基于云计算的PACS现状与发展

沈哲凡 徐秀芳 梁红★

影像归档和通信系统（Picture Archiving and Communication Systems，PACS）是医院用于管理医疗设备产生的医学图像的信息系统。PACS的主要组成部分包括一个图像和数据采集网关﹑一个用于管理和存储的档案的PACS服务器以及一个显示工作站。PACS以数字通信﹑显示和信息技术为基础，使放射学的实践发生了革命性的变化，极大提高了临床实践水平［1］。云计算是一种新兴的计算模式。这种模式提供方便﹑按需的网络访问，可配置的计算资源共享池（如网络﹑服务器﹑存储﹑应用和服务等）。用户通过少量的管理工作，或与服务供应商少量的互动即可快速配置和发布资源［2］。医学影像的数据文件通常较大，一次常规CT扫描图像为10MB量级，X光机的胸片可达20MB，心血管造影的图像＞80MB。普通三甲医院放射科单个工作日产生的影像数据可达50G［3］。医院传统PACS一般通过服务器和硬盘来进行存储，容量小﹑死板，难以进行功能扩展。而目前新兴的云计算模式具有数据快速调用﹑网络共享与应用拓展等特点，与PACS系统相结合可以解决上述问题，所以基于云计算的PACS将是未来影像发展的一大方向。

1 传统PACS的现状及存在问题

1.1 搭建成本高 传统PACS的搭建十分复杂，除了需要服务器﹑存储设备和维护网络环境所需的大量配套硬件设备外，还需要专业的技术人员，充足的机房面积等。在这些易计算的显性成本下，还有不可见的隐性成本［3］，例如：时间成本﹑培训成本﹑维护成本﹑技术风险成本﹑可扩展性成本和转换成本。导致了部分医院无力承担搭建PACS系统的费用。传统PACS系统所需的高额成本使其在医院中的推广受到限制。

1.2 数据储存的局限 随着分级诊疗制度的全面推进，远程会诊需求量快速增加，区域性医疗服务中心也随之迅速发展［4］。这些医疗机构的发展，使医疗影像数据呈指数增长。这些增长的数据逐渐暴露出了传统PACS系统数据储存的局限性—数据无法交流﹑系统传输速度慢﹑储存容量小﹑搜索功能限制［5］。

1.3 “信息孤岛”形成 医院不同科室都有PACS系统，但这些系统大多是由科室根据科室内部标准自主搭建的，并没有考虑到和医院整体信息系统进行匹配。随着医院信息化的发展，这些科室内部的PACS成了孤立的系统，阻碍了信息的交流。即使医院内部实现了信息集成，各地医院间又常采用不同型号﹑品牌的医疗设备获取医学影像数据。而将这些医院的医学数字成像和通信（Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM）数据从传统的PACS迁移至新的PACS非常复杂，需要医院和供应商一起仔细规划和测试，持续观察过程［6］。这些因素都导致数据无法交流融合，也就形成了“信息孤岛”。

2 云计算PACS的发展现状

在国外，已有许多公司为PACS提供了云计算平台。云计算可分为三种模式，本文以Dell﹑IEP﹑PACSDrive三家公司对应三种模式，介绍国外云计算PACS的发展现状。

软件即服务（Software as a Service，SaaS）模式，提供软件服务，使用户避免了搭建传统PACS所需的高额费用，也不用安装各种复杂软件，是目前应用最多的云计算模式。以SaaS模式提供PACS云服务功能的Dell公司开展了联合临床存档（Unified Clinical Archiving，UCA）业务。此外，BridgeHead公司与Dell公司合作的下一代供应商中立归档技术（HealthStoreVendor Neutral Archive，VNA）为医院提供了一个完整的内置存储管理的解决方案［7］。其包含了完整的生命周期管理功能，可以充分控制数据。而且，由于VNA与存储供应商及其硬件设备无关，医疗机构可以采用分层存储架构，将数据跨越现有或新的存储资产，将存储区域网络（Storage Area Network，SAN）移动至更便宜的云盘。数据安全方面，BridgeHead公司可以利用高级备份技术来确保应用程序受到灾难时的保护和恢复。

英国IEP公司则选择平台即服务（Platform as a Service，PaaS）模式，用户不仅可以使用存储空间，还可以使用平台服务［8］。PaaS也是SaaS模式的一种应用，提供更好的服务和更便捷的数据转移。IEP的平台服务包括：（1）云平台中的PACS数据可随时下载至本地。（2）本地PACS数据极快速上传至IEP的服务器。（3）数据可转移至新的云平台等。现在IEP公司的云服务已经在英国的卫生医疗机构中实现100%覆盖。

美国PACSDrive公司在基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS）模式的基础上，为用户提供医学影像在线存档服务［9］。用户只需支付租用空间的储存费用，无需搭建服务器等硬件设备，明显减少了卫生医疗机构搭建PACS系统的成本。为了保证数据的安全性，PACSDrive公司还在美国Dallas﹑Saint Louis﹑Amazon三处进行了数据备份，防止灾害导致的数据丢失。

Saas﹑PaaS﹑IaaS模式缓解了由于临床影像图像持续指数增长带来的存储成本和难度问题。云计算模式可以在低成本下有效地存储各个卫生医疗机构的图像，并为信息查询保留访问权限。

除了提供充足的云储存空间，由NexGenic公司推出的ImageInbox让患者自己管理储存医疗影像与诊断报告，根据需要安全上传给专业医疗人员，能像发邮件一样快捷方便，且软件能无缝对接，符合HIPAA保密协议。同时医生端也能通过文档收发影像图片，和同行以及患者交流。ImageInbox至今已被60多家国际设备采用，包括北美﹑欧洲和亚洲的顶尖儿科中心。其借助PACS能第一时间传输图像，避免了传统PACS系统数据信息之间不融合，信息传输慢的弊端。

在 移 动 端，Mobile MIM﹑Jack Imaging Medical Image Viewer﹑OsiriX HD等软件不仅App的形式突破了PACS系统中的医疗影像数据无法在移动端下载观看的局限，而且能在一定程度上部分模拟PACS工作站的功能。

3 国内云计算PACS的应用

在国内，盈谷公司早在2006年即启动云计算项目，并于2010年推出了基于云计算架构的iMAGES图像处理及分析引擎［10］。2014年，盈谷网络全球发布第一个基于云计算和超算结合（也可以称为云超算）的医学图像处理引擎。2017年8月5日，盈谷网络发布集合化云平台“医真云”，为国内提供了可以实现信息交流的云计算平台。

除了盈谷公司，成都影达公司是中国轻量级领域唯一一个独立发布软件开发工具包（Software Development Kit，SDK）云引擎吸引合作的技术团队，致力于研发打造中国轻量级医学影像开源引擎，实现Web﹑移动端轻松查看医学影像。

尽管有如盈谷网络等公司走在云计算PACS研发与应用的前列，国内市场上也有很多关于云计算PACS的讨论，但大多数停留在理论探讨阶段，难以实施［11］。只有少数医院在全院范围内实现了基于云计算的PACS改造应用，例如嘉兴市第一人民医院基于电信天翼云存储对PACS完成了架构改造和应用［12］。医院在实现云计算PACS的改造后，10d内上传了4.2T的图像资料，平均速率5M/s，在云端各个节点及各服务器的浏览速度达秒级，完全能满足医院需要。

随着影像中心等第三方影像诊断机构的建立，集团化或医联体形式的区域性医疗服务中心的快速发展。医疗机构除了在医院范围内实现云计算PACS，还要建立基于云计算的区域医疗信息共享平台。例如“军卫一号”系统数据接口一致［13］，可初步实现医疗信息在不同医院间的共享和交换，逐渐打破传统PACS形成的“信息孤岛”。

4 云计算PACS的应用效果

4.1 降低成本，扩大储存空间 云计算PACS相比传统PACS无需昂贵的配套硬件设备，也不用付出时间﹑维护成本等隐形成本，显著地降低了搭建PACS所需要的成本。并且云计算PACS对网络环境的要求并不高，不同医院可根据自身经济状况和数据量的不同自主选择接入速率和方式［3］，省去了医院进行自身备份数据和存储冗余等防范措施产生的费用。普通三甲医院放射科单个工作日产生的影像数据可达50G，但硬盘中储存的医疗数据有限，已经难以满足医院需要的数据储存空间。而云储存系统的储存容量几乎无限制，为医院解决了数据储存难题。

4.2 统一标准，推进区域医疗发展 由于业务发展的不同，经济实力的不同，医院之间，医院与科室之间，甚至科室与科室之间，PACS系统都会存在差异。传统PACS在改造为云计算PACS时，可以在医院﹑科室间规范技术标准和常见病诊断标准。统一标准的PACS在加速医院放射科发展的同时，也提高了医生的诊断水平。并且云计算PACS还增强了护理的及时性，提高了多发性疾病诊断的质量，使远程诊断更易实现也更有意义。不同医院可通过同一个云平台对同一个患者进行在线同步诊断，提高了诊断报告的质量，也避免了对患者的重复伤害。

4.3 降低门槛，保证信息安全性 医院查询患者隐私信息的方式发生改变，由传统的内部访问转变为通过互联网和云平台访问。这样的转变下，患者信息是否安全成了云计算PACS最大的问题。目前，SaaS的云计算模式与用户自建的传统信息系统无明显差异［2］，安全性几乎没有区别，而且大幅降低了信息系统搭建的门槛和成本。随着数据加密技术和数据备份技术的发展，云平台的安全性将进一步加强。

4.4 传输快速，节约医患双方时间 在医学成像中，数据传输的速度和可靠性至关重要。数据传输应该具有强大的抗瓶颈能力，以便能够可靠地传输图像［14］。在医院中，云计算PACS对于医疗图像的浏览速度已达秒级，同时上传和下载速度也超越传统PACS，节约了从PACS提取数据所需要的时间。其还可以通过简化诊断医生和临床医生的交流，减少诊断报告的时间，从而降低治疗的患者的总时间［15］。在医院之间，远程交流数据和图像，可以减少交换图像的时间，增加治疗患者的数量［16］。在同一标准下的数据交流也能避免医院对患者的重复性检查和医生对患者的重复询问，显著提高了诊断的效率和质量，也节省了患者看病的经济成本和时间成本。

5 云计算PACS的未来

云计算PACS的推广和发展可以解决部分传统PACS的弊端，带来诸多便利并加速影像发展，但是也对技术和标准提出了更高的要求。

PACS系统未来的发展趋势，主要是解决两个问题，Web网页浏览PACS和移动端使用PACS［5］。其中基于Web的解决方案，类似SaaS模式，有由Benjamin提出的SuperPACS构想［17］，有关于丰富互联网程序（Rich Internet Application，RIA）的研究等。后者不仅能克服传统PACS对医学图像显示的局限性，而且支持PACS用户界面，为更好的图像和信息显示提供了额外的Web页面应用程序。例如，Hsiao等［18］在2011年提出 RIA技术可以为临床医生提供一个基于浏览器的接口，允许他们查看多种形式的医疗数据，包括DICOM标准和非DICOM标准的图像﹑患者报告和数据图像。

随着技术的发展，移动端已经具有足够的分辨率和计算能力被用来作为一种医疗图像观看设备。医生﹑护士﹑技术人员等通过移动端查看医疗图像，是医学诊断发展中的重要一步［19］。未来云计算PACS的数据可以直接下载至移动端，通过App呈现给用户和在工作站上一样的阅片体验和操作服务，并实现在移动端的数据检索。

数据安全技术的升级是未来发展的基础。在医疗数据由医院构建的内部网络转移至云平台后，医院只能依赖云平台提供商来保证信息的完整性与安全性。尽管数据备份和加密技术发展迅速，但安全问题仍是传统PACS向云计算PACS转型的首要问题［20］。安全技术的发展需要总结不同作者在云安全上的相关工作，评估信息安全后提出解决方案［21］。未来云计算PACS的推广和发展必须建立在能绝对保障信息安全的基础上。

医疗信息共享是医疗发展的趋势。Ross和Pohjonen提出共享医疗图像或工作流程可以在不同的层次上实现，其中包括：组织内部﹑组织间﹑跨国界﹑医疗机构和公民之间［22］。未来云计算PACS将由一家医院内各科室之间的信息共享逐渐发展至一个区域内的信息共享。这需要在同一云平台提供商下的医疗机构统一标准，一起承担转型带来的经济问题和适应问题，而不再是医院内各科室之间相对简单的制定标准。在实现区域内信息共享后，即应着眼于区域间的信息共享，这对规范标准提出了更高要求，需要不同区域云提供商之间的规范标准统一。区域间信息共享的未来则是跨国界的信息交流。而随着信息共享范围的逐步扩大，分级诊疗﹑远程诊断会更有效率，更有质量。

云计算PACS的大数据处理是最终也是最有价值的后期目标［23］。通过处理大量整合的医疗信息，医疗影像将从结构型影像过渡至功能型影像，医生能对疾病发生进行预测并跟踪病情的发展情况。未来，应用大数据进行辅助判断疾病类型将成为常态。

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