基于云平臺的醫(yī)學(xué)影像學(xué)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

徐迎迎,朱向明,趙 峰,劉表虎,趙富江,袁 權(quán)

皖南醫(yī)學(xué)院:1弋磯山醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科;2醫(yī)學(xué)信息科,安徽 蕪湖 241001

基于云平臺的醫(yī)學(xué)影像學(xué)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

徐迎迎1,朱向明1,趙 峰2,劉表虎1,趙富江2,袁 權(quán)2

皖南醫(yī)學(xué)院:1弋磯山醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科;2醫(yī)學(xué)信息科,安徽 蕪湖 241001

根據(jù)醫(yī)學(xué)影像學(xué)的教學(xué)特點,運用Vmware Vsphere Client云平臺技術(shù),設(shè)計了一套能實現(xiàn)醫(yī)院信息系統(tǒng)(HIS)、影像歸檔和通信系統(tǒng)(PACS)及醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)之間信息傳遞與交互的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng).該系統(tǒng)能遠(yuǎn)程在線學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程在線考試、遠(yuǎn)程在線評分,具有較高的推廣應(yīng)用價值.

云平臺;醫(yī)學(xué)影像學(xué);遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng);開發(fā)與應(yīng)用

《醫(yī)學(xué)影像學(xué)》是一門以解剖學(xué)為基礎(chǔ)的綜合性學(xué)科,其教學(xué)的展開建立在龐大的影像圖像的基礎(chǔ)之上,學(xué)生須在不斷接觸影像圖像的過程中才能提高自身的分析診斷能力。為了獲取教學(xué)用影像圖像,傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)基本采用書本聯(lián)合影像膠片、多媒體幻燈片的方式進(jìn)行,數(shù)據(jù)較為陳舊且操作復(fù)雜,教學(xué)質(zhì)量不高,教學(xué)與臨床實踐不能有效銜接,難以滿足現(xiàn)代教學(xué)要求。在此背景下,更加實時化、便捷化的網(wǎng)絡(luò)影像教學(xué)模式因其所具有的數(shù)據(jù)更新較快、操作更為便捷的優(yōu)勢,正不斷發(fā)展成為現(xiàn)代影像教學(xué)研究的新熱點。該研究基于云平臺技術(shù),建立起遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng),旨在為師生提供一個良好的學(xué)習(xí)交流平臺。

1 系統(tǒng)開發(fā)

1.1 開發(fā)目的

基于Internet、Dotnet 3.5框架和Vmware Vsphere Client云平臺,依托附屬醫(yī)院PACS平臺及其軟硬件網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,構(gòu)建和應(yīng)用醫(yī)學(xué)影像學(xué)遠(yuǎn)程數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng),實現(xiàn)附屬醫(yī)院的醫(yī)學(xué)影像學(xué)信息資源在高校醫(yī)學(xué)影像學(xué)實驗實訓(xùn)中心共享。

1.2 開發(fā)方法

1.2.1 硬件及軟件影像資源的傳輸采用虛擬局域網(wǎng)技術(shù);PC應(yīng)用環(huán)境采用WindowsXP Professional操作系統(tǒng);應(yīng)用Vmware Vsphere Client構(gòu)建教學(xué)云平臺;學(xué)?？蛻舳瞬捎米灾餮邪l(fā)的醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng);影像數(shù)據(jù)庫采用Microsoft SQL Server 2008;應(yīng)用Image Server存儲PACS影像;HIS系統(tǒng)由杭州創(chuàng)業(yè)研發(fā)。

1.2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)之間的通訊遵循HL7(健康信息第七層協(xié)議),主要用于醫(yī)療機(jī)構(gòu)之間數(shù)據(jù)信息的交換,是HIS與PACS之間交互的前提和保障[1]。若交互的信息為圖片、表格等復(fù)雜信息,則須運用XML可擴(kuò)展標(biāo)記語言技術(shù)[2]。運用Web Service技術(shù),采用SOAP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,通過Https將醫(yī)院遠(yuǎn)程教學(xué)服務(wù)器、醫(yī)院PACS服務(wù)器以及各科室信息系統(tǒng)互通構(gòu)建一個信息交互串聯(lián)體,用于典型信息數(shù)據(jù)的交流共享。SOAP(簡單對象訪問協(xié)議):運用Https發(fā)送XML格式的信息,即把XML轉(zhuǎn)化為請求和響應(yīng)編碼模式[3]。影像圖像的采集、存儲、傳輸采用醫(yī)學(xué)數(shù)字影像通訊標(biāo)準(zhǔn)Dicom 3.0。

1.2.3 資源傳輸VLAN的搭建購置一對電信專用的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備,布置一條光纜連接附屬醫(yī)院與學(xué)校,其聯(lián)網(wǎng)速率高、傳輸性能好,并且已經(jīng)調(diào)試通過、正常運行,能將醫(yī)院的信息安全、快捷地傳輸?shù)綄W(xué)校供教學(xué)使用。

1.2.4 遠(yuǎn)程視頻教學(xué)設(shè)備的構(gòu)建在附院和學(xué)校影像教學(xué)實驗室分別部署了一套模擬教學(xué)通訊設(shè)備,如高清數(shù)字?jǐn)z像頭、高清顯示屏、編碼解碼器等。

1.2.5 教學(xué)數(shù)據(jù)資源的獲取教學(xué)資源主要來源于HIS(醫(yī)院信息系統(tǒng))、PACS(影像歸檔和通信系統(tǒng))。其中,PACS包含RIS(放射信息系統(tǒng))、UIS(超聲信息系統(tǒng))等。臨床醫(yī)師將工作中遇到的典型病例通過該科室的信息系統(tǒng)進(jìn)行按病種分類匿名化標(biāo)記后上傳到全院PACS系統(tǒng)[4],醫(yī)院遠(yuǎn)程教學(xué)服務(wù)器從PACS系統(tǒng)中提取典型病例,通過專用數(shù)據(jù)通道傳輸?shù)綄W(xué)校遠(yuǎn)程教學(xué)服務(wù)器。

1.2.6 教學(xué)云平臺的構(gòu)建云平臺本質(zhì)是基于虛擬化技術(shù)的彈性計算云服務(wù)和簡單存儲服務(wù)。云代表服務(wù),平臺代表虛擬機(jī)。虛擬機(jī)與物理機(jī)功能一樣是運行操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的軟件計算機(jī),虛擬機(jī)上安裝的操作系統(tǒng)稱為客戶機(jī)操作系統(tǒng)。目前,醫(yī)院通過在三臺物理機(jī)上利用Vmware Vsphere Client構(gòu)建云平臺,Vmware Vsphere Client將上述三臺物理機(jī)鏈接起來,融合成一個更大的物理機(jī),它們之間可以相互協(xié)作、交流互通,使得其運行內(nèi)存和存儲容量是單個物理機(jī)所無法比擬的。我們可以在Vmware Vsphere Client里任意創(chuàng)建需要的虛擬機(jī)。通過服務(wù)器虛擬化將不同的應(yīng)用分配到不同虛擬機(jī)上運行,可以明顯提高服務(wù)器的運轉(zhuǎn)效率。該項目基于Vmware Vsphere云平臺,依托附屬醫(yī)院PACS平臺及其軟硬件網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,實現(xiàn)附屬醫(yī)院的影像信息在高校醫(yī)學(xué)影像學(xué)實訓(xùn)中心共享[5-6](如圖1所示)。

圖1 云平臺的構(gòu)建示意圖

1.2.7 遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建通過在附院PACS服務(wù)器、附院中間層服務(wù)器、學(xué)校中間層服務(wù)器之間鋪設(shè)光纜,構(gòu)建一條專用的遠(yuǎn)程教學(xué)數(shù)據(jù)通道。學(xué)校的教學(xué)讀片室配置專用電腦,通過校園網(wǎng)交換機(jī)連接學(xué)校遠(yuǎn)程教學(xué)服務(wù)器,在每臺電腦上安裝醫(yī)學(xué)影像學(xué)遠(yuǎn)程教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)(如圖2所示)。

圖2 遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)流程設(shè)計示意圖

2 系統(tǒng)特點

2.1 技術(shù)特點

首次運用微軟Dotnet framework結(jié)合云平臺,有機(jī)地將臨床與教學(xué)緊密的結(jié)合起來;可以支持專用網(wǎng)絡(luò)、公網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、廣域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò);數(shù)據(jù)交互與傳輸應(yīng)用通用的跨平臺Web Service技術(shù)[7-8]。

2.2 實際應(yīng)用特點

①在云服務(wù)平臺上,通過高可擴(kuò)展性,實現(xiàn)影像存儲的自我疊加,以完成海量數(shù)據(jù)的存儲管理,實現(xiàn)教學(xué)媒體資源的整合、分布式服務(wù)、負(fù)載均衡、更能有效利用與提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換效率,為醫(yī)學(xué)影像學(xué)實踐教學(xué)提供系統(tǒng)、全面、完整、永久在線和即時更新的教學(xué)媒體資源庫。

②應(yīng)用云服務(wù)結(jié)合計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫、計算機(jī)圖形、軟件工程等技術(shù),以實現(xiàn)教學(xué)使用的大影像數(shù)據(jù)及時從附屬醫(yī)院的影像服務(wù)器端獲取,使醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)圖片、文字資料庫、醫(yī)學(xué)影像學(xué)多媒體教學(xué)課件、醫(yī)學(xué)影像學(xué)考試題庫等實踐教學(xué)內(nèi)容運行于多臺計算機(jī)和局域網(wǎng)內(nèi),實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的全面數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化運行。

③應(yīng)用云服務(wù)實現(xiàn)區(qū)域PACS影像數(shù)據(jù)在教學(xué)中心與附屬臨床醫(yī)院之間適時同步,實現(xiàn)病例數(shù)據(jù)庫快速檢索并行影像瀏覽,完成醫(yī)學(xué)影像教學(xué)實驗中心與附屬醫(yī)院影像信息的互動,達(dá)到教學(xué)與臨床實踐緊密結(jié)合,實現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像學(xué)實時、動態(tài)、全程數(shù)字化實踐教學(xué)[9-11]。

④在主計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺引導(dǎo)下,各教學(xué)終端計算機(jī)能同步實時呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容,實現(xiàn)醫(yī)療資源的充分共享和再分配,達(dá)到教學(xué)資源共享、教學(xué)內(nèi)容共顯的實踐教學(xué)目的。

3 系統(tǒng)應(yīng)用及效果

3.1 系統(tǒng)應(yīng)用

3.1.1 實現(xiàn)影像學(xué)教學(xué)資源庫的收錄更新系統(tǒng)提供教學(xué)病例收錄功能。應(yīng)用者可以按病種匿名化分類標(biāo)記后歸集生成教學(xué)案例,通過云PACS分布式同步到實踐教學(xué)中心的影像服務(wù)器上,完成典型病例自動標(biāo)識、典型病例傳輸與存儲。同時可以導(dǎo)入其他方法獲取的數(shù)字化圖像,如膠片經(jīng)數(shù)字化獲得的圖片及經(jīng)數(shù)碼相機(jī)獲得的圖像,保證老膠片也可經(jīng)數(shù)字化后導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。影像病例庫由于進(jìn)行及時擴(kuò)展和更新,彌補(bǔ)了書本知識難以更新的缺點,學(xué)生接觸的信息更加貼近臨床實際,學(xué)生的培養(yǎng)更加符合臨床需要,真正做到培養(yǎng)臨床實用型影像診斷人才的目的(如圖3所示)。

3.1.2 實現(xiàn)影像學(xué)教學(xué)資源庫的查詢調(diào)閱系統(tǒng)提供教學(xué)病例查詢檢索功能,教師能夠瀏覽典型病例并行圖像分析,通過在圖片中添加箭頭及注釋,可為初學(xué)者標(biāo)記典型征象,方便學(xué)習(xí)者對典型征象的認(rèn)知,建立疾病病種和典型圖像結(jié)合及規(guī)范解說的知識庫系統(tǒng)。學(xué)生通過多層次、多方位、多角度觀察影像圖片,能獲得直觀、形象的感性認(rèn)識,有助于學(xué)生對典型病例的認(rèn)知及相似病例的鑒別診斷。同時,學(xué)生可以根據(jù)學(xué)習(xí)能力自主地查詢?yōu)g覽教學(xué)病例庫,安排學(xué)習(xí)計劃。

圖3 影像學(xué)教學(xué)資源庫的收錄

3.1.3 實現(xiàn)影像學(xué)教學(xué)遠(yuǎn)程科學(xué)化考核系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程教學(xué)考核功能,教師可以突破時間及空間的限制,遠(yuǎn)程分發(fā)實訓(xùn)作業(yè)、教學(xué)任務(wù),隨時隨地開展教學(xué)活動。學(xué)生在線接收實訓(xùn)作業(yè)完成并上傳提交后,教師可以遠(yuǎn)程審閱、點評作業(yè),探討和回復(fù)學(xué)生的疑問[11]。學(xué)生可以在線查看原始答案,結(jié)合教師審閱評價,進(jìn)行自我歸納總結(jié),真正做到師生良好互動,營造良好的學(xué)習(xí)氛圍,實現(xiàn)“學(xué)生為主,教師為輔”的教學(xué)理念(如圖4所示)。

圖4 影像學(xué)教學(xué)作業(yè)的審閱考核

3.1.4 實現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像學(xué)遠(yuǎn)程視頻化教學(xué)系統(tǒng)提供遠(yuǎn)程動態(tài)數(shù)字化教學(xué)視頻鏈接地址,通過在臨床診室安裝教學(xué)視頻錄制設(shè)備,教師授課地點不再局限于教室。臨床教師可以在工作診室挑選志愿者進(jìn)行實際模擬教學(xué),如超聲方向的診療過程,錄制教學(xué)視頻并通過云平臺上傳到教學(xué)系統(tǒng)。學(xué)生可以遠(yuǎn)程點播教學(xué)視頻,自主學(xué)習(xí),使得教學(xué)課堂得以延伸和拓展。豐富多彩的教學(xué)形式,更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[12]。

3.2 系統(tǒng)效果

該系統(tǒng)是首次在省內(nèi)進(jìn)行的大膽教學(xué)改革嘗試,從2013年申報工作開始,2015年順利建成該遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng);率先在安徽省內(nèi)提出影像教學(xué)與臨床實時互動,并且在皖南醫(yī)學(xué)院影像與檢驗學(xué)院成功運用.另外,基于計算機(jī)輔助的超聲診斷學(xué)實踐教學(xué)的創(chuàng)新模式與推廣應(yīng)用獲2015年安徽省教學(xué)成果二等獎.在積極倡導(dǎo)及該系統(tǒng)成功運行的基礎(chǔ)上,同時積極推動加強(qiáng)與省內(nèi)甚至國內(nèi)醫(yī)學(xué)院校及附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像教學(xué)經(jīng)驗交流,持續(xù)加大對該系統(tǒng)的深度研究與深化應(yīng)用,保持系統(tǒng)的先進(jìn)性,并在此基礎(chǔ)上,研究教學(xué)案例描述標(biāo)準(zhǔn)化、教學(xué)案例系統(tǒng)化知識庫.該系統(tǒng)目前支持微信客戶端在線學(xué)習(xí)與交流,具有時代先進(jìn)性,后續(xù)將加大支持多種方式移動端開發(fā)與應(yīng)用,繼續(xù)研發(fā)智慧教學(xué)、智能語音應(yīng)用、深度學(xué)習(xí)(如大數(shù)據(jù)智能分析與應(yīng)用)[13].

在該系統(tǒng)的積極影響與引領(lǐng)下,安徽省醫(yī)學(xué)會數(shù)字醫(yī)學(xué)分會正式頒發(fā)文件,成立了安徽省醫(yī)學(xué)會數(shù)字醫(yī)學(xué)分會信息及醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)組,以便更加有效地推廣與擴(kuò)大該項目的實際影響,共同分享與提高安徽省醫(yī)學(xué)院校附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像學(xué)教學(xué)成果與能力.

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Development and application of the remote teaching system of medical imaging based on the cloud platform

Xu Yingying1,Zhu Xiangming1,Zhao Feng2,Liu Biaohu1,Zhao Fujiang2,Yuan Quan2
1Department of Ultrasound of Yijishan Hospital;
2Department of Medical Information,Wannan Medical College,Wuhu 241001,China

Based on the characteristics of medical imageology teaching,Vmware Vsphere Client cloud platform technology was used to design a set of remote learning system which can realize information transmission and interaction among the hospital information system(HIS),the image archiving and communications system(PACS),and the medical imageology teaching and training system.The new system makes remote online learning,remote online examination,and remote online grading possible;therefore,it has a great value of promotion and application.

cloud platform;medical imageology;remote teaching system;development and application

G434

A

1004-5287(2017)06-0662-04

:10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201706012

2013年安徽省重大教學(xué)改革研究項目(2013zdjy112)

2017-04-26

徐迎迎(1991-),女,安徽蚌埠人,碩士研究生在讀,主要研究方向:超聲心動圖學(xué)、醫(yī)學(xué)信息學(xué)。

朱向明(1964-),男,安徽蕪湖人,教授,博士,主要研究方向:超聲心動圖學(xué)、醫(yī)學(xué)信息學(xué)。

電話:13955391079;E-mail:zhuxmwuhu＠163.com