智慧醫院建設中智能云影像系統的設計與實現*

段 然，冉 杰，周來新

(陸軍軍醫大學第一附屬醫院，重慶 400038)

2018年4月國務院辦公廳發布《關于促進“互聯網+醫療健康”發展的意見》[1]，鼓勵醫療機構應用互聯網及其他信息技術拓展醫療服務空間和內容，構建覆蓋診前、診中、診后的線上線下一體化醫療服務模式。醫學影像、健康檔案、檢驗報告、電子病歷等醫療信息共享服務平臺是互聯網醫療的基礎和支撐，其中影像數據對于醫療診斷有著不可忽視的作用，70%以上的醫學數據為影像數據[2]。目前，醫院的影像數據存儲方式以物理存儲為主，并以傳統膠片為介質打印影像資料提供給患者，存在以下缺陷：(1)醫院影像檢查日益增多，需要不斷擴容以滿足數據存儲的需求，并且隨著數字化設備的不斷升級，以傳統膠片為載體的打印介質已經不足以支撐幾百甚至上千幀的原始影像數據；(2)患者需排隊取片、取報告，等待時間長；(3)影像膠片流通性低，跨院互認難；(4)影像存檔與傳輸系統(PACS)數據壓力大，使用年限久，性能降低；(5)醫生只能院內閱片，途徑單一。因此，電子化載體成為需求和趨勢。亟需建成一個有效的影像云系統平臺，促進醫院、患者、醫務人員之間的有效溝通，提升影像數據的共享互通性[3]。本團隊利用多年大型醫院的工作經驗，提出一個完整的智能云影像系統平臺解決方案，依托云平臺的安全策略和大數據服務能力，以實現醫療影像共享，最大化發揮數據價值[4]。

1 系統設計

1.1 需求分析

經過廣泛的調研、分析及討論，確定系統的具體需求包括以下幾個方面：(1)為醫院數字化醫學圖像信息的互通、共享建成一個有效的平臺，實現患者檢查檢驗報告、影像資料的全面共享。(2)建立影像服務的架構體系，連接所有醫療影像設備，實現影像數據采集和傳輸自動化、業務流數字化及數字化閱片。(3)在醫院內建立圖像及文字信息的遠程、長期、大容量、可擴展存儲體系，即影像信息集中存儲中心。(4)實現移動影像診療服務，使醫生能隨時、隨地調閱患者影像檢查信息，拓展辦公途徑，提高工作效率。(5)創建面向患者的全程電子影像檔案查詢系統，使患者通過醫院公眾號獲取原始影像資料(調閱、管理、下載、分享)，方便其保存和攜帶。(6)以自主打印、移動推送等技術取代傳統打印，降低報告打印和分發的成本及出錯概率。

1.2 系統功能和框架設計

系統設計采用新型超融合體系作為底層，以本地云PACS為核心，結合5G網絡、人工智能(AI)、云計算及存儲、數字化診斷模型等技術，全面覆蓋醫院所有影像設備，實現移動圖像共享、區域影像中心、遠程教學及遠程診療、AI輔助閱片、雙PACS備份等高層級需求功能，同時對接現有PACS、放射科信息系統(RIS)，以及智慧教學、智慧遠程會議、智慧后勤等其他智慧醫院體系平臺，實現打造以患者、臨床醫護人員為中心，醫院管理人員、放射科醫生滿意的醫學云影像系統的目標。本系統主要包括以下功能：(1)構建SaaS化云PACS，利用移動互聯、云計算、大數據、超融合、遠程醫療服務等技術和理念形成針對醫療業務的系統平臺，與現有PACS優勢互補，互為備份。(2)將全院醫療影像信息上傳至醫院影像本地云，提供網絡化、遠程化、全方位的影像服務。(3)實現PACS云化，打破辦公環境限制，任何地點、時間都可書寫影像報告；同時具備AI輔診功能，提高醫生工作效率。(4)實現幫扶醫院影像檢查的遠程會診和移動會診支持，以及專家、人才資源的共享，幫助幫扶醫院提高影像診斷質量和服務水平。(5)建設新型自助打印系統，投放自助服務設備，實現患者自助打印紙質報告、自助查詢等功能。通過本系統提升影像科服務水平和工作效率，降低科室運營成本，提升醫院服務品質和整體形象。

根據系統功能確定系統整體架構，見圖1。(1)系統與外網的交互通過本院智慧數據安全交換平臺進行，交互數據符合智慧數據安全交換平臺要求。(2)存儲資源區分為歸檔存儲和在線存儲，歸檔存儲存放1年以內的壓縮影像文件包，在線存儲區存放近6個月的未壓縮影像文件，超過6個月的文件進行刪除，若需要調閱則從歸檔存儲取回解壓到在線存儲。(3)放射設備轉發DICOM原始影像到影像采集服務器，采集應用在接收完一個檢查后，將影像文件通過萬兆帶寬傳輸給存儲服務器，存儲服務器將影像文件存到在線存儲區，并將單次檢查文件壓縮包傳輸到歸檔存儲區[5]。患者個人信息和報告信息通過RIS視圖進行獲取。(4)當影像云平臺建設成大數據存儲中心，實現影像、報告等數據集中存儲，便可在大數據存儲中心的基礎上，實現數據交換中心的功能[6]。基于數據交換，實現醫療大數據、遠程預約、遠程會診、遠程影像診斷、醫療學術、個人健康云服務、雙向轉診和AI診斷等功能。

圖1 系統架構圖

1.3 分系統設計

1.3.1數據采集

影像采集服務器是連接醫院系統(設備)和數據中心系統的橋梁，只要遵循DICOM3.0協議標準的影像設備如數字化X射線攝影(DR)、CT、磁共振成像(MRI)等，以及院內PACS都可以接入云歸檔系統。其主要實現如下功能：(1)根據DICOM標準協議從醫院PACS或放射設備上獲取原始影像信息；(2)根據DICOM標準協議從云端將歸檔影像信息傳送到醫院PACS或設備；(3)影像數據處理，包括入庫、歸檔、加密、壓縮等；(4)根據自定義協議發送影像信息到云影像中心應用集群，協同處理各類業務應用。

1.3.2存儲及歸檔

“智能云影像系統”是基于互聯網技術，實現影像在線調閱、統一管理的系統，可促進醫療信息化建設，為醫院、醫生(專家)、患者用戶提供便利[7]。其中影像云存儲及歸檔系統是整個系統的核心中樞，主要功能包括：(1)接收并驗證上傳影像和檢查信息數據，歸檔并建立檢查的唯一性索引；(2)接收工作站遞交的報告和標注的影像，并進行存儲和歸檔；(3)影像檢查的統計和管理功能；(4)通過合理的配置，與中心端的PACS實現人才、設備等資源共享；(5)按照醫療信息數據的生命周期進行存儲和備份，節省存儲成本。

1.3.3影像調閱

(1)影像應用服務器與互聯網相通，由該服務器與平臺內圖像、報告查閱服務等系統進行數據交互。(2)用戶使用設備在檢查記錄里進行報告及影像查詢。影像應用服務器收到并處理應用發出的請求調閱申請指令，系統的影像處理服務接收到調閱指令后，將數據從影像云數據中心返回到影像對外應用的服務器上。(3)用戶查看指定的影像并做相應的后續處理。

2 系統實現

“智能云影像系統”在醫院原有的信息化資源基礎上，以醫院、醫生(專家)、患者為中心，主要提供以下服務：(1)影像存儲、影像刪除、影像回溯、數據監管及數據自控；(2)3D影像瀏覽、遠程會診、移動診療、影像教學、科普教育；(3)報告影像調閱、自助打印、影像分享、影像咨詢、影像下載等。平臺結構見圖2。系統從下到上分為5層，最底層為設備和子系統，往上依次為接口層、應用層、服務層、用戶層。此外，本系統可以進行統一平臺管理、角色權限管理、平臺數據可視化智能運維、日志管理和數據備份，實現系統管理與維護功能。

圖2 智能云影像系統結構圖

3 系統優點

3.1 全醫療影像設備支持

系統支持從多種醫療設備獲取影像數據，實現全醫療影像設備支持，放射、超聲、內鏡、病理、心電等影像數據都能被采集上傳至系統供患者調閱使用，患者可一站式獲取各種檢查結果數據[8]。

3.2 平臺數據可視化

可視化方式直觀地顯示各項運維與管理數據、業務數據，提供直觀智能的決策場景體驗。(1)運維與管理數據包括：設備種類、設備數量、設備狀態、系統狀態、系統性能指標數據、安全日志、運維日志等運維數據，以及檢查人次、檢查時段、影像類型、年齡分布、拍攝部位、性別比例等管理數據。(2)業務數據包括：影像數據、影像會診數、打印報告的總量、今日影像、今日影像會診、今日報告的數量等。各項數據實時統計和呈現，并可通過時間維度、類型維度等進行對比、分析。

3.3 AI篩選上云+輔診

隨著AI技術的不斷發展，在各個行業、領域應用廣泛。本系統主要將AI技術應用到醫學影像圖像的篩選上傳和輔助診療[9]。(1)AI智能篩選上傳：隨著技術的進步，影像設備不斷升級，圖像質量提高、數量增多，占用空間大。其中無效冗余圖像既浪費空間，又影響系統性能，通過AI篩選技術可有效改善該問題，系統判斷篩選自動化則更高效、更準確，可提高原始圖像的可用性，減輕影像技師的工作負擔。(2)AI輔助診斷：以醫學知識為基礎，在影像診療中結合計算機技術、圖像處理技術和AI，可實現自動識別并標記可疑結節，輔助醫生進行影像篩查、診斷，自動生成標準圖文報告，有利于加快診療速度，提高診療的精度，緩解醫生的閱片壓力[10]。

3.4 移動診療

目前，影像科醫生只能在院內PC端進行影像調閱、書寫報告等工作。通過本系統中的Web版或APP報告功能，可實現移動診療，拓展醫生辦公途徑。經過管理平臺統一管理授權后，在任何時間、地點，醫生均可調閱查看影像信息，收藏保存特殊案例，書寫、審核、修訂院內報告(通過集成回寫到院內RIS)，遠程影像會診及回復患者咨詢等。

3.5 遠程綜合服務

本系統對接智慧教學平臺、遠程會議系統，提供綜合遠程服務，服務內容包含：遠程影像會診、遠程教學、遠程會議。(1)遠程會診：通過系統遠程影像會診功能與幫扶醫院開展遠程會診，實現優質醫療資源下沉，提高幫扶醫院的醫療服務水平[11]。(2)遠程教學：系統對接醫院智慧教學平臺，實習醫生、學生等可通過平臺在線觀看專家遠程視頻直播教學，拓展學習途徑。(3)遠程會議：系統對接醫院會議系統，提供遠程會議功能。

3.6 影像質控

系統支持影像質控功能，通過規范攝片和診斷報告，提升影像科的工作質量[12]。目前本院在影像部分沒有相關質控流程。影像科質控審核人員可在本系統平臺中選擇一段時間內的數據或抽取數據(報告將隱去患者和醫生信息)，按規范進行質控評分[13]，并根據評分結果提出整改意見。相關人員可查詢評分結果和整改意見，并進行整改和反饋。

綜上所述，智能云影像系統功能具有創新性、功能豐富兩大特點，且本方案設計立足于醫院實際使用環境，具有較高的可行性和普適性，對于云影像系統的建設有較大的參考意義。