周帆帆 王昆華 王胤濤 孟 媛 黃 東

(昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 昆明 650031)

1 引言

隨著云主機(jī)、云存儲(chǔ)技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)中的應(yīng)用，全國各地三甲醫(yī)院為不斷提高影響力，加強(qiáng)區(qū)域內(nèi)公益性服務(wù)能力，通過智能化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，擴(kuò)大地區(qū)醫(yī)療聯(lián)合體系(以下簡稱醫(yī)聯(lián)體)覆蓋面。整合自身優(yōu)勢，充分利用醫(yī)療技術(shù)和診療手段，最大程度上服務(wù)于公眾，其中將醫(yī)院影像診斷與云服務(wù)平臺(tái)結(jié)合，形成以三甲醫(yī)院為核心的各醫(yī)聯(lián)體內(nèi)遠(yuǎn)程會(huì)診主要應(yīng)用場景。目前三甲醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)(Pictures Archiving and Communication System, PACS)通過互聯(lián)網(wǎng)能將影像數(shù)據(jù)在醫(yī)聯(lián)體內(nèi)傳送、共享，但僅針對事前已存儲(chǔ)的診斷報(bào)告和圖像數(shù)據(jù)，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)影像的同步瀏覽，尤其難以不同地點(diǎn)同時(shí)調(diào)用存儲(chǔ)報(bào)告與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)影像進(jìn)行對比分析，而醫(yī)聯(lián)體內(nèi)遠(yuǎn)程會(huì)診存在該需求，要求同步比對以輔助聯(lián)合會(huì)診醫(yī)務(wù)人員準(zhǔn)確診斷。因此需借助云服務(wù)建立基于云主機(jī)和云存儲(chǔ)的影像傳輸與遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)，解決影像數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)難以同步的問題，為醫(yī)院遠(yuǎn)程會(huì)診以及教學(xué)、科研、管理提供幫助，提升醫(yī)聯(lián)體內(nèi)醫(yī)療機(jī)構(gòu)協(xié)同效率。

2 系統(tǒng)功能需求及技術(shù)支持

2.1 功能需求

2.1.1 存在的問題及需求 三甲醫(yī)院作為醫(yī)聯(lián)體中的核心醫(yī)院，對工作時(shí)效與質(zhì)控管理要求較高，尤其是遠(yuǎn)程會(huì)診，需要各影像設(shè)備緊密配合，無論是CT、MR、超聲或放射介入都要在實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的影像條件下完成工作，特殊需要時(shí)甚至要求影像設(shè)備實(shí)時(shí)采圖、影像圖像實(shí)時(shí)傳輸顯示。影像傳輸與遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)同時(shí)要解決進(jìn)修培訓(xùn)教學(xué)時(shí)場地限制人員視線受阻，及涉及病患隱私交流不便等問題。提供多渠道、多方式的影像數(shù)據(jù)教學(xué)展示，如通過APP、移動(dòng)終端設(shè)備以身份權(quán)限核準(zhǔn)方式登錄以查閱影像數(shù)據(jù)。另外醫(yī)聯(lián)體內(nèi)三甲醫(yī)院可能存在多個(gè)分散院區(qū)，因此要考慮相互間的統(tǒng)一整合。

2.1.2 云服務(wù)應(yīng)用 一般來說本地部署系統(tǒng)所需的硬件資源性能在具體實(shí)施前無法核準(zhǔn)，而云主機(jī)、云存儲(chǔ)等云服務(wù)技術(shù)已較為成熟，可實(shí)際運(yùn)用，利用云服務(wù)按需提供資源的特點(diǎn)，以租用云服務(wù)器和云存儲(chǔ)的方式搭建系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，加以服務(wù)安全管理，可構(gòu)建資源按需租用隨時(shí)擴(kuò)容、升級的服務(wù)，同時(shí)還滿足遠(yuǎn)程會(huì)診對影像傳輸臨時(shí)性和間歇性硬件資源的需要。根據(jù)需求構(gòu)建系統(tǒng)，見圖1。通過云服務(wù)專用設(shè)備以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)提供各種影像設(shè)備的接口和信號(hào)制式，采集高清動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)影像[1]。通過網(wǎng)絡(luò)完成實(shí)時(shí)傳輸調(diào)閱、質(zhì)控管理和遠(yuǎn)程會(huì)診，實(shí)現(xiàn)在醫(yī)聯(lián)體內(nèi)不同醫(yī)療機(jī)構(gòu)調(diào)閱接入系統(tǒng)內(nèi)各診室的同步實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)畫面。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)建

2.2 技術(shù)支持

2.2.1 平臺(tái)選擇 云服務(wù)平臺(tái)可由阿里巴巴公司的阿里云、中國電信天翼云等服務(wù)運(yùn)營商提供，任何一家企業(yè)部署的云服務(wù)都能提供成千上百臺(tái)的異步或同步服務(wù)器，以保障云的計(jì)算能力?？紤]到區(qū)域內(nèi)醫(yī)聯(lián)體單位所處地理位置，首選中國電信的天翼云，借助中國電信“村村通”戰(zhàn)略優(yōu)勢，依托電信骨干網(wǎng)覆蓋范圍建立醫(yī)療虛擬專用網(wǎng)(Virtual Private Network, VPN)專線。另外電信云服務(wù)能提供相應(yīng)的安全保障體系，如VPN專用IP、網(wǎng)絡(luò)防火墻、異地?cái)?shù)據(jù)多備份容災(zāi)等，在減輕醫(yī)聯(lián)體內(nèi)部多點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作量的同時(shí)，較本地部署有更高的安全性。

2.2.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn) 影像傳輸與遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)部署在云平臺(tái)，享受云資源，醫(yī)聯(lián)體內(nèi)部系統(tǒng)管理工作人員無需考虙遠(yuǎn)程會(huì)診過程網(wǎng)絡(luò)帶寬與服務(wù)器節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)資源利用率的問題，可通過網(wǎng)絡(luò)獲得更多資源，以保證遠(yuǎn)程會(huì)診過程中影像數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，見圖2。電信天翼云為本系統(tǒng)提供軟件即服務(wù)(Software as a Service, SaaS)，即云平臺(tái)服務(wù)提供商為醫(yī)聯(lián)體搭建影像傳輸和遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)所需要的所有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施及軟件、硬件運(yùn)作平臺(tái)，負(fù)責(zé)前期實(shí)施、后期維護(hù)等一系列服務(wù)，醫(yī)聯(lián)體無需購買軟硬件、建設(shè)機(jī)房、招聘IT運(yùn)維人員，可通過互聯(lián)網(wǎng)使用信息系統(tǒng)。SaaS是一種軟件布局模型，其應(yīng)用專為網(wǎng)絡(luò)交付而設(shè)計(jì)，便于用戶通過互聯(lián)網(wǎng)托管、部署及接入。SaaS服務(wù)體系結(jié)構(gòu)與中國電信網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)勢結(jié)合互補(bǔ)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)提供有力的技術(shù)保障。

圖2 依托云服務(wù)的影像傳輸與遠(yuǎn)程會(huì)診

2.3 系統(tǒng)安全性

影像傳輸和遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)客戶端和服務(wù)器端主要通過電信VPN專線部署在醫(yī)聯(lián)體醫(yī)療機(jī)構(gòu)的獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，現(xiàn)階段遠(yuǎn)程會(huì)診和影像數(shù)據(jù)查詢、調(diào)閱功能都在專網(wǎng)中進(jìn)行，且電信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃已通過安全等級保護(hù)認(rèn)證，系統(tǒng)開發(fā)實(shí)施過程中涉及的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議符合安全等保要求，因此上線部署對網(wǎng)絡(luò)安全不產(chǎn)生影響。此外在系統(tǒng)使用過程中通過對不同用戶賬號(hào)權(quán)限劃分及操作日志記錄來提高系統(tǒng)安全性。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 功能架構(gòu)

3.1.1 整體結(jié)構(gòu)(圖3) 根據(jù)遠(yuǎn)程會(huì)診過程中對現(xiàn)場影像的要求，結(jié)合會(huì)診實(shí)際業(yè)務(wù)，首先從PACS影像設(shè)備上的專業(yè)圖形處理器(Graphics Processing Unit, GPU)圖像采集卡獲取圖像，采集端主機(jī)獲取圖像數(shù)據(jù)后立即通過網(wǎng)絡(luò)上傳到云端服務(wù)器，云端對采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理，判斷是否符合醫(yī)學(xué)影像圖像標(biāo)準(zhǔn)，如果符合則存儲(chǔ)并立即提供其他接入客戶端的調(diào)閱與查詢，包括在移動(dòng)終端設(shè)備上的使用。

圖3 系統(tǒng)整體功能結(jié)構(gòu)

3.1.2 功能模塊 系統(tǒng)在云平臺(tái)端主要有以下功能模塊：一是遠(yuǎn)程視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控，提供遠(yuǎn)程診療和檢查指導(dǎo)功能以及系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作。二是檢查過程現(xiàn)場直播，提供多方共同遠(yuǎn)程會(huì)診功能。三是實(shí)時(shí)視頻語音通話，提供語音通話功能。四是圖像采集處理，包括對不同品牌影像設(shè)備圖像、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)化、上傳。五是圖像顯示操作，提供在云端對上傳圖像的處理功能。六是客戶端，通過VPN專線接入云端服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)場境和應(yīng)用。七是運(yùn)營管理控制，實(shí)現(xiàn)對接入云端權(quán)限的管理、用戶操作日志的查詢等。

3.2 網(wǎng)絡(luò)接入方式

3.2.1 兩種解決方式 系統(tǒng)客戶端對遠(yuǎn)程影像數(shù)據(jù)的共享、查詢、調(diào)閱等功能根據(jù)醫(yī)聯(lián)體內(nèi)部不同醫(yī)療機(jī)構(gòu)的彼此配合程度和需要，提供兩種后臺(tái)技術(shù)解決方式。第一，無需與醫(yī)聯(lián)體內(nèi)下級醫(yī)療機(jī)構(gòu)PACS做接口，在遠(yuǎn)程會(huì)診過程中系統(tǒng)通過桌面共享方式實(shí)現(xiàn)，但作為被共享方，只能以視頻、語音方式告知發(fā)起共享者需求，存在不能操作的問題[2]，主要應(yīng)用場景面向醫(yī)聯(lián)體內(nèi)鄉(xiāng)、村一級衛(wèi)生院。第二，需要做接口，可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，主要應(yīng)用場景面向醫(yī)聯(lián)體內(nèi)縣一級醫(yī)院。

3.2.2 各解決方式優(yōu)缺點(diǎn) 桌面共享方式部署快，要求低，影像數(shù)據(jù)共享調(diào)閱基本無時(shí)延，但影像畫面質(zhì)量與醫(yī)聯(lián)體內(nèi)各醫(yī)療機(jī)構(gòu)PC工作站圖像采集卡質(zhì)量及網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量有關(guān)。接口傳輸方式部署慢，要求高，有延時(shí)可能，對網(wǎng)絡(luò)要求高，投資大，影像畫面質(zhì)量與網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量高度相關(guān)。為解決延時(shí)問題，可考慮運(yùn)用連續(xù)投影算法，按圖形像素位點(diǎn)拼合方式給予顯示，對邊緣模糊以迭代計(jì)算進(jìn)行補(bǔ)齊。

3.3 網(wǎng)絡(luò)安全管理

為防止系統(tǒng)服務(wù)器端被攻擊，接入層服務(wù)器部署在天翼云中，同時(shí)開啟云盾、云盾分布式拒絕服務(wù)(Distributed Denial of Service, DDoS)和云監(jiān)控。使用云盾、云盾DDoS產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)DDoS防護(hù)、主機(jī)入侵防護(hù)以及漏洞、木馬檢測等功能[3]。使用云監(jiān)控后，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)問題管理員可第一時(shí)間收到短信、郵件告警信息。為防止云盾被攻破，在云端使用分層部署和雙服務(wù)器負(fù)載均衡架構(gòu)(Server Load Balancer，SLB)服務(wù)，通過設(shè)置虛擬服務(wù)地址IP，將位于同一地域的多臺(tái)云服務(wù)器(Elastic Compute Service，ECS)資源虛擬成一個(gè)高性能、高利用率的應(yīng)用服務(wù)池；再根據(jù)應(yīng)用指定方式將來自系統(tǒng)客戶端的網(wǎng)絡(luò)請求分發(fā)到云服務(wù)器池中。SLB在提供負(fù)載均衡的同時(shí)能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效隔斷。若云盾出現(xiàn)問題，惡意攻擊者只能侵入接入層，SLB隔斷下的業(yè)務(wù)處理層仍然安全，為干預(yù)和處理提供時(shí)間。為防止醫(yī)聯(lián)體內(nèi)醫(yī)療機(jī)構(gòu)防火墻和前置機(jī)被攻擊，系統(tǒng)采用單向訪問的部署方案。該方案特點(diǎn)是醫(yī)療機(jī)構(gòu)防火墻不需要打開偵聽端口，從而完全杜絕被攻擊的可能。系統(tǒng)不記錄任何被訪問方醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)部接入地址信息，由接入方主動(dòng)詢問醫(yī)療云業(yè)務(wù)狀態(tài)。

3.4 實(shí)際應(yīng)用情況

借助電信天翼云服務(wù)，影像傳輸與遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)應(yīng)用于以昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院為核心的醫(yī)聯(lián)體遠(yuǎn)程醫(yī)療影像會(huì)診中。系統(tǒng)有效整合醫(yī)療資源，有助于充分發(fā)揮區(qū)域內(nèi)核心三甲醫(yī)院醫(yī)療資源優(yōu)勢，為聯(lián)盟醫(yī)院提供醫(yī)學(xué)影像診斷、審核、會(huì)診服務(wù)，滿足患者對優(yōu)質(zhì)專家醫(yī)療影像診斷服務(wù)的迫切需求，提高聯(lián)盟醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像診斷水平。截至2019年7月系統(tǒng)已接入醫(yī)聯(lián)體內(nèi)簽約醫(yī)院24家，共完成遠(yuǎn)程影像會(huì)診413例。

4 結(jié)語

基于云服務(wù)的影像傳輸與遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)可滿足醫(yī)護(hù)人員與患者之間圖文、視頻等多方式的溝通交流需求，實(shí)現(xiàn)多渠道的遠(yuǎn)程會(huì)診，確?；颊咴诰驮\過程中獲得優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療服務(wù)。通過測試和試用驗(yàn)證系統(tǒng)的實(shí)用性，現(xiàn)階段雖然存在一些不足，如系統(tǒng)部署在云端，醫(yī)療機(jī)構(gòu)使用過程中內(nèi)外網(wǎng)切換不方便等問題。后期會(huì)根據(jù)醫(yī)療機(jī)構(gòu)管理需要，改造部分系統(tǒng)模塊，與醫(yī)療機(jī)構(gòu)集成平臺(tái)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以支持醫(yī)院內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)共享。同時(shí)后期開發(fā)過程中將進(jìn)一步優(yōu)化影像圖像批量處理功能，使系統(tǒng)具備更好的擴(kuò)展性和操作性。相信通過不斷完善，基于云服務(wù)的影像傳輸與遠(yuǎn)程會(huì)診系統(tǒng)能成為醫(yī)聯(lián)體建設(shè)發(fā)展過程中一個(gè)重要的支持載體。