基于區域醫療數據平臺的多病種影像特征庫的建設及應用情況

姚侃敏，陸勇，何萍，王文菁

1.上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院北院，上海201821；2.上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院，上海200025；3.上海申康醫院發展中心，上海 200041

基于區域醫療數據平臺的多病種影像特征庫的建設及應用情況

姚侃敏1，陸勇2，何萍3，王文菁2

1.上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院北院，上海201821；2.上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院，上海200025；3.上海申康醫院發展中心，上海 200041

本文介紹了在區域醫療數據平臺快速發展的大背景下，基于上海醫聯影像數據平臺的多病種影像特征庫的建設及應用現狀，指出多病種影像特征庫的建設可提高住院醫師影像診斷水平和效率，對教學和科研有一定的幫助。

醫學影像；區域醫療數據平臺；多病種影像特征庫

0 前言

醫學影像數據主要來源于 X 線、CT、核磁共振、超聲、核醫學、內窺鏡等設備。醫學影像數據具有數據量大、數據類型復雜、規定保存時間長等特點。近年來，隨著現代醫學技術的發展，醫院診療工作越來越多地依賴現代化檢查結果。醫學影像設備在臨床中的應用，呈現兩大趨勢：① 醫學影像檢查的應用越來越普遍 ；② 患者單次檢查所產生的影像數據量呈幾何級數增長。以 CT 為例，從傳統的 4 排和 16 排，到最新的 32 排和 64 排，一次 CT 掃描檢查的數據量已經能超過數百兆。同時，由于臨床診斷或研究需要，醫學影像數據通常需要保存長達數年甚至更長的時間[1]。隨著醫學影像存儲與傳輸系統（Picture Archiving and Communication System，PACS）的發展與廣泛應用，各大醫院的各種醫學影像數據已激增至數十乃至數百TB。這個數量仍在加速增長，不久就可能突破PB級，對當前數據系統的存儲和數據讀寫能力提出了巨大挑戰。如何在醫療海量數據的基礎上，結合臨床數據，對影像學方面的大數據進行挖掘，形成全面的診療輔助決策系統與知識庫，達到醫療教育、輔助決策和質量管理的目標，從而提高醫療質量和服務水平，已經成為區域醫療建設亟待解決的問題。

1 國內外區域影像數據平臺現狀

現階段，我國較發達地區的大中型醫院已經基本完成了醫院信息系統（HIS）、臨床信息系統（CIS）、臨床信息系統（LIS）、放射科信息系統（RIS）、影像存儲和通信系統（PACS）的建設，其中一些技術實力較強的醫院還實現了醫院內部的HIS 與 RIS/PACS 的信息集成與共享[2-3]。近 10 年來，國內的醫學影像信息系統的建設，經歷了從局部到整體數字化，從 mini PACS 逐步到院級 PACS 系統，進而發展為區域影像共享中心的發展階段。目前我國三級醫院大多建有 PACS 系統，實現了影像數據的院內統一存儲和調用，在北京、上海、江蘇等地還建成了多個區域影像共享中心，實現了區域內的影像共享和遠程診斷。

包括美國在內的發達國家很早就已經建成了符合 HIE醫療信息交互（Health Information Exchange）標準城市級別的互聯互通醫療信息平臺，完成了診療數據的共享，影像信息學的研究也逐漸轉向了大數據應用。醫療影像設備的發展，以及醫院內或是區域醫療聯合體的大量建成，造就了許多擁有海量影像大數據的平臺。

無論是醫生還是醫院管理者，對于區域醫療的海量影像數據的應用都充滿了期待。麥肯錫咨詢公司的相關報告顯示，截至到 2020 年，醫療數據將增至 35 ZB，相當于 2009 年數據量的 44倍。其中，影像數據增長最快。麥肯錫咨詢公司的報告同時指出醫療大數據的分析會為美國產生 3000 億美元的價值。影像大數據的應用和挖掘，無論從短期還是長期來看，勢必會提高醫療診斷水平并最終惠及百姓。基于此，國內的一部分有前瞻性的醫學專家和區域平臺管理者基于平臺技術在區域影像數據的應用方面做出了嘗試。

2 上海區域影像數據平臺的建設

上海大多數三級醫院以及部分二級醫院已完成了醫院信息化建設，并使用以病人為中心的第二代醫院臨床信息系統（HCIS），實現了臨床部分過程的信息化和數字化。通過 LIS、PACS 和 RIS 等，實現了檢驗數字化、影 像 數字 化 以 及 醫 技 數 字 化[4]。 醫 院 信 息 化 的 發 展 使 得醫院間臨床信息可進行共享，通過建立臨床信息共享系統可促進醫療機構的 HCIS 建設。在上述背景下，2006年上海申康醫院發展中心，在借鑒國內外經驗的基礎上，結合上海實際，提出了建立上海市級醫院臨床信息服務共享系統項目，即“醫聯工程”，借此推進醫院信息化建設，實現信息共享，從而合理控制醫療費用，提高醫療質量和效率[5-9]。

經過多期建設，目前該項目已經覆蓋了全市 38家市級三級醫院。醫聯數據中心臨床診療數據采集情況如下：截至2013 年 2 月底，已為 3900 萬患者建立診療檔案庫，其中社保患者 1100 萬 ；可調閱的診療記錄達到了 2 億份，處方明細約 9.1 億條，病案約 360 萬份，各類檢驗檢查報告約 9500萬份。影像檢查數據已達到 1900 多萬人次，形成了日均約150 GB，總容量約 120 TB 的區域影像數據中心[9-13]。

3 影像特征庫的建立

通過對醫聯影像數據平臺存儲數據進行分析，從中挖掘出符合疾病臨床診斷、有較強特征的病例，以建立區域醫療多病種影像特征庫。以上海申康醫院發展中心管理的覆蓋全市 29 家三級醫院的影像檢查數據為基礎，囊含 X 光、CT、MRI、DSA、ECT、PET、SPECT、PET-CT、超聲、內窺鏡等所有種類的檢查影像。據此建立的區域醫療多病種影像特征庫，主要供醫聯聯網醫院影像科及相關科室醫生進行影像診斷使用。

3.1 影像特征庫樣本采集

多病種影像特征庫目前包括7類疾病和1類檢查部位的影像特征樣本。7 類疾病包括：① 普通外科、消化內科 ：結直腸癌、胃癌 ；② 心臟科、心臟外科 ：急性心肌梗塞、主動脈夾層 ；③ 神經內科 ：腦卒中（含腦梗塞、腦出血）；④ 骨科 ：骨肉瘤 ；⑤ 呼吸科、胸外科 ：肺癌 ；⑥ 兒科 ：母細胞瘤（含肺母、肝母、腎母、髓母、神經母、膠質）；⑦ 普外科 ：乳腺癌。一個檢查部位 ：冠脈 CT。

針對上述7類疾病，制定樣本采集符合規則，分別從PACS 中抽取至少 10000 例樣本，將符合規則的數據輸入到資料庫中 ；同時開放 PACS系統與資料庫之間的接口，在醫生完成影像診斷報告書寫的同時，將有價值的數據錄入到對應的疾病分類中。

3.2 影像特征庫數據存儲

為了保證影像數據存儲的安全可靠，采用了更為科學的存儲技術方案，在建設之初就以PB級當量進行規劃，通過部署二級存儲機制，即在線庫和近線庫的方式來滿足數據存儲及共享調閱的需要。

3.3 影像特征庫系統部署

影像特征樣本資料庫可進行實時樣本資料擴充，在2014 年度 4 月份，樣本庫包括 7 個病種和 1 個檢查部位。這類特征影像在聯網前提下，可供其他院校和科研機構使用。多病種影像特征庫系統部署圖，見圖1。

圖1 多病種影像特征庫部署圖

3.4 影像特征庫功能

基于 Web形式展示的影像特征庫系統包括樣本資料錄入模塊和樣本資料展示模塊，可以在特征庫界面上實現查詢展示、審核歸檔等一系列功能。樣本資料錄入模塊主要實現樣本素材資料的查詢、編輯、存檔；樣本資料展示模塊主要實現基于用戶下達的查詢條件，進行樣本資料的查詢、傳輸、展示。

3.5 影像特征庫的應用

影像特征庫可提高住院醫師影像診斷水平和效率，并對教學和科研有一定的幫助，其應用主要有以下幾個方面。

（1）應用于輔助診斷 ：基于醫聯數據平臺的影像樣本能結合如患者體征、初步診斷、檢驗指標等數據與影像描述內容進行大數據量分析，找出其中的規律，用于常見疾病的診斷，定期統計各家醫院影像診斷的陽性率，與臨床診斷的陽性率做比較，分析診斷效率。

（2）應用于教學 ：多病種影像特征庫提供了一種更為高效的網絡教學模式。多病種影像特征庫通過具有典型代表意義的樣本影像，供醫聯聯網醫院影像科及相關科室醫生進行影像診斷參考、學習使用，與衛生部醫學影像專業住院醫師培訓基本要求結合，其教學意義不同于一般基于醫院內 PACS的醫學影像學教學軟件，具有樣本資料基數更為龐大、受教人群更為廣泛等優勢。多病種影像特征庫可為醫生診斷提供以下 3 個方面的服務 ：① 系統能對醫學影像進行紋理特征提取，并將統計法和結構法有機結合，建立影像特征庫和與診斷報告相關聯的索引。在此基礎上，系統為醫務工作者和居民提供醫學影像特征搜索服務；②根據用戶輸入的影像特征信息自動匹配特征庫中的索引記錄，找出相關的影像和診斷報告，為用戶提供建議和參考；③ 根據用戶提供的影像，自動匹配影像特征庫中的記錄，找出類似影像和診斷報告，為用戶提供建議和參考。

（3）應用于科研 ：在多病種影像特征庫的基礎上實現醫學影像數據的分析，也能助力科研工作，從而引領區域衛生信息化發展，為衛生信息高新科技發展以及衛生信息“十二五”發展奠定堅實的理論基礎。

4 總結與展望

在數字化系統較為普及的美、日、韓等國，數字化軟讀片訓練已經成為醫學生的必修課程，因此基于 PACS的影像特征資料庫，就成為穩定、大容量、高速的教學平臺。通過實踐證明，利用影像特征庫可以節省 75%的影像醫學教學準備時間，將臨床學習效率提高 40%左右。與傳統型醫院相比，采用影像特征庫的醫療機構影像專業住院醫師培訓周期縮短了36個月，臨床學科住院醫師影像醫學考核分值提高了 7% ～16%，為實現臨床教學自主化以及臨床不同層次的教學提供有力后盾。

[1] 劉雷．大數據時代的生物醫學[J]．中國計算機學會通訊,2013, 9(9):16-19．

[2] 姜文,姜瓊,葛忠良．HIS與RIS/PACS的集成研究[J]．中國醫療器械雜志,2007,31(4):287-290．

[3] 王玉珍,王行高,馬婧,等．實現PACS和HIS集成的關鍵性技術[J]．醫療衛生裝備,2007,28(10):36-37．

[4] 范晨皓,何萍．基于分布式存儲的區域醫療影像系統建設[J]．中國數字醫學,2014,(1):58-61．

[5] 張美峰,夏新,于廣軍．區域PACS建設經驗和體會[J]．中國數字醫學,2010,5(1):71-73．

[6] 于廣軍,楊佳泓,鄭寧,等．上海市級醫院臨床信息共享項目(醫聯工程)的建設方案與實施策略[J]．中國醫院,2010,14(10):9-11．

[7] 陳建平,于廣軍,王英杰．上海市級醫院臨床信息共享項目的系統架構[J]．中華醫院管理雜志,2010,26(8):590-592．

[8] 王海燕,高悅,呂志新,等．醫療信息共享,"醫聯工程"先行[J]．中國醫院建筑與裝備,2010,11(11):32-33．

[9] 曹厚德．"上海市醫聯工程影像數據中心"項目啟動[J]．中國醫學計算機成像雜志,2007,(2):123．

[10] 高解春,于廣軍,楊佳泓,等．上海市級醫院醫聯工程項目的建設成效與深化前景[J]．中國醫院,2010,14(10):12-14．

[11] 王錦福,于廣軍,吳曉峰．醫療信息共享系統的需求分析與可行性研究[J]．中國醫院,2010,14(10):7-8．

[12] 陳金雄．醫院信息系統發展及對存儲和數據安全的新要求[J]．中國醫療設備,2010,25(8):1-3．

[13] 黃紹賢,顏開,陳海彬,等．醫院信息共享平臺消除信息孤島的應用[J]．醫藥前沿,2012,(35):357-358．

Establishment and Application Situation of Image Feature Database for Multi-Diseases Based on Regional Medical Data Platform

YAO Kan-min1, LU Yong2, HE Ping3, WANG Wen-Jing2
1.North Yard of Ruijin Hospital Affiliated to School of Medicine, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 201821, China; 2.Ruijin Hospital Affiliated to School of Medicine, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200025, China; 3.Shanghai Shenkang Hospital Development Center, Shanghai 200041, China

This paper introduces the establishment and application situation of image feature database for multi-diseases, which was constructed based on the rapid development of regional medical data platform, and points out that the database not only can improve the eff i ciency and quality of diagnosis, but also is helpful for the development of teaching and research.

medical image; regional medical data platform; feature database

R319

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.08.022

1674-1633(2014)08-0073-03

2014-05-15

2014-06-19

上海市科學技術委員會專項課題（12511502402）。

陸勇，上海交通大學附屬瑞金醫院醫務處處長。

通訊作者郵箱：ly10936@rjh．com．cn