基于影像云计算的分级诊疗同质工作平台的应用研究
2017-02-14*
*
基于影像云计算的分级诊疗同质工作平台的应用研究
张旭①孙树学①*
目的:为在医联体共建中实现“医、教、研、管”的同质化,避免传统合作模式而产生的资源浪费和患者受益度低的问题,结合互联网及云计算技术实现传统合作模式的再造。方法:在同质化共建的需求驱使下,与基层医院间搭建一套基于影像云计算的分级诊疗同质工作平台,完成基于诊断级影像的远程阅片诊断、远程会诊、疑难病例讨论以及培训教学等业务。结果:同质工作平台解决了两院区在医学业务协同中人力成本的浪费,实现优质医疗资源的合理配置,有效地带动基层医院医疗服务水平的提高,惠及民生。结论:远程医疗技术实现对传统医联体间合作共建模式的重构,建立标准化信息共享平台,提升医疗资源配置效率,帮助提高基层诊疗服务能力,为分级诊疗格局的形成提供助力。
远程医学活动;区域影像数据中心;影像三维云处理;总体架构;功能介绍;信息技术
[First-author’s address] Department of Information, Beijing Friendship Hospital, Capital Medical University, Beijing 100050, China.
目前,我国的医疗资源总体不足,优质医疗资源普遍集中在大城市、大医院,基层医院对医疗资源的竞争力不足,是形成看病难和看病贵的原因之一[1-2]。2015年9月国务院办公厅印发《国务院办公厅关于推进分级诊疗制度建设的指导意见》,引导优质医疗资源下沉,形成科学合理的就医秩序,部署加快推进分级诊疗制度建设[3]。在新医改的大背景下,随着云计算、大数据、移动互联网和物联网等信息技术的飞速发展,远程医疗获得了良好的发展契机,在医学领域内扮演着越来越重要的角色[4]。
2016年初,首都医科大学附属北京友谊医院与友谊平谷医院结成紧密医联体,旨在利用其先进的医疗资源带动建设区域医疗服务体系,探索“区办市管”的新管理模式,为实现区域内分级诊疗提供保障。为解决医院专家资源往返于基层医院而造成大量人力、时间成本的浪费和患者受益程度低的问题,同时深化落实“两院一科”的协同模式,建立于基层医院间的基于影像云计算的分级诊疗同质工作平台。为此,对该同质工作平台的建设方案进行详细阐述。
1 同质工作平台总体架构
在现代医学中,医学影像在众多疾病的诊疗中已经占据了不可替代的地位,随着影像学诊断技术的不断发展,优质的医学影像信息可为医师正确的诊断提供可靠依据[5-6]。远程医学活动中的技术难点在于开展远程医学活动的双方能否获得真实、对等的诊断级医学影像信息的支撑[7]。针对远程医学的痛点和医院的需求,形成了同质工作平台项目的建设方案,以实现科际、院际以及院科际间的基于诊断级影像的同质化医学协同。
在北京友谊医院搭建同质工作平台,采用B/ S架构,由远程医学平台、影像三维云处理和区域影像数据中心等三大子系统组成,各子系统的服务器采用虚拟化解决方案配置。远程医学活动的顺利开展依赖于异构系统间医疗数据的互联互通[8]。因此同质工作平台采用区域影像数据中心来整合医院内各影像归档及传输系统(picture archiving and communication systems,PACS)/放射学信息系统(radiology information system,RIS)和远程医学活动中所涉及的相关数据[9],实现院内和院外的数据交互、存储和共享。在医院内部,区域影像数据中心采用HL7和DICOM3.0国际标准的程序接口,通过Web Service服务实现与院内放射、内镜、超声、病理、心电和电子病历等信息系统的互联。在医院与基层医院间部署前置服务器,利用SDH专网实现两端前置服务器间的通讯。友谊平谷医院端的前置服务器与本地的各医疗信息系统采用统一标准的程序接口互联,将结构化的影像资料、电子病历上传至区域影像数据中心。在此数据互联互通基础之上,两院区可以开展基于诊断级影像的远程阅片诊断、远程会诊、疑难病例讨论和培训教学等远程医学活动。为了有效地整合专家的碎片时间资源,同质工作平台支持远程移动会诊(如图1所示)。
图1 基于医学影像云计算的分级诊疗同质工作平台总体架构图
在区域医疗信息化领域,云计算技术的应用已较为成熟和普遍,利用“云”技术与终端机性能的无关性,在个人电脑、智能手机以及平板电脑设备上的影像会诊支持高端影像三维云处理功能[10]。同时同质工作平台具有良好的可拓展性,其他医联体医院、基层医疗机构根据协同合作需要,利用专网或互联网等多种网络通讯方式,以相同模式复制实施,最终可建立以医院为中心的分级诊疗远程医学体系。
2 同质工作平台功能设计
同质工作平台是以医院为中心平台,基层医院及其他医疗机构围绕中心形成互联互通,利用各级医院的影像信息,开展基于诊断级影像的远程阅片诊断、远程会诊、疑难病例讨论以及远程培训教学等远程医学活动。
2.1远程阅片诊断业务
远程阅片诊断业务模块采用一体化同质工作模式,利用区域影像数据中心对两院区影像信息的整合,建立患者主索引,医院专家可以在同一工作站完成本院内和基层医院的影像诊断和报告审核。同时专家可以获得以时间轴形式展现的患者历次影像信息,为准确诊断提供连续性依据。基层医院医生可以选择性地将有学习和参考价值的首诊报告和审核报告保存至区域影像数据中心,供日后调阅,其主要业务流程如图2所示。
图2 远程阅片诊断业务流程图
2.2远程会诊业务
利用区域影像中心的数据平台支持,远程会诊可10端同时在线,进行基于诊断级影像的在线交互会诊。基层医院会诊方发出会诊申请,并整理上传患者原始影像资料和电子病历至数据中心;医院会诊中心分诊医生对会诊资料进行质量控制管理后,根据会诊申请与专家出诊情况做出分诊;应诊专家如约开展实时交互式会诊,出具会诊报告。在会诊中各方使用一体化会诊系统,实现会诊业务的实时同步。会诊界面中的音视频交互图像、电子病历文档信息和医学影像信息以多种展现形式打开,同时配备专业影像工作站支持对诊断级影像的常规操作和高端影像三维云处理,并能够实现影像操作实时同步。系统支持文档共享、文字会话和电子白板等多渠道会诊协同工具,帮助模拟真实会诊场景,提高会诊效率。
2.2.1 会诊申请
在会诊申请界面,会诊申请方可录入患者人口统计学信息、会诊申请信息等内容。利用与医院现有的医院信息系统(hospital information system,HIS)、电子病历(electronic medical record,EMR)以及PACS/RIS的程序接口,可实现患者医疗数据的自动抽取,同时也支持手动上传功能。
2.2.2 会诊质量控制
系统支持全流程质量控制。对申请完的会诊进行前质控,自动进行申请信息与医学数字成像和通信(digital imaging and communications in medicine,DICOM)文件中患者信息的校验,给出校验提示报告。对新提交的会诊报告进行后质控,按描述逻辑性、描述规范性、描述完整性、诊断逻辑性和诊断准确性分别予以评分,对不符合要求的会诊报告做退回重修处理。
2.2.3 会诊分诊
医院会诊中心医生对已经通过前质控的会诊申请进行分诊,依据会诊申请的实际内容和专家排班的实际情况对会诊进行分诊。系统会在成功分诊后根据会诊计划向出诊专家发送短信通知。
2.2.4 诊断级影像协同
系统提供统一的影像协同工作站,以患者为主索引,将患者在北京友谊医院和基层医院的历次影像信息以时间轴的形式按时间倒序排列呈现,支持全面的DICOM影像类型、全方位的图像浏览操作和图像增强处理功能。在会诊中,会诊各方的影像同步打开,其中一方占有操作控制权(控制权可以在会诊各方自由切换),控制方可以对影像进行图像操作,其他会诊各方均可同步看到与控制方对等的鼠标移动及图像操作演示。
2.2.5 疑难病例讨论
系统可以在医院内部科室间、与基层医院科室间以及两院区间,搭建跨地域、同维度的在线虚拟疑难病例讨论场景,提供一体化的病案资料上传、组织、共享和归档功能,提高科际、院际和院科际的工作效率和诊疗水平。
2.2.6 影像三维云处理
影像三维云处理是系统的特色功能,在远程会诊业务中实现高端医学影像三维重建和计算机辅助疾病诊断功能的无缝集成。该功能采用“云计算”架构,所有功能模块部署在医院同质工作平台端,利用“云计算”的强大处理能力,减少应用终端的处理负载,进而使终端摆脱对本地硬件资源的依赖,避免了基层医院以及其他医联体机构对高昂硬件设备的重复投入[11-12]。三维重建图像具有直观、形象及易于理解的特性,在远程会诊中可以帮助专家快速定位病灶位置,准确评价病情发展,增强会诊各方的沟通效果。影像三维云处理可以提供多平面重建、容积重建、去骨、血管检测、动态心功能分析、脑灌注分析以及影像融合等多种高端医学影像处理功能。
2.2.7 移动会诊业务
移动会诊基于HTLM5技术,在WIFI、3G/4G网络覆盖下,专家可以使用Smart Phone、PAD等移动设备随时随地实现非实时远程会诊,为会诊出具诊断参考建议。移动会诊支持患者影像和报告信息的共享、基本图像操作和影像三维云处理。
2.3远程培训教学
利用远程培训教学功能,医院专家可以为基层医院开展在线音视频同步的培训教学工作,并且能够实现对培训过程、远程会诊、疑难病例讨论和手术指导等进行全方位、全过程的录制,建立培训知识库,供基层医院医务工作者参考和学习。通过此功能可以帮助基层医院医务工作者拓宽诊疗思路、规范诊疗程序、获取前沿医疗信息和诊疗技巧,从而达到医院与基层医院的学科共同发展。
3 同质工作平台功能关键技术方案
3.1区域影像数据中心存储方案
区域影像数据中心为远程业务提供存储服务,存储友谊平谷医院用于远程阅片、诊断、会诊的医学信息(包括影像和电子病历)和医院上传的诊断报告,以及用于疑难病例讨论与培训教学的医学信息、音视频等资料。同时,区域影像数据中心通过整合医院院内各影像系统,实现影像信息的标准化集中存储和全在线管理、利用,并根据需要可为医院提供影像数据备份。区域影像数据中心采用分布式存储,中心存储设备部署在医院,基层医院的用于远程诊断和会诊的DICOM影像信息仍存储在基层医院端,中心端只存储影像数据的资源定位存储信息;医院根据远程业务的需要利用互联网资源定位(uniform/universal resource locator,URL)方式调取远端影像。分布式存储的方式可以有效地降低硬件投入成本,减少对上下行网络资源的占用,提高系统的安全系数[13-15]。
中心端存储系统的部署采用在线和近线两种存储结构(如图3所示)。在线存储设备由互为镜像的2台磁盘阵列组成(一主一备),通过2台光纤交换机与虚拟化计算资源池相连,组建双链路数据网络。当主存储出现故障时,镜像存储可无缝接替主存储的业务,不仅保障了业务的连续性,更为影像数据提供可靠保护。存储系统利用网络存储本身的数据保护特性对数据做存储镜像,在主存储的IO写入主卷的同时,也写入到备份存储中,保证两存储中数据的同步和(或)异步保存和数据的一致性。在线存储采用多路径软件Power Path技术,支持基于数据块、I/ O数量等高级自动负载均衡功能,提供主机到存储阵列间多路径的故障切换和负载均衡功能。当两存储设备中任意一台损坏时,通过简单的配置就能切换备份存储替代主存储支撑整体业务应用。在线存储主要保存频繁交互的数据,兼顾降低成本,存储一年以内的数据。近线存储设备选用一台较低速的网络存储,通过千兆以太网与核心交换机相连接,存储一年以外的历史数据。
图3 中心端存储系统部署拓扑图
3.2图像压缩处理方案
同质工作平台要求参与远程医学活动的双方都能够获得同质量、诊断级医学影像信息。为了在低网络带宽下,能够对较大数据量的DICOM医学影像[16]进行低延迟无损传输,同质工作平台的影像压缩采用了JPEG2000压缩标准。JPEG2000是基于小波变换的图像压缩标准,具有无损的高压缩率、低比特速率、渐进传输(即先传输图像的轮廓,然后逐步传输数据,不断地提高图像质量)和交互式压缩(对任意指定图像区域的压缩处理)等特性[16]。借助这些先进压缩处理特性,能够实现电脑断层扫描(computed tomograpphy,CT)、磁共振(magnetic resonance,MR)、数字X射线摄影(digital radiography,DR)、计算机X射线摄影(computed radiography,CR)和超声图像的快速远程调阅,在4 M带宽条件下,单幅CT影像的远程传输时间<3 s。
4 结语
通过同质工作平台实现整合医院内部所有影像系统,形成影像的标准化集中存储、管理和利用,并借助网络专线与前置服务器将基层医院的影像系统接入平台,实现跨区域的影像互联互通,两地可以完成基于诊断级影像的远程阅片诊断、远程会诊、疑难病例讨论以及培训教学等远程医学活动。云技术在同质工作平台的应用可以有效降低准入门槛,基层医院在原有硬件设备上即可实现高端影像三维处理,提高了远程协同的实用效果。同质工作平台的建立,帮助医院更好地发挥了市属医院在医疗服务领域的辐射带动作用,促进了优质医疗资源的下沉,降低了合作共建中的人力资源成本,提高了基层医院医疗服务水平,使得基层医院所覆盖的区域患者能够享受到及时、可靠和优质的诊疗服务,同时也为将来其他医联体医院的加入提供了范本。
远程医疗技术实现对传统医联体间合作共建模式的重构,利用先进的信息技术建立统一、标准化的信息协同平台,开创多维度、多样化的交流及合作形式,加速优质医疗资源的纵向配置,从而提高基层诊疗服务能力,满足基层群众对基本医疗服务需求,为分级诊疗格局的形成提供有效助力。
[1]赵杰,陈保站,李陈晨,等.面向区域医疗协同的远程医疗综合会诊系统设计与应用[J].医学信息学杂志,2016,37(5):20-23,45.
[2]翟运开.面向区域医疗协同的可扩展远程医学教育系统设计与实现[J].医学信息学杂志,2016,37(4):90-95.
[3]国务院办公厅.国务院办公厅关于推进分级诊疗制度建设的指导意见[EB/OL].(2015-09-08) [2016-05-07]http://www.gov.cn/zhengce/ content/2015-09/11/content_10158.htm.
[4]赵杰,蔡艳岭,孙东旭,等.远程医疗的发展现状与未来趋势[J].中国卫生事业管理,2014,31(10):739-740,799.
[5]杨启顺.影像学技术在放射科的作用和现代影像质量的研究[J].临床医学研究与实践,2016,1(14):196,198.
[6]胡玉川,李振辉,崔光彬,等.我国远程影像会诊的现状及展望[J].放射学实践,2014(12):1365-1367.
[7]任彦军,李坤成,梁志刚,等.远程医学影像会诊系统的发展状况与质量控制[J].中国医疗设备,2013,28(6):7-10.
[8]张晓红,赵江霞,曹波,等.医疗联合体区域PACS系统的建设[J].中国数字医学,2015(6):111-113.
[9]顾培华,赵一凡.基于健康等级7的放射学信息系统与影像归档及传输系统集成方法[J].中国医学装备,2016,13(4):50-54.
[10]马锡坤,杨国斌,于京杰,等.基于虚拟化的云计算数据中心整体解决方案[J].中国医疗设备,2012,27(12):62-64,92.
[11]林枫,朱月兰,孙超,等.基于云计算技术的区域医疗信息平台研究[J].中国卫生信息管理杂志,2012,9(6):11-14.
[12]范晨皓,何萍.基于分布式存储的区域医疗影像系统建设[J].中国数字医学,2014(1):58-61.
[13]欧敏健,陈金龙.基于区域共享的医学影像传输与存储系统研究[J].大众科技,2014(6):150-152.
[14]周彬,蔡敏芳,孙娟,等.基于数据中心的远程医疗协同平台建设与实践[J].中华医院管理杂志,2016,32(4):294-296.
[15]王建新,朱恩,刘文松,等.基于JPEG2000的遥感图像感兴趣区域编码新算法及其VLSI设计[J].电子与信息学报,2016,38(4):958-963.
[16]吴素玲.医学数字影像通讯标准在影像设备规划中的应用[J].中国医学装备,2013,10(9):54-56.
Research on the tiered homogeneity medical work platform based on medical image and cloud computing
/ZHANG Xu, SUN Shu-xue//China Medical Equipment,2017,14(1):85-89.
Objective: In the medical cooperation, in order to realize the homogeneity of the "medical, teaching, research, management", avoid to the waste of resources and the low benefit of patients with traditional cooperative mode. So combining the Internet and cloud computing technology to realize the reconstruction of the traditional mode of cooperation. Methods: Because of the need for equivalent cooperation, Beijing Friendship Hospital set up The Tiered Medical Work Platform Based on Medical image and Cloud Computing which between Beijing Friendship Hospital and Beijing Pinggu Hospital. The Work Platform was able to provides applications such as remote reading, remote diagnosis, remote consultation, remote difficult case discussion, remote teaching, training and so on. Results: The Work Platform solved the problem of wasting of human resource cost in our hospital, and improved the allocation of medical resources, improved the level of medical service of Beijing Pinggu Hospital, made people get benefits. Conclusion: Telemedicine technology can realize the reconstruction of traditional medical cooperation mode, establish standardized information sharing platform, increase the efficiency of medical resources allocation, improve the ability of primary diagnosis and treatment services, provide assist in forming the pattern of Tiered Medical.
Telemedicine; Regional CDR of image; 3D medical image cloud processing; Overall architecture; Function introduction; Information technology
1672-8270(2017)01-0085-05
R197.324
A
2016-08-07
①首都医科大学附属北京友谊医院信息中心 北京 100050
*通讯作者:sunshxue@163.com
10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.01.026
张旭,男,(1987- ),本科学历,助理工程师。首都医科大学附属北京友谊医院信息中心,从事信息管理工作。