云計(jì)算在PACS區(qū)域醫(yī)療中的應(yīng)用*

趙起，全宇，郭啟勇

(中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院，沈陽市110004)

為進(jìn)一步加快醫(yī)療改革步伐，提升各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)醫(yī)療服務(wù)水平，建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、安全可靠的區(qū)域醫(yī)療信息化平臺，已經(jīng)成為各級衛(wèi)生主管部門的共識。

利用傳統(tǒng)模式建立的區(qū)域化平臺需要投入大量人力、物力，資源重復(fù)建設(shè)，設(shè)備利用率低，浪費(fèi)嚴(yán)重。云計(jì)算有效地解決了這些問題。

1 云計(jì)算與PACS區(qū)域醫(yī)療

1.1 云計(jì)算

按照美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)定義:云計(jì)算是一種按使用量付費(fèi)的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進(jìn)入可配置的計(jì)算資源共享池(資源包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用軟件、服務(wù))，這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行很少的交互。就是把服務(wù)器、存儲、應(yīng)用軟件等資源進(jìn)行整合，按照客戶的需要快速分配部署并提供服務(wù)［1］。云計(jì)算是分布式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲、虛擬化等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。

1.2 PACS區(qū)域醫(yī)療

區(qū)域醫(yī)療信息化平臺是連接區(qū)域內(nèi)各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換、共享平臺，是整合區(qū)域內(nèi)多元化醫(yī)療系統(tǒng)的綜合信息平臺。可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)療資源的高效利用，解決資源分配不均，是提高基層醫(yī)療服務(wù)水平的有效解決方案。

PACS區(qū)域醫(yī)療主要通過各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)提供PACS資料上區(qū)域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)［2］。患者影像資料進(jìn)行統(tǒng)一索引，按照身份證、居民健康卡、醫(yī)保卡、姓名、性別、出生日期、手機(jī)號、年齡等信息，按照組合進(jìn)行強(qiáng)弱匹配，實(shí)現(xiàn)患者所有歷史檢查關(guān)聯(lián)調(diào)閱。在調(diào)閱過程中可以實(shí)現(xiàn)歷史對比、三維重建等高級功能［3］。

2 云計(jì)算的實(shí)現(xiàn)

云計(jì)算主要是通過虛擬化機(jī)制，將服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等硬件資源進(jìn)行邏輯分割、整合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件與底層硬件隔離，按照用戶需求提供具體服務(wù)［4］。

站在管理者的角度可以將云分為以下幾個層次:

(1)硬件基礎(chǔ)層，由服務(wù)器、存儲及網(wǎng)絡(luò)等硬件組成，是云計(jì)算的硬件基礎(chǔ)，由虛擬化軟件負(fù)責(zé)調(diào)配使用，用戶并不需要實(shí)際控制底層硬件。

(2)系統(tǒng)管理層，一般由用戶管理軟件、安全管理軟件、計(jì)費(fèi)軟件、運(yùn)維管理軟件、審計(jì)軟件等軟件系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)管理員通過該層進(jìn)行權(quán)限分配，安全審計(jì)，遷移備份等操作，保護(hù)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。用戶可以通過相應(yīng)界面進(jìn)行資源申請、權(quán)限變更申請等操作。

(3)用戶訪問層，用戶申請的軟硬件資源在這層進(jìn)行展示。如網(wǎng)盤存儲、虛擬桌面、虛擬服務(wù)器、網(wǎng)上辦公系統(tǒng)等。

云計(jì)算具備高可靠性、高可擴(kuò)展性、按需服務(wù)、降低管理成本、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，但是由于云計(jì)算需要通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，必然面臨隱私泄露風(fēng)險(xiǎn)。如何在保證數(shù)據(jù)安全的前提下實(shí)現(xiàn)靈活優(yōu)質(zhì)的云計(jì)算服務(wù)是未來的發(fā)展方向［5］。

3 云計(jì)算實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 云存儲

區(qū)域平臺可以按照多種方式存儲患者影像資料，可以按照需要動態(tài)遠(yuǎn)程調(diào)閱各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)影像數(shù)據(jù)，具體實(shí)現(xiàn)方案如下。

(1)全部存儲:所有區(qū)域醫(yī)療機(jī)構(gòu)影像資料全部上傳。所需存儲空間巨大，影像調(diào)閱速度最快，影像資料最完備。

(2)關(guān)鍵圖存儲:所有區(qū)域醫(yī)療機(jī)構(gòu)只上傳病灶部位關(guān)鍵圖數(shù)據(jù)。不影響調(diào)閱速度，可能存在漏診問題。

(3)近期數(shù)據(jù)存儲:只存儲近幾周或幾個月數(shù)據(jù)，其余數(shù)據(jù)按需遠(yuǎn)程下載。進(jìn)行歷史對比時(shí)需要花費(fèi)較長時(shí)間。

(4)即時(shí)存儲:所有影像資料分布存儲，需要調(diào)閱時(shí)遠(yuǎn)程下載至區(qū)域平臺。所需存儲空間很小，調(diào)閱速度較慢。

3.2 虛擬化應(yīng)用

數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用服務(wù)器采用虛擬化部署方式實(shí)現(xiàn)，按需分配硬件資源。使用VMware等虛擬化平臺系統(tǒng)可以快速、靈活分配各種資源，提高資源利用率，降低運(yùn)行能耗，統(tǒng)一安全配置。多機(jī)集群方案使虛擬機(jī)可以在線遷移。當(dāng)一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障，相關(guān)虛擬機(jī)自動由其他可用服務(wù)器接管，用戶操作基本沒有影響，有效實(shí)現(xiàn)高可用性要求。

3.3 虛擬化調(diào)閱

采用VMware虛擬桌面技術(shù)可以屏蔽客戶機(jī)硬件瓶頸，所有數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)算均在云端執(zhí)行，客戶端只提供顯示功能，省去客戶端軟件部署、升級等麻煩。由于患者影像數(shù)據(jù)不在客戶終端存儲，可以最大限度保證患者隱私不被暴露。

采用Citrix等虛擬化工具可以實(shí)現(xiàn)跨平臺應(yīng)用，只發(fā)布應(yīng)用程序，客戶端可以在手機(jī)、平板實(shí)現(xiàn)調(diào)閱。

4 典型應(yīng)用案例

中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院集團(tuán)(以下簡稱醫(yī)院集團(tuán))，是以盛京醫(yī)院為核心，依托醫(yī)院集團(tuán)平臺，優(yōu)化配置醫(yī)療衛(wèi)生資源，建立基層首診、分診醫(yī)療、雙向轉(zhuǎn)診、急慢病分治的診療模式，通過進(jìn)一步提高醫(yī)療質(zhì)量和診療水平，調(diào)動醫(yī)務(wù)人員的積極性。同時(shí)深入推進(jìn)公立醫(yī)院改革，為廣大人民群眾提供更加優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)。

醫(yī)院集團(tuán)的核心是管理的統(tǒng)一，集團(tuán)旗下各醫(yī)院在信息化平臺上實(shí)現(xiàn)品牌、標(biāo)準(zhǔn)、管理的統(tǒng)一，真正達(dá)到分級醫(yī)療的目的。將90%的常見病、多發(fā)病分流到中小醫(yī)院，讓大醫(yī)院的名專家有精力診治和研究疑難雜癥，緩解“看病難、看病貴”的現(xiàn)狀。

盛京醫(yī)院與醫(yī)院集團(tuán)內(nèi)其他醫(yī)院分別租用10兆專用鏈路用于數(shù)據(jù)通信，盛京醫(yī)院提供三臺PC SERVER組成VMware vSphere集群，EMC Isilon存儲存放集團(tuán)影像數(shù)據(jù)，形成企業(yè)私有云網(wǎng)絡(luò)。

4.1 影像會診模式采用的方式

(1)默認(rèn)模式。醫(yī)院集團(tuán)下屬醫(yī)院閱片醫(yī)生手動發(fā)送會診申請，盛京醫(yī)院虛擬化服務(wù)器自動查詢遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫并下載相關(guān)申請單、電子病歷、影像數(shù)據(jù)，下載完成后通知會診醫(yī)生會診，會診醫(yī)生完成會診報(bào)告后自動回傳到下級醫(yī)院供調(diào)閱。

(2)急診模式。部分醫(yī)院夜間沒有閱片醫(yī)生，系統(tǒng)按照檢查時(shí)間自動下載相關(guān)數(shù)據(jù)完成會診需求。

(3)主動模式。會診醫(yī)生需要調(diào)閱患者其他相關(guān)檢查數(shù)據(jù)時(shí)采用主動模式。云網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器按照既定匹配模式查詢所有集團(tuán)內(nèi)醫(yī)院數(shù)據(jù)庫，提供相關(guān)檢查信息供閱片醫(yī)生選擇。醫(yī)生確定調(diào)閱檢查數(shù)據(jù)后自動下載相關(guān)申請單、病歷數(shù)據(jù)，影像數(shù)據(jù)采用按需下載方式下載，即默認(rèn)順序下載關(guān)鍵圖數(shù)據(jù)，在下載期間如果醫(yī)生手動選擇瀏覽某個序列則優(yōu)先下載該序列圖像，醫(yī)生也可以選擇下載檢查所有圖像數(shù)據(jù)。

4.2 影像會診客戶端采用的模式

(1)客戶端模式。安裝完整客戶端程序，包括數(shù)據(jù)庫軟件。適用于盛京醫(yī)院內(nèi)部使用，占用本地存儲空間較大，閱片程序升級時(shí)需要等待升級完成后才能使用，由于需要下載影像數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)帶寬影響圖像顯示速度。

(2)網(wǎng)頁瀏覽模式。只需要兼容HTML5的瀏覽器即可使用，提供關(guān)鍵圖瀏覽、調(diào)整窗寬床位、測量、縮放、報(bào)告瀏覽等基本功能。

(3)虛擬桌面模式。客戶端只需要按照虛擬桌面軟件，向管理員申請共享資源即可實(shí)現(xiàn)。該方案占用客戶端存儲空間很小，由于客戶端只負(fù)責(zé)顯示，圖像下載、三維重建在服務(wù)端實(shí)現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)延時(shí)不超過200ms的情況下，只需要幾百kb帶寬即可使用，對客戶端設(shè)備硬件配置要求很低。由于服務(wù)端按需部署，可以保證閱片軟件版本最新，功能最全，影像數(shù)據(jù)上傳下載速度最快。

(4)手持終端模式。用戶使用手機(jī)、平板電腦等手持終端閱片時(shí)，只要終端安裝Citrix軟件即可使用。手持終端登錄遠(yuǎn)程服務(wù)器，可以使用管理員預(yù)先發(fā)布的軟件程序，客戶端同樣只負(fù)責(zé)顯示，所有數(shù)據(jù)流、運(yùn)算均在服務(wù)端實(shí)現(xiàn)。該方案可以實(shí)現(xiàn)跨平臺調(diào)閱，其他優(yōu)勢與虛擬桌面模式基本相同。主要缺點(diǎn)在于暫時(shí)無法實(shí)現(xiàn)多屏顯示，手持終端顯示屏亮度、灰階顯示較差等。

按照上述模式，醫(yī)院集團(tuán)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)集團(tuán)內(nèi)部影像會診系統(tǒng)互聯(lián)互通，基本完成私有云建設(shè)，會診醫(yī)生可以使用各種終端書寫會診意見，保證醫(yī)療資源快速、有效分配。該模式將逐步向盛京醫(yī)療聯(lián)盟醫(yī)院擴(kuò)展，最終推向互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)醫(yī)療會診云端建設(shè)，構(gòu)建云醫(yī)療平臺。

5 應(yīng)用優(yōu)勢

5.1 節(jié)省硬件資源

6臺PC SERVER形成小型集群，即可實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，又能互相熱備，同時(shí)對外提供數(shù)據(jù)庫、Dicom server、Worklist、影像上傳下載、患者信息匹配、虛擬桌面、Citrix服務(wù)、超聲視頻會診、遠(yuǎn)程視頻會議等，完成傳統(tǒng)模式幾十臺服務(wù)器才能實(shí)現(xiàn)的功能，實(shí)現(xiàn)CPU、內(nèi)存等硬件資源完全共享，按需分配，提高可用性、可擴(kuò)展性，每年減少的電力成本相當(dāng)可觀。

5.2 快速部署

由客戶提出網(wǎng)絡(luò)申請，按照事先定制的模板，管理者可以快速實(shí)現(xiàn)虛擬資源部署，保證軟件版本一致，用戶權(quán)限按需分配，軟硬件資源按需調(diào)配，提高使用系統(tǒng)靈活性、安全性。

5.3 統(tǒng)一管理

利用虛擬平臺管理軟件，管理員可以實(shí)現(xiàn)虛擬服務(wù)器在線遷移，動態(tài)分配資源，遠(yuǎn)程關(guān)機(jī)重起，統(tǒng)一推送系統(tǒng)補(bǔ)丁，執(zhí)行快照、備份、殺毒等操作，方便管理員管理、維護(hù)，降低管理成本。

5.4 跨平臺使用

客戶端可以使用虛擬桌面實(shí)現(xiàn)PACS系統(tǒng)高級操作，IOS、Android等移動終端可以登錄Citrix系統(tǒng)使用預(yù)先發(fā)布的程序執(zhí)行所需工作。終端只用于界面顯示，無須單獨(dú)開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)即可跨平臺實(shí)現(xiàn)三維重建、CAD等高級功能。

5.5 遠(yuǎn)程存儲訪問

數(shù)據(jù)上傳、下載、運(yùn)算均在云端進(jìn)行，易于實(shí)現(xiàn)分布式存儲。終端不參與數(shù)據(jù)交互，網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)對客戶透明，可以節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，不需要終端進(jìn)行復(fù)雜配置既能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程存儲訪問。

5.6 安全可靠

集群系統(tǒng)保證硬件冗余，實(shí)現(xiàn)容錯性;統(tǒng)一備份機(jī)制，統(tǒng)一殺毒、補(bǔ)丁分發(fā)保證數(shù)據(jù)安全;終端不存儲影像檢查數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)資料、患者隱私安全可靠。

6 總結(jié)與展望

使用云計(jì)算平臺實(shí)現(xiàn)PACS區(qū)域醫(yī)療可以有效減少硬件投資，規(guī)避數(shù)據(jù)丟失、患者隱私泄漏等安全風(fēng)險(xiǎn)，易于管理，實(shí)現(xiàn)快速按需部署，有效地降低了區(qū)域醫(yī)療平臺的建設(shè)、運(yùn)營成本，是解決醫(yī)療資源分配不均的良好解決方案。

利用云平臺易于部署、易于擴(kuò)展的優(yōu)勢，可以推廣至整個診療過程，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程轉(zhuǎn)診、遠(yuǎn)程病歷調(diào)閱、遠(yuǎn)程診療信息共享等功能，實(shí)現(xiàn)個人健康檔案的統(tǒng)一管理。

通過對區(qū)域平臺提供的海量居民健康數(shù)據(jù)的分析挖掘，可以為醫(yī)療衛(wèi)生管理部門的決策提供數(shù)據(jù)支持。

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