云計算技術及其在醫學中的應用

中國醫科大學 夏 朦

云計算技術及其在醫學中的應用

中國醫科大學 夏 朦

本文從云計算的兩個類比定義出發，對云計算的概念進行了形象的解釋。重點闡述了云計算在醫藥文獻區域資源共享、醫學教學、醫院信息系統、移動醫療等方面的應用，同時指出云計算在醫學領域的普及中存在的困難和需要注意的問題。

云計算；醫藥文獻區域資源共享；醫院信息系統；移動醫療；醫學教學

1 引言

早在1943年,IBM公司的創始人托馬斯·沃森曾預言:“我想,5臺計算機足以滿足整個世界市場。［1］”當時,人們認為這一預言是十分荒謬的,但是在云計算迅猛發展的今天,重新審視這句話,是否會有這樣的疑問,由Google、Microsoft、IBM、Amazon、Sun這“五臺”計算機,由他們提供的云計算服務是不是足以滿足整個世界市場的需要?“云”的觸角正在向生產生活的各個方面延伸,在醫學領域尤其有廣闊的應用前景。本文從云計算的兩個類比定義出發,對云計算的概念進行了形象的解釋,重點闡述了云計算在醫學上的應用及普及中存在的困難和注意點。

2 云計算的概念

云計算的本質是網絡思維模式的轉變,從不同的角度看就有不同的內涵。對于云計算的概念,至今業界還沒有一個統一明確的定義。本文這部分將探討IBM公司給出的云計算定義,結合兩個云計算的類比定義對云計算的概念加以較為形象深入的描述。

2.1 云計算定義

在IBM的技術白皮書“Cloud Computing”中,云計算［2］是這樣定義的:“云計算一詞用來描述一種系統平臺或者一類的應用程序。云計算平臺可以按需進行動態地部署、配置、重新配置以及撤銷服務器。云中的服務器可以是物理的或虛擬的服務器。通常高級的云還包含諸如存儲區域網絡(SANs)、網絡設備、防火墻以及其他安全設備等計算資源。”

云計算是基于互聯網的、大眾參與的計算模式,是分布式計算技術的一種,通過網絡把龐大的計算處理程序自動分割成相對較小的子系統,由多個服務器對任務進行分析處理后將結果匯總并回傳給用戶。也可以認為云計算是一類通過互聯網進行訪問的可擴展的應用程序,這些云應用使用大型的數據中心和服務器來運行網絡應用程序與網絡服務。用戶可以通過一個合適的互聯網接入設備以及一個標準的瀏覽器來訪問云計算應用程序。

2.2 云計算的類比定義

2.2.1 云計算之發電廠

在云計算領域最常用的例子就是將云計算比喻為一個發電廠［3］。PC普及,企業使用自己單獨的服務器,成本高、技術要求高且費時費力。如果使用云計算,只要接入網絡,企業和個人就能隨意地訪問信息服務,同時也卸去了他們維護計算機設備的重負,只需按使用量付費給云計算服務商即可,同時云計算服務商可以按需動態地部署、配置、重新配置以及撤銷服務器。這就好比直流發電機發明后,電燈開始被企業接受。為了用電照明,每家企業都必須采購發電機并由專業人員維護發電機的運轉,同樣成本高、技術要求高且費時費力。隨后交流電興起,一些大型的電站被建立起來,他們統一維護設備,電力通過電網傳輸到千家萬戶。企業不再需要昂貴的發電機,只需要安裝電表,按使用的電量付費給發電廠即可。而電廠可以按需對電力進行調配。

2.2.2 云計算之阿凡達

這個類比是在重溫阿凡達的時候得到的啟發。潘多拉星球上有十萬億方棵樹,每棵樹與周圍的樹群之間存在十萬個節點,都保存了大量部落的相關信息。那么,每棵樹就相當于一個個排布分散,內容卻相互聯系的數據中心,它們組成分布式數據庫,組成一個全球性的網絡。納威人可以通過合適的接入設備(納威人辮子的末端)、一個標準的“瀏覽器”(神樹的枝條)隨時進入其中,在站點上傳和下載數據或記憶。 “靈魂之樹”作為云計算終極平臺,可以按需動態地部署、重新配置以及撤銷服務器,也可以選取一定數量的服務器協同處理同一任務。

3 云計算在醫學上的應用

3.1 醫學文獻區域資源共享

醫學院校為滿足教學和科研的需求,不斷得投入大量的財力和人力購買和管理醫學文獻數據庫,同時各院校、醫院間存在文獻建設發展不平衡、經費不足、網絡質量差、資源重復建設等問題。基于醫學院校間文獻需求的相似性、為減少費用支出、提高服務質量,基于云技術的醫藥文獻區域資源共享平臺是有效的解決方案。該平臺以大型醫學院校圖書館為核心,以區域內教學醫院圖書館為成員館,利用云計算的虛擬化、分布式技術并行計算等技術擴展功能。近年來,我國信息資源共建共享建設取得了重要進展［4］,中國高等教育文獻保障系統(China Academic Library & Information System,CALIS)、中國高校人文社會科學文獻中心(China Academic Humanities and Social Sciences Library,CASHL)等共建共享聯盟已成功建立及運行。

3.2 醫學教學

網絡教學“教父” 薩爾曼·汗有一個著名的理論:用視頻再造教育。［5］視頻在線教學是“云時代”經典的學習方式。將“翻轉課堂”“微視頻”等方式應用于醫學教學,尤其是實驗教學中,可以實現教學資源的實時查看、師生線上互動,解決實驗標本稀少、易損等問題,便于知識的接受和傳播。

3.3 醫院信息系統

醫院信息系統［6］(Hospital Information System,HIS)即醫院管理和醫療活動中進行信息管理和聯機操作的計算機應用系統。學術界公認定義是,利用電子計算機和通訊設備,為醫院所屬各部門提供病人診療信息和行政管理信息的收集、存儲、處理、提取和數據交換的能力并滿足授權用戶的功能需求的平臺。

電子病歷等已在全國廣泛推行,醫院每天通過PACS產生大量圖文資料,傳統的儲存和處理方式已無法滿足需求。基于云計算的HIS資料存儲不僅可以減少存儲成本,還有利于醫院之間、醫院與上級主管部門之間的的信息共享,提高了工作和醫療取證的效率。

3.4 電子健康與移動醫療

大量醫療科普類APP上線、便攜式可穿戴設備進入家庭,移動醫療如火如荼得發展著。醫療健康數據的產生與利用不再局限于醫院,病人對病情長期監測和個性化治療的需求促使“云”進入移動醫療領域。通過個人可穿戴設備實時收集個人醫療健康數據,上傳云端儲存,實現慢性病的長期監測,在突發病情時由設備直接定位并傳輸至120系統,使醫生能準確掌握病情的連續變化,及時對病人進行救治。有必要時,可以在病人的授權下利用云端的數據進行疾病的大樣本研究。

4 云計算的普及存在的困難

4.1 經濟因素

云存儲的推行需要區域間各醫院、行政主管單位的聯合。即使不考慮醫生群體對新系統的學習成本,醫院也不一定愿意放棄原本已投入了大量資金的醫院系統,轉向云計算,并支付云服務和存儲的費用。在面向租戶提供云服務的同時,服務商需要制定靈活的付費方式［7］:不同的產品有不同的收費標準,例如存儲按照字節量付費的,每個月按照實際情況與醫院的信息卡和帳戶進行綁定,根據實際使用字節量進行收費;亦可以基于使用時間,根據租戶具體調動服務器的流量、帶寬和處理能力來進行付費,保證用戶使用和退訂云計算的靈活性,便利性。

4.2 數據的安全

隱私的安全難以保障一直是限制互聯網行業發展的一大因素。云計算服務的提供商是否有足夠的公信力［8］,讓醫院把數據交給他們儲存在用戶本身未知的地方。服務商會不會給自己設置優先訪問權,對用戶存儲的數據進行監聽、盜用或者販賣呢?政府主導建設的“醫療公共云”如何抵御黑客的攻擊、規范接入者的授權,如何完整記錄每一次的數據更改,避免來自醫療系統內部對于電子病歷等具有法律效益的數據的篡改?

4.3 服務的持續性和完整性

2010年3月17日Terremark公司在邁阿密的數據中心斷網了大約7個小時,在這段時間里,用戶不能訪問存儲在這個數據中心的數據。2011年4月22日亞馬遜云位于被弗吉尼亞州的云計算中心宕機,導致回答服務Quora、新聞服務Reddit、Hootsuite和位置跟蹤服FourSquare和為網絡出版商提供游戲工具的BigDoor癱瘓,故障持續了4天。

在長時間高速的運轉之下,提供云計算服務的服務器能否始終保持正常運轉?服務商的電源故障是否可以避免?用戶和服務商之間的網絡連接能否時刻保持暢通?當連接故障發生時,服務商的應對能力是怎樣的水平呢?這都是醫學領域,尤其是醫院信息系統引入云計算時需要注意和謹慎考慮的問題。

［1］沈國芳著.中國傳媒大趨勢.成都:四川人民出版社,2003.08.

［2］Boss G,Malladi P,Quan D,et al.Cloud computing. IBM White Paper,2007.

［3］皎麗麗.云計算:需求決定成敗［J］.中國信息界-e制造,2014,(12):60-63.

［4］王濤.高校圖書館區域資源共享系統政策法規建設存在的問題與對策——以江寧大學城實施圖書館聯盟以及高校圖書館聯合體為例［J］.上海高校圖書情報工作研究.2010,(04):23-26.

［5］王文琳.淺談云端教學平臺下微課程的應用及意義［J］蘭州教育學院學報,2014,30(2):105-106

［6］國家衛生部《醫院信息系統基木功能規范》

［7］馬曉亭,陳臣.基于亞馬遜AWS云服務的數字圖書館云計算基礎設施構建［J］.情報科學.2013,(01):46-51.

［8］王世偉,趙付春.企業用戶感知視角下的云計算信息安全策略研究［J］.圖書情報工作.2012,(06):29-32.