智慧醫(yī)院建設(shè)中智能云影像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

段 然，冉 杰，周來(lái)新

(陸軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院，重慶 400038)

2018年4月國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療健康”發(fā)展的意見(jiàn)》[1]，鼓勵(lì)醫(yī)療機(jī)構(gòu)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)及其他信息技術(shù)拓展醫(yī)療服務(wù)空間和內(nèi)容，構(gòu)建覆蓋診前、診中、診后的線上線下一體化醫(yī)療服務(wù)模式。醫(yī)學(xué)影像、健康檔案、檢驗(yàn)報(bào)告、電子病歷等醫(yī)療信息共享服務(wù)平臺(tái)是互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療的基礎(chǔ)和支撐，其中影像數(shù)據(jù)對(duì)于醫(yī)療診斷有著不可忽視的作用，70%以上的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)為影像數(shù)據(jù)[2]。目前，醫(yī)院的影像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式以物理存儲(chǔ)為主，并以傳統(tǒng)膠片為介質(zhì)打印影像資料提供給患者，存在以下缺陷：(1)醫(yī)院影像檢查日益增多，需要不斷擴(kuò)容以滿足數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求，并且隨著數(shù)字化設(shè)備的不斷升級(jí)，以傳統(tǒng)膠片為載體的打印介質(zhì)已經(jīng)不足以支撐幾百甚至上千幀的原始影像數(shù)據(jù)；(2)患者需排隊(duì)取片、取報(bào)告，等待時(shí)間長(zhǎng)；(3)影像膠片流通性低，跨院互認(rèn)難；(4)影像存檔與傳輸系統(tǒng)(PACS)數(shù)據(jù)壓力大，使用年限久，性能降低；(5)醫(yī)生只能院內(nèi)閱片，途徑單一。因此，電子化載體成為需求和趨勢(shì)。亟需建成一個(gè)有效的影像云系統(tǒng)平臺(tái)，促進(jìn)醫(yī)院、患者、醫(yī)務(wù)人員之間的有效溝通，提升影像數(shù)據(jù)的共享互通性[3]。本團(tuán)隊(duì)利用多年大型醫(yī)院的工作經(jīng)驗(yàn)，提出一個(gè)完整的智能云影像系統(tǒng)平臺(tái)解決方案，依托云平臺(tái)的安全策略和大數(shù)據(jù)服務(wù)能力，以實(shí)現(xiàn)醫(yī)療影像共享，最大化發(fā)揮數(shù)據(jù)價(jià)值[4]。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 需求分析

經(jīng)過(guò)廣泛的調(diào)研、分析及討論，確定系統(tǒng)的具體需求包括以下幾個(gè)方面：(1)為醫(yī)院數(shù)字化醫(yī)學(xué)圖像信息的互通、共享建成一個(gè)有效的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)患者檢查檢驗(yàn)報(bào)告、影像資料的全面共享。(2)建立影像服務(wù)的架構(gòu)體系，連接所有醫(yī)療影像設(shè)備，實(shí)現(xiàn)影像數(shù)據(jù)采集和傳輸自動(dòng)化、業(yè)務(wù)流數(shù)字化及數(shù)字化閱片。(3)在醫(yī)院內(nèi)建立圖像及文字信息的遠(yuǎn)程、長(zhǎng)期、大容量、可擴(kuò)展存儲(chǔ)體系，即影像信息集中存儲(chǔ)中心。(4)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)影像診療服務(wù)，使醫(yī)生能隨時(shí)、隨地調(diào)閱患者影像檢查信息，拓展辦公途徑，提高工作效率。(5)創(chuàng)建面向患者的全程電子影像檔案查詢系統(tǒng)，使患者通過(guò)醫(yī)院公眾號(hào)獲取原始影像資料(調(diào)閱、管理、下載、分享)，方便其保存和攜帶。(6)以自主打印、移動(dòng)推送等技術(shù)取代傳統(tǒng)打印，降低報(bào)告打印和分發(fā)的成本及出錯(cuò)概率。

1.2 系統(tǒng)功能和框架設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用新型超融合體系作為底層，以本地云PACS為核心，結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)、人工智能(AI)、云計(jì)算及存儲(chǔ)、數(shù)字化診斷模型等技術(shù)，全面覆蓋醫(yī)院所有影像設(shè)備，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)圖像共享、區(qū)域影像中心、遠(yuǎn)程教學(xué)及遠(yuǎn)程診療、AI輔助閱片、雙PACS備份等高層級(jí)需求功能，同時(shí)對(duì)接現(xiàn)有PACS、放射科信息系統(tǒng)(RIS)，以及智慧教學(xué)、智慧遠(yuǎn)程會(huì)議、智慧后勤等其他智慧醫(yī)院體系平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)打造以患者、臨床醫(yī)護(hù)人員為中心，醫(yī)院管理人員、放射科醫(yī)生滿意的醫(yī)學(xué)云影像系統(tǒng)的目標(biāo)。本系統(tǒng)主要包括以下功能：(1)構(gòu)建SaaS化云PACS，利用移動(dòng)互聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、超融合、遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)等技術(shù)和理念形成針對(duì)醫(yī)療業(yè)務(wù)的系統(tǒng)平臺(tái)，與現(xiàn)有PACS優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，互為備份。(2)將全院醫(yī)療影像信息上傳至醫(yī)院影像本地云，提供網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程化、全方位的影像服務(wù)。(3)實(shí)現(xiàn)PACS云化，打破辦公環(huán)境限制，任何地點(diǎn)、時(shí)間都可書(shū)寫(xiě)影像報(bào)告；同時(shí)具備AI輔診功能，提高醫(yī)生工作效率。(4)實(shí)現(xiàn)幫扶醫(yī)院影像檢查的遠(yuǎn)程會(huì)診和移動(dòng)會(huì)診支持，以及專(zhuān)家、人才資源的共享，幫助幫扶醫(yī)院提高影像診斷質(zhì)量和服務(wù)水平。(5)建設(shè)新型自助打印系統(tǒng)，投放自助服務(wù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)患者自助打印紙質(zhì)報(bào)告、自助查詢等功能。通過(guò)本系統(tǒng)提升影像科服務(wù)水平和工作效率，降低科室運(yùn)營(yíng)成本，提升醫(yī)院服務(wù)品質(zhì)和整體形象。

根據(jù)系統(tǒng)功能確定系統(tǒng)整體架構(gòu)，見(jiàn)圖1。(1)系統(tǒng)與外網(wǎng)的交互通過(guò)本院智慧數(shù)據(jù)安全交換平臺(tái)進(jìn)行，交互數(shù)據(jù)符合智慧數(shù)據(jù)安全交換平臺(tái)要求。(2)存儲(chǔ)資源區(qū)分為歸檔存儲(chǔ)和在線存儲(chǔ)，歸檔存儲(chǔ)存放1年以內(nèi)的壓縮影像文件包，在線存儲(chǔ)區(qū)存放近6個(gè)月的未壓縮影像文件，超過(guò)6個(gè)月的文件進(jìn)行刪除，若需要調(diào)閱則從歸檔存儲(chǔ)取回解壓到在線存儲(chǔ)。(3)放射設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)DICOM原始影像到影像采集服務(wù)器，采集應(yīng)用在接收完一個(gè)檢查后，將影像文件通過(guò)萬(wàn)兆帶寬傳輸給存儲(chǔ)服務(wù)器，存儲(chǔ)服務(wù)器將影像文件存到在線存儲(chǔ)區(qū)，并將單次檢查文件壓縮包傳輸?shù)綒w檔存儲(chǔ)區(qū)[5]?；颊邆€(gè)人信息和報(bào)告信息通過(guò)RIS視圖進(jìn)行獲取。(4)當(dāng)影像云平臺(tái)建設(shè)成大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心，實(shí)現(xiàn)影像、報(bào)告等數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)，便可在大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換中心的功能[6]?；跀?shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療大數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程預(yù)約、遠(yuǎn)程會(huì)診、遠(yuǎn)程影像診斷、醫(yī)療學(xué)術(shù)、個(gè)人健康云服務(wù)、雙向轉(zhuǎn)診和AI診斷等功能。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.3 分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.3.1數(shù)據(jù)采集

影像采集服務(wù)器是連接醫(yī)院系統(tǒng)(設(shè)備)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的橋梁，只要遵循DICOM3.0協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的影像設(shè)備如數(shù)字化X射線攝影(DR)、CT、磁共振成像(MRI)等，以及院內(nèi)PACS都可以接入云歸檔系統(tǒng)。其主要實(shí)現(xiàn)如下功能：(1)根據(jù)DICOM標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議從醫(yī)院PACS或放射設(shè)備上獲取原始影像信息；(2)根據(jù)DICOM標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議從云端將歸檔影像信息傳送到醫(yī)院PACS或設(shè)備；(3)影像數(shù)據(jù)處理，包括入庫(kù)、歸檔、加密、壓縮等；(4)根據(jù)自定義協(xié)議發(fā)送影像信息到云影像中心應(yīng)用集群，協(xié)同處理各類(lèi)業(yè)務(wù)應(yīng)用。

1.3.2存儲(chǔ)及歸檔

“智能云影像系統(tǒng)”是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)影像在線調(diào)閱、統(tǒng)一管理的系統(tǒng)，可促進(jìn)醫(yī)療信息化建設(shè)，為醫(yī)院、醫(yī)生(專(zhuān)家)、患者用戶提供便利[7]。其中影像云存儲(chǔ)及歸檔系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心中樞，主要功能包括：(1)接收并驗(yàn)證上傳影像和檢查信息數(shù)據(jù)，歸檔并建立檢查的唯一性索引；(2)接收工作站遞交的報(bào)告和標(biāo)注的影像，并進(jìn)行存儲(chǔ)和歸檔；(3)影像檢查的統(tǒng)計(jì)和管理功能；(4)通過(guò)合理的配置，與中心端的PACS實(shí)現(xiàn)人才、設(shè)備等資源共享；(5)按照醫(yī)療信息數(shù)據(jù)的生命周期進(jìn)行存儲(chǔ)和備份，節(jié)省存儲(chǔ)成本。

1.3.3影像調(diào)閱

(1)影像應(yīng)用服務(wù)器與互聯(lián)網(wǎng)相通，由該服務(wù)器與平臺(tái)內(nèi)圖像、報(bào)告查閱服務(wù)等系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。(2)用戶使用設(shè)備在檢查記錄里進(jìn)行報(bào)告及影像查詢。影像應(yīng)用服務(wù)器收到并處理應(yīng)用發(fā)出的請(qǐng)求調(diào)閱申請(qǐng)指令，系統(tǒng)的影像處理服務(wù)接收到調(diào)閱指令后，將數(shù)據(jù)從影像云數(shù)據(jù)中心返回到影像對(duì)外應(yīng)用的服務(wù)器上。(3)用戶查看指定的影像并做相應(yīng)的后續(xù)處理。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

“智能云影像系統(tǒng)”在醫(yī)院原有的信息化資源基礎(chǔ)上，以醫(yī)院、醫(yī)生(專(zhuān)家)、患者為中心，主要提供以下服務(wù)：(1)影像存儲(chǔ)、影像刪除、影像回溯、數(shù)據(jù)監(jiān)管及數(shù)據(jù)自控；(2)3D影像瀏覽、遠(yuǎn)程會(huì)診、移動(dòng)診療、影像教學(xué)、科普教育；(3)報(bào)告影像調(diào)閱、自助打印、影像分享、影像咨詢、影像下載等。平臺(tái)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。系統(tǒng)從下到上分為5層，最底層為設(shè)備和子系統(tǒng)，往上依次為接口層、應(yīng)用層、服務(wù)層、用戶層。此外，本系統(tǒng)可以進(jìn)行統(tǒng)一平臺(tái)管理、角色權(quán)限管理、平臺(tái)數(shù)據(jù)可視化智能運(yùn)維、日志管理和數(shù)據(jù)備份，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理與維護(hù)功能。

圖2 智能云影像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

3.1 全醫(yī)療影像設(shè)備支持

系統(tǒng)支持從多種醫(yī)療設(shè)備獲取影像數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全醫(yī)療影像設(shè)備支持，放射、超聲、內(nèi)鏡、病理、心電等影像數(shù)據(jù)都能被采集上傳至系統(tǒng)供患者調(diào)閱使用，患者可一站式獲取各種檢查結(jié)果數(shù)據(jù)[8]。

3.2 平臺(tái)數(shù)據(jù)可視化

可視化方式直觀地顯示各項(xiàng)運(yùn)維與管理數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，提供直觀智能的決策場(chǎng)景體驗(yàn)。(1)運(yùn)維與管理數(shù)據(jù)包括：設(shè)備種類(lèi)、設(shè)備數(shù)量、設(shè)備狀態(tài)、系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)性能指標(biāo)數(shù)據(jù)、安全日志、運(yùn)維日志等運(yùn)維數(shù)據(jù)，以及檢查人次、檢查時(shí)段、影像類(lèi)型、年齡分布、拍攝部位、性別比例等管理數(shù)據(jù)。(2)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包括：影像數(shù)據(jù)、影像會(huì)診數(shù)、打印報(bào)告的總量、今日影像、今日影像會(huì)診、今日?qǐng)?bào)告的數(shù)量等。各項(xiàng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和呈現(xiàn)，并可通過(guò)時(shí)間維度、類(lèi)型維度等進(jìn)行對(duì)比、分析。

3.3 AI篩選上云+輔診

隨著AI技術(shù)的不斷發(fā)展，在各個(gè)行業(yè)、領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本系統(tǒng)主要將AI技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)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(shù)的進(jìn)步，影像設(shè)備不斷升級(jí)，圖像質(zhì)量提高、數(shù)量增多，占用空間大。其中無(wú)效冗余圖像既浪費(fèi)空間，又影響系統(tǒng)性能，通過(guò)AI篩選技術(shù)可有效改善該問(wèn)題，系統(tǒng)判斷篩選自動(dòng)化則更高效、更準(zhǔn)確，可提高原始圖像的可用性，減輕影像技師的工作負(fù)擔(dān)。(2)AI輔助診斷：以醫(yī)學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，在影像診療中結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)和AI，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別并標(biāo)記可疑結(jié)節(jié)，輔助醫(yī)生進(jìn)行影像篩查、診斷，自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)圖文報(bào)告，有利于加快診療速度，提高診療的精度，緩解醫(yī)生的閱片壓力[10]。

3.4 移動(dòng)診療

目前，影像科醫(yī)生只能在院內(nèi)PC端進(jìn)行影像調(diào)閱、書(shū)寫(xiě)報(bào)告等工作。通過(guò)本系統(tǒng)中的Web版或APP報(bào)告功能，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)診療，拓展醫(yī)生辦公途徑。經(jīng)過(guò)管理平臺(tái)統(tǒng)一管理授權(quán)后，在任何時(shí)間、地點(diǎn)，醫(yī)生均可調(diào)閱查看影像信息，收藏保存特殊案例，書(shū)寫(xiě)、審核、修訂院內(nèi)報(bào)告(通過(guò)集成回寫(xiě)到院內(nèi)RIS)，遠(yuǎn)程影像會(huì)診及回復(fù)患者咨詢等。

3.5 遠(yuǎn)程綜合服務(wù)

本系統(tǒng)對(duì)接智慧教學(xué)平臺(tái)、遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)，提供綜合遠(yuǎn)程服務(wù)，服務(wù)內(nèi)容包含：遠(yuǎn)程影像會(huì)診、遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程會(huì)議。(1)遠(yuǎn)程會(huì)診：通過(guò)系統(tǒng)遠(yuǎn)程影像會(huì)診功能與幫扶醫(yī)院開(kāi)展遠(yuǎn)程會(huì)診，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源下沉，提高幫扶醫(yī)院的醫(yī)療服務(wù)水平[11]。(2)遠(yuǎn)程教學(xué)：系統(tǒng)對(duì)接醫(yī)院智慧教學(xué)平臺(tái)，實(shí)習(xí)醫(yī)生、學(xué)生等可通過(guò)平臺(tái)在線觀看專(zhuān)家遠(yuǎn)程視頻直播教學(xué)，拓展學(xué)習(xí)途徑。(3)遠(yuǎn)程會(huì)議：系統(tǒng)對(duì)接醫(yī)院會(huì)議系統(tǒng)，提供遠(yuǎn)程會(huì)議功能。

3.6 影像質(zhì)控

系統(tǒng)支持影像質(zhì)控功能，通過(guò)規(guī)范攝片和診斷報(bào)告，提升影像科的工作質(zhì)量[12]。目前本院在影像部分沒(méi)有相關(guān)質(zhì)控流程。影像科質(zhì)控審核人員可在本系統(tǒng)平臺(tái)中選擇一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)或抽取數(shù)據(jù)(報(bào)告將隱去患者和醫(yī)生信息)，按規(guī)范進(jìn)行質(zhì)控評(píng)分[13]，并根據(jù)評(píng)分結(jié)果提出整改意見(jiàn)。相關(guān)人員可查詢?cè)u(píng)分結(jié)果和整改意見(jiàn)，并進(jìn)行整改和反饋。

綜上所述，智能云影像系統(tǒng)功能具有創(chuàng)新性、功能豐富兩大特點(diǎn)，且本方案設(shè)計(jì)立足于醫(yī)院實(shí)際使用環(huán)境，具有較高的可行性和普適性，對(duì)于云影像系統(tǒng)的建設(shè)有較大的參考意義。