基于云平台的医学影像学远程教学系统的开发与应用

徐迎迎,朱向明,赵 峰,刘表虎,赵富江,袁 权

皖南医学院:1弋矶山医院超声医学科;2医学信息科,安徽 芜湖 241001

基于云平台的医学影像学远程教学系统的开发与应用

徐迎迎1,朱向明1,赵 峰2,刘表虎1,赵富江2,袁 权2

皖南医学院:1弋矶山医院超声医学科;2医学信息科,安徽 芜湖 241001

根据医学影像学的教学特点,运用Vmware Vsphere Client云平台技术,设计了一套能实现医院信息系统(HIS)、影像归档和通信系统(PACS)及医学影像学教学实训系统之间信息传递与交互的远程教学系统.该系统能远程在线学习、远程在线考试、远程在线评分,具有较高的推广应用价值.

云平台;医学影像学;远程教学系统;开发与应用

《医学影像学》是一门以解剖学为基础的综合性学科,其教学的展开建立在庞大的影像图像的基础之上,学生须在不断接触影像图像的过程中才能提高自身的分析诊断能力。为了获取教学用影像图像,传统医学影像学教学基本采用书本联合影像胶片、多媒体幻灯片的方式进行,数据较为陈旧且操作复杂,教学质量不高,教学与临床实践不能有效衔接,难以满足现代教学要求。在此背景下,更加实时化、便捷化的网络影像教学模式因其所具有的数据更新较快、操作更为便捷的优势,正不断发展成为现代影像教学研究的新热点。该研究基于云平台技术,建立起远程教学系统,旨在为师生提供一个良好的学习交流平台。

1 系统开发

1.1 开发目的

基于Internet、Dotnet 3.5框架和Vmware Vsphere Client云平台,依托附属医院PACS平台及其软硬件网络环境,构建和应用医学影像学远程数字化教学系统,实现附属医院的医学影像学信息资源在高校医学影像学实验实训中心共享。

1.2 开发方法

1.2.1 硬件及软件影像资源的传输采用虚拟局域网技术;PC应用环境采用WindowsXP Professional操作系统;应用Vmware Vsphere Client构建教学云平台;学校客户端采用自主研发的医学影像学教学实训系统;影像数据库采用Microsoft SQL Server 2008;应用Image Server存储PACS影像;HIS系统由杭州创业研发。

1.2.2 技术标准系统之间的通讯遵循HL7(健康信息第七层协议),主要用于医疗机构之间数据信息的交换,是HIS与PACS之间交互的前提和保障[1]。若交互的信息为图片、表格等复杂信息,则须运用XML可扩展标记语言技术[2]。运用Web Service技术,采用SOAP网络协议,通过Https将医院远程教学服务器、医院PACS服务器以及各科室信息系统互通构建一个信息交互串联体,用于典型信息数据的交流共享。SOAP(简单对象访问协议):运用Https发送XML格式的信息,即把XML转化为请求和响应编码模式[3]。影像图像的采集、存储、传输采用医学数字影像通讯标准Dicom 3.0。

1.2.3 资源传输VLAN的搭建购置一对电信专用的光电转换设备,布置一条光缆连接附属医院与学校,其联网速率高、传输性能好,并且已经调试通过、正常运行,能将医院的信息安全、快捷地传输到学校供教学使用。

1.2.4 远程视频教学设备的构建在附院和学校影像教学实验室分别部署了一套模拟教学通讯设备,如高清数字摄像头、高清显示屏、编码解码器等。

1.2.5 教学数据资源的获取教学资源主要来源于HIS(医院信息系统)、PACS(影像归档和通信系统)。其中,PACS包含RIS(放射信息系统)、UIS(超声信息系统)等。临床医师将工作中遇到的典型病例通过该科室的信息系统进行按病种分类匿名化标记后上传到全院PACS系统[4],医院远程教学服务器从PACS系统中提取典型病例,通过专用数据通道传输到学校远程教学服务器。

1.2.6 教学云平台的构建云平台本质是基于虚拟化技术的弹性计算云服务和简单存储服务。云代表服务,平台代表虚拟机。虚拟机与物理机功能一样是运行操作系统和应用程序的软件计算机,虚拟机上安装的操作系统称为客户机操作系统。目前,医院通过在三台物理机上利用Vmware Vsphere Client构建云平台,Vmware Vsphere Client将上述三台物理机链接起来,融合成一个更大的物理机,它们之间可以相互协作、交流互通,使得其运行内存和存储容量是单个物理机所无法比拟的。我们可以在Vmware Vsphere Client里任意创建需要的虚拟机。通过服务器虚拟化将不同的应用分配到不同虚拟机上运行,可以明显提高服务器的运转效率。该项目基于Vmware Vsphere云平台,依托附属医院PACS平台及其软硬件网络环境,实现附属医院的影像信息在高校医学影像学实训中心共享[5-6](如图1所示)。

图1 云平台的构建示意图

1.2.7 远程教学系统的构建通过在附院PACS服务器、附院中间层服务器、学校中间层服务器之间铺设光缆,构建一条专用的远程教学数据通道。学校的教学读片室配置专用电脑,通过校园网交换机连接学校远程教学服务器,在每台电脑上安装医学影像学远程教学实训系统(如图2所示)。

图2 远程教学系统流程设计示意图

2 系统特点

2.1 技术特点

首次运用微软Dotnet framework结合云平台,有机地将临床与教学紧密的结合起来;可以支持专用网络、公网网络、广域网网络;数据交互与传输应用通用的跨平台Web Service技术[7-8]。

2.2 实际应用特点

①在云服务平台上,通过高可扩展性,实现影像存储的自我叠加,以完成海量数据的存储管理,实现教学媒体资源的整合、分布式服务、负载均衡、更能有效利用与提高网络数据交换效率,为医学影像学实践教学提供系统、全面、完整、永久在线和即时更新的教学媒体资源库。

②应用云服务结合计算机网络、数据库、计算机图形、软件工程等技术,以实现教学使用的大影像数据及时从附属医院的影像服务器端获取,使医学影像学教学图片、文字资料库、医学影像学多媒体教学课件、医学影像学考试题库等实践教学内容运行于多台计算机和局域网内,实现教学内容的全面数字化、网络化运行。

③应用云服务实现区域PACS影像数据在教学中心与附属临床医院之间适时同步,实现病例数据库快速检索并行影像浏览,完成医学影像教学实验中心与附属医院影像信息的互动,达到教学与临床实践紧密结合,实现医学影像学实时、动态、全程数字化实践教学[9-11]。

④在主计算机网络平台引导下,各教学终端计算机能同步实时呈现教学内容,实现医疗资源的充分共享和再分配,达到教学资源共享、教学内容共显的实践教学目的。

3 系统应用及效果

3.1 系统应用

3.1.1 实现影像学教学资源库的收录更新系统提供教学病例收录功能。应用者可以按病种匿名化分类标记后归集生成教学案例,通过云PACS分布式同步到实践教学中心的影像服务器上,完成典型病例自动标识、典型病例传输与存储。同时可以导入其他方法获取的数字化图像,如胶片经数字化获得的图片及经数码相机获得的图像,保证老胶片也可经数字化后导入数据库。影像病例库由于进行及时扩展和更新,弥补了书本知识难以更新的缺点,学生接触的信息更加贴近临床实际,学生的培养更加符合临床需要,真正做到培养临床实用型影像诊断人才的目的(如图3所示)。

3.1.2 实现影像学教学资源库的查询调阅系统提供教学病例查询检索功能,教师能够浏览典型病例并行图像分析,通过在图片中添加箭头及注释,可为初学者标记典型征象,方便学习者对典型征象的认知,建立疾病病种和典型图像结合及规范解说的知识库系统。学生通过多层次、多方位、多角度观察影像图片,能获得直观、形象的感性认识,有助于学生对典型病例的认知及相似病例的鉴别诊断。同时,学生可以根据学习能力自主地查询浏览教学病例库,安排学习计划。

图3 影像学教学资源库的收录

3.1.3 实现影像学教学远程科学化考核系统提供远程教学考核功能,教师可以突破时间及空间的限制,远程分发实训作业、教学任务,随时随地开展教学活动。学生在线接收实训作业完成并上传提交后,教师可以远程审阅、点评作业,探讨和回复学生的疑问[11]。学生可以在线查看原始答案,结合教师审阅评价,进行自我归纳总结,真正做到师生良好互动,营造良好的学习氛围,实现“学生为主,教师为辅”的教学理念(如图4所示)。

图4 影像学教学作业的审阅考核

3.1.4 实现医学影像学远程视频化教学系统提供远程动态数字化教学视频链接地址,通过在临床诊室安装教学视频录制设备,教师授课地点不再局限于教室。临床教师可以在工作诊室挑选志愿者进行实际模拟教学,如超声方向的诊疗过程,录制教学视频并通过云平台上传到教学系统。学生可以远程点播教学视频,自主学习,使得教学课堂得以延伸和拓展。丰富多彩的教学形式,更能激发学生的学习兴趣[12]。

3.2 系统效果

该系统是首次在省内进行的大胆教学改革尝试,从2013年申报工作开始,2015年顺利建成该远程教学系统;率先在安徽省内提出影像教学与临床实时互动,并且在皖南医学院影像与检验学院成功运用.另外,基于计算机辅助的超声诊断学实践教学的创新模式与推广应用获2015年安徽省教学成果二等奖.在积极倡导及该系统成功运行的基础上,同时积极推动加强与省内甚至国内医学院校及附属医院医学影像教学经验交流,持续加大对该系统的深度研究与深化应用,保持系统的先进性,并在此基础上,研究教学案例描述标准化、教学案例系统化知识库.该系统目前支持微信客户端在线学习与交流,具有时代先进性,后续将加大支持多种方式移动端开发与应用,继续研发智慧教学、智能语音应用、深度学习(如大数据智能分析与应用)[13].

在该系统的积极影响与引领下,安徽省医学会数字医学分会正式颁发文件,成立了安徽省医学会数字医学分会信息及医学工程专业学组,以便更加有效地推广与扩大该项目的实际影响,共同分享与提高安徽省医学院校附属医院医学影像学教学成果与能力.

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Development and application of the remote teaching system of medical imaging based on the cloud platform

Xu Yingying1,Zhu Xiangming1,Zhao Feng2,Liu Biaohu1,Zhao Fujiang2,Yuan Quan2
1Department of Ultrasound of Yijishan Hospital;
2Department of Medical Information,Wannan Medical College,Wuhu 241001,China

Based on the characteristics of medical imageology teaching,Vmware Vsphere Client cloud platform technology was used to design a set of remote learning system which can realize information transmission and interaction among the hospital information system(HIS),the image archiving and communications system(PACS),and the medical imageology teaching and training system.The new system makes remote online learning,remote online examination,and remote online grading possible;therefore,it has a great value of promotion and application.

cloud platform;medical imageology;remote teaching system;development and application

G434

A

1004-5287(2017)06-0662-04

:10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201706012

2013年安徽省重大教学改革研究项目(2013zdjy112)

2017-04-26

徐迎迎(1991-),女,安徽蚌埠人,硕士研究生在读,主要研究方向:超声心动图学、医学信息学。

朱向明(1964-),男,安徽芜湖人,教授,博士,主要研究方向:超声心动图学、医学信息学。

电话:13955391079;E-mail:zhuxmwuhu＠163.com