基于SOA的區域影像輔助診斷平臺架構設計與研究

陳平，帥仁俊，劉洪麟，蘇逸飛

1.南京市衛生信息中心，江蘇 南京 210003；2.南京工業大學 計算機科學與技術學院，江蘇 南京 211816

引言

目前醫療數據中有超過90%來自于醫學影像學，而醫學大數據的開發中卻嚴重缺乏影像數據的應用[1]。建立實用共享的區域影像輔助診斷平臺是我國衛生信息化的建設重點，也正是醫學影像學大數據開發與應用的最好時機。我國的區域影像中心建設始于2006年前后，比較典型的有上海申康醫院發展中心的區域醫學影像數據中心，上海交大附屬瑞金醫院集團化醫院的聯網PACS系統，海南省的區域性PACS數據中心等[2]，這些區域影像診斷平臺都是滿足基本影像診斷、資料共享的應用，還沒有成熟運行模式。當前國內尚沒有利用影像大數據開發建立標準化診斷體系為目的區域影像診斷平臺[3]。

1 總體目標

在南京市區域影像中心的建設下，通過攻克醫學影像區域互聯等關鍵技術，構建區域影像輔助診斷平臺，建立市—區縣—鄉鎮醫療機構多級在線的集成式診療服務模式，研究支持醫學影像遠程診斷的標準體系，完善市內各級醫療機構內的影像業務系統（包括PACS/RIS系統），實現各類醫學影像及相關臨床數據的統一、規范的數字化采集、存儲、傳輸、共享和管理，實現市內各級醫療機構之間醫學影像信息的跨機構再利用，減少患者的重復檢查，提高診斷效率和服務質量，并為遠程會診提供技術支持[4]。

2 建設原則與內容

2.1 建設原則

（1）確保系統架構完整性和適應性，須在全面了解需求的前提下，進行整體規劃。強調“統一規范、統一標準、統一接口”。采用符合國際、國家標準的軟件，遵循有關技術規范體制，使系統具有靈活的互聯能力[5]。

（2）必須具備良好的靈活性和可擴展性，能夠支持多種網絡的傳輸和多種的物理接口，保證設備升級、更新的靈活性，能夠根據今后業務的不斷擴大的需要，擴展所需的容量和用戶數。軟件系統具有良好的可移植性、可擴展性，保證在將來發展中迅速采用最新出現的技術，降低系統成本。

（3）采用軟件工程規范管理從需求分析、概要設計、詳細設計、編程、測試、安裝調試、維護、升級等完整軟件生命期，確保系統在南京市范圍內成功實施和全面應用[6]。

2.2 建設內容

（1）按照國家、江蘇省、南京市關于區域影像診斷平臺的建設要求，構建平臺基礎組件（注冊服務等）和用于數據交換的網關服務組件，并對數據的傳輸情況以及平臺的運營情況進行質量監控管理和分析，并建立一套統一的技術標準體系[7]。

（2）為更好地實現南京區域內影像數據的交互與共享，同時為保障影像數據流轉安全性，平臺需要提供數據的標準化接口，以方便未來與南京市各醫療機構影像系統、區級影像中心平臺、市級衛生信息平臺、CA中心系統、南京市便民APP等系統對接[8]。

（3）支持重復檢查提醒和規則設置（若該患者近期有同類型檢查，系統將自動提示，且可調閱當時檢查報告和圖像）。

3 區域影像輔助診斷平臺架構設計

3.1 基于SOA的區域影像輔助診斷系統架構

SOA（面向服務架構）是一個組件模型，它將應用程序的不同功能單元（稱為服務）通過這些服務之間定義良好的接口和契約聯系起來。接口是采用中立的方式進行定義的，它應該獨立于實現服務的硬件平臺、操作系統和編程語言。這使得構建在各種各樣的系統中的服務可以以一種統一和通用的方式進行交互[9]。

區域影像輔助診斷系統總體架構自底向上由4個部分構成，分別為數據服務、支撐服務、應用服務和門戶服務。該架構采用以平臺集中為主的層次化分布架構模式，通過對區域影像信息的集成和共享，實現便捷的管理與高效的信息資源共享。針對影像數據的特點，設計基于云計算的網絡化在線影像處理及分析引擎，并基于互聯網、專線等各種網絡環境下的多地域、多場地的實施三維后處理應用，實現分級影像處理。通過遵循標準化的業務流程、管理模式與規范，構建基于SOA的應用系統架構，提供標準化的信息模型與服務接口[10]。系統架構，見圖1。

圖1 區域影像輔助診斷系統總體架構

（1）數據服務。提供基于SOA的區域影像信息集成與共享服務，包括影像信息資源的存儲與整合、數據檢索與處理等服務。實現高效的區域海量影像信息的集成與共享。消除信息孤島，實現分布數據源的統一管理，所有上層應用服務都可以使用統一的方式進行數據訪問。其中中心數據庫系統設計，不單純是一個核心數據庫的構建，應將核心數據庫的數據存儲模型、數據采集/交換模型、數據發布模型作為一個有機的整體進行設計。研究建立數據庫的XML引擎，實現海量數據的高效、易維護的XML處理。平臺采用性能強的FC磁盤存儲在線數據，以容量大、價格較低的SAS和SATA磁盤陣列存儲近線數據。另外，在配以磁帶庫或光盤塔，用于離線備份數據。

（2）支撐服務。向影像診斷信息化應用服務提供服務支撐，主要包括用戶管理、訪問控制、信息交換等。基于SOA技術，集成數據服務和支撐服務構成區域影像輔助診斷信息化總體架構，為應用服務提供支撐[11]。區域衛生信息綜合系統采用基于SOA信息服務總線的總體架構，提供了服務安全網關和事件交互服務，實現與社區服務中心/服務站、醫院等異構業務應用的集成，從而實現系統整合與信息交換[12]。

（3）應用服務。以影像數據信息資源為核心，在信息系統總體架構內，采用集中的管理，面向居民、醫療機構和政府部門提供影像診斷、影像挖掘和管理等應用服務。其中管理服務是基于區域影像輔助診斷平臺的重要應用功能，利用區域影像數據交換平臺采集到的各類數據，借助數據分析、綜合展示工具等多種技術手段，實時、動態、多維度地分離、利用和展示影像相關數據，為領導的管理、決策提供信息支撐。

（4）門戶服務。支持各種用戶角色的多種不同方式的接入服務，并實現相應的授權訪問控制機制。平臺為社會公眾提供Web接入，患者可以調閱自己的診斷報告、診斷圖片和相關診斷信息。授權用戶（醫療機構、專家）可在醫生診斷工作站（RIS）內刷新病人列表，從平臺中心端獲取相關病人信息、申請信息與檢查影像，并根據檢查影像完成相關診斷。若患者近期有同類型檢查，醫生可以在智能提醒模塊中直接調閱當前病人的歷次報告和影像，避免重復檢查，提高診斷效率。同時平臺還提供了相應的借口，為醫療機構和政府部門提供各種衛生信息化應用服務。

3.2 區域影像輔助診斷系統實體交互模型

實體交互模型，見圖2。通過采用SOA技術實現信息的交互與服務訪問，實現信息資源的集成與共享。實現市、服務中心/服務站的集成與信息交換，當外部系統調用發送（接收）接口，則會觸發數據交換任務執行發送（接收）數據，實現可靠的實時業務信息和管理信息交換。平臺提供一種基于Web Service服務的數據共享和交換的接口。接口定義了消費者和提供者之間的程序性的訪問約定，一個服務接口必須含有該服務的身份、該服務的輸入和輸出數據的細節以及與該服務的功能和目標有關的元數據，以便能實現各業務系統的數據交換和共享。

圖2 區域影像輔助診斷系統實體交互模型

3.3 區域海量影像數據的集成與交互

平臺采用集中與分布相結合的數據存儲模式，對于用戶經常訪問的數據采集到區域數據中心，進行集中式管理。對于臨床影像文檔，由于信息量較大，若建立集中式的區域性臨床影像文檔數據中心將導致巨大的資金投入和高昂的運行維護代價，故采用分布式存儲[13]。基于SOA的區域衛生海量信息集成交互平臺，見圖3。

圖3 區域衛生海量信息集成交互平臺

區域影像輔助診斷平臺實現數據集成服務、接入服務、總線服務等核心整合服務。該平臺采用星形結構，以前置交換服務器為中心，通過各種適配器與現有的系統通信交換數據。前置交換服務器以不影響原有系統的正常運行為原則，提供開放的交換接口和通用的各種適配器接入原有系統，接口類型包括：HTTP/Web Services、JMS、EJB等。數據集成服務屏蔽異構、分布式數據環境，如Oracle、SQL Server、DB2等，對外提供統一的數據訪問方法；形成各應用系統統一的數據視圖[14]；建立通用數據交換引擎，實現各業務數據庫之間的信息交換。接入服務屏蔽被集成系統所采用的具體技術及其實現方式，以適配器的方式實現各異構影像信息系統的集成接入，被集成系統之間的信息交互載體為XML，通過消息機制建立XML的交換通道[15]。總線服務通過XML消息隊列（或HL7消息隊列）、HL7解析器實現集成平臺與接入系統之間的輕松耦合；業務流程定義（路由）實現被集成系統之間的交互流程，控制服務流程的流轉[16]。

4 南京市目前應用現狀

南京市衛生信息中心以鼓樓醫院為業務中心，于2014年9月建成南京市遠程醫學會診中心。試運行階段，鼓樓醫院心內科、神經內科等專家已與建鄴區濱湖社區衛生服務中心、新疆伊寧市人民醫院等進行了約60余次的遠程影像會診，達到了預期效果。項目以徐莊移動機房為中心建立了覆蓋南京地區的衛生專網，接入包括全市的二級以上醫院及全市的社區衛生服務機構。衛生專網主要用于醫療衛生信息數據的交互和共享，衛生專網二期工程正在建設，預計2017年底將覆蓋示范區內50%的衛生服務機構。本架構在南京開展的示范應用，受益人數已經達到100萬以上，集成并形成了30TB以上的衛生信息資源庫。預計在2018年將覆蓋南京400多家醫療衛生單位，使受益人數達到300萬以上，并形成100TB以上的衛生信息資源庫。

南京市將建設更完善的市遠程影像診斷平臺及系統，以跨域性一體化協同應用為重點，加快推進全市各大醫院的接入。未來將突破地域限制，既要與北京、上海等國內外知名醫院已有遠程醫學平臺融合對接，最大限度地利用發達地區的醫療衛生資源，提高我市的醫療技術水平；又要對接南京郊區、南京都市圈城市和新疆、西藏等地，發揮我市優質醫療資源的優勢，提高基層和邊遠地區的醫療技術與服務水平，為這些地區的群眾提供更優質、更智能化、更人性化的遠程醫學服務。

5 討論

本文提出的區域影像診斷輔助平臺的架構在南京的示范應用，能夠促進南京地區醫學影像診斷水平的提高，創新醫學影像診療服務模式，推動區域醫學影像不同層級醫院協同，優化醫學影像資源配置，具有顯著的社會效應。同時，通過構建南京醫學影像診斷中心的管理和運行機制，確保其可復制、可推廣、可擴展、可提升。

該架構的研究成果對于推動建立符合我國國情的基本醫療衛生制度這一現實而又重大的任務具有重要的應用價值。其中包含了區域醫學影像診斷所需的規范化、標準化的軟件支撐平臺以及相關關鍵技術，并提供了整體解決方案，構建了應用示范平臺，形成了全國區域影像診斷平臺建設的實踐環境和實證基地。

[1] 范晶,姜天一.遠程醫療政策解讀[J].中國衛生,2015,(5):26-27.

[2] 王娜.醫院PACS/RIS系統的建構與實現[D].濟南:山東大學,2014.

[3] 陳小康,戴春林,沈婷.蘇州市區域影像平臺成效分析與評價[J].中國數字醫學,2014,9(1):96-98.

[4] 江和.數字醫院PACS系統的設計與實現[D].成都:電子科技大學,2012.

[5] 唐凱,管世俊,黃釗,等.區域醫療信息化中的醫療數據交換平臺[J].醫療衛生裝備,2010,31(5):35-37.

[6] 楊燕,陳功,沈宮建,等.醫療數據交換平臺在醫院信息化中的應用[J].中國醫療設備,2011,26(8):38-42.

[7] 徐夢丹,李健魁,黨麗娟.信息資源規劃在提高我國藥品應急保障水平上的應用探討[J].中國醫藥導報,2010,7(19):173-175.

[8] 梁志剛,周永新,李坤成.基于PACS的遠程醫學影像會診系統的初步探索[J].中國醫療設備,2013,28(6):11-13.

[9] 詹錦川,朱軼峰,閔新力,等.基于SOA的農業市場信息服務整合[J].河北農業科學,2009,13(7):153-155.

[10] 陳建福,林亞忠,陳加強.基于SOA架構新門診醫生工作站的研究與實現[J].微型電腦應用,2017,33(6):3-7.

[11] 劉子君.一種基于服務總線的圖像傳輸方法[J].現代導航,2017,8(3):229-234.

[12] 夏純中,宋順林.實時企業服務總線的研究與設計[J].計算機工程與設計,2012,33(3):951-956.

[13] 劉秋彤.基于云平臺的分布式醫學影像數據存儲技術的研究與應用[D].貴陽:貴州大學,2016.

[14] 陳彬彬.區域醫學影像數據存儲系統研究[J].軟件導刊,2013,12(9):125-127.

[15] 孔令波,唐世渭,楊冬青,等.XML數據的查詢技術[J].軟件學報,2007,18(6):1400-1418.

[16] 徐鵬,謝曉芹,王克宏.基于XML數據字典的元數據對象分級控制模型的研究[J].計算機科學,2002,29(9):116-118.