云計算技術(shù)及其在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

中國醫(yī)科大學(xué) 夏 朦

云計算技術(shù)及其在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

中國醫(yī)科大學(xué) 夏 朦

本文從云計算的兩個類比定義出發(fā)，對云計算的概念進行了形象的解釋。重點闡述了云計算在醫(yī)藥文獻區(qū)域資源共享、醫(yī)學(xué)教學(xué)、醫(yī)院信息系統(tǒng)、移動醫(yī)療等方面的應(yīng)用，同時指出云計算在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的普及中存在的困難和需要注意的問題。

云計算；醫(yī)藥文獻區(qū)域資源共享；醫(yī)院信息系統(tǒng)；移動醫(yī)療；醫(yī)學(xué)教學(xué)

1 引言

早在1943年,IBM公司的創(chuàng)始人托馬斯·沃森曾預(yù)言:“我想,5臺計算機足以滿足整個世界市場。［1］”當(dāng)時,人們認(rèn)為這一預(yù)言是十分荒謬的,但是在云計算迅猛發(fā)展的今天,重新審視這句話,是否會有這樣的疑問,由Google、Microsoft、IBM、Amazon、Sun這“五臺”計算機,由他們提供的云計算服務(wù)是不是足以滿足整個世界市場的需要?“云”的觸角正在向生產(chǎn)生活的各個方面延伸,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域尤其有廣闊的應(yīng)用前景。本文從云計算的兩個類比定義出發(fā),對云計算的概念進行了形象的解釋,重點闡述了云計算在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用及普及中存在的困難和注意點。

2 云計算的概念

云計算的本質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)思維模式的轉(zhuǎn)變,從不同的角度看就有不同的內(nèi)涵。對于云計算的概念,至今業(yè)界還沒有一個統(tǒng)一明確的定義。本文這部分將探討IBM公司給出的云計算定義,結(jié)合兩個云計算的類比定義對云計算的概念加以較為形象深入的描述。

2.1 云計算定義

在IBM的技術(shù)白皮書“Cloud Computing”中,云計算［2］是這樣定義的:“云計算一詞用來描述一種系統(tǒng)平臺或者一類的應(yīng)用程序。云計算平臺可以按需進行動態(tài)地部署、配置、重新配置以及撤銷服務(wù)器。云中的服務(wù)器可以是物理的或虛擬的服務(wù)器。通常高級的云還包含諸如存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(SANs)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、防火墻以及其他安全設(shè)備等計算資源。”

云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的、大眾參與的計算模式,是分布式計算技術(shù)的一種,通過網(wǎng)絡(luò)把龐大的計算處理程序自動分割成相對較小的子系統(tǒng),由多個服務(wù)器對任務(wù)進行分析處理后將結(jié)果匯總并回傳給用戶。也可以認(rèn)為云計算是一類通過互聯(lián)網(wǎng)進行訪問的可擴展的應(yīng)用程序,這些云應(yīng)用使用大型的數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器來運行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。用戶可以通過一個合適的互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備以及一個標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器來訪問云計算應(yīng)用程序。

2.2 云計算的類比定義

2.2.1 云計算之發(fā)電廠

在云計算領(lǐng)域最常用的例子就是將云計算比喻為一個發(fā)電廠［3］。PC普及,企業(yè)使用自己單獨的服務(wù)器,成本高、技術(shù)要求高且費時費力。如果使用云計算,只要接入網(wǎng)絡(luò),企業(yè)和個人就能隨意地訪問信息服務(wù),同時也卸去了他們維護計算機設(shè)備的重負(fù),只需按使用量付費給云計算服務(wù)商即可,同時云計算服務(wù)商可以按需動態(tài)地部署、配置、重新配置以及撤銷服務(wù)器。這就好比直流發(fā)電機發(fā)明后,電燈開始被企業(yè)接受。為了用電照明,每家企業(yè)都必須采購發(fā)電機并由專業(yè)人員維護發(fā)電機的運轉(zhuǎn),同樣成本高、技術(shù)要求高且費時費力。隨后交流電興起,一些大型的電站被建立起來,他們統(tǒng)一維護設(shè)備,電力通過電網(wǎng)傳輸?shù)角Ъ胰f戶。企業(yè)不再需要昂貴的發(fā)電機,只需要安裝電表,按使用的電量付費給發(fā)電廠即可。而電廠可以按需對電力進行調(diào)配。

2.2.2 云計算之阿凡達

這個類比是在重溫阿凡達的時候得到的啟發(fā)。潘多拉星球上有十萬億方棵樹,每棵樹與周圍的樹群之間存在十萬個節(jié)點,都保存了大量部落的相關(guān)信息。那么,每棵樹就相當(dāng)于一個個排布分散,內(nèi)容卻相互聯(lián)系的數(shù)據(jù)中心,它們組成分布式數(shù)據(jù)庫,組成一個全球性的網(wǎng)絡(luò)。納威人可以通過合適的接入設(shè)備(納威人辮子的末端)、一個標(biāo)準(zhǔn)的“瀏覽器”(神樹的枝條)隨時進入其中,在站點上傳和下載數(shù)據(jù)或記憶。 “靈魂之樹”作為云計算終極平臺,可以按需動態(tài)地部署、重新配置以及撤銷服務(wù)器,也可以選取一定數(shù)量的服務(wù)器協(xié)同處理同一任務(wù)。

3 云計算在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

3.1 醫(yī)學(xué)文獻區(qū)域資源共享

醫(yī)學(xué)院校為滿足教學(xué)和科研的需求,不斷得投入大量的財力和人力購買和管理醫(yī)學(xué)文獻數(shù)據(jù)庫,同時各院校、醫(yī)院間存在文獻建設(shè)發(fā)展不平衡、經(jīng)費不足、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量差、資源重復(fù)建設(shè)等問題。基于醫(yī)學(xué)院校間文獻需求的相似性、為減少費用支出、提高服務(wù)質(zhì)量,基于云技術(shù)的醫(yī)藥文獻區(qū)域資源共享平臺是有效的解決方案。該平臺以大型醫(yī)學(xué)院校圖書館為核心,以區(qū)域內(nèi)教學(xué)醫(yī)院圖書館為成員館,利用云計算的虛擬化、分布式技術(shù)并行計算等技術(shù)擴展功能。近年來,我國信息資源共建共享建設(shè)取得了重要進展［4］,中國高等教育文獻保障系統(tǒng)(China Academic Library & Information System,CALIS)、中國高校人文社會科學(xué)文獻中心(China Academic Humanities and Social Sciences Library,CASHL)等共建共享聯(lián)盟已成功建立及運行。

3.2 醫(yī)學(xué)教學(xué)

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)“教父” 薩爾曼·汗有一個著名的理論:用視頻再造教育。［5］視頻在線教學(xué)是“云時代”經(jīng)典的學(xué)習(xí)方式。將“翻轉(zhuǎn)課堂”“微視頻”等方式應(yīng)用于醫(yī)學(xué)教學(xué),尤其是實驗教學(xué)中,可以實現(xiàn)教學(xué)資源的實時查看、師生線上互動,解決實驗標(biāo)本稀少、易損等問題,便于知識的接受和傳播。

3.3 醫(yī)院信息系統(tǒng)

醫(yī)院信息系統(tǒng)［6］(Hospital Information System,HIS)即醫(yī)院管理和醫(yī)療活動中進行信息管理和聯(lián)機操作的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。學(xué)術(shù)界公認(rèn)定義是,利用電子計算機和通訊設(shè)備,為醫(yī)院所屬各部門提供病人診療信息和行政管理信息的收集、存儲、處理、提取和數(shù)據(jù)交換的能力并滿足授權(quán)用戶的功能需求的平臺。

電子病歷等已在全國廣泛推行,醫(yī)院每天通過PACS產(chǎn)生大量圖文資料,傳統(tǒng)的儲存和處理方式已無法滿足需求。基于云計算的HIS資料存儲不僅可以減少存儲成本,還有利于醫(yī)院之間、醫(yī)院與上級主管部門之間的的信息共享,提高了工作和醫(yī)療取證的效率。

3.4 電子健康與移動醫(yī)療

大量醫(yī)療科普類APP上線、便攜式可穿戴設(shè)備進入家庭,移動醫(yī)療如火如荼得發(fā)展著。醫(yī)療健康數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與利用不再局限于醫(yī)院,病人對病情長期監(jiān)測和個性化治療的需求促使“云”進入移動醫(yī)療領(lǐng)域。通過個人可穿戴設(shè)備實時收集個人醫(yī)療健康數(shù)據(jù),上傳云端儲存,實現(xiàn)慢性病的長期監(jiān)測,在突發(fā)病情時由設(shè)備直接定位并傳輸至120系統(tǒng),使醫(yī)生能準(zhǔn)確掌握病情的連續(xù)變化,及時對病人進行救治。有必要時,可以在病人的授權(quán)下利用云端的數(shù)據(jù)進行疾病的大樣本研究。

4 云計算的普及存在的困難

4.1 經(jīng)濟因素

云存儲的推行需要區(qū)域間各醫(yī)院、行政主管單位的聯(lián)合。即使不考慮醫(yī)生群體對新系統(tǒng)的學(xué)習(xí)成本,醫(yī)院也不一定愿意放棄原本已投入了大量資金的醫(yī)院系統(tǒng),轉(zhuǎn)向云計算,并支付云服務(wù)和存儲的費用。在面向租戶提供云服務(wù)的同時,服務(wù)商需要制定靈活的付費方式［7］:不同的產(chǎn)品有不同的收費標(biāo)準(zhǔn),例如存儲按照字節(jié)量付費的,每個月按照實際情況與醫(yī)院的信息卡和帳戶進行綁定,根據(jù)實際使用字節(jié)量進行收費;亦可以基于使用時間,根據(jù)租戶具體調(diào)動服務(wù)器的流量、帶寬和處理能力來進行付費,保證用戶使用和退訂云計算的靈活性,便利性。

4.2 數(shù)據(jù)的安全

隱私的安全難以保障一直是限制互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的一大因素。云計算服務(wù)的提供商是否有足夠的公信力［8］,讓醫(yī)院把數(shù)據(jù)交給他們儲存在用戶本身未知的地方。服務(wù)商會不會給自己設(shè)置優(yōu)先訪問權(quán),對用戶存儲的數(shù)據(jù)進行監(jiān)聽、盜用或者販賣呢?政府主導(dǎo)建設(shè)的“醫(yī)療公共云”如何抵御黑客的攻擊、規(guī)范接入者的授權(quán),如何完整記錄每一次的數(shù)據(jù)更改,避免來自醫(yī)療系統(tǒng)內(nèi)部對于電子病歷等具有法律效益的數(shù)據(jù)的篡改?

4.3 服務(wù)的持續(xù)性和完整性

2010年3月17日Terremark公司在邁阿密的數(shù)據(jù)中心斷網(wǎng)了大約7個小時,在這段時間里,用戶不能訪問存儲在這個數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)。2011年4月22日亞馬遜云位于被弗吉尼亞州的云計算中心宕機,導(dǎo)致回答服務(wù)Quora、新聞服務(wù)Reddit、Hootsuite和位置跟蹤服FourSquare和為網(wǎng)絡(luò)出版商提供游戲工具的BigDoor癱瘓,故障持續(xù)了4天。

在長時間高速的運轉(zhuǎn)之下,提供云計算服務(wù)的服務(wù)器能否始終保持正常運轉(zhuǎn)?服務(wù)商的電源故障是否可以避免?用戶和服務(wù)商之間的網(wǎng)絡(luò)連接能否時刻保持暢通?當(dāng)連接故障發(fā)生時,服務(wù)商的應(yīng)對能力是怎樣的水平呢?這都是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,尤其是醫(yī)院信息系統(tǒng)引入云計算時需要注意和謹(jǐn)慎考慮的問題。

［1］沈國芳著.中國傳媒大趨勢.成都:四川人民出版社,2003.08.

［2］Boss G,Malladi P,Quan D,et al.Cloud computing. IBM White Paper,2007.

［3］皎麗麗.云計算:需求決定成敗［J］.中國信息界-e制造,2014,(12):60-63.

［4］王濤.高校圖書館區(qū)域資源共享系統(tǒng)政策法規(guī)建設(shè)存在的問題與對策——以江寧大學(xué)城實施圖書館聯(lián)盟以及高校圖書館聯(lián)合體為例［J］.上海高校圖書情報工作研究.2010,(04):23-26.

［5］王文琳.淺談云端教學(xué)平臺下微課程的應(yīng)用及意義［J］蘭州教育學(xué)院學(xué)報,2014,30(2):105-106

［6］國家衛(wèi)生部《醫(yī)院信息系統(tǒng)基木功能規(guī)范》

［7］馬曉亭,陳臣.基于亞馬遜AWS云服務(wù)的數(shù)字圖書館云計算基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建［J］.情報科學(xué).2013,(01):46-51.

［8］王世偉,趙付春.企業(yè)用戶感知視角下的云計算信息安全策略研究［J］.圖書情報工作.2012,(06):29-32.