云PACS医学影像学教学系统的构建及应用探讨

李坤华 方正 何晓静 郭大静 钟维佳 李传明

图像存档和传输系统（picture archiving and communication system，PACS）是一种将医学影像信息的采集、传输、存储、后处理及显示等数字化的复杂系统，相比胶片时代极大地方便了临床工作和影像教学，但是传统的PACS 因局限于医院内网而限制其教学功能的进一步发展。云PACS 将医院数字影像文件存储于云端，能将传统的PACS 功能通过互联网访问实现，为网络教学奠定了技术基础，但目前云PACS主要是为影像科的临床工作服务，国内外对其教学功能开发尚处于探索阶段。网络教学较传统教学具有更加灵活、生动、方便及快捷等众多优点，基于二者优点开发云PACS 教学将为教师、学生提供充分共享互动的平台，是一种有望使传统教学模式发生全新改变的重要先进教学工具。本研究基于网络教学和云PACS 技术最新发展，在分析传统PACS 教学和医学影像学网络教学基础上，探讨设计和构建云PACS 教学系统并分析其在医学影像学教学中的应用价值，旨在为现代医学影像学教学提供一种重要的新思路。

1 医学影像学网络教学

网络教学是一种充分运用多媒体和网络等现代化教育技术来辅助教学、实习的工具，打破了传统教学方式因时间空间的限制，增加教学实习信息量，有效地增强知识的传递效率，是影像诊断教学改革的重要途径[1]。随着移动互联网高速的发展以及智能手机的广泛普及，网络教学在医学影像学方面使用最广的就是各种医学影像微信公众平台。这些网络学习具有资源丰富、图文并茂、获取免费、不受时间和地点限制等优点，但是存在信息不完整仅有典型层面图像以及无法对图像进行个性化调整用以获得更多有价值信息的缺点，此外公众号掌握推送教学内容的主动权，不能适应不同层次的教学需求，教学主动性有待提高。

2 传统PACS 教学

随着现代医学的发展，医疗机构的诊疗工作越来越依赖医学影像学检查，其在医院所有诊疗活动中占比超过20%，大医院存储的信息有80%来自于影像数据。传统的医学影像管理方法（胶片、图片、资料）不便查找和调阅，随着医学影像信息数字化时代的来临，PACS 系统应运而生，打破了传统胶片的工作模式，改变了影像科的工作和学习模式[2]，实现了各科室影像数据的归档、存储和通信数字化，并通过授权的方式来为诊疗提供信息支持。在教学应用方面，PACS 出现前，教师必须花费大量时间查找和挑选胶片，选好胶片后在扫描仪进行扫描，制作到幻灯片上，授课时图像的对比度、亮度等不能再作调整。PACS 系统出现后，医院内部图像全部数字化，讲者只需确定讲述内容，提炼出检索式，可快速找到相应的全部结果，并且在阅片过程中可以根据不同要求做相应的调整，比如需要观察不同的组织结构时可以手动调整窗宽窗位，需要观察细节时可以进行局部放大处理等。和胶片时代相比，PACS 教学系统丰富了教学资源，更能激发学习兴趣[3]，有利于学生构建立体解剖思维，有效提高学生基本阅片技能[4]，显著改善教学效果。但是，传统的PACS 只能在医院局域网内固定IP、固定区域内访问，PACS 教学只有在医院影像科进行，可利用时间空间明显受限。此外，传统PACS 数据存储需要高性能、大体积的硬件设备，不利于保存和维护。

3 云PACS 与云PACS 教学系统的构建及其应用

3.1 云PACS 特点

云PACS 继承了传统PACS 以及互联网云技术的优点，克服了传统PACS 访问的时间空间限制，同时具有灵活且易于使用的服务和易于共享的巨大优势[5]。不仅可以与CT、MR、CR、DR、DSA、超声等影像设备单机配套使用，而且可以完成基于互联网的医学影像信息化应用，极大促进了影像数据的利用，支持远程诊断、远程影像会诊、影像教学、图像检索等服务，但目前云PACS 主要是为影像科的临床工作服务，对其教学功能开发尚处于探索阶段。因此基于医学影像学网络教学的成功经验和云PACS的优点构建更加成熟的云PACS 教学系统，不仅可以满足新形势下建立和完善能容纳海量信息的教学系统的迫切需求，还可以改革传统的教学模式，教师和学生通过互联网平台随时随地查阅患者的影像及诊断资料，实时进行答疑沟通。教师可以从传统的课堂授课中解脱出来，学生也可以通过云PACS 教学系统丰富和充实自主学习，从而增强影像学教学的主动性、趣味性、创新性，有望显著提高影像学教学质量。

3.2 云PACS 教学系统构建

与传统PACS 相比，云PACS 不仅仅是一个软件，而是一个网络设备、存储设备、服务器、应用软件、公用访问接口、接入网和客户端程序等多个部分组成的复杂系统[6]。云PACS 教学系统建设，首先要与PACS 开发公司和专业IT 技术人员协作，在服务器增设相关功能模块，并开出专用的安全端口，为功能扩展、上传和下载资源做准备。然后以云PACS 为基础，扩展构建出多功能、多模块、更完备的影像学教学系统。利用医院海量的影像学资源，构建出包含教材库、病例库、医技库、报告库、考核库、科研库六大功能模块的教学平台，解决教学资源分散、图像质量不高、临床实践薄弱、考核方式单一和科研教学割离等问题，为医学影像学教学及后续的教学研究提供更全面的底层支撑。教材库提供影像学教案、讲稿、课件、微课及其他档案的整合管理与储存，从根本上解决影像学教学图像陈旧、分辨率不足的问题。病例库通过纳入大量典型病例（符合教科书所述的典型影像学征象的病例）、疑难病例（部分符合或者缺乏典型征象的病例）、教学病例（经证实被误诊及漏诊的病例），使教学内容形象化、具体化、丰富化。医技库通过设置检查技术展示平台和后处理工作站操作平台，使实习生和见习生直观了解现有和最新的影像学检查技术与图像后处理技术，真实体验影像学技术的强大功能，有效地提高学生临床实践能力，提高学习兴趣。报告库通过设置标准化报告模板和模拟报告书写平台，提供符合教学规范的影像报告模板，实现影像科医生工作流程的模拟，提高学生的临床实践能力。建立全面的试题库是现代教学的必然趋势，云PACS 考试库以教材为依据，通过实现不同难度系数下的自动出题、模拟考试、阅卷和分析评价，节省人力和时间成本。充分落实考、教分离，利于客观评价教学效果，实现实时机考与评价，可节省出题、考试、阅卷、评价各个环节的人力、物力和时间成本，利于教研室统一管理。科研库通过设置文献阅读，培训课程和科研指南标书范文等模块，开拓学生学术视野，培养学生科研创新思维，激发学生学习探索动力。云PACS 教学系统的实践建设，是一个与时俱进、不断维护、更新和发展的过程。

3.3 云PACS 教学系统访问

加入云技术的PACS 影像服务平台，不仅具有低投入、强扩展、强防护、全兼容等优势，还可以支持P 端、Wed 端、移动端、支持IOS 及Android 系统访问，任意终端随时随地存取影像[7]。影像信息传至云端，允许教师、学生在院外（在异地或家中）同步阅片诊断、编写报告和沟通交流，与传统的课程教学模式相比，云PACS 构建可以为学生提供一种移动学习模式，满足学习者个性化学习的需求，填补课堂教学的空白。移动学习具有Anyone（任何人）、Anywhere（任何地点）、Anytime（任何时间）、Anystyle（任何方式）4 A 特点，可以明显提高学习效率。使用便携式的移动通信设备，能够及时地生成来源于临床工作的学习内容，及时推送，随时随地请求资源，开展学习和交流。相对于传统的数字化学习方式，它更具情境性、交互更快捷、获取信息更高效的优点。

3.4 云PACS 教学系统在课程教学中的应用

医学影像学教学特点之一是需要使用大量图片，教师制作课件需要收集、整理大量临床病例的X 线、CT、MR、超声、窥镜、血管造影等图片。云PACS 将服务器架设在云端，基于互联网进行访问，通过利用云PACS 系统强大的查询功能，调用所需图像更加方便，极大地缩短了课件的制作周期。新疆自治区人民医院放射科运用云PACS 教学后，教师可以在课堂在线进行图像调阅，图像为DICOM 格式，包含了图像所有信息，在课堂上可以自主进行窗宽、窗位调节来显示病变的细节，与传统授课模式相比，云PACS 教学系统丰富了课堂教学内容，加深了学生对课堂内容的理解，提升了教学水平，增强了教学效果[8]。课堂上教师还可以实时在线于云端上进行教学图片的三维处理，包括表面重建、曲面重建、最大密度投影等，对解剖结构和病灶进行立体化的显示，利于显示病变解剖定位和多角度形态，让教学演示更加生动形象，富有表现力和感染力，大大提高教学质量[9]。云PACS 系统更可以显著提高教学效率，使带教老师备课过程简化，把更多时间和精力集中在临床工作和教学科研方面，致力于教学内容、教学质量和教学改革的研究。

3.5 云PACS 教学系统在学生自主学习中的应用

学生自主学习是巩固、复习所学理论的重要阶段，也是对理论知识进行消化、实践和再提高的重要环节。与其他学科授课不同，医学影像学这门课程的主要教学方式是知识点以图片呈现为主，其授课的主要目的是教授学生掌握各个系统常见疾病的影像诊断。课堂上，由于时间和空间的限制，供学生学习的图像资料有限，传统教学模式往往是应用剪辑之后的图像，从典型病例中精选几幅图片进行讲解，不能帮助学生对疾病复杂性、多样性、动态变化性进行理解[10]。云PACS系统充分利用了互联网和大数据，有效解决传统多媒体教学的弊端，学生可直接在个人电脑上通过互联网，随时随地获取自己所需的任何医学影像图像，操作方便、简捷又快速。应用云PACS 教学系统，学生可以在教材云、病例云、医技云、考试云、实践云、科研云六大功能模块构中进行自主学习，做到课堂学习以外的查漏补缺，此外，学生还可以把感兴趣的图像用优盘等设备导出，在自己的PC 机上巩固复习。云PACS 教学系统还具有按照文字描述及诊断结果进行检索的功能，学生可快速检索调取感兴趣的病例，激发学生的学习兴趣，促进学生积极学习，变被动为主动，可以更加全面地了解相关影像学知识，培养自己的影像诊断思维。在自主学习的过程中，学生也提高了自己发现问题、解决问题的能力，通过网络沟通平台，实现了教师与学生、学生与学生的多向沟通，教学相长，大大提高教学质量。对于介入手术，云PACS 教学系统管理人员还可以通过互联网将在医院进行的手术过程直接传到学校教室或者实验室，让学生实时观看；医生在医院里利用网络直接向学生讲授，这样不但大大提高了教学的实践性和趣味性，而且在该过程中学生学习不受时间和空间限制。云PACS 教学系统的应用还可以极大的促进远程教育，对交通不便利、医疗条件较差地区的医生通过网络进行远程培训，提升基层医院水平，促进医疗卫生工作重心下移和资源下沉，培养更多满足临床需求的现代化影像人才，提升基层服务能力，更好地实施分级诊疗和满足群众健康需求[11]。

3.6 云PACS 教学存在的问题

云PACS 教学除上述优点以外，也带来新问题，即如何保证患者信息的安全性与完整性[5，12]。目前采取的主要保护措施包括：首先，从技术层面采用安全套接层或传输层安全协议以保护信息安全，同时规定任何在线访问须得到授权且经过验证，数据中心本身必须位于安全隐秘的位置，配备24 小时监控网，操作人员须得到授权方可进入数据中心，与此同时对数据进行备份、实时时间点镜像、远程容灾等处理；其次，从法律层面建立云提供商的监管责任追究制度，因为云PACS 数据保存在云提供商处，必须建立完善的制度，以保证未经授权用户无法访问患者信息，一旦发生数据泄漏，应依法追究信息源的责任。

4 总结

云PACS 教学系统是基于PACS 的模块化教学资源库作为影像学教学的底层资源，并充分利用互联网和大数据，有效克服了医学影像学网络教学存在信息不完整、教学主动性有待提高、传统PACS 教学使用时间空间明显受限且其硬件设备运行维护成本较高等的弊端，通过增设教材云、病例云、医技云、考试云、实践云、科研云六大功能模块构建云PACS 教学系统，教师从传统的课堂授课中解脱出来，简化和改进带教老师备课过程，以丰富的教学内容、灵活的教学方式，显著提高教学效率，把更多时间和精力集中于教学内容、教学质量和教学改革的研究，而且，学生也可以通过云PACS 教学系统丰富和充实自主学习，提高自己发现问题和解决问题的能力，通过网络沟通平台，实现了教师与学生、学生与学生的多向沟通，教学相长，大大提高教学质量，此外还能促进远程教育，对交通不便利、医疗条件较差地区的医生通过网络进行远程培训，提升基层医院水平，促进医疗卫生工作重心下移和资源下沉。总之，云PACS 教学系统能在影像学教学中实现知识性、趣味性、实用性的结合，有望大大提高医学影像学的教学质量。在确保数据安全的前提下，以问题为中心、以病例为中心等多种教学指导理念可以在云PACS 教学中得到广泛应用与实践，相信未来云PACS 系统必将在医学影像学临床与教学工作中发挥愈来愈大的作用。