一種基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程會(huì)診軟件的研發(fā)與測(cè)試*

于廣會(huì) 和清源 李學(xué)義 王永中 傅 瑜 張 朋

目前，由于我國(guó)優(yōu)質(zhì)醫(yī)生資源絕對(duì)數(shù)量不足而導(dǎo)致醫(yī)療資源分布不平衡，偏遠(yuǎn)地區(qū)資源短缺，以及基層醫(yī)療水平不足；因經(jīng)濟(jì)發(fā)展不均衡及自然條件限制等原因?qū)е聝?yōu)質(zhì)醫(yī)療資源相對(duì)集中于中心城市的大型醫(yī)院[1-2]。為了改變醫(yī)療資源分布不均的現(xiàn)狀，采用最經(jīng)濟(jì)、高效的基于互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程通訊技術(shù)方法，在倫理、政策法規(guī)允許的范圍內(nèi)，充分提高中心城市優(yōu)質(zhì)醫(yī)師的“利用率”，以便偏遠(yuǎn)地區(qū)等基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)能夠享受大醫(yī)院名醫(yī)專家的會(huì)診服務(wù)?；诖?，本研究對(duì)自行開發(fā)的基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程會(huì)診軟件、醫(yī)學(xué)影像標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)和三級(jí)遠(yuǎn)程會(huì)診服務(wù)體系進(jìn)行測(cè)試，為后續(xù)人工智能、自動(dòng)質(zhì)量控制提供基礎(chǔ)。

1 醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)勢(shì)與發(fā)展趨勢(shì)

醫(yī)學(xué)成像專業(yè)在實(shí)現(xiàn)醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)化具有先天優(yōu)勢(shì)：①大部分醫(yī)療信息可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，可與無紙化辦公的醫(yī)院系統(tǒng)直接接駁，且影像科醫(yī)生易于上手操作；②成像技術(shù)規(guī)范化難度小，通過短期培訓(xùn)、調(diào)試即可實(shí)現(xiàn)圖像標(biāo)準(zhǔn)化；③云加密技術(shù)等方法可確保網(wǎng)絡(luò)信息安全。源于這些優(yōu)勢(shì)，基于第三方獨(dú)立影像中心，依托云端影像醫(yī)生團(tuán)隊(duì)，建立分級(jí)診療體系，結(jié)合人工智能分析，已成為未來影像服務(wù)模式發(fā)展的必然趨勢(shì)。建立智能化跨區(qū)域分級(jí)診療云平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)化的最有效手段[3-4]。

美國(guó)自2012年已建立起大量的獨(dú)立第三方醫(yī)學(xué)影像檢查與診斷中心[5]。而目前我國(guó)獨(dú)立第三方影像中心正處于起步階段，新醫(yī)改方案為遠(yuǎn)程醫(yī)療提供了良好的發(fā)展契機(jī)，使其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)扮演著越來越重要的角色[6-7]。面對(duì)新的發(fā)展趨勢(shì)和機(jī)遇，由服務(wù)型大企業(yè)牽頭帶領(lǐng)，組織包括優(yōu)勢(shì)醫(yī)院和基層醫(yī)院、影像平臺(tái)企業(yè)、影像設(shè)備企業(yè)、影像智能分析等專業(yè)機(jī)構(gòu)在內(nèi)的科研團(tuán)隊(duì)共同合作，才能促進(jìn)“基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)的智能化新型醫(yī)學(xué)影像服務(wù)模式解決方案”從研發(fā)、測(cè)試及示范到最終落地應(yīng)用。

2 基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程會(huì)診軟件測(cè)試

測(cè)試自行開發(fā)、建立基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程會(huì)診軟件、醫(yī)學(xué)影像標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)、三級(jí)遠(yuǎn)程會(huì)診服務(wù)體系，以推進(jìn)區(qū)域醫(yī)療資源共享助力醫(yī)療改革。

2.1 測(cè)試內(nèi)容與方法

(1)測(cè)試內(nèi)容。磁共振成像設(shè)備與技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自行開發(fā)基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程會(huì)診軟件、云影像數(shù)據(jù)中心，如圖1所示。

圖1 基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程會(huì)診軟件界面圖

(2)登錄與訪問。自北京、內(nèi)蒙、河北、陜西、山東等地分別登錄與訪問。

(3)上傳醫(yī)學(xué)影像學(xué)資料。自2017年1月以來，分別從磁共振成像設(shè)備與技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、泰山醫(yī)學(xué)院及長(zhǎng)慶油田職工醫(yī)院上傳患者影像學(xué)資料至云影像數(shù)據(jù)中心，共計(jì)100例；上傳影像數(shù)據(jù)為醫(yī)學(xué)數(shù)字成像及通信(digital imaging and communication of medicine，DICOM)3.0標(biāo)準(zhǔn)格式，其中數(shù)字X射線攝影(digital radiography，DR)資料10例，占用空間為15.5～20 MB/例；X射線計(jì)算機(jī)斷層成像(X-ray computed tomography，CT)資料10例，占用空間為15.5～142 MB/例；磁共振成像設(shè)備(magnetic resonance imaging，MRI)資料80例，占用空間為15.5～142 MB/例。重復(fù)數(shù)據(jù)可自動(dòng)識(shí)別剔除，同一病例不會(huì)被多次創(chuàng)建以消除冗余數(shù)據(jù)。

(4)參與單位。磁共振成像設(shè)備與技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)第三醫(yī)院、泰山醫(yī)學(xué)院、中國(guó)北方稀土(集團(tuán))高科技股份有限公司以及長(zhǎng)慶油田職工醫(yī)院。

2.2 測(cè)試結(jié)果

2.2.1 基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程會(huì)診軟件

(1)宕機(jī)。10個(gè)月平臺(tái)宕機(jī)次數(shù)0次，單次系統(tǒng)恢復(fù)0次；支持DR、CT及MRI所有影像數(shù)據(jù)全部在線。

(2)登錄與訪問。北京、山東、內(nèi)蒙、河北和陜西為無等待直接登錄；支持手機(jī)、電腦隨時(shí)登錄；支持影像數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器直接遠(yuǎn)程訪問。

(3)醫(yī)學(xué)影像學(xué)資料上傳。①DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)圖像：可識(shí)別非同一患者影像資料，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)歸類；②上傳速率：根據(jù)網(wǎng)速不同改變；③閱圖：2 M網(wǎng)絡(luò)帶寬條件下，小窗觀察響應(yīng)迅速，大窗顯示選擇打開到顯示出可供操作的影像，DR時(shí)間6～8 s(2幅圖像)，常規(guī)CT圖像調(diào)閱響應(yīng)時(shí)間9～15 s，MRI常規(guī)序列圖像調(diào)閱響應(yīng)時(shí)間10～15 s，系統(tǒng)調(diào)閱在線靜態(tài)影像的時(shí)間(第一幅圖像)2 s，系統(tǒng)調(diào)閱二級(jí)在線(歸檔)靜態(tài)影像的時(shí)間(第一幅圖像)5 s。支持圖像瀏覽、圖像標(biāo)記、報(bào)告書寫，支持對(duì)同一患者歷史檢查信息的快速查找和綜合對(duì)比。

(4)實(shí)現(xiàn)用戶權(quán)限功能。①針對(duì)圖像設(shè)有訪問、修改、刪除、上傳及下載等權(quán)限；②針對(duì)報(bào)告書寫有報(bào)告、審核和專家咨詢權(quán)限。

(5)具體功能測(cè)試。①待診斷影像、待審核影像、需重新診斷影像、已審核影像；②DR、CT及MRI，診斷報(bào)告單、討論區(qū)及專家咨詢均可正常應(yīng)用，智能分析為預(yù)留功能區(qū)域。每例患者資料顯示如圖2所示。

圖2 患者打開影像資料窗口界面圖

(6)圖像查看器。圖像查看器各功能可顯示區(qū)域和解剖結(jié)構(gòu)中的標(biāo)注和分類信息，并可對(duì)上傳圖像做標(biāo)注(如圖3所示)。

圖3 圖像查看器各功能顯示區(qū)域和解剖結(jié)構(gòu)的標(biāo)注和分類信息示圖

2.2.2 智能醫(yī)學(xué)影像標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)

醫(yī)學(xué)影像標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)通過云平臺(tái)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)獲取、智能分析提取數(shù)據(jù)、生成規(guī)范化報(bào)告；智能數(shù)據(jù)庫(kù)可持續(xù)更新，并可存儲(chǔ)所有醫(yī)學(xué)影像設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)均由科技部指定的第三方存儲(chǔ)，開放共享。

2.2.3 云數(shù)據(jù)和應(yīng)用安全體系

采用完整的安全體系，可實(shí)時(shí)感知風(fēng)險(xiǎn)、及時(shí)智能防護(hù)。應(yīng)用系統(tǒng)具備科學(xué)的管理體系，可直觀展示。

3 大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程會(huì)診軟件測(cè)試效果

3.1 軟件系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程會(huì)診軟件系統(tǒng)研發(fā)各環(huán)節(jié)均嚴(yán)格遵循并符合醫(yī)學(xué)信息規(guī)范(integrating healthcare enterprise，IHE)/健康等級(jí)7(health level seven，HL7)標(biāo)準(zhǔn)/DICOM。選擇開放式云架構(gòu)，以國(guó)際化DICOM標(biāo)準(zhǔn)、IHE標(biāo)準(zhǔn)和HL7參考信息模型(reference information model，RIM)[8-13]為依據(jù)，制定統(tǒng)一的影像設(shè)備接入規(guī)范，用以實(shí)現(xiàn)不同類型、不同來源的硬件裝備和軟件系統(tǒng)統(tǒng)一接入、協(xié)同工作及數(shù)據(jù)共享，此技術(shù)使得采用不同硬件的醫(yī)院均可使用同一平臺(tái)，節(jié)省了硬件置換成本。

云影像數(shù)據(jù)中心是平臺(tái)的核心，其軟件基于云計(jì)算數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)，能充分滿足醫(yī)學(xué)影像、病例、診斷報(bào)告、終端設(shè)備、用戶、專家?guī)斓认嚓P(guān)數(shù)據(jù)的接入、結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)、管理和訪問需求，實(shí)現(xiàn)跨地域醫(yī)學(xué)影像即時(shí)傳遞[14-15]。

系統(tǒng)研發(fā)采用自主創(chuàng)新的影像數(shù)據(jù)傳輸及存儲(chǔ)格式、智能網(wǎng)絡(luò)帶寬感應(yīng)和優(yōu)化以及智能調(diào)度和數(shù)據(jù)優(yōu)化等技術(shù)；在有線、無線局域網(wǎng)、專線、非對(duì)稱數(shù)字線路(asymmetric digital subscriber line，ADSL)互聯(lián)網(wǎng)和3G等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，任何一臺(tái)電腦都可即時(shí)快速訪問服務(wù)器上的影像信息；影像數(shù)據(jù)庫(kù)支持?jǐn)?shù)百個(gè)用戶同時(shí)在線訪問，所有病例均可在數(shù)秒鐘內(nèi)完成加載，無需長(zhǎng)時(shí)間等待。用戶可根據(jù)診斷需求選擇切換傳輸壓縮方式(無壓縮、無損壓縮、有損壓縮)；可根據(jù)用戶屏幕分辨率的大小和實(shí)際網(wǎng)絡(luò)帶寬等進(jìn)行智能自適應(yīng)運(yùn)算，通過增量和(或)減量傳輸技術(shù)，極大降低網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷。

實(shí)現(xiàn)醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的挖掘和再利用不僅需要影像本身，還需要病變區(qū)域和解剖結(jié)構(gòu)的標(biāo)注及分類信息。平臺(tái)采用標(biāo)記與影像相分離的動(dòng)態(tài)嵌入顯示技術(shù)，醫(yī)生和研究者可動(dòng)態(tài)選擇感興趣的顯示標(biāo)記，利用標(biāo)記索引快速定位到關(guān)鍵幀，獲取完整病變和解剖結(jié)構(gòu)信息。引入HL7 RIM，以實(shí)現(xiàn)云平臺(tái)數(shù)據(jù)與公共衛(wèi)生信息平臺(tái)數(shù)據(jù)的對(duì)接和標(biāo)準(zhǔn)化，便于提取存儲(chǔ)影像本身圖像數(shù)據(jù)(像素值)，同時(shí)也可提取一系列與影像相關(guān)的醫(yī)療信息和數(shù)據(jù)[16]。不同地區(qū)的第三方檢查中心、診斷中心與會(huì)診專家之間在影像傳輸、分享影像數(shù)據(jù)和用戶接入時(shí)均包含質(zhì)量檢測(cè)模塊，以保證影像數(shù)據(jù)的質(zhì)量可靠。

采用虛擬中間層轉(zhuǎn)換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在不同主流云存儲(chǔ)平臺(tái)上的海量影像存儲(chǔ)，支持阿里云、電信云和金山云等主流第三方存儲(chǔ)中心；采用軟件即服務(wù)(software as a service，SaaS)模式的影像云服務(wù)公共基礎(chǔ)平臺(tái)，支持以虛擬獨(dú)立站點(diǎn)方式開通和建立地區(qū)或醫(yī)院專屬影像云服務(wù)網(wǎng)站[17-18]；采用模塊化軟件架構(gòu)，開發(fā)用戶自定義配置體系，支持和滿足各地區(qū)或醫(yī)院的個(gè)性化業(yè)務(wù)需求；采用數(shù)據(jù)來源標(biāo)簽和用戶隸屬機(jī)構(gòu)標(biāo)識(shí)智能匹配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同醫(yī)療機(jī)構(gòu)的影像數(shù)據(jù)在基礎(chǔ)層的統(tǒng)一存儲(chǔ)和應(yīng)用層的獨(dú)立訪問。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上應(yīng)設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程災(zāi)備中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程備份，保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全及出現(xiàn)損壞后的快速無損恢復(fù)，為中心各類數(shù)據(jù)提供可視化的管理工具，為平臺(tái)內(nèi)其他系統(tǒng)及外部第三方系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)訪問接口，通過安全體系與權(quán)限系統(tǒng)的設(shè)計(jì)保證數(shù)據(jù)被安全可靠、精準(zhǔn)高效的訪問控制。

3.2 功能拓展系統(tǒng)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，智能診斷技術(shù)越來越接近臨床化?；谶@種趨勢(shì)，云平臺(tái)大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程會(huì)診軟件系統(tǒng)在病變區(qū)域和解剖結(jié)構(gòu)的標(biāo)注及分類信息為智能分析系統(tǒng)對(duì)接預(yù)留了數(shù)據(jù)接口，流程控制方式采用標(biāo)準(zhǔn)化接口方式對(duì)接集成多來源第三方影像智能分析系統(tǒng)。

根據(jù)職能診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，云平臺(tái)診斷系統(tǒng)需要逐步完善，包括基于云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)的影像設(shè)備協(xié)同管理體系文件、基于云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制體系文件、DR、CT、MRI等設(shè)備在內(nèi)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)以及質(zhì)量控制圖像智能分析軟件等。

4 結(jié)語

自行開發(fā)的基于云平臺(tái)大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程會(huì)診軟件可以滿足云影像歸檔及傳輸系統(tǒng)(picture archiving and communication systems，PACS)、放射學(xué)信息系統(tǒng)(radiology information system，RIS)和遠(yuǎn)程會(huì)診的要求，智能醫(yī)學(xué)影像標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)為影像大數(shù)據(jù)的建立提供有力支撐，同時(shí)為后續(xù)人工智能、自動(dòng)質(zhì)量控制以及可持續(xù)運(yùn)營(yíng)的健康服務(wù)模式提供可能。