云計算在PACS區域醫療中的應用*

趙起，全宇，郭啟勇

(中國醫科大學附屬盛京醫院，沈陽市110004)

為進一步加快醫療改革步伐，提升各級醫療機構醫療服務水平，建立統一標準、安全可靠的區域醫療信息化平臺，已經成為各級衛生主管部門的共識。

利用傳統模式建立的區域化平臺需要投入大量人力、物力，資源重復建設，設備利用率低，浪費嚴重。云計算有效地解決了這些問題。

1 云計算與PACS區域醫療

1.1 云計算

按照美國國家標準與技術研究院(NIST)定義:云計算是一種按使用量付費的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網絡訪問，進入可配置的計算資源共享池(資源包括網絡、服務器、存儲、應用軟件、服務)，這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務供應商進行很少的交互。就是把服務器、存儲、應用軟件等資源進行整合，按照客戶的需要快速分配部署并提供服務［1］。云計算是分布式計算、網絡存儲、虛擬化等傳統計算機和網絡技術發展融合的產物。

1.2 PACS區域醫療

區域醫療信息化平臺是連接區域內各級醫療機構信息系統的數據交換、共享平臺，是整合區域內多元化醫療系統的綜合信息平臺。可以實現醫療資源的高效利用，解決資源分配不均，是提高基層醫療服務水平的有效解決方案。

PACS區域醫療主要通過各級醫療機構提供PACS資料上區域網實現［2］。患者影像資料進行統一索引，按照身份證、居民健康卡、醫保卡、姓名、性別、出生日期、手機號、年齡等信息，按照組合進行強弱匹配，實現患者所有歷史檢查關聯調閱。在調閱過程中可以實現歷史對比、三維重建等高級功能［3］。

2 云計算的實現

云計算主要是通過虛擬化機制，將服務器、存儲、網絡等硬件資源進行邏輯分割、整合，實現系統軟件與底層硬件隔離，按照用戶需求提供具體服務［4］。

站在管理者的角度可以將云分為以下幾個層次:

(1)硬件基礎層，由服務器、存儲及網絡等硬件組成，是云計算的硬件基礎，由虛擬化軟件負責調配使用，用戶并不需要實際控制底層硬件。

(2)系統管理層，一般由用戶管理軟件、安全管理軟件、計費軟件、運維管理軟件、審計軟件等軟件系統構成。系統管理員通過該層進行權限分配，安全審計，遷移備份等操作，保護系統的安全穩定運行。用戶可以通過相應界面進行資源申請、權限變更申請等操作。

(3)用戶訪問層，用戶申請的軟硬件資源在這層進行展示。如網盤存儲、虛擬桌面、虛擬服務器、網上辦公系統等。

云計算具備高可靠性、高可擴展性、按需服務、降低管理成本、節能環保等優勢，但是由于云計算需要通過網絡進行數據傳輸，必然面臨隱私泄露風險。如何在保證數據安全的前提下實現靈活優質的云計算服務是未來的發展方向［5］。

3 云計算實現的關鍵點

3.1 云存儲

區域平臺可以按照多種方式存儲患者影像資料，可以按照需要動態遠程調閱各級醫療機構影像數據，具體實現方案如下。

(1)全部存儲:所有區域醫療機構影像資料全部上傳。所需存儲空間巨大，影像調閱速度最快，影像資料最完備。

(2)關鍵圖存儲:所有區域醫療機構只上傳病灶部位關鍵圖數據。不影響調閱速度，可能存在漏診問題。

(3)近期數據存儲:只存儲近幾周或幾個月數據，其余數據按需遠程下載。進行歷史對比時需要花費較長時間。

(4)即時存儲:所有影像資料分布存儲，需要調閱時遠程下載至區域平臺。所需存儲空間很小，調閱速度較慢。

3.2 虛擬化應用

數據庫、應用服務器采用虛擬化部署方式實現，按需分配硬件資源。使用VMware等虛擬化平臺系統可以快速、靈活分配各種資源，提高資源利用率，降低運行能耗，統一安全配置。多機集群方案使虛擬機可以在線遷移。當一臺服務器出現故障，相關虛擬機自動由其他可用服務器接管，用戶操作基本沒有影響，有效實現高可用性要求。

3.3 虛擬化調閱

采用VMware虛擬桌面技術可以屏蔽客戶機硬件瓶頸，所有數據傳輸、計算均在云端執行，客戶端只提供顯示功能，省去客戶端軟件部署、升級等麻煩。由于患者影像數據不在客戶終端存儲，可以最大限度保證患者隱私不被暴露。

采用Citrix等虛擬化工具可以實現跨平臺應用，只發布應用程序，客戶端可以在手機、平板實現調閱。

4 典型應用案例

中國醫科大學附屬盛京醫院集團(以下簡稱醫院集團)，是以盛京醫院為核心，依托醫院集團平臺，優化配置醫療衛生資源，建立基層首診、分診醫療、雙向轉診、急慢病分治的診療模式，通過進一步提高醫療質量和診療水平，調動醫務人員的積極性。同時深入推進公立醫院改革，為廣大人民群眾提供更加優質的醫療衛生服務。

醫院集團的核心是管理的統一，集團旗下各醫院在信息化平臺上實現品牌、標準、管理的統一，真正達到分級醫療的目的。將90%的常見病、多發病分流到中小醫院，讓大醫院的名專家有精力診治和研究疑難雜癥，緩解“看病難、看病貴”的現狀。

盛京醫院與醫院集團內其他醫院分別租用10兆專用鏈路用于數據通信，盛京醫院提供三臺PC SERVER組成VMware vSphere集群，EMC Isilon存儲存放集團影像數據，形成企業私有云網絡。

4.1 影像會診模式采用的方式

(1)默認模式。醫院集團下屬醫院閱片醫生手動發送會診申請，盛京醫院虛擬化服務器自動查詢遠程數據庫并下載相關申請單、電子病歷、影像數據，下載完成后通知會診醫生會診，會診醫生完成會診報告后自動回傳到下級醫院供調閱。

(2)急診模式。部分醫院夜間沒有閱片醫生，系統按照檢查時間自動下載相關數據完成會診需求。

(3)主動模式。會診醫生需要調閱患者其他相關檢查數據時采用主動模式。云網絡服務器按照既定匹配模式查詢所有集團內醫院數據庫，提供相關檢查信息供閱片醫生選擇。醫生確定調閱檢查數據后自動下載相關申請單、病歷數據，影像數據采用按需下載方式下載，即默認順序下載關鍵圖數據，在下載期間如果醫生手動選擇瀏覽某個序列則優先下載該序列圖像，醫生也可以選擇下載檢查所有圖像數據。

4.2 影像會診客戶端采用的模式

(1)客戶端模式。安裝完整客戶端程序，包括數據庫軟件。適用于盛京醫院內部使用，占用本地存儲空間較大，閱片程序升級時需要等待升級完成后才能使用，由于需要下載影像數據，網絡帶寬影響圖像顯示速度。

(2)網頁瀏覽模式。只需要兼容HTML5的瀏覽器即可使用，提供關鍵圖瀏覽、調整窗寬床位、測量、縮放、報告瀏覽等基本功能。

(3)虛擬桌面模式。客戶端只需要按照虛擬桌面軟件，向管理員申請共享資源即可實現。該方案占用客戶端存儲空間很小，由于客戶端只負責顯示，圖像下載、三維重建在服務端實現，在網絡延時不超過200ms的情況下，只需要幾百kb帶寬即可使用，對客戶端設備硬件配置要求很低。由于服務端按需部署，可以保證閱片軟件版本最新，功能最全，影像數據上傳下載速度最快。

(4)手持終端模式。用戶使用手機、平板電腦等手持終端閱片時，只要終端安裝Citrix軟件即可使用。手持終端登錄遠程服務器，可以使用管理員預先發布的軟件程序，客戶端同樣只負責顯示，所有數據流、運算均在服務端實現。該方案可以實現跨平臺調閱，其他優勢與虛擬桌面模式基本相同。主要缺點在于暫時無法實現多屏顯示，手持終端顯示屏亮度、灰階顯示較差等。

按照上述模式，醫院集團已經實現集團內部影像會診系統互聯互通，基本完成私有云建設，會診醫生可以使用各種終端書寫會診意見，保證醫療資源快速、有效分配。該模式將逐步向盛京醫療聯盟醫院擴展，最終推向互聯網實現醫療會診云端建設，構建云醫療平臺。

5 應用優勢

5.1 節省硬件資源

6臺PC SERVER形成小型集群，即可實現負載均衡，又能互相熱備，同時對外提供數據庫、Dicom server、Worklist、影像上傳下載、患者信息匹配、虛擬桌面、Citrix服務、超聲視頻會診、遠程視頻會議等，完成傳統模式幾十臺服務器才能實現的功能，實現CPU、內存等硬件資源完全共享，按需分配，提高可用性、可擴展性，每年減少的電力成本相當可觀。

5.2 快速部署

由客戶提出網絡申請，按照事先定制的模板，管理者可以快速實現虛擬資源部署，保證軟件版本一致，用戶權限按需分配，軟硬件資源按需調配，提高使用系統靈活性、安全性。

5.3 統一管理

利用虛擬平臺管理軟件，管理員可以實現虛擬服務器在線遷移，動態分配資源，遠程關機重起，統一推送系統補丁，執行快照、備份、殺毒等操作，方便管理員管理、維護，降低管理成本。

5.4 跨平臺使用

客戶端可以使用虛擬桌面實現PACS系統高級操作，IOS、Android等移動終端可以登錄Citrix系統使用預先發布的程序執行所需工作。終端只用于界面顯示，無須單獨開發應用系統即可跨平臺實現三維重建、CAD等高級功能。

5.5 遠程存儲訪問

數據上傳、下載、運算均在云端進行，易于實現分布式存儲。終端不參與數據交互，網絡細節對客戶透明，可以節省網絡帶寬，不需要終端進行復雜配置既能實現遠程存儲訪問。

5.6 安全可靠

集群系統保證硬件冗余，實現容錯性;統一備份機制，統一殺毒、補丁分發保證數據安全;終端不存儲影像檢查數據，保證數據資料、患者隱私安全可靠。

6 總結與展望

使用云計算平臺實現PACS區域醫療可以有效減少硬件投資，規避數據丟失、患者隱私泄漏等安全風險，易于管理，實現快速按需部署，有效地降低了區域醫療平臺的建設、運營成本，是解決醫療資源分配不均的良好解決方案。

利用云平臺易于部署、易于擴展的優勢，可以推廣至整個診療過程，實現遠程轉診、遠程病歷調閱、遠程診療信息共享等功能，實現個人健康檔案的統一管理。

通過對區域平臺提供的海量居民健康數據的分析挖掘，可以為醫療衛生管理部門的決策提供數據支持。

［1］ 羅軍舟，金嘉暉，宋愛波，等.云計算:體系架構與關鍵技術［J］.通信學報，2011，(7):3 －21.

［2］ 吳艷艷，唐源，李霞.醫院PACS云存儲系統建設［J］.醫院管理論壇，2014，(11):59 －61.

［3］ 王毅琳，李剛榮，吳昊.云計算在區域醫療信息系統建設中的應用［J］.中國數字醫學，2012，(3):38 －40.

［4］ 王意潔，孫偉東，周松，等.云計算環境下的分布存儲關鍵技術［J］.軟件學報，2012，(4):962 －986.

［5］ 馮登國，張敏，張妍，等.云計算安全研究［J］.軟件學報，2011，(1):71－83.