沈哲凡 徐秀芳 梁紅★

影像歸檔和通信系統(tǒng)（Picture Archiving and Communication Systems，PACS）是醫(yī)院用于管理醫(yī)療設(shè)備產(chǎn)生的醫(yī)學(xué)圖像的信息系統(tǒng)。PACS的主要組成部分包括一個圖像和數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)﹑一個用于管理和存儲的檔案的PACS服務(wù)器以及一個顯示工作站。PACS以數(shù)字通信﹑顯示和信息技術(shù)為基礎(chǔ)，使放射學(xué)的實(shí)踐發(fā)生了革命性的變化，極大提高了臨床實(shí)踐水平［1］。云計算是一種新興的計算模式。這種模式提供方便﹑按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，可配置的計算資源共享池（如網(wǎng)絡(luò)﹑服務(wù)器﹑存儲﹑應(yīng)用和服務(wù)等）。用戶通過少量的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商少量的互動即可快速配置和發(fā)布資源［2］。醫(yī)學(xué)影像的數(shù)據(jù)文件通常較大，一次常規(guī)CT掃描圖像為10MB量級，X光機(jī)的胸片可達(dá)20MB，心血管造影的圖像＞80MB。普通三甲醫(yī)院放射科單個工作日產(chǎn)生的影像數(shù)據(jù)可達(dá)50G［3］。醫(yī)院傳統(tǒng)PACS一般通過服務(wù)器和硬盤來進(jìn)行存儲，容量小﹑死板，難以進(jìn)行功能擴(kuò)展。而目前新興的云計算模式具有數(shù)據(jù)快速調(diào)用﹑網(wǎng)絡(luò)共享與應(yīng)用拓展等特點(diǎn)，與PACS系統(tǒng)相結(jié)合可以解決上述問題，所以基于云計算的PACS將是未來影像發(fā)展的一大方向。

1 傳統(tǒng)PACS的現(xiàn)狀及存在問題

1.1 搭建成本高 傳統(tǒng)PACS的搭建十分復(fù)雜，除了需要服務(wù)器﹑存儲設(shè)備和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境所需的大量配套硬件設(shè)備外，還需要專業(yè)的技術(shù)人員，充足的機(jī)房面積等。在這些易計算的顯性成本下，還有不可見的隱性成本［3］，例如：時間成本﹑培訓(xùn)成本﹑維護(hù)成本﹑技術(shù)風(fēng)險成本﹑可擴(kuò)展性成本和轉(zhuǎn)換成本。導(dǎo)致了部分醫(yī)院無力承擔(dān)搭建PACS系統(tǒng)的費(fèi)用。傳統(tǒng)PACS系統(tǒng)所需的高額成本使其在醫(yī)院中的推廣受到限制。

1.2 數(shù)據(jù)儲存的局限 隨著分級診療制度的全面推進(jìn)，遠(yuǎn)程會診需求量快速增加，區(qū)域性醫(yī)療服務(wù)中心也隨之迅速發(fā)展［4］。這些醫(yī)療機(jī)構(gòu)的發(fā)展，使醫(yī)療影像數(shù)據(jù)呈指數(shù)增長。這些增長的數(shù)據(jù)逐漸暴露出了傳統(tǒng)PACS系統(tǒng)數(shù)據(jù)儲存的局限性—數(shù)據(jù)無法交流﹑系統(tǒng)傳輸速度慢﹑儲存容量小﹑搜索功能限制［5］。

1.3 “信息孤島”形成 醫(yī)院不同科室都有PACS系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)大多是由科室根據(jù)科室內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)自主搭建的，并沒有考慮到和醫(yī)院整體信息系統(tǒng)進(jìn)行匹配。隨著醫(yī)院信息化的發(fā)展，這些科室內(nèi)部的PACS成了孤立的系統(tǒng)，阻礙了信息的交流。即使醫(yī)院內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了信息集成，各地醫(yī)院間又常采用不同型號﹑品牌的醫(yī)療設(shè)備獲取醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)。而將這些醫(yī)院的醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信（Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM）數(shù)據(jù)從傳統(tǒng)的PACS遷移至新的PACS非常復(fù)雜，需要醫(yī)院和供應(yīng)商一起仔細(xì)規(guī)劃和測試，持續(xù)觀察過程［6］。這些因素都導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法交流融合，也就形成了“信息孤島”。

2 云計算PACS的發(fā)展現(xiàn)狀

在國外，已有許多公司為PACS提供了云計算平臺。云計算可分為三種模式，本文以Dell﹑IEP﹑PACSDrive三家公司對應(yīng)三種模式，介紹國外云計算PACS的發(fā)展現(xiàn)狀。

軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS）模式，提供軟件服務(wù)，使用戶避免了搭建傳統(tǒng)PACS所需的高額費(fèi)用，也不用安裝各種復(fù)雜軟件，是目前應(yīng)用最多的云計算模式。以SaaS模式提供PACS云服務(wù)功能的Dell公司開展了聯(lián)合臨床存檔（Unified Clinical Archiving，UCA）業(yè)務(wù)。此外，BridgeHead公司與Dell公司合作的下一代供應(yīng)商中立歸檔技術(shù)（HealthStoreVendor Neutral Archive，VNA）為醫(yī)院提供了一個完整的內(nèi)置存儲管理的解決方案［7］。其包含了完整的生命周期管理功能，可以充分控制數(shù)據(jù)。而且，由于VNA與存儲供應(yīng)商及其硬件設(shè)備無關(guān)，醫(yī)療機(jī)構(gòu)可以采用分層存儲架構(gòu)，將數(shù)據(jù)跨越現(xiàn)有或新的存儲資產(chǎn)，將存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（Storage Area Network，SAN）移動至更便宜的云盤。數(shù)據(jù)安全方面，BridgeHead公司可以利用高級備份技術(shù)來確保應(yīng)用程序受到災(zāi)難時的保護(hù)和恢復(fù)。

英國IEP公司則選擇平臺即服務(wù)（Platform as a Service，PaaS）模式，用戶不僅可以使用存儲空間，還可以使用平臺服務(wù)［8］。PaaS也是SaaS模式的一種應(yīng)用，提供更好的服務(wù)和更便捷的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移。IEP的平臺服務(wù)包括：（1）云平臺中的PACS數(shù)據(jù)可隨時下載至本地。（2）本地PACS數(shù)據(jù)極快速上傳至IEP的服務(wù)器。（3）數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)移至新的云平臺等?，F(xiàn)在IEP公司的云服務(wù)已經(jīng)在英國的衛(wèi)生醫(yī)療機(jī)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)100%覆蓋。

美國PACSDrive公司在基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service，IaaS）模式的基礎(chǔ)上，為用戶提供醫(yī)學(xué)影像在線存檔服務(wù)［9］。用戶只需支付租用空間的儲存費(fèi)用，無需搭建服務(wù)器等硬件設(shè)備，明顯減少了衛(wèi)生醫(yī)療機(jī)構(gòu)搭建PACS系統(tǒng)的成本。為了保證數(shù)據(jù)的安全性，PACSDrive公司還在美國Dallas﹑Saint Louis﹑Amazon三處進(jìn)行了數(shù)據(jù)備份，防止災(zāi)害導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。

Saas﹑PaaS﹑IaaS模式緩解了由于臨床影像圖像持續(xù)指數(shù)增長帶來的存儲成本和難度問題。云計算模式可以在低成本下有效地存儲各個衛(wèi)生醫(yī)療機(jī)構(gòu)的圖像，并為信息查詢保留訪問權(quán)限。

除了提供充足的云儲存空間，由NexGenic公司推出的ImageInbox讓患者自己管理儲存醫(yī)療影像與診斷報告，根據(jù)需要安全上傳給專業(yè)醫(yī)療人員，能像發(fā)郵件一樣快捷方便，且軟件能無縫對接，符合HIPAA保密協(xié)議。同時醫(yī)生端也能通過文檔收發(fā)影像圖片，和同行以及患者交流。ImageInbox至今已被60多家國際設(shè)備采用，包括北美﹑歐洲和亞洲的頂尖兒科中心。其借助PACS能第一時間傳輸圖像，避免了傳統(tǒng)PACS系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息之間不融合，信息傳輸慢的弊端。

在 移 動 端，Mobile MIM﹑Jack Imaging Medical Image Viewer﹑OsiriX HD等軟件不僅App的形式突破了PACS系統(tǒng)中的醫(yī)療影像數(shù)據(jù)無法在移動端下載觀看的局限，而且能在一定程度上部分模擬PACS工作站的功能。

3 國內(nèi)云計算PACS的應(yīng)用

在國內(nèi)，盈谷公司早在2006年即啟動云計算項(xiàng)目，并于2010年推出了基于云計算架構(gòu)的iMAGES圖像處理及分析引擎［10］。2014年，盈谷網(wǎng)絡(luò)全球發(fā)布第一個基于云計算和超算結(jié)合（也可以稱為云超算）的醫(yī)學(xué)圖像處理引擎。2017年8月5日，盈谷網(wǎng)絡(luò)發(fā)布集合化云平臺“醫(yī)真云”，為國內(nèi)提供了可以實(shí)現(xiàn)信息交流的云計算平臺。

除了盈谷公司，成都影達(dá)公司是中國輕量級領(lǐng)域唯一一個獨(dú)立發(fā)布軟件開發(fā)工具包（Software Development Kit，SDK）云引擎吸引合作的技術(shù)團(tuán)隊，致力于研發(fā)打造中國輕量級醫(yī)學(xué)影像開源引擎，實(shí)現(xiàn)Web﹑移動端輕松查看醫(yī)學(xué)影像。

盡管有如盈谷網(wǎng)絡(luò)等公司走在云計算PACS研發(fā)與應(yīng)用的前列，國內(nèi)市場上也有很多關(guān)于云計算PACS的討論，但大多數(shù)停留在理論探討階段，難以實(shí)施［11］。只有少數(shù)醫(yī)院在全院范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了基于云計算的PACS改造應(yīng)用，例如嘉興市第一人民醫(yī)院基于電信天翼云存儲對PACS完成了架構(gòu)改造和應(yīng)用［12］。醫(yī)院在實(shí)現(xiàn)云計算PACS的改造后，10d內(nèi)上傳了4.2T的圖像資料，平均速率5M/s，在云端各個節(jié)點(diǎn)及各服務(wù)器的瀏覽速度達(dá)秒級，完全能滿足醫(yī)院需要。

隨著影像中心等第三方影像診斷機(jī)構(gòu)的建立，集團(tuán)化或醫(yī)聯(lián)體形式的區(qū)域性醫(yī)療服務(wù)中心的快速發(fā)展。醫(yī)療機(jī)構(gòu)除了在醫(yī)院范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)云計算PACS，還要建立基于云計算的區(qū)域醫(yī)療信息共享平臺。例如“軍衛(wèi)一號”系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口一致［13］，可初步實(shí)現(xiàn)醫(yī)療信息在不同醫(yī)院間的共享和交換，逐漸打破傳統(tǒng)PACS形成的“信息孤島”。

4 云計算PACS的應(yīng)用效果

4.1 降低成本，擴(kuò)大儲存空間 云計算PACS相比傳統(tǒng)PACS無需昂貴的配套硬件設(shè)備，也不用付出時間﹑維護(hù)成本等隱形成本，顯著地降低了搭建PACS所需要的成本。并且云計算PACS對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求并不高，不同醫(yī)院可根據(jù)自身經(jīng)濟(jì)狀況和數(shù)據(jù)量的不同自主選擇接入速率和方式［3］，省去了醫(yī)院進(jìn)行自身備份數(shù)據(jù)和存儲冗余等防范措施產(chǎn)生的費(fèi)用。普通三甲醫(yī)院放射科單個工作日產(chǎn)生的影像數(shù)據(jù)可達(dá)50G，但硬盤中儲存的醫(yī)療數(shù)據(jù)有限，已經(jīng)難以滿足醫(yī)院需要的數(shù)據(jù)儲存空間。而云儲存系統(tǒng)的儲存容量幾乎無限制，為醫(yī)院解決了數(shù)據(jù)儲存難題。

4.2 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)區(qū)域醫(yī)療發(fā)展 由于業(yè)務(wù)發(fā)展的不同，經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不同，醫(yī)院之間，醫(yī)院與科室之間，甚至科室與科室之間，PACS系統(tǒng)都會存在差異。傳統(tǒng)PACS在改造為云計算PACS時，可以在醫(yī)院﹑科室間規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和常見病診斷標(biāo)準(zhǔn)。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的PACS在加速醫(yī)院放射科發(fā)展的同時，也提高了醫(yī)生的診斷水平。并且云計算PACS還增強(qiáng)了護(hù)理的及時性，提高了多發(fā)性疾病診斷的質(zhì)量，使遠(yuǎn)程診斷更易實(shí)現(xiàn)也更有意義。不同醫(yī)院可通過同一個云平臺對同一個患者進(jìn)行在線同步診斷，提高了診斷報告的質(zhì)量，也避免了對患者的重復(fù)傷害。

4.3 降低門檻，保證信息安全性 醫(yī)院查詢患者隱私信息的方式發(fā)生改變，由傳統(tǒng)的內(nèi)部訪問轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^互聯(lián)網(wǎng)和云平臺訪問。這樣的轉(zhuǎn)變下，患者信息是否安全成了云計算PACS最大的問題。目前，SaaS的云計算模式與用戶自建的傳統(tǒng)信息系統(tǒng)無明顯差異［2］，安全性幾乎沒有區(qū)別，而且大幅降低了信息系統(tǒng)搭建的門檻和成本。隨著數(shù)據(jù)加密技術(shù)和數(shù)據(jù)備份技術(shù)的發(fā)展，云平臺的安全性將進(jìn)一步加強(qiáng)。

4.4 傳輸快速，節(jié)約醫(yī)患雙方時間 在醫(yī)學(xué)成像中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群涂煽啃灾陵P(guān)重要。數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)該具有強(qiáng)大的抗瓶頸能力，以便能夠可靠地傳輸圖像［14］。在醫(yī)院中，云計算PACS對于醫(yī)療圖像的瀏覽速度已達(dá)秒級，同時上傳和下載速度也超越傳統(tǒng)PACS，節(jié)約了從PACS提取數(shù)據(jù)所需要的時間。其還可以通過簡化診斷醫(yī)生和臨床醫(yī)生的交流，減少診斷報告的時間，從而降低治療的患者的總時間［15］。在醫(yī)院之間，遠(yuǎn)程交流數(shù)據(jù)和圖像，可以減少交換圖像的時間，增加治療患者的數(shù)量［16］。在同一標(biāo)準(zhǔn)下的數(shù)據(jù)交流也能避免醫(yī)院對患者的重復(fù)性檢查和醫(yī)生對患者的重復(fù)詢問，顯著提高了診斷的效率和質(zhì)量，也節(jié)省了患者看病的經(jīng)濟(jì)成本和時間成本。

5 云計算PACS的未來

云計算PACS的推廣和發(fā)展可以解決部分傳統(tǒng)PACS的弊端，帶來諸多便利并加速影像發(fā)展，但是也對技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要求。

PACS系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢，主要是解決兩個問題，Web網(wǎng)頁瀏覽PACS和移動端使用PACS［5］。其中基于Web的解決方案，類似SaaS模式，有由Benjamin提出的SuperPACS構(gòu)想［17］，有關(guān)于豐富互聯(lián)網(wǎng)程序（Rich Internet Application，RIA）的研究等。后者不僅能克服傳統(tǒng)PACS對醫(yī)學(xué)圖像顯示的局限性，而且支持PACS用戶界面，為更好的圖像和信息顯示提供了額外的Web頁面應(yīng)用程序。例如，Hsiao等［18］在2011年提出 RIA技術(shù)可以為臨床醫(yī)生提供一個基于瀏覽器的接口，允許他們查看多種形式的醫(yī)療數(shù)據(jù)，包括DICOM標(biāo)準(zhǔn)和非DICOM標(biāo)準(zhǔn)的圖像﹑患者報告和數(shù)據(jù)圖像。

隨著技術(shù)的發(fā)展，移動端已經(jīng)具有足夠的分辨率和計算能力被用來作為一種醫(yī)療圖像觀看設(shè)備。醫(yī)生﹑護(hù)士﹑技術(shù)人員等通過移動端查看醫(yī)療圖像，是醫(yī)學(xué)診斷發(fā)展中的重要一步［19］。未來云計算PACS的數(shù)據(jù)可以直接下載至移動端，通過App呈現(xiàn)給用戶和在工作站上一樣的閱片體驗(yàn)和操作服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)在移動端的數(shù)據(jù)檢索。

數(shù)據(jù)安全技術(shù)的升級是未來發(fā)展的基礎(chǔ)。在醫(yī)療數(shù)據(jù)由醫(yī)院構(gòu)建的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移至云平臺后，醫(yī)院只能依賴云平臺提供商來保證信息的完整性與安全性。盡管數(shù)據(jù)備份和加密技術(shù)發(fā)展迅速，但安全問題仍是傳統(tǒng)PACS向云計算PACS轉(zhuǎn)型的首要問題［20］。安全技術(shù)的發(fā)展需要總結(jié)不同作者在云安全上的相關(guān)工作，評估信息安全后提出解決方案［21］。未來云計算PACS的推廣和發(fā)展必須建立在能絕對保障信息安全的基礎(chǔ)上。

醫(yī)療信息共享是醫(yī)療發(fā)展的趨勢。Ross和Pohjonen提出共享醫(yī)療圖像或工作流程可以在不同的層次上實(shí)現(xiàn)，其中包括：組織內(nèi)部﹑組織間﹑跨國界﹑醫(yī)療機(jī)構(gòu)和公民之間［22］。未來云計算PACS將由一家醫(yī)院內(nèi)各科室之間的信息共享逐漸發(fā)展至一個區(qū)域內(nèi)的信息共享。這需要在同一云平臺提供商下的醫(yī)療機(jī)構(gòu)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，一起承擔(dān)轉(zhuǎn)型帶來的經(jīng)濟(jì)問題和適應(yīng)問題，而不再是醫(yī)院內(nèi)各科室之間相對簡單的制定標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)信息共享后，即應(yīng)著眼于區(qū)域間的信息共享，這對規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)提出了更高要求，需要不同區(qū)域云提供商之間的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。區(qū)域間信息共享的未來則是跨國界的信息交流。而隨著信息共享范圍的逐步擴(kuò)大，分級診療﹑遠(yuǎn)程診斷會更有效率，更有質(zhì)量。

云計算PACS的大數(shù)據(jù)處理是最終也是最有價值的后期目標(biāo)［23］。通過處理大量整合的醫(yī)療信息，醫(yī)療影像將從結(jié)構(gòu)型影像過渡至功能型影像，醫(yī)生能對疾病發(fā)生進(jìn)行預(yù)測并跟蹤病情的發(fā)展情況。未來，應(yīng)用大數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助判斷疾病類型將成為常態(tài)。

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