醫(yī)學(xué)動態(tài)影像平臺建設(shè)與應(yīng)用

孫碧海 陳 巧 劉紅坡 肖 紅

(中日友好醫(yī)院信息技術(shù)和管理部 北京 100029) (中日友好醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科北京 100029) (深圳銳取信息技術(shù)股份有限公司 深圳 518057)

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醫(yī)學(xué)動態(tài)影像平臺建設(shè)與應(yīng)用

孫碧海 陳 巧 劉紅坡 肖 紅

(中日友好醫(yī)院信息技術(shù)和管理部 北京 100029) (中日友好醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科北京 100029) (深圳銳取信息技術(shù)股份有限公司 深圳 518057)

首先提出手術(shù)示教系統(tǒng)現(xiàn)存的問題，然后介紹醫(yī)學(xué)動態(tài)影像的范圍及統(tǒng)一管理的必要性，提出醫(yī)學(xué)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(yīng)用情況及未來的發(fā)展。

手術(shù)示教系統(tǒng)； 醫(yī)學(xué)動態(tài)影像； 平臺建設(shè)； 應(yīng)用

1 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，人們對醫(yī)院的醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量提出了越來越高的要求。外科手術(shù)是醫(yī)院治病救人的關(guān)鍵業(yè)務(wù)組成部分，需要大量具有臨床經(jīng)驗的醫(yī)生和護(hù)士，醫(yī)院通常需要通過手術(shù)教學(xué)來培養(yǎng)廣大實習(xí)醫(yī)生。而傳統(tǒng)的現(xiàn)場手術(shù)示教因為手術(shù)室空間有限，容易給潔凈手術(shù)室?guī)砦廴?，而且會對手術(shù)中的醫(yī)生造成干擾，已不能適應(yīng)醫(yī)院的現(xiàn)實需求，因此需要設(shè)計開發(fā)相應(yīng)的手術(shù)示教系統(tǒng)。手術(shù)示教系統(tǒng)是[1]利用多媒體技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對傳統(tǒng)的手術(shù)教學(xué)過程進(jìn)行數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化改造，實現(xiàn)了手術(shù)過程影像和語音雙向的實時遠(yuǎn)程傳輸和儲存，從而改變了傳統(tǒng)外科教學(xué)模式，同時外科學(xué)術(shù)活動內(nèi)容也變得更加生動和豐富。目前，越來越多的醫(yī)院已經(jīng)建設(shè)了手術(shù)示教系統(tǒng)[2]，在日常外科教學(xué)和學(xué)術(shù)活動中發(fā)揮著重要的作用；但隨著應(yīng)用的深入，手術(shù)示教系統(tǒng)在管理和與其他信息系統(tǒng)整合方面表現(xiàn)出較為明顯的短板，無法融入到醫(yī)院整體信息化建設(shè)。本文從手術(shù)示教系統(tǒng)現(xiàn)存問題出發(fā)，通過分析比較，提出相關(guān)解決方案，采用實例的方式介紹方案的應(yīng)用和未來的發(fā)展。

2 手術(shù)示教系統(tǒng)現(xiàn)存問題

2.1 手術(shù)示教系統(tǒng)的優(yōu)勢和種類

目前，市場上的手術(shù)示教系統(tǒng)大多選用基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)那度胧戒洸シ?wù)產(chǎn)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(qiáng)、設(shè)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(yīng)用的解決，如手術(shù)過程的同步錄制、同步直播等，可以根據(jù)實際需求，選擇分布式產(chǎn)品[大致分為編碼器(端)、媒體服務(wù)器、解碼器(端)3部分，彼此間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接]，也可以選擇一體機(jī)(一種集錄制、直播、點播等功能為一體的單機(jī)設(shè)備)，只要網(wǎng)絡(luò)通暢，實際應(yīng)用就能夠開展，顯示出較強(qiáng)的靈活性和便捷性。

2.2 存在的問題

但隨著應(yīng)用的深入，單個應(yīng)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(guān)聯(lián)患者信息，再次調(diào)閱某一資源文件特別費(fèi)時耗力。(2)媒體服務(wù)器(錄播服務(wù)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(quán)限設(shè)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(wù)資源，如通道，無法實現(xiàn)可授權(quán)的獨(dú)立應(yīng)用，即各通道資源獨(dú)立管理和應(yīng)用，從而造成可用資源的閑置。(5)缺少開放且標(biāo)準(zhǔn)的接口，較難實現(xiàn)與現(xiàn)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(shù)麻醉信息系統(tǒng)。(6)其他管理問題，如設(shè)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(dāng)前手術(shù)示教系統(tǒng)的常見問題，如果不突破現(xiàn)有系統(tǒng)的架構(gòu)，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(yīng)用。

3 醫(yī)學(xué)動態(tài)影像及平臺解決方案

3.1 醫(yī)學(xué)動態(tài)影像簡介及統(tǒng)一管理的必要性

3.1.1 醫(yī)學(xué)動態(tài)影像 醫(yī)學(xué)動態(tài)影像,有別于傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)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(jié)果記錄方式。醫(yī)學(xué)動態(tài)影像比靜態(tài)影像包含更多的信息，且表現(xiàn)形式更直觀；但所需的存儲空間比靜態(tài)影像要大數(shù)倍甚至數(shù)十倍，分析處理難度較大。目前，醫(yī)學(xué)動態(tài)影像來源廣泛，如手術(shù)過程、各類影像檢查(B超、內(nèi)鏡、數(shù)字減影檢查等)、各類教學(xué)培訓(xùn)過程、患者宣教電子資源等，可以說所有服務(wù)于醫(yī)療活動的動態(tài)影像均可包括在內(nèi)。

3.1.2 統(tǒng)一管理的必要性 醫(yī)學(xué)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(diào)閱等基本待解決的問題。按照一般的建設(shè)思路，勢必依據(jù)來源、用途、適用范圍等，分別建設(shè)多套系統(tǒng)來滿足不同應(yīng)用的需求,但多套系統(tǒng)的建設(shè)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(xué)動態(tài)影像的管理，應(yīng)該采用統(tǒng)一的方式解決存儲、傳輸、調(diào)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(yīng)用需求，最終實現(xiàn)統(tǒng)一的管理和應(yīng)用。

3.2 平臺化解決方案的提出與設(shè)計

3.2.1 方案的提出 醫(yī)學(xué)動態(tài)影像管理存在與靜態(tài)影像相類似的基礎(chǔ)問題，即存儲、傳輸、調(diào)閱等。醫(yī)學(xué)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(nèi)鏡檢查影像管理也采取了類似的解決方案。借鑒醫(yī)學(xué)靜態(tài)影像管理的成熟經(jīng)驗，醫(yī)學(xué)動態(tài)影像管理至少應(yīng)該分為兩大部分：第1部分，主要實現(xiàn)存儲、傳輸、調(diào)閱等管理，為具體應(yīng)用提供基礎(chǔ)服務(wù)；第2部分，依據(jù)不同的應(yīng)用需求，設(shè)計開發(fā)符合業(yè)務(wù)流程管理的具體應(yīng)用系統(tǒng)。依據(jù)以上思路，醫(yī)學(xué)動態(tài)影像管理應(yīng)采用平臺化解決方案。

3.2.2 平臺架構(gòu) 手術(shù)示教系統(tǒng)解決方案雖然是醫(yī)學(xué)動態(tài)影像管理的一個特例，但是基本解決了醫(yī)學(xué)動態(tài)影像管理中最基本的問題，如果將其系統(tǒng)架構(gòu)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(kuò)展性。經(jīng)過重新設(shè)計規(guī)劃，提出了架構(gòu)的平臺化解決方案，見圖1。

圖1 醫(yī)學(xué)動態(tài)影像平臺架構(gòu)

從圖1可以清楚地看到，該平臺方案架構(gòu)可分為5層：物理層、服務(wù)層、管理層、接口層和應(yīng)用層。物理層主要由具體的硬件設(shè)備組成，包括編碼前端、服務(wù)器及大容量存儲和解碼終端，這些硬件構(gòu)成平臺服務(wù)和管理的物理基礎(chǔ)；服務(wù)層向管理層提供3個最基本也是最核心的服務(wù)：錄制、直播和點播服務(wù)；管理層則立足于各種基礎(chǔ)管理，管理和協(xié)調(diào)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(biāo)準(zhǔn)(或定制)的開放接口組成，成為聯(lián)系具體應(yīng)用和下層基礎(chǔ)服務(wù)和管理的橋梁；應(yīng)用層即針對具體應(yīng)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(wù)層、管理層和接口層構(gòu)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(yīng)用層的多樣性，卻充分反映出解決方案廣泛的適應(yīng)性和擴(kuò)展性。

3.2.3 平臺解決方案的優(yōu)勢 采用如圖1所示架構(gòu)進(jìn)行手術(shù)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(xiàn)如下：(1)服務(wù)能力與提供服務(wù)的物理硬件設(shè)備數(shù)量呈線性正相關(guān)，服務(wù)能力的可擴(kuò)展性大大增強(qiáng)，可以滿足更大服務(wù)性能要求的應(yīng)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(kuò)展性和影像資料數(shù)據(jù)存儲的可靠性。(3)將資源調(diào)度管理與用戶權(quán)限管理相結(jié)合，實現(xiàn)了可用資源的“細(xì)粒度”管理，提高了資源利用率。(4)將用戶權(quán)限“粒度”減小，從而提高了用戶資源訪問的安全性。(5)采用標(biāo)準(zhǔn)化(或定制)接口，使更多個性化的應(yīng)用層信息系統(tǒng)可以方便、靈活地實現(xiàn)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(qiáng)的服務(wù)性能、更精細(xì)的管理和更廣泛的應(yīng)用推廣適應(yīng)性，是解決當(dāng)前醫(yī)學(xué)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(xiàn)

3.3.1 對系統(tǒng)的改進(jìn) 依據(jù)平臺化解決方案的思路，筆者對醫(yī)院現(xiàn)有的分布式手術(shù)示教系統(tǒng)做了如下改進(jìn)：(1)將直播和點播服務(wù)從單一錄播服務(wù)器功能中獨(dú)立出來，分別移植到兩臺獨(dú)立的PC服務(wù)器上，錄播服務(wù)器僅保留錄制服務(wù)的功能，可使對應(yīng)服務(wù)變得更可靠。(2)設(shè)立管理服務(wù)器，實現(xiàn)可用資源的靈活調(diào)配和安全管理，提高資源利用率。(3)新增服務(wù)節(jié)點配置功能，如直播節(jié)點、點播節(jié)點，相關(guān)服務(wù)能力的擴(kuò)展，可簡化為服務(wù)節(jié)點數(shù)量的增加(服務(wù)硬件也可能作相應(yīng)增加)，用戶更容易理解和操作。(4)細(xì)化通道資源管理，用戶或某一具體應(yīng)用可授權(quán)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(yīng)用的并發(fā)應(yīng)用。(5)將現(xiàn)有系統(tǒng)及用戶權(quán)限進(jìn)行拆分和分類，重新進(jìn)行組合，實現(xiàn)不同用戶角色權(quán)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(quán)訪問的安全性。

3.3.2 教育培訓(xùn)資源管理平臺的開發(fā) 在以上改進(jìn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合醫(yī)院臨床帶教[5]演示培訓(xùn)和繼教學(xué)習(xí)[6]的需求，筆者開發(fā)上線了一個具體的應(yīng)用——教育培訓(xùn)資源管理平臺，實現(xiàn)了課程計劃發(fā)布、講課過程自動錄制和授權(quán)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(xùn)教學(xué)視頻，能針對任何課程展開討論和答疑，使教學(xué)過程不再局限于課堂本身，有效提高了教學(xué)效果。護(hù)理操作培訓(xùn)視頻的反復(fù)回顧觀看和在線交流，能明顯促進(jìn)臨床階段實習(xí)學(xué)生的要領(lǐng)掌握，降低實踐操作的失誤率，使臨床帶教質(zhì)量明顯提升。該平臺除用于護(hù)理帶教學(xué)習(xí)外，還可以滿足醫(yī)院內(nèi)其他人員的在線繼教學(xué)習(xí)要求，使更多的醫(yī)療培訓(xùn)資源得以分享。

平臺化改進(jìn)方案實現(xiàn)了原有手術(shù)示教系統(tǒng)通道資源的獨(dú)立，僅需從8通道錄播服務(wù)器中分配出1個通道資源，即可滿足教育培訓(xùn)資源管理平臺管理和應(yīng)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(yīng)用，如圍手術(shù)期影像管理、B超檢查影像管理、內(nèi)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(jié)語

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

面也發(fā)揮了很大的作用。手術(shù)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(jìn)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(yīng)用前景將堪憂，因此手術(shù)示教系統(tǒng)建設(shè)走平臺化道路是其未來的必然選擇。目前，醫(yī)學(xué)動態(tài)影像平臺的建設(shè)還處于起步探索階段，將會遇到很多技術(shù)難題需要不斷突破，如編碼效率、存儲備份[9]策略、服務(wù)性能提高、交互接口標(biāo)準(zhǔn)化[10]等，其建設(shè)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(xué)動態(tài)影像平臺化建設(shè)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(shù)字化手術(shù)觀摩示教系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2011，26(9):52-54.

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8 孫碧海,張曉祥,胡彬,等.醫(yī)院手術(shù)室數(shù)字轉(zhuǎn)播的設(shè)計與實現(xiàn)[J].中國數(shù)字醫(yī)學(xué),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