医学动态影像平台建设与应用

孙碧海 陈 巧 刘红坡 肖 红

(中日友好医院信息技术和管理部 北京 100029) (中日友好医院神经内科北京 100029) (深圳锐取信息技术股份有限公司 深圳 518057)



医学动态影像平台建设与应用

孙碧海 陈 巧 刘红坡 肖 红

(中日友好医院信息技术和管理部 北京 100029) (中日友好医院神经内科北京 100029) (深圳锐取信息技术股份有限公司 深圳 518057)

首先提出手术示教系统现存的问题，然后介绍医学动态影像的范围及统一管理的必要性，提出医学动态影像管理的平台解决方案，以中日友好医院继教需求为例，简单介绍该方案的实际应用情况及未来的发展。

手术示教系统； 医学动态影像； 平台建设； 应用

1 引言

随着经济社会的快速发展，人们对医院的医疗服务质量提出了越来越高的要求。外科手术是医院治病救人的关键业务组成部分，需要大量具有临床经验的医生和护士，医院通常需要通过手术教学来培养广大实习医生。而传统的现场手术示教因为手术室空间有限，容易给洁净手术室带来污染，而且会对手术中的医生造成干扰，已不能适应医院的现实需求，因此需要设计开发相应的手术示教系统。手术示教系统是[1]利用多媒体技术和计算机网络技术对传统的手术教学过程进行数字化、网络化和智能化改造，实现了手术过程影像和语音双向的实时远程传输和储存，从而改变了传统外科教学模式，同时外科学术活动内容也变得更加生动和丰富。目前，越来越多的医院已经建设了手术示教系统[2]，在日常外科教学和学术活动中发挥着重要的作用；但随着应用的深入，手术示教系统在管理和与其他信息系统整合方面表现出较为明显的短板，无法融入到医院整体信息化建设。本文从手术示教系统现存问题出发，通过分析比较，提出相关解决方案，采用实例的方式介绍方案的应用和未来的发展。

2 手术示教系统现存问题

2.1 手术示教系统的优势和种类

目前，市场上的手术示教系统大多选用基于网络传输的嵌入式录播服务产品[3]，主要提供录制、直播和点播3大基本功能，其以性能稳定、兼容性强、设备小巧、安装部署便捷等优点，受到医院用户的特别青睐。对于单个应用的解决，如手术过程的同步录制、同步直播等，可以根据实际需求，选择分布式产品[大致分为编码器(端)、媒体服务器、解码器(端)3部分，彼此间通过网络进行连接]，也可以选择一体机(一种集录制、直播、点播等功能为一体的单机设备)，只要网络通畅，实际应用就能够开展，显示出较强的灵活性和便捷性。

2.2 存在的问题

但随着应用的深入，单个应用的效果已无法满足用户的持续需求，一般会遇到以下问题：(1)影像文件未关联患者信息，再次调阅某一资源文件特别费时耗力。(2)媒体服务器(录播服务器)存储空间有限，(一般配备1～2T的普通硬盘)，无法满足长期的资料存储和高可靠性的存储要求(冗余备份)。(3)仅提供较为简单的用户类型和权限设置，无法满足用户分级访问管理的需求，资源访问安全性低。(4)服务资源，如通道，无法实现可授权的独立应用，即各通道资源独立管理和应用，从而造成可用资源的闲置。(5)缺少开放且标准的接口，较难实现与现有医院信息系统的交互与整合，如电子病历系统、手术麻醉信息系统。(6)其他管理问题，如设备管理、访问统计管理、资料剪辑分析等。以上所述的问题，是当前手术示教系统的常见问题，如果不突破现有系统的架构，解决问题的根源，将直接影响其在医院信息化大环境下的深入应用。

3 医学动态影像及平台解决方案

3.1 医学动态影像简介及统一管理的必要性

3.1.1 医学动态影像 医学动态影像,有别于传统医学静态影像，如X光、CT、核磁、病理电子切片等，是以连续影像来描述过程的新的医疗结果记录方式。医学动态影像比静态影像包含更多的信息，且表现形式更直观；但所需的存储空间比静态影像要大数倍甚至数十倍，分析处理难度较大。目前，医学动态影像来源广泛，如手术过程、各类影像检查(B超、内镜、数字减影检查等)、各类教学培训过程、患者宣教电子资源等，可以说所有服务于医疗活动的动态影像均可包括在内。

3.1.2 统一管理的必要性 医学动态影像作为一种有用的医疗信息资源，存在存储、传输、调阅等基本待解决的问题。按照一般的建设思路，势必依据来源、用途、适用范围等，分别建设多套系统来满足不同应用的需求,但多套系统的建设势必会造成未来资源共享和信息整合的困难，因此对于医学动态影像的管理，应该采用统一的方式解决存储、传输、调阅等基本问题，然后再通过统一的交互方式满足各种不同的应用需求，最终实现统一的管理和应用。

3.2 平台化解决方案的提出与设计

3.2.1 方案的提出 医学动态影像管理存在与静态影像相类似的基础问题，即存储、传输、调阅等。医学静态影像管理已有比较成熟的管理模式，例如放射影像管理[4]，目前采用放射信息系统(RIS)+图像存储与传输系统(PACS)方式解决；超声影像管理、内镜检查影像管理也采取了类似的解决方案。借鉴医学静态影像管理的成熟经验，医学动态影像管理至少应该分为两大部分：第1部分，主要实现存储、传输、调阅等管理，为具体应用提供基础服务；第2部分，依据不同的应用需求，设计开发符合业务流程管理的具体应用系统。依据以上思路，医学动态影像管理应采用平台化解决方案。

3.2.2 平台架构 手术示教系统解决方案虽然是医学动态影像管理的一个特例，但是基本解决了医学动态影像管理中最基本的问题，如果将其系统架构重新规划，势必可提高该解决方案的通用性、可靠性及可扩展性。经过重新设计规划，提出了架构的平台化解决方案，见图1。

图1 医学动态影像平台架构

从图1可以清楚地看到，该平台方案架构可分为5层：物理层、服务层、管理层、接口层和应用层。物理层主要由具体的硬件设备组成，包括编码前端、服务器及大容量存储和解码终端，这些硬件构成平台服务和管理的物理基础；服务层向管理层提供3个最基本也是最核心的服务：录制、直播和点播服务；管理层则立足于各种基础管理，管理和协调好各种软/硬件资源，使其在安全访问的环境下得以灵活且便捷的使用；接口层由各种标准(或定制)的开放接口组成，成为联系具体应用和下层基础服务和管理的桥梁；应用层即针对具体应用而开发的个性化信息系统，而它们都存在共性的问题——动态影像管理。因此，物理层、服务层、管理层和接口层构成平台解决方案的核心，直接影响解决方案的各项性能；而应用层的多样性，却充分反映出解决方案广泛的适应性和扩展性。

3.2.3 平台解决方案的优势 采用如图1所示架构进行手术示教系统的升级改造，使其成为平台化解决方案，其优势表现如下：(1)服务能力与提供服务的物理硬件设备数量呈线性正相关，服务能力的可扩展性大大增强，可以满足更大服务性能要求的应用。(2)采用大容量存储及冗余备份策略，可充分保证存储空间的可扩展性和影像资料数据存储的可靠性。(3)将资源调度管理与用户权限管理相结合，实现了可用资源的“细粒度”管理，提高了资源利用率。(4)将用户权限“粒度”减小，从而提高了用户资源访问的安全性。(5)采用标准化(或定制)接口，使更多个性化的应用层信息系统可以方便、灵活地实现动态影像资源的可靠管理，提高了信息化集成水平和范围。终上所述，平台化解决方案具有更强的服务性能、更精细的管理和更广泛的应用推广适应性，是解决当前医学动态影像管理难题行之有效的手段，特别值得推广。

3.3 平台化解决方案的实现

3.3.1 对系统的改进 依据平台化解决方案的思路，笔者对医院现有的分布式手术示教系统做了如下改进：(1)将直播和点播服务从单一录播服务器功能中独立出来，分别移植到两台独立的PC服务器上，录播服务器仅保留录制服务的功能，可使对应服务变得更可靠。(2)设立管理服务器，实现可用资源的灵活调配和安全管理，提高资源利用率。(3)新增服务节点配置功能，如直播节点、点播节点，相关服务能力的扩展，可简化为服务节点数量的增加(服务硬件也可能作相应增加)，用户更容易理解和操作。(4)细化通道资源管理，用户或某一具体应用可授权管理到单个通道资源，彼此互不干扰，可满足多个用户或具体应用的并发应用。(5)将现有系统及用户权限进行拆分和分类，重新进行组合，实现不同用户角色权限的灵活配置，既满足用户使用，又有效防止非安全的操作(如资源下载)，从而提高用户授权访问的安全性。

3.3.2 教育培训资源管理平台的开发 在以上改进的基础上，结合医院临床带教[5]演示培训和继教学习[6]的需求，笔者开发上线了一个具体的应用——教育培训资源管理平台，实现了课程计划发布、讲课过程自动录制和授权直播、课后在线剪辑、课件发布、课件上载、课程评价与讨论等一系列功能。通过这个平台，可以随时在线回顾观看各种培训教学视频，能针对任何课程展开讨论和答疑，使教学过程不再局限于课堂本身，有效提高了教学效果。护理操作培训视频的反复回顾观看和在线交流，能明显促进临床阶段实习学生的要领掌握，降低实践操作的失误率，使临床带教质量明显提升。该平台除用于护理带教学习外，还可以满足医院内其他人员的在线继教学习要求，使更多的医疗培训资源得以分享。

平台化改进方案实现了原有手术示教系统通道资源的独立，仅需从8通道录播服务器中分配出1个通道资源，即可满足教育培训资源管理平台管理和应用需求，而余下的7个通道资源将可再次分配给其他具体的应用，如围手术期影像管理、B超检查影像管理、内镜检查影像管理等，充分满足医院各种类型的动态影像的个性化管理需求。

4 结语

近两年来，各大教学医院[7]都陆续购置了手术示教系统，在医院外科教学[8]和学术会议交流等方

面也发挥了很大的作用。手术示教系统作为信息系统，如果无法与医院临床信息系统，如电子病历、各类检查工作站等进行交互和整合，其在医院信息化大环境下的受重视程度和未来的应用前景将堪忧，因此手术示教系统建设走平台化道路是其未来的必然选择。目前，医学动态影像平台的建设还处于起步探索阶段，将会遇到很多技术难题需要不断突破，如编码效率、存储备份[9]策略、服务性能提高、交互接口标准化[10]等，其建设也是一个需要持续资金投入的长期过程。虽然面临的困难重重，但发展方向是正确的，医学动态影像平台化建设和管理势必成为趋势。

1 孙碧海,张铁山,鲁长滨.手术示教系统建设与应用[J].医学信息学杂志,2013,34(1):38-41.

2 杨霜英,于京杰,朱四海.大型医院数字化手术观摩示教系统的设计及应用[J].中国医疗设备,2011，26(9):52-54.

3 肖波,刘红坡.医院手术示教和远程会诊系统解决方案[J].中国医院建筑与装备,2011，(8):80-83.

4 闵德庆,王敏,张园.PACS建设与维护[J].医学信息学杂志,2012,33(6):24-27.

5 包纯纯,鲍曼曼,林卫红,等.手术示教系统在见习带教中的应用[J].中国实用护理杂志, 2009，25(15):80-81.

6 王景文,李淑兰.谈互联网与医学教育[J].医学信息学杂志,2004,(1):74-75.

7 王国宏,郑富强,孙文泽，等.数字化手术室手术示教系统的设计与应用[J].医疗卫生装备，2010,31(10):84-89.

8 孙碧海,张晓祥,胡彬,等.医院手术室数字转播的设计与实现[J].中国数字医学,2007， 2(9):13-16.

9 谭松,葛兵,杨俊,等.医院自建影像存储与传输系统实践[J].医学信息学杂志,2013,34(10):28-30.

10 陆菲.医院信息系统与电子病历系统医嘱交互模式应用探讨[J].医学信息学杂志,2011,(7):26-29.

Construction and Utilization of Medical Dynamic Image Platform

SUNBi-hai，

DepartmentofInfrmationTechnologyandManagement,Chines-JapanFriendshipHospital,Beijing100029,China;

CHENQiao,

DepartmentofNeurology,China-JapanFriendshipHospital,Beijing100029,China;

LIUHong-po,

XIAOHong,

SZReachTechCO.,Ltd.,Shenzhen518057,China

The paper puts forward the problems of current operation teaching system, introduces the scope of medical dynamic image and the necessity of unified management, puts forward the solution of information platform for medical dynamic image management. Taking the continual education requirement in China-Japan Friendship Hospital as an example, it simply introduces the actual application status and future development of this plan.

Operation teaching system; Medical dynamic image; Platform construction; Application

2014-09-12

孙碧海，工程师,发表论文3篇。

R-058

A 〔DOI〕10.3969/j.issn.1673-6036.2015.04.006