醫(yī)學動態(tài)影像平臺建設與應用

孫碧海 陳 巧 劉紅坡 肖 紅

(中日友好醫(yī)院信息技術和管理部 北京 100029) (中日友好醫(yī)院神經內科北京 100029) (深圳銳取信息技術股份有限公司 深圳 518057)

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醫(yī)學動態(tài)影像平臺建設與應用

孫碧海 陳 巧 劉紅坡 肖 紅

(中日友好醫(yī)院信息技術和管理部 北京 100029) (中日友好醫(yī)院神經內科北京 100029) (深圳銳取信息技術股份有限公司 深圳 518057)

首先提出手術示教系統(tǒng)現存的問題，然后介紹醫(yī)學動態(tài)影像的范圍及統(tǒng)一管理的必要性，提出醫(yī)學動態(tài)影像管理的平臺解決方案，以中日友好醫(yī)院繼教需求為例，簡單介紹該方案的實際應用情況及未來的發(fā)展。

手術示教系統(tǒng)； 醫(yī)學動態(tài)影像； 平臺建設； 應用

1 引言

隨著經濟社會的快速發(fā)展，人們對醫(yī)院的醫(yī)療服務質量提出了越來越高的要求。外科手術是醫(yī)院治病救人的關鍵業(yè)務組成部分，需要大量具有臨床經驗的醫(yī)生和護士，醫(yī)院通常需要通過手術教學來培養(yǎng)廣大實習醫(yī)生。而傳統(tǒng)的現場手術示教因為手術室空間有限，容易給潔凈手術室?guī)砦廴荆視κ中g中的醫(yī)生造成干擾，已不能適應醫(yī)院的現實需求，因此需要設計開發(fā)相應的手術示教系統(tǒng)。手術示教系統(tǒng)是[1]利用多媒體技術和計算機網絡技術對傳統(tǒng)的手術教學過程進行數字化、網絡化和智能化改造，實現了手術過程影像和語音雙向的實時遠程傳輸和儲存，從而改變了傳統(tǒng)外科教學模式，同時外科學術活動內容也變得更加生動和豐富。目前，越來越多的醫(yī)院已經建設了手術示教系統(tǒng)[2]，在日常外科教學和學術活動中發(fā)揮著重要的作用；但隨著應用的深入，手術示教系統(tǒng)在管理和與其他信息系統(tǒng)整合方面表現出較為明顯的短板，無法融入到醫(yī)院整體信息化建設。本文從手術示教系統(tǒng)現存問題出發(fā)，通過分析比較，提出相關解決方案，采用實例的方式介紹方案的應用和未來的發(fā)展。

2 手術示教系統(tǒng)現存問題

2.1 手術示教系統(tǒng)的優(yōu)勢和種類

目前，市場上的手術示教系統(tǒng)大多選用基于網絡傳輸的嵌入式錄播服務產品[3]，主要提供錄制、直播和點播3大基本功能，其以性能穩(wěn)定、兼容性強、設備小巧、安裝部署便捷等優(yōu)點，受到醫(yī)院用戶的特別青睞。對于單個應用的解決，如手術過程的同步錄制、同步直播等，可以根據實際需求，選擇分布式產品[大致分為編碼器(端)、媒體服務器、解碼器(端)3部分，彼此間通過網絡進行連接]，也可以選擇一體機(一種集錄制、直播、點播等功能為一體的單機設備)，只要網絡通暢，實際應用就能夠開展，顯示出較強的靈活性和便捷性。

2.2 存在的問題

但隨著應用的深入，單個應用的效果已無法滿足用戶的持續(xù)需求，一般會遇到以下問題：(1)影像文件未關聯(lián)患者信息，再次調閱某一資源文件特別費時耗力。(2)媒體服務器(錄播服務器)存儲空間有限，(一般配備1～2T的普通硬盤)，無法滿足長期的資料存儲和高可靠性的存儲要求(冗余備份)。(3)僅提供較為簡單的用戶類型和權限設置，無法滿足用戶分級訪問管理的需求，資源訪問安全性低。(4)服務資源，如通道，無法實現可授權的獨立應用，即各通道資源獨立管理和應用，從而造成可用資源的閑置。(5)缺少開放且標準的接口，較難實現與現有醫(yī)院信息系統(tǒng)的交互與整合，如電子病歷系統(tǒng)、手術麻醉信息系統(tǒng)。(6)其他管理問題，如設備管理、訪問統(tǒng)計管理、資料剪輯分析等。以上所述的問題，是當前手術示教系統(tǒng)的常見問題，如果不突破現有系統(tǒng)的架構，解決問題的根源，將直接影響其在醫(yī)院信息化大環(huán)境下的深入應用。

3 醫(yī)學動態(tài)影像及平臺解決方案

3.1 醫(yī)學動態(tài)影像簡介及統(tǒng)一管理的必要性

3.1.1 醫(yī)學動態(tài)影像 醫(yī)學動態(tài)影像,有別于傳統(tǒng)醫(yī)學靜態(tài)影像，如X光、CT、核磁、病理電子切片等，是以連續(xù)影像來描述過程的新的醫(yī)療結果記錄方式。醫(yī)學動態(tài)影像比靜態(tài)影像包含更多的信息，且表現形式更直觀；但所需的存儲空間比靜態(tài)影像要大數倍甚至數十倍，分析處理難度較大。目前，醫(yī)學動態(tài)影像來源廣泛，如手術過程、各類影像檢查(B超、內鏡、數字減影檢查等)、各類教學培訓過程、患者宣教電子資源等，可以說所有服務于醫(yī)療活動的動態(tài)影像均可包括在內。

3.1.2 統(tǒng)一管理的必要性 醫(yī)學動態(tài)影像作為一種有用的醫(yī)療信息資源，存在存儲、傳輸、調閱等基本待解決的問題。按照一般的建設思路，勢必依據來源、用途、適用范圍等，分別建設多套系統(tǒng)來滿足不同應用的需求,但多套系統(tǒng)的建設勢必會造成未來資源共享和信息整合的困難，因此對于醫(yī)學動態(tài)影像的管理，應該采用統(tǒng)一的方式解決存儲、傳輸、調閱等基本問題，然后再通過統(tǒng)一的交互方式滿足各種不同的應用需求，最終實現統(tǒng)一的管理和應用。

3.2 平臺化解決方案的提出與設計

3.2.1 方案的提出 醫(yī)學動態(tài)影像管理存在與靜態(tài)影像相類似的基礎問題，即存儲、傳輸、調閱等。醫(yī)學靜態(tài)影像管理已有比較成熟的管理模式，例如放射影像管理[4]，目前采用放射信息系統(tǒng)(RIS)+圖像存儲與傳輸系統(tǒng)(PACS)方式解決；超聲影像管理、內鏡檢查影像管理也采取了類似的解決方案。借鑒醫(yī)學靜態(tài)影像管理的成熟經驗，醫(yī)學動態(tài)影像管理至少應該分為兩大部分：第1部分，主要實現存儲、傳輸、調閱等管理，為具體應用提供基礎服務；第2部分，依據不同的應用需求，設計開發(fā)符合業(yè)務流程管理的具體應用系統(tǒng)。依據以上思路，醫(yī)學動態(tài)影像管理應采用平臺化解決方案。

3.2.2 平臺架構 手術示教系統(tǒng)解決方案雖然是醫(yī)學動態(tài)影像管理的一個特例，但是基本解決了醫(yī)學動態(tài)影像管理中最基本的問題，如果將其系統(tǒng)架構重新規(guī)劃，勢必可提高該解決方案的通用性、可靠性及可擴展性。經過重新設計規(guī)劃，提出了架構的平臺化解決方案，見圖1。

圖1 醫(yī)學動態(tài)影像平臺架構

從圖1可以清楚地看到，該平臺方案架構可分為5層：物理層、服務層、管理層、接口層和應用層。物理層主要由具體的硬件設備組成，包括編碼前端、服務器及大容量存儲和解碼終端，這些硬件構成平臺服務和管理的物理基礎；服務層向管理層提供3個最基本也是最核心的服務：錄制、直播和點播服務；管理層則立足于各種基礎管理，管理和協(xié)調好各種軟/硬件資源，使其在安全訪問的環(huán)境下得以靈活且便捷的使用；接口層由各種標準(或定制)的開放接口組成，成為聯(lián)系具體應用和下層基礎服務和管理的橋梁；應用層即針對具體應用而開發(fā)的個性化信息系統(tǒng)，而它們都存在共性的問題——動態(tài)影像管理。因此，物理層、服務層、管理層和接口層構成平臺解決方案的核心，直接影響解決方案的各項性能；而應用層的多樣性，卻充分反映出解決方案廣泛的適應性和擴展性。

3.2.3 平臺解決方案的優(yōu)勢 采用如圖1所示架構進行手術示教系統(tǒng)的升級改造，使其成為平臺化解決方案，其優(yōu)勢表現如下：(1)服務能力與提供服務的物理硬件設備數量呈線性正相關，服務能力的可擴展性大大增強，可以滿足更大服務性能要求的應用。(2)采用大容量存儲及冗余備份策略，可充分保證存儲空間的可擴展性和影像資料數據存儲的可靠性。(3)將資源調度管理與用戶權限管理相結合，實現了可用資源的“細粒度”管理，提高了資源利用率。(4)將用戶權限“粒度”減小，從而提高了用戶資源訪問的安全性。(5)采用標準化(或定制)接口，使更多個性化的應用層信息系統(tǒng)可以方便、靈活地實現動態(tài)影像資源的可靠管理，提高了信息化集成水平和范圍。終上所述，平臺化解決方案具有更強的服務性能、更精細的管理和更廣泛的應用推廣適應性，是解決當前醫(yī)學動態(tài)影像管理難題行之有效的手段，特別值得推廣。

3.3 平臺化解決方案的實現

3.3.1 對系統(tǒng)的改進 依據平臺化解決方案的思路，筆者對醫(yī)院現有的分布式手術示教系統(tǒng)做了如下改進：(1)將直播和點播服務從單一錄播服務器功能中獨立出來，分別移植到兩臺獨立的PC服務器上，錄播服務器僅保留錄制服務的功能，可使對應服務變得更可靠。(2)設立管理服務器，實現可用資源的靈活調配和安全管理，提高資源利用率。(3)新增服務節(jié)點配置功能，如直播節(jié)點、點播節(jié)點，相關服務能力的擴展，可簡化為服務節(jié)點數量的增加(服務硬件也可能作相應增加)，用戶更容易理解和操作。(4)細化通道資源管理，用戶或某一具體應用可授權管理到單個通道資源，彼此互不干擾，可滿足多個用戶或具體應用的并發(fā)應用。(5)將現有系統(tǒng)及用戶權限進行拆分和分類，重新進行組合，實現不同用戶角色權限的靈活配置，既滿足用戶使用，又有效防止非安全的操作(如資源下載)，從而提高用戶授權訪問的安全性。

3.3.2 教育培訓資源管理平臺的開發(fā) 在以上改進的基礎上，結合醫(yī)院臨床帶教[5]演示培訓和繼教學習[6]的需求，筆者開發(fā)上線了一個具體的應用——教育培訓資源管理平臺，實現了課程計劃發(fā)布、講課過程自動錄制和授權直播、課后在線剪輯、課件發(fā)布、課件上載、課程評價與討論等一系列功能。通過這個平臺，可以隨時在線回顧觀看各種培訓教學視頻，能針對任何課程展開討論和答疑，使教學過程不再局限于課堂本身，有效提高了教學效果。護理操作培訓視頻的反復回顧觀看和在線交流，能明顯促進臨床階段實習學生的要領掌握，降低實踐操作的失誤率，使臨床帶教質量明顯提升。該平臺除用于護理帶教學習外，還可以滿足醫(yī)院內其他人員的在線繼教學習要求，使更多的醫(yī)療培訓資源得以分享。

平臺化改進方案實現了原有手術示教系統(tǒng)通道資源的獨立，僅需從8通道錄播服務器中分配出1個通道資源，即可滿足教育培訓資源管理平臺管理和應用需求，而余下的7個通道資源將可再次分配給其他具體的應用，如圍手術期影像管理、B超檢查影像管理、內鏡檢查影像管理等，充分滿足醫(yī)院各種類型的動態(tài)影像的個性化管理需求。

4 結語

近兩年來，各大教學醫(yī)院[7]都陸續(xù)購置了手術示教系統(tǒng)，在醫(yī)院外科教學[8]和學術會議交流等方

面也發(fā)揮了很大的作用。手術示教系統(tǒng)作為信息系統(tǒng)，如果無法與醫(yī)院臨床信息系統(tǒng)，如電子病歷、各類檢查工作站等進行交互和整合，其在醫(yī)院信息化大環(huán)境下的受重視程度和未來的應用前景將堪憂，因此手術示教系統(tǒng)建設走平臺化道路是其未來的必然選擇。目前，醫(yī)學動態(tài)影像平臺的建設還處于起步探索階段，將會遇到很多技術難題需要不斷突破，如編碼效率、存儲備份[9]策略、服務性能提高、交互接口標準化[10]等，其建設也是一個需要持續(xù)資金投入的長期過程。雖然面臨的困難重重，但發(fā)展方向是正確的，醫(yī)學動態(tài)影像平臺化建設和管理勢必成為趨勢。

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2 楊霜英,于京杰,朱四海.大型醫(yī)院數字化手術觀摩示教系統(tǒng)的設計及應用[J].中國醫(yī)療設備,2011，26(9):52-54.

3 肖波,劉紅坡.醫(yī)院手術示教和遠程會診系統(tǒng)解決方案[J].中國醫(yī)院建筑與裝備,2011，(8):80-83.

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7 王國宏,鄭富強,孫文澤，等.數字化手術室手術示教系統(tǒng)的設計與應用[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2010,31(10):84-89.

8 孫碧海,張曉祥,胡彬,等.醫(yī)院手術室數字轉播的設計與實現[J].中國數字醫(yī)學,2007， 2(9):13-16.

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Construction and Utilization of Medical Dynamic Image Platform

SUNBi-hai，

DepartmentofInfrmationTechnologyandManagement,Chines-JapanFriendshipHospital,Beijing100029,China;

CHENQiao,

DepartmentofNeurology,China-JapanFriendshipHospital,Beijing100029,China;

LIUHong-po,

XIAOHong,

SZReachTechCO.,Ltd.,Shenzhen518057,China

The paper puts forward the problems of current operation teaching system, introduces the scope of medical dynamic image and the necessity of unified management, puts forward the solution of information platform for medical dynamic image management. Taking the continual education requirement in China-Japan Friendship Hospital as an example, it simply introduces the actual application status and future development of this plan.

Operation teaching system; Medical dynamic image; Platform construction; Application

2014-09-12

孫碧海，工程師,發(fā)表論文3篇。

R-058

A 〔DOI〕10.3969/j.issn.1673-6036.2015.04.006