基于影像云計算的分級診療同質工作平臺的應用研究

*

基于影像云計算的分級診療同質工作平臺的應用研究

張旭①孫樹學①*

目的：為在醫聯體共建中實現“醫、教、研、管”的同質化，避免傳統合作模式而產生的資源浪費和患者受益度低的問題，結合互聯網及云計算技術實現傳統合作模式的再造。方法：在同質化共建的需求驅使下，與基層醫院間搭建一套基于影像云計算的分級診療同質工作平臺，完成基于診斷級影像的遠程閱片診斷、遠程會診、疑難病例討論以及培訓教學等業務。結果：同質工作平臺解決了兩院區在醫學業務協同中人力成本的浪費，實現優質醫療資源的合理配置，有效地帶動基層醫院醫療服務水平的提高，惠及民生。結論：遠程醫療技術實現對傳統醫聯體間合作共建模式的重構，建立標準化信息共享平臺，提升醫療資源配置效率，幫助提高基層診療服務能力，為分級診療格局的形成提供助力。

遠程醫學活動；區域影像數據中心；影像三維云處理；總體架構；功能介紹；信息技術

[First-author’s address] Department of Information, Beijing Friendship Hospital, Capital Medical University, Beijing 100050, China.

目前，我國的醫療資源總體不足，優質醫療資源普遍集中在大城市、大醫院，基層醫院對醫療資源的競爭力不足，是形成看病難和看病貴的原因之一[1-2]。2015年9月國務院辦公廳印發《國務院辦公廳關于推進分級診療制度建設的指導意見》，引導優質醫療資源下沉，形成科學合理的就醫秩序，部署加快推進分級診療制度建設[3]。在新醫改的大背景下，隨著云計算、大數據、移動互聯網和物聯網等信息技術的飛速發展，遠程醫療獲得了良好的發展契機，在醫學領域內扮演著越來越重要的角色[4]。

2016年初，首都醫科大學附屬北京友誼醫院與友誼平谷醫院結成緊密醫聯體，旨在利用其先進的醫療資源帶動建設區域醫療服務體系，探索“區辦市管”的新管理模式，為實現區域內分級診療提供保障。為解決醫院專家資源往返于基層醫院而造成大量人力、時間成本的浪費和患者受益程度低的問題，同時深化落實“兩院一科”的協同模式，建立于基層醫院間的基于影像云計算的分級診療同質工作平臺。為此，對該同質工作平臺的建設方案進行詳細闡述。

1 同質工作平臺總體架構

在現代醫學中，醫學影像在眾多疾病的診療中已經占據了不可替代的地位，隨著影像學診斷技術的不斷發展，優質的醫學影像信息可為醫師正確的診斷提供可靠依據[5-6]。遠程醫學活動中的技術難點在于開展遠程醫學活動的雙方能否獲得真實、對等的診斷級醫學影像信息的支撐[7]。針對遠程醫學的痛點和醫院的需求，形成了同質工作平臺項目的建設方案，以實現科際、院際以及院科際間的基于診斷級影像的同質化醫學協同。

在北京友誼醫院搭建同質工作平臺，采用B/ S架構，由遠程醫學平臺、影像三維云處理和區域影像數據中心等三大子系統組成，各子系統的服務器采用虛擬化解決方案配置。遠程醫學活動的順利開展依賴于異構系統間醫療數據的互聯互通[8]。因此同質工作平臺采用區域影像數據中心來整合醫院內各影像歸檔及傳輸系統(picture archiving and communication systems，PACS)/放射學信息系統(radiology information system，RIS)和遠程醫學活動中所涉及的相關數據[9]，實現院內和院外的數據交互、存儲和共享。在醫院內部，區域影像數據中心采用HL7和DICOM3.0國際標準的程序接口，通過Web Service服務實現與院內放射、內鏡、超聲、病理、心電和電子病歷等信息系統的互聯。在醫院與基層醫院間部署前置服務器，利用SDH專網實現兩端前置服務器間的通訊。友誼平谷醫院端的前置服務器與本地的各醫療信息系統采用統一標準的程序接口互聯，將結構化的影像資料、電子病歷上傳至區域影像數據中心。在此數據互聯互通基礎之上，兩院區可以開展基于診斷級影像的遠程閱片診斷、遠程會診、疑難病例討論和培訓教學等遠程醫學活動。為了有效地整合專家的碎片時間資源，同質工作平臺支持遠程移動會診(如圖1所示)。

圖1 基于醫學影像云計算的分級診療同質工作平臺總體架構圖

在區域醫療信息化領域，云計算技術的應用已較為成熟和普遍，利用“云”技術與終端機性能的無關性，在個人電腦、智能手機以及平板電腦設備上的影像會診支持高端影像三維云處理功能[10]。同時同質工作平臺具有良好的可拓展性，其他醫聯體醫院、基層醫療機構根據協同合作需要，利用專網或互聯網等多種網絡通訊方式，以相同模式復制實施，最終可建立以醫院為中心的分級診療遠程醫學體系。

2 同質工作平臺功能設計

同質工作平臺是以醫院為中心平臺，基層醫院及其他醫療機構圍繞中心形成互聯互通，利用各級醫院的影像信息，開展基于診斷級影像的遠程閱片診斷、遠程會診、疑難病例討論以及遠程培訓教學等遠程醫學活動。

2.1遠程閱片診斷業務

遠程閱片診斷業務模塊采用一體化同質工作模式，利用區域影像數據中心對兩院區影像信息的整合，建立患者主索引，醫院專家可以在同一工作站完成本院內和基層醫院的影像診斷和報告審核。同時專家可以獲得以時間軸形式展現的患者歷次影像信息，為準確診斷提供連續性依據。基層醫院醫生可以選擇性地將有學習和參考價值的首診報告和審核報告保存至區域影像數據中心，供日后調閱，其主要業務流程如圖2所示。

圖2 遠程閱片診斷業務流程圖

2.2遠程會診業務

利用區域影像中心的數據平臺支持，遠程會診可10端同時在線，進行基于診斷級影像的在線交互會診。基層醫院會診方發出會診申請，并整理上傳患者原始影像資料和電子病歷至數據中心；醫院會診中心分診醫生對會診資料進行質量控制管理后，根據會診申請與專家出診情況做出分診；應診專家如約開展實時交互式會診，出具會診報告。在會診中各方使用一體化會診系統，實現會診業務的實時同步。會診界面中的音視頻交互圖像、電子病歷文檔信息和醫學影像信息以多種展現形式打開，同時配備專業影像工作站支持對診斷級影像的常規操作和高端影像三維云處理，并能夠實現影像操作實時同步。系統支持文檔共享、文字會話和電子白板等多渠道會診協同工具，幫助模擬真實會診場景，提高會診效率。

2.2.1 會診申請

在會診申請界面，會診申請方可錄入患者人口統計學信息、會診申請信息等內容。利用與醫院現有的醫院信息系統(hospital information system，HIS)、電子病歷(electronic medical record，EMR)以及PACS/RIS的程序接口，可實現患者醫療數據的自動抽取，同時也支持手動上傳功能。

2.2.2 會診質量控制

系統支持全流程質量控制。對申請完的會診進行前質控，自動進行申請信息與醫學數字成像和通信(digital imaging and communications in medicine，DICOM)文件中患者信息的校驗，給出校驗提示報告。對新提交的會診報告進行后質控，按描述邏輯性、描述規范性、描述完整性、診斷邏輯性和診斷準確性分別予以評分，對不符合要求的會診報告做退回重修處理。

2.2.3 會診分診

醫院會診中心醫生對已經通過前質控的會診申請進行分診，依據會診申請的實際內容和專家排班的實際情況對會診進行分診。系統會在成功分診后根據會診計劃向出診專家發送短信通知。

2.2.4 診斷級影像協同

系統提供統一的影像協同工作站，以患者為主索引，將患者在北京友誼醫院和基層醫院的歷次影像信息以時間軸的形式按時間倒序排列呈現，支持全面的DICOM影像類型、全方位的圖像瀏覽操作和圖像增強處理功能。在會診中，會診各方的影像同步打開，其中一方占有操作控制權(控制權可以在會診各方自由切換)，控制方可以對影像進行圖像操作，其他會診各方均可同步看到與控制方對等的鼠標移動及圖像操作演示。

2.2.5 疑難病例討論

系統可以在醫院內部科室間、與基層醫院科室間以及兩院區間，搭建跨地域、同維度的在線虛擬疑難病例討論場景，提供一體化的病案資料上傳、組織、共享和歸檔功能，提高科際、院際和院科際的工作效率和診療水平。

2.2.6 影像三維云處理

影像三維云處理是系統的特色功能，在遠程會診業務中實現高端醫學影像三維重建和計算機輔助疾病診斷功能的無縫集成。該功能采用“云計算”架構，所有功能模塊部署在醫院同質工作平臺端，利用“云計算”的強大處理能力，減少應用終端的處理負載，進而使終端擺脫對本地硬件資源的依賴，避免了基層醫院以及其他醫聯體機構對高昂硬件設備的重復投入[11-12]。三維重建圖像具有直觀、形象及易于理解的特性，在遠程會診中可以幫助專家快速定位病灶位置，準確評價病情發展，增強會診各方的溝通效果。影像三維云處理可以提供多平面重建、容積重建、去骨、血管檢測、動態心功能分析、腦灌注分析以及影像融合等多種高端醫學影像處理功能。

2.2.7 移動會診業務

移動會診基于HTLM5技術，在WIFI、3G/4G網絡覆蓋下，專家可以使用Smart Phone、PAD等移動設備隨時隨地實現非實時遠程會診，為會診出具診斷參考建議。移動會診支持患者影像和報告信息的共享、基本圖像操作和影像三維云處理。

2.3遠程培訓教學

利用遠程培訓教學功能，醫院專家可以為基層醫院開展在線音視頻同步的培訓教學工作，并且能夠實現對培訓過程、遠程會診、疑難病例討論和手術指導等進行全方位、全過程的錄制，建立培訓知識庫，供基層醫院醫務工作者參考和學習。通過此功能可以幫助基層醫院醫務工作者拓寬診療思路、規范診療程序、獲取前沿醫療信息和診療技巧，從而達到醫院與基層醫院的學科共同發展。

3 同質工作平臺功能關鍵技術方案

3.1區域影像數據中心存儲方案

區域影像數據中心為遠程業務提供存儲服務，存儲友誼平谷醫院用于遠程閱片、診斷、會診的醫學信息(包括影像和電子病歷)和醫院上傳的診斷報告，以及用于疑難病例討論與培訓教學的醫學信息、音視頻等資料。同時，區域影像數據中心通過整合醫院院內各影像系統，實現影像信息的標準化集中存儲和全在線管理、利用，并根據需要可為醫院提供影像數據備份。區域影像數據中心采用分布式存儲，中心存儲設備部署在醫院，基層醫院的用于遠程診斷和會診的DICOM影像信息仍存儲在基層醫院端，中心端只存儲影像數據的資源定位存儲信息；醫院根據遠程業務的需要利用互聯網資源定位(uniform/universal resource locator，URL)方式調取遠端影像。分布式存儲的方式可以有效地降低硬件投入成本，減少對上下行網絡資源的占用，提高系統的安全系數[13-15]。

中心端存儲系統的部署采用在線和近線兩種存儲結構(如圖3所示)。在線存儲設備由互為鏡像的2臺磁盤陣列組成(一主一備)，通過2臺光纖交換機與虛擬化計算資源池相連，組建雙鏈路數據網絡。當主存儲出現故障時，鏡像存儲可無縫接替主存儲的業務，不僅保障了業務的連續性，更為影像數據提供可靠保護。存儲系統利用網絡存儲本身的數據保護特性對數據做存儲鏡像，在主存儲的IO寫入主卷的同時，也寫入到備份存儲中，保證兩存儲中數據的同步和(或)異步保存和數據的一致性。在線存儲采用多路徑軟件Power Path技術，支持基于數據塊、I/ O數量等高級自動負載均衡功能，提供主機到存儲陣列間多路徑的故障切換和負載均衡功能。當兩存儲設備中任意一臺損壞時，通過簡單的配置就能切換備份存儲替代主存儲支撐整體業務應用。在線存儲主要保存頻繁交互的數據，兼顧降低成本，存儲一年以內的數據。近線存儲設備選用一臺較低速的網絡存儲，通過千兆以太網與核心交換機相連接，存儲一年以外的歷史數據。

圖3 中心端存儲系統部署拓撲圖

3.2圖像壓縮處理方案

同質工作平臺要求參與遠程醫學活動的雙方都能夠獲得同質量、診斷級醫學影像信息。為了在低網絡帶寬下，能夠對較大數據量的DICOM醫學影像[16]進行低延遲無損傳輸，同質工作平臺的影像壓縮采用了JPEG2000壓縮標準。JPEG2000是基于小波變換的圖像壓縮標準，具有無損的高壓縮率、低比特速率、漸進傳輸(即先傳輸圖像的輪廓，然后逐步傳輸數據，不斷地提高圖像質量)和交互式壓縮(對任意指定圖像區域的壓縮處理)等特性[16]。借助這些先進壓縮處理特性，能夠實現電腦斷層掃描(computed tomograpphy，CT)、磁共振(magnetic resonance，MR)、數字X射線攝影(digital radiography，DR)、計算機X射線攝影(computed radiography，CR)和超聲圖像的快速遠程調閱，在4 M帶寬條件下，單幅CT影像的遠程傳輸時間＜3 s。

4 結語

通過同質工作平臺實現整合醫院內部所有影像系統，形成影像的標準化集中存儲、管理和利用，并借助網絡專線與前置服務器將基層醫院的影像系統接入平臺，實現跨區域的影像互聯互通，兩地可以完成基于診斷級影像的遠程閱片診斷、遠程會診、疑難病例討論以及培訓教學等遠程醫學活動。云技術在同質工作平臺的應用可以有效降低準入門檻，基層醫院在原有硬件設備上即可實現高端影像三維處理，提高了遠程協同的實用效果。同質工作平臺的建立，幫助醫院更好地發揮了市屬醫院在醫療服務領域的輻射帶動作用，促進了優質醫療資源的下沉，降低了合作共建中的人力資源成本，提高了基層醫院醫療服務水平，使得基層醫院所覆蓋的區域患者能夠享受到及時、可靠和優質的診療服務，同時也為將來其他醫聯體醫院的加入提供了范本。

遠程醫療技術實現對傳統醫聯體間合作共建模式的重構，利用先進的信息技術建立統一、標準化的信息協同平臺，開創多維度、多樣化的交流及合作形式，加速優質醫療資源的縱向配置，從而提高基層診療服務能力，滿足基層群眾對基本醫療服務需求，為分級診療格局的形成提供有效助力。

[1]趙杰，陳保站，李陳晨，等.面向區域醫療協同的遠程醫療綜合會診系統設計與應用[J].醫學信息學雜志，2016，37(5)：20-23，45.

[2]翟運開.面向區域醫療協同的可擴展遠程醫學教育系統設計與實現[J].醫學信息學雜志，2016，37(4)：90-95.

[3]國務院辦公廳.國務院辦公廳關于推進分級診療制度建設的指導意見[EB/OL].(2015-09-08) [2016-05-07]http：//www.gov.cn/zhengce/ content/2015-09/11/content_10158.htm.

[4]趙杰，蔡艷嶺，孫東旭，等.遠程醫療的發展現狀與未來趨勢[J].中國衛生事業管理，2014，31(10)：739-740，799.

[5]楊啟順.影像學技術在放射科的作用和現代影像質量的研究[J].臨床醫學研究與實踐，2016，1(14)：196，198.

[6]胡玉川，李振輝，崔光彬，等.我國遠程影像會診的現狀及展望[J].放射學實踐，2014(12)：1365-1367.

[7]任彥軍，李坤成，梁志剛，等.遠程醫學影像會診系統的發展狀況與質量控制[J].中國醫療設備，2013，28(6)：7-10.

[8]張曉紅，趙江霞，曹波，等.醫療聯合體區域PACS系統的建設[J].中國數字醫學，2015(6)：111-113.

[9]顧培華，趙一凡.基于健康等級7的放射學信息系統與影像歸檔及傳輸系統集成方法[J].中國醫學裝備，2016，13(4)：50-54.

[10]馬錫坤，楊國斌，于京杰，等.基于虛擬化的云計算數據中心整體解決方案[J].中國醫療設備，2012，27(12)：62-64，92.

[11]林楓，朱月蘭，孫超，等.基于云計算技術的區域醫療信息平臺研究[J].中國衛生信息管理雜志，2012，9(6)：11-14.

[12]范晨皓，何萍.基于分布式存儲的區域醫療影像系統建設[J].中國數字醫學，2014(1)：58-61.

[13]歐敏健，陳金龍.基于區域共享的醫學影像傳輸與存儲系統研究[J].大眾科技，2014(6)：150-152.

[14]周彬，蔡敏芳，孫娟，等.基于數據中心的遠程醫療協同平臺建設與實踐[J].中華醫院管理雜志，2016，32(4)：294-296.

[15]王建新，朱恩，劉文松，等.基于JPEG2000的遙感圖像感興趣區域編碼新算法及其VLSI設計[J].電子與信息學報，2016，38(4)：958-963.

[16]吳素玲.醫學數字影像通訊標準在影像設備規劃中的應用[J].中國醫學裝備，2013，10(9)：54-56.

Research on the tiered homogeneity medical work platform based on medical image and cloud computing

/ZHANG Xu, SUN Shu-xue//China Medical Equipment,2017,14(1):85-89.

Objective: In the medical cooperation, in order to realize the homogeneity of the "medical, teaching, research, management", avoid to the waste of resources and the low benefit of patients with traditional cooperative mode. So combining the Internet and cloud computing technology to realize the reconstruction of the traditional mode of cooperation. Methods: Because of the need for equivalent cooperation, Beijing Friendship Hospital set up The Tiered Medical Work Platform Based on Medical image and Cloud Computing which between Beijing Friendship Hospital and Beijing Pinggu Hospital. The Work Platform was able to provides applications such as remote reading, remote diagnosis, remote consultation, remote difficult case discussion, remote teaching, training and so on. Results: The Work Platform solved the problem of wasting of human resource cost in our hospital, and improved the allocation of medical resources, improved the level of medical service of Beijing Pinggu Hospital, made people get benefits. Conclusion: Telemedicine technology can realize the reconstruction of traditional medical cooperation mode, establish standardized information sharing platform, increase the efficiency of medical resources allocation, improve the ability of primary diagnosis and treatment services, provide assist in forming the pattern of Tiered Medical.

Telemedicine; Regional CDR of image; 3D medical image cloud processing; Overall architecture; Function introduction; Information technology

1672-8270(2017)01-0085-05

R197.324

A

2016-08-07

①首都醫科大學附屬北京友誼醫院信息中心 北京 100050

*通訊作者：sunshxue@163.com

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.01.026

張旭,男,(1987- ),本科學歷，助理工程師。首都醫科大學附屬北京友誼醫院信息中心，從事信息管理工作。