基于SOA的區(qū)域影像輔助診斷平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)與研究

陳平，帥仁俊，劉洪麟，蘇逸飛

1.南京市衛(wèi)生信息中心，江蘇 南京 210003；2.南京工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211816

引言

目前醫(yī)療數(shù)據(jù)中有超過90%來自于醫(yī)學(xué)影像學(xué)，而醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的開發(fā)中卻嚴(yán)重缺乏影像數(shù)據(jù)的應(yīng)用[1]。建立實(shí)用共享的區(qū)域影像輔助診斷平臺是我國衛(wèi)生信息化的建設(shè)重點(diǎn)，也正是醫(yī)學(xué)影像學(xué)大數(shù)據(jù)開發(fā)與應(yīng)用的最好時機(jī)。我國的區(qū)域影像中心建設(shè)始于2006年前后，比較典型的有上海申康醫(yī)院發(fā)展中心的區(qū)域醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)中心，上海交大附屬瑞金醫(yī)院集團(tuán)化醫(yī)院的聯(lián)網(wǎng)PACS系統(tǒng)，海南省的區(qū)域性PACS數(shù)據(jù)中心等[2]，這些區(qū)域影像診斷平臺都是滿足基本影像診斷、資料共享的應(yīng)用，還沒有成熟運(yùn)行模式。當(dāng)前國內(nèi)尚沒有利用影像大數(shù)據(jù)開發(fā)建立標(biāo)準(zhǔn)化診斷體系為目的區(qū)域影像診斷平臺[3]。

1 總體目標(biāo)

在南京市區(qū)域影像中心的建設(shè)下，通過攻克醫(yī)學(xué)影像區(qū)域互聯(lián)等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建區(qū)域影像輔助診斷平臺，建立市—區(qū)縣—鄉(xiāng)鎮(zhèn)醫(yī)療機(jī)構(gòu)多級在線的集成式診療服務(wù)模式，研究支持醫(yī)學(xué)影像遠(yuǎn)程診斷的標(biāo)準(zhǔn)體系，完善市內(nèi)各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)的影像業(yè)務(wù)系統(tǒng)（包括PACS/RIS系統(tǒng)），實(shí)現(xiàn)各類醫(yī)學(xué)影像及相關(guān)臨床數(shù)據(jù)的統(tǒng)一、規(guī)范的數(shù)字化采集、存儲、傳輸、共享和管理，實(shí)現(xiàn)市內(nèi)各級醫(yī)療機(jī)構(gòu)之間醫(yī)學(xué)影像信息的跨機(jī)構(gòu)再利用，減少患者的重復(fù)檢查，提高診斷效率和服務(wù)質(zhì)量，并為遠(yuǎn)程會診提供技術(shù)支持[4]。

2 建設(shè)原則與內(nèi)容

2.1 建設(shè)原則

（1）確保系統(tǒng)架構(gòu)完整性和適應(yīng)性，須在全面了解需求的前提下，進(jìn)行整體規(guī)劃。強(qiáng)調(diào)“統(tǒng)一規(guī)范、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一接口”。采用符合國際、國家標(biāo)準(zhǔn)的軟件，遵循有關(guān)技術(shù)規(guī)范體制，使系統(tǒng)具有靈活的互聯(lián)能力[5]。

（2）必須具備良好的靈活性和可擴(kuò)展性，能夠支持多種網(wǎng)絡(luò)的傳輸和多種的物理接口，保證設(shè)備升級、更新的靈活性，能夠根據(jù)今后業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)大的需要，擴(kuò)展所需的容量和用戶數(shù)。軟件系統(tǒng)具有良好的可移植性、可擴(kuò)展性，保證在將來發(fā)展中迅速采用最新出現(xiàn)的技術(shù)，降低系統(tǒng)成本。

（3）采用軟件工程規(guī)范管理從需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編程、測試、安裝調(diào)試、維護(hù)、升級等完整軟件生命期，確保系統(tǒng)在南京市范圍內(nèi)成功實(shí)施和全面應(yīng)用[6]。

2.2 建設(shè)內(nèi)容

（1）按照國家、江蘇省、南京市關(guān)于區(qū)域影像診斷平臺的建設(shè)要求，構(gòu)建平臺基礎(chǔ)組件（注冊服務(wù)等）和用于數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)關(guān)服務(wù)組件，并對數(shù)據(jù)的傳輸情況以及平臺的運(yùn)營情況進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控管理和分析，并建立一套統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系[7]。

（2）為更好地實(shí)現(xiàn)南京區(qū)域內(nèi)影像數(shù)據(jù)的交互與共享，同時為保障影像數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)安全性，平臺需要提供數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化接口，以方便未來與南京市各醫(yī)療機(jī)構(gòu)影像系統(tǒng)、區(qū)級影像中心平臺、市級衛(wèi)生信息平臺、CA中心系統(tǒng)、南京市便民APP等系統(tǒng)對接[8]。

（3）支持重復(fù)檢查提醒和規(guī)則設(shè)置（若該患者近期有同類型檢查，系統(tǒng)將自動提示，且可調(diào)閱當(dāng)時檢查報(bào)告和圖像）。

3 區(qū)域影像輔助診斷平臺架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 基于SOA的區(qū)域影像輔助診斷系統(tǒng)架構(gòu)

SOA（面向服務(wù)架構(gòu)）是一個組件模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單元（稱為服務(wù)）通過這些服務(wù)之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。接口是采用中立的方式進(jìn)行定義的，它應(yīng)該獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言。這使得構(gòu)建在各種各樣的系統(tǒng)中的服務(wù)可以以一種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互[9]。

區(qū)域影像輔助診斷系統(tǒng)總體架構(gòu)自底向上由4個部分構(gòu)成，分別為數(shù)據(jù)服務(wù)、支撐服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)和門戶服務(wù)。該架構(gòu)采用以平臺集中為主的層次化分布架構(gòu)模式，通過對區(qū)域影像信息的集成和共享，實(shí)現(xiàn)便捷的管理與高效的信息資源共享。針對影像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)化在線影像處理及分析引擎，并基于互聯(lián)網(wǎng)、專線等各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的多地域、多場地的實(shí)施三維后處理應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)分級影像處理。通過遵循標(biāo)準(zhǔn)化的業(yè)務(wù)流程、管理模式與規(guī)范，構(gòu)建基于SOA的應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)，提供標(biāo)準(zhǔn)化的信息模型與服務(wù)接口[10]。系統(tǒng)架構(gòu)，見圖1。

圖1 區(qū)域影像輔助診斷系統(tǒng)總體架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)服務(wù)。提供基于SOA的區(qū)域影像信息集成與共享服務(wù)，包括影像信息資源的存儲與整合、數(shù)據(jù)檢索與處理等服務(wù)。實(shí)現(xiàn)高效的區(qū)域海量影像信息的集成與共享。消除信息孤島，實(shí)現(xiàn)分布數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一管理，所有上層應(yīng)用服務(wù)都可以使用統(tǒng)一的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問。其中中心數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不單純是一個核心數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，應(yīng)將核心數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲模型、數(shù)據(jù)采集/交換模型、數(shù)據(jù)發(fā)布模型作為一個有機(jī)的整體進(jìn)行設(shè)計(jì)。研究建立數(shù)據(jù)庫的XML引擎，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的高效、易維護(hù)的XML處理。平臺采用性能強(qiáng)的FC磁盤存儲在線數(shù)據(jù)，以容量大、價格較低的SAS和SATA磁盤陣列存儲近線數(shù)據(jù)。另外，在配以磁帶庫或光盤塔，用于離線備份數(shù)據(jù)。

（2）支撐服務(wù)。向影像診斷信息化應(yīng)用服務(wù)提供服務(wù)支撐，主要包括用戶管理、訪問控制、信息交換等。基于SOA技術(shù)，集成數(shù)據(jù)服務(wù)和支撐服務(wù)構(gòu)成區(qū)域影像輔助診斷信息化總體架構(gòu)，為應(yīng)用服務(wù)提供支撐[11]。區(qū)域衛(wèi)生信息綜合系統(tǒng)采用基于SOA信息服務(wù)總線的總體架構(gòu)，提供了服務(wù)安全網(wǎng)關(guān)和事件交互服務(wù)，實(shí)現(xiàn)與社區(qū)服務(wù)中心/服務(wù)站、醫(yī)院等異構(gòu)業(yè)務(wù)應(yīng)用的集成，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整合與信息交換[12]。

（3）應(yīng)用服務(wù)。以影像數(shù)據(jù)信息資源為核心，在信息系統(tǒng)總體架構(gòu)內(nèi)，采用集中的管理，面向居民、醫(yī)療機(jī)構(gòu)和政府部門提供影像診斷、影像挖掘和管理等應(yīng)用服務(wù)。其中管理服務(wù)是基于區(qū)域影像輔助診斷平臺的重要應(yīng)用功能，利用區(qū)域影像數(shù)據(jù)交換平臺采集到的各類數(shù)據(jù)，借助數(shù)據(jù)分析、綜合展示工具等多種技術(shù)手段，實(shí)時、動態(tài)、多維度地分離、利用和展示影像相關(guān)數(shù)據(jù)，為領(lǐng)導(dǎo)的管理、決策提供信息支撐。

（4）門戶服務(wù)。支持各種用戶角色的多種不同方式的接入服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的授權(quán)訪問控制機(jī)制。平臺為社會公眾提供Web接入，患者可以調(diào)閱自己的診斷報(bào)告、診斷圖片和相關(guān)診斷信息。授權(quán)用戶（醫(yī)療機(jī)構(gòu)、專家）可在醫(yī)生診斷工作站（RIS）內(nèi)刷新病人列表，從平臺中心端獲取相關(guān)病人信息、申請信息與檢查影像，并根據(jù)檢查影像完成相關(guān)診斷。若患者近期有同類型檢查，醫(yī)生可以在智能提醒模塊中直接調(diào)閱當(dāng)前病人的歷次報(bào)告和影像，避免重復(fù)檢查，提高診斷效率。同時平臺還提供了相應(yīng)的借口，為醫(yī)療機(jī)構(gòu)和政府部門提供各種衛(wèi)生信息化應(yīng)用服務(wù)。

3.2 區(qū)域影像輔助診斷系統(tǒng)實(shí)體交互模型

實(shí)體交互模型，見圖2。通過采用SOA技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的交互與服務(wù)訪問，實(shí)現(xiàn)信息資源的集成與共享。實(shí)現(xiàn)市、服務(wù)中心/服務(wù)站的集成與信息交換，當(dāng)外部系統(tǒng)調(diào)用發(fā)送（接收）接口，則會觸發(fā)數(shù)據(jù)交換任務(wù)執(zhí)行發(fā)送（接收）數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)可靠的實(shí)時業(yè)務(wù)信息和管理信息交換。平臺提供一種基于Web Service服務(wù)的數(shù)據(jù)共享和交換的接口。接口定義了消費(fèi)者和提供者之間的程序性的訪問約定，一個服務(wù)接口必須含有該服務(wù)的身份、該服務(wù)的輸入和輸出數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)以及與該服務(wù)的功能和目標(biāo)有關(guān)的元數(shù)據(jù)，以便能實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和共享。

圖2 區(qū)域影像輔助診斷系統(tǒng)實(shí)體交互模型

3.3 區(qū)域海量影像數(shù)據(jù)的集成與交互

平臺采用集中與分布相結(jié)合的數(shù)據(jù)存儲模式，對于用戶經(jīng)常訪問的數(shù)據(jù)采集到區(qū)域數(shù)據(jù)中心，進(jìn)行集中式管理。對于臨床影像文檔，由于信息量較大，若建立集中式的區(qū)域性臨床影像文檔數(shù)據(jù)中心將導(dǎo)致巨大的資金投入和高昂的運(yùn)行維護(hù)代價，故采用分布式存儲[13]。基于SOA的區(qū)域衛(wèi)生海量信息集成交互平臺，見圖3。

圖3 區(qū)域衛(wèi)生海量信息集成交互平臺

區(qū)域影像輔助診斷平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成服務(wù)、接入服務(wù)、總線服務(wù)等核心整合服務(wù)。該平臺采用星形結(jié)構(gòu)，以前置交換服務(wù)器為中心，通過各種適配器與現(xiàn)有的系統(tǒng)通信交換數(shù)據(jù)。前置交換服務(wù)器以不影響原有系統(tǒng)的正常運(yùn)行為原則，提供開放的交換接口和通用的各種適配器接入原有系統(tǒng)，接口類型包括：HTTP/Web Services、JMS、EJB等。數(shù)據(jù)集成服務(wù)屏蔽異構(gòu)、分布式數(shù)據(jù)環(huán)境，如Oracle、SQL Server、DB2等，對外提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問方法；形成各應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖[14]；建立通用數(shù)據(jù)交換引擎，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫之間的信息交換。接入服務(wù)屏蔽被集成系統(tǒng)所采用的具體技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)方式，以適配器的方式實(shí)現(xiàn)各異構(gòu)影像信息系統(tǒng)的集成接入，被集成系統(tǒng)之間的信息交互載體為XML，通過消息機(jī)制建立XML的交換通道[15]。總線服務(wù)通過XML消息隊(duì)列（或HL7消息隊(duì)列）、HL7解析器實(shí)現(xiàn)集成平臺與接入系統(tǒng)之間的輕松耦合；業(yè)務(wù)流程定義（路由）實(shí)現(xiàn)被集成系統(tǒng)之間的交互流程，控制服務(wù)流程的流轉(zhuǎn)[16]。

4 南京市目前應(yīng)用現(xiàn)狀

南京市衛(wèi)生信息中心以鼓樓醫(yī)院為業(yè)務(wù)中心，于2014年9月建成南京市遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)會診中心。試運(yùn)行階段，鼓樓醫(yī)院心內(nèi)科、神經(jīng)內(nèi)科等專家已與建鄴區(qū)濱湖社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心、新疆伊寧市人民醫(yī)院等進(jìn)行了約60余次的遠(yuǎn)程影像會診，達(dá)到了預(yù)期效果。項(xiàng)目以徐莊移動機(jī)房為中心建立了覆蓋南京地區(qū)的衛(wèi)生專網(wǎng)，接入包括全市的二級以上醫(yī)院及全市的社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)機(jī)構(gòu)。衛(wèi)生專網(wǎng)主要用于醫(yī)療衛(wèi)生信息數(shù)據(jù)的交互和共享，衛(wèi)生專網(wǎng)二期工程正在建設(shè)，預(yù)計(jì)2017年底將覆蓋示范區(qū)內(nèi)50%的衛(wèi)生服務(wù)機(jī)構(gòu)。本架構(gòu)在南京開展的示范應(yīng)用，受益人數(shù)已經(jīng)達(dá)到100萬以上，集成并形成了30TB以上的衛(wèi)生信息資源庫。預(yù)計(jì)在2018年將覆蓋南京400多家醫(yī)療衛(wèi)生單位，使受益人數(shù)達(dá)到300萬以上，并形成100TB以上的衛(wèi)生信息資源庫。

南京市將建設(shè)更完善的市遠(yuǎn)程影像診斷平臺及系統(tǒng)，以跨域性一體化協(xié)同應(yīng)用為重點(diǎn)，加快推進(jìn)全市各大醫(yī)院的接入。未來將突破地域限制，既要與北京、上海等國內(nèi)外知名醫(yī)院已有遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)平臺融合對接，最大限度地利用發(fā)達(dá)地區(qū)的醫(yī)療衛(wèi)生資源，提高我市的醫(yī)療技術(shù)水平；又要對接南京郊區(qū)、南京都市圈城市和新疆、西藏等地，發(fā)揮我市優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源的優(yōu)勢，提高基層和邊遠(yuǎn)地區(qū)的醫(yī)療技術(shù)與服務(wù)水平，為這些地區(qū)的群眾提供更優(yōu)質(zhì)、更智能化、更人性化的遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)服務(wù)。

5 討論

本文提出的區(qū)域影像診斷輔助平臺的架構(gòu)在南京的示范應(yīng)用，能夠促進(jìn)南京地區(qū)醫(yī)學(xué)影像診斷水平的提高，創(chuàng)新醫(yī)學(xué)影像診療服務(wù)模式，推動區(qū)域醫(yī)學(xué)影像不同層級醫(yī)院協(xié)同，優(yōu)化醫(yī)學(xué)影像資源配置，具有顯著的社會效應(yīng)。同時，通過構(gòu)建南京醫(yī)學(xué)影像診斷中心的管理和運(yùn)行機(jī)制，確保其可復(fù)制、可推廣、可擴(kuò)展、可提升。

該架構(gòu)的研究成果對于推動建立符合我國國情的基本醫(yī)療衛(wèi)生制度這一現(xiàn)實(shí)而又重大的任務(wù)具有重要的應(yīng)用價值。其中包含了區(qū)域醫(yī)學(xué)影像診斷所需的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的軟件支撐平臺以及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，并提供了整體解決方案，構(gòu)建了應(yīng)用示范平臺，形成了全國區(qū)域影像診斷平臺建設(shè)的實(shí)踐環(huán)境和實(shí)證基地。

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