云計算技術(shù)在智慧醫(yī)療中的應(yīng)用

賈斐 馮天宜 云夢妍 葛妍

(1. 中國信息通信研究院云計算與大數(shù)據(jù)研究所，北京100191；2. 中國信息通信研究院數(shù)據(jù)研究中心，北京100191；3. 博鼎實華(北京)技術(shù)有限公司，北京 100096)

0 引言

隨著我國互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)的高速發(fā)展，云計算技術(shù)得以不斷創(chuàng)新、提升和完善，并為各行業(yè)、各領(lǐng)域信息化建設(shè)工作的開展提供了專業(yè)的技術(shù)支撐，使各行業(yè)運行效率得到顯著提升。云計算技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域具備強大的潛力，其通過互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，對醫(yī)院內(nèi)部的多種信息資源進行控制和處理，加強了資源的整合和利用水平，提升了醫(yī)院的服務(wù)質(zhì)量[1-2]，在醫(yī)院信息化建設(shè)和智慧醫(yī)療的發(fā)展過程中起到了舉足輕重的作用。

1 云計算技術(shù)

云計算技術(shù)是現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進程中的時代產(chǎn)物，近年來發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛。該技術(shù)是一種便捷有效的計算方式，以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，以服務(wù)規(guī)范為操作標(biāo)準，在計算的同時對外提供服務(wù)功能，通常具備的特征有[2]：以不同類型的計算作為應(yīng)用對象，基于網(wǎng)絡(luò)將來自多方信息源的數(shù)據(jù)與計算結(jié)果進行分析、處理、挖掘，可以支持對大體量數(shù)據(jù)的處理和共享計算，通過互聯(lián)網(wǎng)使多個物理分散的服務(wù)器在連接后形成高性能計算資源池。云計算技術(shù)不是單純對計算模式的優(yōu)化和創(chuàng)新，更是一種對服務(wù)模式的變革。通?？梢詮膬蓚€層面分析和理解云計算技術(shù)：廣義層面，云計算技術(shù)強調(diào)通過網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)獲取交付結(jié)果；狹義層面，云計算技術(shù)主要通過互聯(lián)網(wǎng)加強各個終端計算設(shè)備之間的聯(lián)系來實現(xiàn)。云計算技術(shù)的用戶可簡單分為云服務(wù)開發(fā)者和云服務(wù)消費者，前者只需關(guān)注自身業(yè)務(wù)，根據(jù)需要獲取計算資源，無需關(guān)注基礎(chǔ)設(shè)施的實現(xiàn)細節(jié)和日常運維，極大地降低了開發(fā)維護成本，加快了開發(fā)速度。無論是對開發(fā)者還是消費者，云服務(wù)都提供按需使用并計費的服務(wù)模式[3]。

2 智慧醫(yī)療

智慧醫(yī)療是一種新型醫(yī)療服務(wù)模式，其核心載體為患者信息，主要包括醫(yī)院在醫(yī)療服務(wù)的各環(huán)節(jié)中獲取的數(shù)據(jù)、知識發(fā)現(xiàn)、遠程診療等內(nèi)容。在智慧醫(yī)療中，數(shù)據(jù)的獲取和知識發(fā)現(xiàn)依托云計算強大的數(shù)據(jù)處理能力，云端服務(wù)和智能終端協(xié)同對外提供遠程診療服務(wù)，通過各階段周而復(fù)始的交替運行，智慧醫(yī)療內(nèi)部最終形成了一個“感、知、行”的循環(huán)[4]。

在醫(yī)療信息化建設(shè)領(lǐng)域，國外機構(gòu)和組織起步較早，已經(jīng)產(chǎn)生一些頗具影響力的行業(yè)標(biāo)準及產(chǎn)品，如IBM的智慧醫(yī)療、GNU Health、HL7等。我國醫(yī)療衛(wèi)生體系對云計算的使用主要聚焦于云計算在醫(yī)療信息化中的實施、醫(yī)療領(lǐng)域的云存儲和軟件服務(wù)等[5]，目前比較成熟的服務(wù)產(chǎn)品包括百度健康云、阿里云等。

3 云計算技術(shù)建設(shè)智慧醫(yī)療

在傳統(tǒng)醫(yī)療衛(wèi)生模式下，醫(yī)療數(shù)據(jù)呈現(xiàn)存儲分散、格式繁多、缺乏標(biāo)準的狀態(tài)，因此難以進行分析和挖掘。各家醫(yī)院各自管理患者信息及其就診相關(guān)信息，使醫(yī)療數(shù)據(jù)中存在信息孤島的情況愈發(fā)嚴重，難以實現(xiàn)跨域診療和遠程診療。結(jié)合云計算技術(shù)建設(shè)的智慧醫(yī)療，能夠統(tǒng)一存儲和處理醫(yī)療數(shù)據(jù)，對醫(yī)療數(shù)據(jù)的跨域共享起到了很好的推進作用，優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源得到了更好的共享。

鑒于云計算技術(shù)的以上優(yōu)點，醫(yī)療服務(wù)應(yīng)用部署上云后，可根據(jù)訪問量實現(xiàn)動態(tài)彈性擴容，不會因為系統(tǒng)負載過重出現(xiàn)醫(yī)療服務(wù)無法運行的問題。同時，服務(wù)上云可以有效節(jié)約大量硬件資源的采購和運維成本，減少硬件的物理冗余。一旦出現(xiàn)自然災(zāi)害、黑客入侵等意外情況，云計算技術(shù)強大的災(zāi)備能力可有效保護存儲在云端的醫(yī)療數(shù)據(jù)。

經(jīng)過多年發(fā)展，我國在智慧醫(yī)療建設(shè)方向上取得了可觀的進展，部分醫(yī)院已經(jīng)實現(xiàn)了信息化升級[3]。醫(yī)療信息化程度直接決定著醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)為患者和社會服務(wù)的力度，因此智慧醫(yī)療的建設(shè)受到政府部門和相關(guān)行業(yè)越來越多的關(guān)注。雖然我國在醫(yī)療領(lǐng)域的投資規(guī)模逐年提高[5]，但由于我國相關(guān)行業(yè)發(fā)展起步晚，資金體量不足，國內(nèi)醫(yī)療信息化程度和歐美發(fā)達國家相比仍存在明顯差距。我國醫(yī)院信息系統(tǒng)(Hospital Information System，HIS)的應(yīng)用主要集中在管理信息系統(tǒng)(Management Information System，MIS)，而臨床信息系統(tǒng)(Clinical Information System，CIS)、影像歸檔和通信系統(tǒng)(Picture Archiving and Communication System，PACS)還基本沒有得到應(yīng)用，處于探索階段，信息系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)劃還缺乏統(tǒng)一的醫(yī)院信息系統(tǒng)建設(shè)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準[6]。醫(yī)院在后期開展信息化建設(shè)工作時，應(yīng)提高對云計算技術(shù)的重視，進一步發(fā)揮其影響力。在后續(xù)智慧醫(yī)療的建設(shè)進程中，可通過對核心醫(yī)療數(shù)據(jù)上云來避免數(shù)據(jù)丟失等風(fēng)險，提高醫(yī)院醫(yī)療數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。

互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器是云計算技術(shù)運行的載體，也是其區(qū)別于傳統(tǒng)計算技術(shù)的核心，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器通過對醫(yī)療數(shù)據(jù)的清洗、分析和信息挖掘，為醫(yī)療全周期的業(yè)務(wù)和管理工作提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)支持和信息支持。由于云計算技術(shù)的運行主體是云服務(wù)提供商，應(yīng)用成本相較傳統(tǒng)醫(yī)療系統(tǒng)更高，很難覆蓋大部分醫(yī)院，造成不同醫(yī)院間信息化建設(shè)的差距變大。經(jīng)濟發(fā)展水平、政策支持和資金投入方面的差異，導(dǎo)致了醫(yī)院信息化建設(shè)水平因地區(qū)的不同呈現(xiàn)出較大差異，一線城市醫(yī)療信息化水平高于二線城市，沿海地區(qū)醫(yī)療信息化水平高于內(nèi)陸地區(qū)，城市地區(qū)醫(yī)療信息化水平高于鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)。各地醫(yī)院在智慧醫(yī)療的建設(shè)過程中，逐步出現(xiàn)了馬太效應(yīng)和資源的虹吸效應(yīng)等不良傾向[7]。

雖然醫(yī)院提出了信息化的需求，但多數(shù)醫(yī)院職工信息化能力水平還達不到信息化建設(shè)工作的要求，阻礙了智慧醫(yī)療建設(shè)工作的順利進行，使醫(yī)院信息化程度不能得到有效提高[8]。未來，國家應(yīng)加強對醫(yī)療信息化從業(yè)人員信息化水平的培訓(xùn)和考核。此外，智慧醫(yī)療產(chǎn)業(yè)在建設(shè)進程中，仍存在以下關(guān)鍵問題及解決建議[9]。

(1)行業(yè)標(biāo)準缺乏。該問題應(yīng)由政府相關(guān)主管部門推動解決。智慧醫(yī)療屬于典型的交叉學(xué)科和融合產(chǎn)業(yè)，涉及較多行業(yè)和領(lǐng)域，所涉標(biāo)準分布在各傳統(tǒng)行業(yè)和領(lǐng)域下，參考與引用交叉復(fù)雜，政府應(yīng)在后期加快組織制定相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準。

(2)專用傳感器的研發(fā)及推廣進程緩慢。在智慧醫(yī)療體系中，各類專用的醫(yī)療傳感器是核心技術(shù)之一，目前其研發(fā)和演進速度不能滿足高速發(fā)展的智慧健康產(chǎn)業(yè)日益增長的技術(shù)需求，究其原因，主要來自3個方面：其一，醫(yī)院無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，不同制式的無線網(wǎng)絡(luò)和移動通信網(wǎng)絡(luò)、不同制式的通信接口使數(shù)據(jù)在傳輸過程中產(chǎn)生了不同程度的信號失真；其二，工程應(yīng)用中，醫(yī)療傳感器幾乎都是通過私有協(xié)議對接非公開平臺，通用性和開放性差，行業(yè)缺乏通用標(biāo)準和協(xié)議；其三，醫(yī)療傳感器所傳送的數(shù)據(jù)未經(jīng)脫敏，需要健全相關(guān)的法律法規(guī)和信息技術(shù)。以上問題可以同步探索推進解決。

(3)運營模式陳舊。目前醫(yī)院的運營模式仍然停留在傳統(tǒng)就醫(yī)模式之下，對于相應(yīng)的利益如何合理分配需作出針對性的創(chuàng)新。智慧醫(yī)療改變了現(xiàn)有的就醫(yī)模式，互聯(lián)網(wǎng)思維主導(dǎo)開放、共享、共贏，即要把現(xiàn)有的衛(wèi)生醫(yī)療行業(yè)打造成一個開放、多方共贏互利的生態(tài)圈。先進的信息化手段和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能夠充分解決各醫(yī)療機構(gòu)之間醫(yī)療資源不平衡的現(xiàn)狀，使優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源得到有效的輻射和下沉。

(4)缺乏政府主導(dǎo)的云計算與大數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)。在智慧醫(yī)療系統(tǒng)框圖中，最重要的應(yīng)該是政府主導(dǎo)的云計算與大數(shù)據(jù)平臺，這是一個對網(wǎng)內(nèi)醫(yī)療數(shù)據(jù)進行邏輯集中管理的平臺。該平臺的建設(shè)對智慧醫(yī)療產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到關(guān)鍵作用，需要加快建設(shè)。

4 智慧醫(yī)療產(chǎn)業(yè)中云計算技術(shù)的應(yīng)用

4.1 信息管理

云計算技術(shù)在醫(yī)院信息管理平臺中已經(jīng)得到了廣泛而直接的應(yīng)用，其工作機制主要是有機整合不同部門的醫(yī)療軟件，使醫(yī)療信息和醫(yī)療數(shù)據(jù)得到更便捷的運轉(zhuǎn)流通。借助云計算技術(shù)醫(yī)院信息管理部門可以實現(xiàn)對各科室醫(yī)療信息的快速查詢，及時整理相關(guān)數(shù)據(jù)并發(fā)現(xiàn)潛在的問題，進而持續(xù)改進。此外，醫(yī)院信息管理平臺的推廣，可以避免傳統(tǒng)醫(yī)療模式下紙質(zhì)病歷和材料的丟失、損壞等問題，實現(xiàn)無紙化辦公。建立電子病歷系統(tǒng)，有利于醫(yī)生高效診療，實現(xiàn)就診、問診與治療一體化，為良好的醫(yī)患關(guān)系提供有效的技術(shù)支撐[10]。通過基于云計算技術(shù)建立的醫(yī)院信息管理平臺，可以幫助管理者動態(tài)監(jiān)控各項在轄資源的使用情況，進而對資源進行動態(tài)優(yōu)化配置[11]。

4.2 預(yù)測與分析疾病

隨著工業(yè)化進程的不斷發(fā)展，社會環(huán)境與自然環(huán)境出現(xiàn)了巨大變化。眾多已知病毒發(fā)生了變異，衍生出新的病毒株，各種疾病層出不窮，傳播途徑多、傳播范圍廣，而且治愈率相對較低。一旦某種疾病出現(xiàn)大范圍暴發(fā)，必然導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)患者的生命健康與經(jīng)濟發(fā)展受到嚴重沖擊。依托云計算技術(shù)搭建的數(shù)據(jù)中心計算能力強、可容數(shù)據(jù)規(guī)模龐大，可提供全面、準確、可靠的計算服務(wù)；可根據(jù)醫(yī)務(wù)人員的需求對數(shù)據(jù)進行詳細的分解、加工與分析；可通過對海量醫(yī)療數(shù)據(jù)進行建模分析和信息挖掘，從中找出關(guān)聯(lián)性，為醫(yī)務(wù)人員進行的科學(xué)研究提供可靠的數(shù)據(jù)支持，提高研究的效率與質(zhì)量。

4.3 遠程醫(yī)療服務(wù)

在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域中，醫(yī)生通常需要結(jié)合門診情況和各類醫(yī)學(xué)影像的檢查結(jié)果(如超聲檢查、X線、CT、核磁共振等)做出診斷?；颊咴诰歪t(yī)過程中，可能因為眾多因素就診于多家醫(yī)院，醫(yī)院之間的檢查數(shù)據(jù)結(jié)果格式可能不統(tǒng)一，患者在跨院就醫(yī)時，不僅流程手續(xù)十分繁瑣，而且容易出現(xiàn)檢查和診斷數(shù)據(jù)不齊全的問題，影響醫(yī)生的診斷效率和準確度[12]。不同醫(yī)院之間的醫(yī)學(xué)影像信息數(shù)據(jù)共享，是當(dāng)前亟待解決的重大問題。通過云計算技術(shù)，遠程醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)得以建立和運行，有效提高了優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源的共享性。

4.4 存儲和處理醫(yī)療大數(shù)據(jù)

在當(dāng)今的醫(yī)療技術(shù)環(huán)境下，醫(yī)療數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)指數(shù)級增長的趨勢，體量劇增的醫(yī)療信息數(shù)據(jù)存在標(biāo)準界定不清晰、缺乏行業(yè)規(guī)范等情況，數(shù)據(jù)的清洗、分析及挖掘難度高，信息安全面臨威脅?，F(xiàn)階段醫(yī)院廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)，對處理快速增長和豐富的醫(yī)療數(shù)據(jù)信息已經(jīng)力有不逮。云存儲技術(shù)相對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)，具有容量大、吞吐效率高、讀寫速度快等優(yōu)勢，結(jié)合冗余存儲策略，可以對所涉系統(tǒng)數(shù)據(jù)提供安全穩(wěn)定的保障。針對圖像數(shù)據(jù)，云存儲技術(shù)不僅能突破傳統(tǒng)技術(shù)手段的數(shù)據(jù)存儲限制，還能存儲數(shù)據(jù)量為PB字節(jié)規(guī)模的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)，便于醫(yī)生通過電子設(shè)備在極短時間內(nèi)查看患者的就診影像，在快速掌握病情的同時，有效降低誤診率。

5 結(jié)束語

云計算技術(shù)通過服務(wù)器虛擬化實現(xiàn)對醫(yī)院內(nèi)部多種信息資源的控制和處理，這種方式高效、易維護、易管理，可全面提升信息安全水平，在智慧醫(yī)療的發(fā)展和醫(yī)院信息化的建設(shè)過程中起到了至關(guān)重要的作用。引入云計算技術(shù)可以規(guī)避醫(yī)療系統(tǒng)平臺運維成本高、信息安全風(fēng)險大等問題，有助于實現(xiàn)移動醫(yī)療，從而更好地促進智慧醫(yī)療的發(fā)展。