi)的實(shí)施例的詳細(xì)描述之后，能夠更好地理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中，各組件不一定是按比例繪制，并且具有類(lèi)似的相關(guān)特性或特征的組件可能具有相同或相近的附圖標(biāo)記。
[0032]圖1示出了云系統(tǒng)硬件連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。請(qǐng)參見(jiàn)圖1，從硬件上來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的系統(tǒng)由圖示的多個(gè)云終端、虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、防火墻硬件設(shè)備、域服務(wù)器、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)、計(jì)算集群、磁共振設(shè)備、多個(gè)局域網(wǎng)終端所組成。其中這些云終端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)，借助千兆交換機(jī)和虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、防火墻硬件設(shè)備、域服務(wù)器、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)、計(jì)算集群、磁共振設(shè)備、多個(gè)局域網(wǎng)終端均有通訊連接。硬件防火墻設(shè)備位于云端網(wǎng)絡(luò)硬件發(fā)布設(shè)備和海量存儲(chǔ)和集群之間，而所有硬件設(shè)備均通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)與千兆3層交換機(jī)連接。
[0033]圖2示出了本發(fā)明的云系統(tǒng)中原始圖像數(shù)據(jù)存取的流程。請(qǐng)進(jìn)一步參見(jiàn)圖2，磁共振設(shè)備通過(guò)千兆交換機(jī)將原始圖像數(shù)據(jù)上傳到轉(zhuǎn)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)、云存儲(chǔ)設(shè)備。云終端在互聯(lián)網(wǎng)上通過(guò)千兆交換機(jī)從轉(zhuǎn)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)或是云存儲(chǔ)設(shè)備上下載磁共振圖像數(shù)據(jù)。
[0034]磁共振設(shè)備采集獲得的原始圖像數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享的方式，先發(fā)送到轉(zhuǎn)儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)儲(chǔ)軟件(通過(guò)DICOM SDK編譯完成)對(duì)原始圖像數(shù)據(jù)(未經(jīng)壓縮的原始DICOM文件，文件名稱(chēng)及目錄結(jié)構(gòu)散亂)進(jìn)行自動(dòng)分類(lèi)處理(重新編排文件名稱(chēng)及目錄結(jié)構(gòu))，再將具有清晰目錄結(jié)構(gòu)的圖像數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳到云存儲(chǔ)的相應(yīng)位置，進(jìn)行保存。
[0035]不同類(lèi)型終端用戶(hù)將通過(guò)不同的掛載方式在云端存取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或進(jìn)行數(shù)據(jù)分析(Linux類(lèi)終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)掛載、windows類(lèi)終端通過(guò)映射網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)器);
[0036]自云端登錄系統(tǒng)時(shí)，需通過(guò)指定網(wǎng)絡(luò)地址由互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)頁(yè)瀏覽器接入，并在Web界面輸入用戶(hù)名及密碼，驗(yàn)證成功后即可登入云系統(tǒng)遠(yuǎn)程入口界面。
[0037]登錄Web界面及后臺(tái)的顯示資源分配調(diào)度，均通過(guò)編譯VNC(Virtual NetworkComputer,即虛擬網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī))類(lèi)軟件的SDK (Software Development Kit,即軟件開(kāi)發(fā)包)實(shí)現(xiàn)。
[0038]圖3示出了終端登錄本發(fā)明的云系統(tǒng)的拓?fù)洹Ｕ?qǐng)參見(jiàn)圖3，這些云終端通過(guò)虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件、NGAF防火墻硬件、千兆交換機(jī)和域服務(wù)器、云存儲(chǔ)設(shè)備和云集群建立通τΗ ο
[0039]用戶(hù)在云端登錄時(shí)，首先需要獲取虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的服務(wù)，虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備會(huì)對(duì)登錄用戶(hù)進(jìn)行用戶(hù)名、密碼驗(yàn)證(虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備將自動(dòng)更新AD域控服務(wù)器中的用戶(hù)和密碼列表)；驗(yàn)證成功后，用戶(hù)可通過(guò)防火墻與云系統(tǒng)中的存儲(chǔ)及集群?jiǎn)卧M(jìn)行數(shù)據(jù)交互.
[0040]圖4示出了本發(fā)明的腦功能網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)云系統(tǒng)的較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中的云系統(tǒng)具體是指一種服務(wù)于腦功能磁共振成像網(wǎng)絡(luò)分析的海量數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)和高性能云集群系統(tǒng)，其通過(guò)集群應(yīng)用軟件將互聯(lián)網(wǎng)中各種類(lèi)型的存儲(chǔ)、計(jì)算硬件設(shè)備連接整合，集中實(shí)現(xiàn)了海量磁共振數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送，安全存儲(chǔ)以及集群運(yùn)算，此外，用戶(hù)還可在