CT 影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與傳輸現(xiàn)狀及新型冠狀病毒肺炎疫情下的對(duì)策

韓 芳 金瑩瑩 王曉霜 高嘉浩 張家文 姚振威 李 克

新型冠狀病毒肺炎（coronavirus disease 2019，COVID-19；簡(jiǎn)稱新冠肺炎）。疫情前線的臨床和影像醫(yī)師發(fā)現(xiàn)，胸部CT 檢查在新冠肺炎診斷中具有重要作用[2-3]。在中國(guó)國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)先后發(fā)布的各版《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案》[4]中，胸部CT 診斷始終是最為重要的診斷依據(jù)之一。在突發(fā)重大公共衛(wèi)生事件形勢(shì)下，如何進(jìn)行醫(yī)療資源整合、數(shù)據(jù)互聯(lián)互通和信息共享，給我們帶來(lái)了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。本研究將結(jié)合前期對(duì)不同醫(yī)療機(jī)構(gòu)影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸現(xiàn)狀的調(diào)查分析，探討新冠疫情流行背景下，實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)共享、管理云平臺(tái)使用對(duì)于控制疫情、緩解醫(yī)療資源不足的重要作用，并探討其中存在并需要解決的問(wèn)題。

方 法

研究針對(duì)目前國(guó)內(nèi)CT 數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和傳輸?shù)默F(xiàn)狀及存在的問(wèn)題編撰調(diào)查問(wèn)卷，通過(guò)問(wèn)卷星網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)布至受調(diào)查者（醫(yī)療機(jī)構(gòu)相關(guān)部門），受調(diào)查者匿名填寫調(diào)查問(wèn)卷。共收集全國(guó)114 家醫(yī)療機(jī)構(gòu)（其中三級(jí)醫(yī)院94 家，二級(jí)及以下醫(yī)院20 家）填寫的調(diào)查問(wèn)卷，對(duì)調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖1 醫(yī)院CT 設(shè)備來(lái)源。

結(jié) 果

對(duì)114 家各級(jí)醫(yī)院影像數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、傳輸及共享等進(jìn)行調(diào)查分析顯示：被調(diào)查的各級(jí)醫(yī)院中，使用進(jìn)口CT 設(shè)備的占90．16%，國(guó)產(chǎn)設(shè)備占9．05%（圖1）。各級(jí)醫(yī)院均有較為成熟的PACS（picture archiving and communication systems）作為影像數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，其中93．86%的醫(yī)院依據(jù)DICOM3．0 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，92．98%的醫(yī)院使用無(wú)損壓縮對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存。70．73%的醫(yī)院以PACS 及專屬存儲(chǔ)服務(wù)器作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的介質(zhì)，部分醫(yī)院仍采用光盤及移動(dòng)硬盤作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)（圖2），僅有5 家醫(yī)院施行了異地硬盤備份應(yīng)急系統(tǒng)存儲(chǔ)。114 家醫(yī)院中僅有22 家以云存儲(chǔ)方式（19．3%）進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及備份管理，但其中三級(jí)醫(yī)院18 家，占所有使用云存儲(chǔ)醫(yī)療機(jī)構(gòu)的81．8%（圖3）。數(shù)據(jù)傳輸方面，有42．11%的醫(yī)院，影像資料的傳輸是基于IEEE802．3Z 的光纖千兆以太網(wǎng)傳輸方式進(jìn)行傳輸。98．25%的醫(yī)院具備HIS（hospital information system）即醫(yī)院信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了院內(nèi)數(shù)據(jù)信息互聯(lián)。有42．11%的醫(yī)院通過(guò)虛擬化、云存儲(chǔ)和分布式計(jì)算技術(shù)構(gòu)建了區(qū)域醫(yī)療影像中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)區(qū)域共享。

圖2 醫(yī)院影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。

圖3 114 家醫(yī)療機(jī)構(gòu)影像數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)使用情況分析。

討 論

新冠疫情期間，CT 檢查的數(shù)量急劇攀升。以部分武漢新冠肺炎定點(diǎn)收治醫(yī)院為例，每天的CT 檢查量超過(guò)1000 人次。如此巨大的檢查數(shù)量明顯超過(guò)了放射影像科醫(yī)生的日常工作限度。國(guó)家先后組織全國(guó)各地影像科醫(yī)生支援武漢，逐漸緩解診斷醫(yī)師缺乏的壓力。盡管疫情在中國(guó)國(guó)內(nèi)得到遏制，但其他國(guó)家依然處于惡化階段，醫(yī)療資源的匱乏造成疾病病死率居高不下。然而，人員的流動(dòng)、長(zhǎng)期高強(qiáng)度工作也可能給醫(yī)務(wù)人員的健康狀況帶來(lái)較大的挑戰(zhàn)和沖擊。這一情況的發(fā)生，使得近年的影像數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，管理云平臺(tái)的應(yīng)用，再次引起了醫(yī)院和放射科醫(yī)生的重視。

目前PACS 系統(tǒng)是各級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)普遍使用的影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸系統(tǒng)。PACS 系統(tǒng)的使用，很大程度上便利了影像數(shù)據(jù)的使用和存儲(chǔ)，在醫(yī)療機(jī)構(gòu)區(qū)域范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)的共享安全而迅速[5]。然而，局域范圍PACS 難以滿足大數(shù)據(jù)互聯(lián)互通、信息共享的要求。而影像數(shù)據(jù)云平臺(tái)是以互聯(lián)網(wǎng)共享為基礎(chǔ)，將醫(yī)院PACS 系統(tǒng)部署到第三方云平臺(tái)，通過(guò)云平臺(tái)的分布式、負(fù)載均衡的集群系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全天候影像存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)存放于在線空間，數(shù)據(jù)使用者經(jīng)授權(quán)可實(shí)時(shí)快速訪問(wèn)及調(diào)取影像資料，高效便捷，安全可靠[6-7]。通過(guò)云平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)不同醫(yī)院乃至不同地區(qū)的各個(gè)醫(yī)院間影像數(shù)據(jù)的共享。

在本次疫情期間，有多家醫(yī)療科技企業(yè)正積極地合作或獨(dú)立開發(fā)影像云平臺(tái)，用于新冠疫情的數(shù)據(jù)互通，目前東軟醫(yī)療以及聯(lián)影醫(yī)療已完成相應(yīng)影像云平臺(tái)的建立。云平臺(tái)的使用，具有以下多方面的作用和優(yōu)勢(shì)：①云平臺(tái)共享影像信息，可快速傳遞新冠影像的特點(diǎn)，有助于其他地區(qū)的影像醫(yī)生短期內(nèi)學(xué)習(xí)掌握相關(guān)的知識(shí)。②全國(guó)各地的專家，無(wú)需到達(dá)疫區(qū)即可提供遠(yuǎn)程會(huì)診服務(wù)，鑒別疑難病例，減輕疫情嚴(yán)重地區(qū)影像科醫(yī)生的工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)又避免了人員流動(dòng)，降低了風(fēng)險(xiǎn)及成本。③平臺(tái)可搭載大量影像輔助診斷系統(tǒng)工具和軟件，有助于提高臨床診斷的準(zhǔn)確性，并可用于新冠肺炎早期篩查、快速檢出、療效評(píng)估和進(jìn)展分析等。例如，東軟“NeuMiva”云平臺(tái)搭載的“火眼AI”系統(tǒng)，以及聯(lián)影醫(yī)療公司“聯(lián)影云”平臺(tái)搭載的uAI 新冠肺炎智能輔助分析系統(tǒng)，可智能輔助病變的檢出，并預(yù)警可疑病變。④云平臺(tái)可綜合大量的影像學(xué)資料，為影像人工智能軟件提供原始數(shù)據(jù)用于深度學(xué)習(xí)。

PACS 系統(tǒng)使用中還存在其他諸多問(wèn)題。如大量影像數(shù)據(jù)產(chǎn)生使得PACS 有效存儲(chǔ)空間短時(shí)間內(nèi)消耗，系統(tǒng)內(nèi)傳輸負(fù)荷增加，且傳輸設(shè)備不易保存。新冠肺炎傳染性強(qiáng)，患者數(shù)量大，薄層胸部CT 圖像近乎海量，需極大存儲(chǔ)空間。而云平臺(tái)不需要本地存儲(chǔ)設(shè)備，容量可無(wú)限擴(kuò)展，明顯降低設(shè)備購(gòu)買及維護(hù)成本。

同時(shí)，區(qū)域內(nèi)PACS 系統(tǒng)由于容量空間限制，常采用近線或離線儲(chǔ)存模式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，極大降低了數(shù)據(jù)傳輸使用的速度和效率[8]。盡管目前多數(shù)醫(yī)院（本調(diào)查研究數(shù)據(jù)42．11%醫(yī)院）采用千兆以太網(wǎng)（數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)1Gbps）進(jìn)行內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸，但是實(shí)際應(yīng)用中，由于系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)硬件端口、網(wǎng)卡等的性能差異，造成數(shù)據(jù)傳輸效率減低[9]。而影像云平臺(tái)運(yùn)行在高速網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，可打破數(shù)據(jù)傳輸速度慢的瓶頸，目前萬(wàn)兆以太網(wǎng)的建設(shè)還在進(jìn)行中，隨著硬件設(shè)備的更新及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，可以使云平臺(tái)數(shù)據(jù)傳輸速度更為迅速。此外，5G 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用也為快速的信息互聯(lián)互通提供重要的技術(shù)保障。5G 網(wǎng)絡(luò)的理論傳輸速度目前可穩(wěn)定達(dá)到1．3 ～2Gbps，并可逐漸發(fā)展到10Gbps 甚至更高。此次新冠肺炎疫情期間，5G 網(wǎng)絡(luò)的支持，對(duì)于疫情及醫(yī)療相關(guān)信息的傳輸、遠(yuǎn)程會(huì)診的完成起到了重要的作用。

由于PACS 系統(tǒng)易受各種來(lái)源病毒攻擊，或出現(xiàn)設(shè)備故障、重大突發(fā)事件等，數(shù)據(jù)安全性存在一定挑戰(zhàn)。與之比較，影像云平臺(tái)通過(guò)加密技術(shù)以及異地?cái)?shù)據(jù)備份等多種措施，保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)傳輸?shù)陌踩?，避免了因硬件損壞導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。云存儲(chǔ)還具備便于管理、擴(kuò)容及系統(tǒng)升級(jí)等優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，根據(jù)我們的調(diào)查，盡管目前國(guó)內(nèi)各個(gè)醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用的CT 影像設(shè)備來(lái)源不一，但其影像數(shù)據(jù)基本采用DICOM3．0 標(biāo)準(zhǔn)格式進(jìn)行采集傳輸[10]，這也為云存儲(chǔ)平臺(tái)的數(shù)據(jù)整合利用掃清了障礙。

然而，根據(jù)我們的調(diào)研，目前各級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)對(duì)于影像數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)的使用率并不高，僅占所有儲(chǔ)存方式的19．3%，其中使用云儲(chǔ)存的以三級(jí)醫(yī)院為主，說(shuō)明這部分醫(yī)院由于醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)產(chǎn)生巨大，對(duì)于數(shù)據(jù)安全性有更高的要求，同時(shí)醫(yī)院軟硬件建設(shè)較為完備，更傾向使用云存儲(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理。但對(duì)于其他較大數(shù)量的醫(yī)療機(jī)構(gòu)而言，從接受到實(shí)際使用還有待時(shí)日。同時(shí)，影像云平臺(tái)的發(fā)展和建設(shè)也還需進(jìn)一步完善。云平臺(tái)目前還處于應(yīng)用初期，涉及多個(gè)多方面的問(wèn)題尚待解決，例如平臺(tái)數(shù)據(jù)的獲得是否符合國(guó)家和相關(guān)法律的規(guī)定，患者信息的采集如何獲取知情；數(shù)據(jù)使用者的權(quán)限如何判斷；不同醫(yī)院的數(shù)據(jù)共享獲得成果的歸屬權(quán)問(wèn)題；不同影像設(shè)備數(shù)據(jù)差異性如何進(jìn)行統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化；超大數(shù)據(jù)如何傳輸；網(wǎng)絡(luò)安全對(duì)于云平臺(tái)數(shù)據(jù)潛在的威脅等等問(wèn)題還有待進(jìn)一步解決。因此建立健全相應(yīng)的法律法規(guī)，提供完善的云平臺(tái)服務(wù)，進(jìn)一步引入和完善5G 網(wǎng)絡(luò)提供高速安全的數(shù)據(jù)傳輸，制定統(tǒng)一的影像數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)，才能使得醫(yī)學(xué)影像云平臺(tái)更好的完成影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)共享，互聯(lián)互通的作用[8-9]。

2 月19 日，工信部下發(fā)《關(guān)于運(yùn)用新一代信息技術(shù)支撐服務(wù)疫情防控和復(fù)工復(fù)產(chǎn)工作的通知》中提到：運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)服務(wù)疫情監(jiān)測(cè)分析、病毒溯源、患者追蹤、人員流動(dòng)和社區(qū)管理，對(duì)疫情開展科學(xué)精準(zhǔn)防控?？梢姡破脚_(tái)的使用，對(duì)于新冠疫情期間及“后新冠”時(shí)代的醫(yī)療事業(yè)，特別是醫(yī)學(xué)影像新的診斷模式的轉(zhuǎn)變，提供了廣闊的發(fā)展空間。

總 結(jié)

PACS 系統(tǒng)已在我國(guó)各級(jí)醫(yī)院普及使用，但存在不同區(qū)域數(shù)據(jù)無(wú)法共享，數(shù)據(jù)調(diào)取速度慢，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間短，存儲(chǔ)安全性及可靠性不強(qiáng)等局限性。新冠肺炎疫情期間，影像云平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用，為海量影像數(shù)據(jù)的統(tǒng)一儲(chǔ)存、使用和管理提供了新思路，有利于加快醫(yī)院信息化及數(shù)字化建設(shè)的進(jìn)程，推動(dòng)整個(gè)影像診療行業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，也為國(guó)家醫(yī)療信息資源共享，建立影像大數(shù)據(jù)平臺(tái)，應(yīng)對(duì)目前及今后可能發(fā)生的各種公共衛(wèi)生事件提供有力的技術(shù)保障。

致謝：感謝參加本次問(wèn)卷調(diào)研工作的全國(guó)114 家醫(yī)療機(jī)構(gòu)的合作；感謝上海市醫(yī)學(xué)會(huì)放射學(xué)分會(huì)質(zhì)控學(xué)組，上海市生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)放射醫(yī)學(xué)工程專委會(huì)對(duì)課題調(diào)研分析的支持和幫助。