尹雪蓉，尹今揚(yáng)

1.上海交通大學(xué) 信息安全工程學(xué)院，上海 200127；2.上海華存數(shù)據(jù)信息技術(shù)有限公司，上海 200127；3.上海理工大學(xué) 上海醫(yī)療器械高等專(zhuān)科學(xué)校，上海200093

云計(jì)算模式的醫(yī)療信息管理平臺(tái)構(gòu)想

尹雪蓉1,2，尹今揚(yáng)3

1.上海交通大學(xué) 信息安全工程學(xué)院，上海 200127；2.上海華存數(shù)據(jù)信息技術(shù)有限公司，上海 200127；3.上海理工大學(xué) 上海醫(yī)療器械高等專(zhuān)科學(xué)校，上海200093

本文擬從醫(yī)療信息系統(tǒng)構(gòu)成與存儲(chǔ)入手，結(jié)合云計(jì)算技術(shù)，探討應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)促進(jìn)醫(yī)療信息的傳輸與存儲(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上提出云端醫(yī)療信息平臺(tái)的構(gòu)想。

云計(jì)算；云端醫(yī)療信息平臺(tái)；醫(yī)療信息傳輸；PACS；HIS

隨著數(shù)字成像技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟件以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步和迅速發(fā)展，現(xiàn)代醫(yī)院的建設(shè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，醫(yī)院信息化管理系統(tǒng)已經(jīng)頗具規(guī)模。醫(yī)院信息化管理系統(tǒng)的使用給醫(yī)院內(nèi)部醫(yī)療信息的共享提供了便利，大大提高了醫(yī)院的工作效率和質(zhì)量，但在對(duì)于醫(yī)院間的超大規(guī)模醫(yī)療信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具體實(shí)踐使用中依然有著系統(tǒng)搭建困難、成本昂貴、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)效率低下、系統(tǒng)的運(yùn)作管理等問(wèn)題。

1 現(xiàn)代醫(yī)療信息的構(gòu)成

現(xiàn)代醫(yī)院的醫(yī)療信息系統(tǒng)包括：醫(yī)學(xué)圖像信息、醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)信息、醫(yī)院管理信息等，以及這些醫(yī)療相關(guān)信息獲取、存儲(chǔ)、顯示、傳輸。

（1）圖像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)（PACS）是應(yīng)用于醫(yī)院中管理醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，如CR、DR、DSA、CT、MRI等，產(chǎn)生的醫(yī)學(xué)圖像的信息系統(tǒng)，已被廣泛應(yīng)用到臨床醫(yī)學(xué)影像診斷上。PACS系統(tǒng)與數(shù)字化醫(yī)療影像設(shè)備相結(jié)合，逐步取代了醫(yī)院放射科的傳統(tǒng)影像診斷方法和管理模式。

（2）放射科信息系統(tǒng)（RIS）的應(yīng)用提高了放射科的工作效率。病人就診，登記工作站馬上就能夠從門(mén)診收費(fèi)信息系統(tǒng)提取病人信息，取得放射號(hào)，對(duì)于老病人，利用快捷鍵查詢(xún)既往號(hào)碼，實(shí)現(xiàn)了同一病人同一號(hào)碼，相關(guān)檢查信息傳入制定設(shè)備如DR、CT、MRI。技術(shù)員調(diào)出信息進(jìn)行檢查，完成后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)傳入PACS，自動(dòng)與登記信息進(jìn)行相關(guān)匹配?；颊邎D像經(jīng)工作站處理傳入激光相機(jī)打印出優(yōu)質(zhì)影像照片。

（3）醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）是利用電子計(jì)算機(jī)和通訊設(shè)備，為醫(yī)院所屬各部門(mén)提供對(duì)病人診療信息和行政管理信息的收集、存儲(chǔ)、處理、提取及數(shù)據(jù)交換的能力，并滿(mǎn)足所有授權(quán)用戶(hù)的功能需求。

（4）檢驗(yàn)科信息系統(tǒng)（LIS）是將醫(yī)院的檢驗(yàn)儀器的分析結(jié)果支持計(jì)算機(jī)通訊，即可以把檢驗(yàn)結(jié)果輸出到計(jì)算機(jī)上，檢驗(yàn)結(jié)果提出的需求就是把檢驗(yàn)儀器接入，把結(jié)果直接傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上。檢驗(yàn)科信息系統(tǒng)是現(xiàn)代醫(yī)療信息的組成部分。

以上醫(yī)療相關(guān)信息系統(tǒng)的組合成了醫(yī)院的現(xiàn)代醫(yī)療信息系統(tǒng)。醫(yī)院信息總體可分為臨床信息與管理信息兩大類(lèi)。

2 醫(yī)療信息獲取

2.1 醫(yī)學(xué)圖像信息獲取

醫(yī)學(xué)圖像信息是現(xiàn)代醫(yī)療信息系統(tǒng)的一個(gè)重要的組成部分。醫(yī)學(xué)圖像信息來(lái)源于醫(yī)學(xué)影像設(shè)備。醫(yī)學(xué)影像設(shè)備經(jīng)過(guò)模擬圖像信息的采樣與量化后得到數(shù)字化圖像信息，并且存入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。

2.2 醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)信息獲取

醫(yī)院在完成了基礎(chǔ)HIS建設(shè)以后，檢驗(yàn)儀器的接入，可以把結(jié)果直接傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上。檢驗(yàn)科信息涉及血液樣本檢驗(yàn)、尿液樣本檢驗(yàn)、糞便樣本檢驗(yàn)、切片樣本檢驗(yàn)等信息。檢驗(yàn)儀器的檢驗(yàn)分析結(jié)果可以直接成為醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)信息進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2.3 醫(yī)院管理信息獲取

醫(yī)院管理信息為醫(yī)院所屬各部門(mén)提供對(duì)病人診療信息和行政管理信息，病人診療信息是病人診療中的相關(guān)信息，行政管理信息應(yīng)該包括醫(yī)生與護(hù)士的安排相關(guān)信息，后勤部門(mén)的管理信息等。醫(yī)院管理信息的收集、存儲(chǔ)、處理、提取及數(shù)據(jù)交換也是醫(yī)療信息獲取的一個(gè)重要部分。

3 醫(yī)療信息整合處理與存儲(chǔ)傳輸

3.1 醫(yī)療信息整合與處理

獲取不同形式的醫(yī)療信息后，還必須對(duì)醫(yī)療信息進(jìn)行整合處理，使整合處理后的醫(yī)療信息達(dá)到規(guī)定的相關(guān)信息組成與交換的標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于醫(yī)院管理信息與檢驗(yàn)科信息一般都可以形成文本文件，這些醫(yī)療信息可以直接進(jìn)入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，也可以直接通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與信息的顯示。但是各種醫(yī)學(xué)圖像設(shè)備獲取的信息，圖像格式有很大的不同，不能直接通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與信息的存儲(chǔ)與顯示，為此需要制定數(shù)據(jù)傳輸、信息存儲(chǔ)與顯示的標(biāo)準(zhǔn)。在PACS系統(tǒng)中制定了DICOM標(biāo)準(zhǔn)是專(zhuān)門(mén)用于圖像存儲(chǔ)和傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。醫(yī)療信息整合與處理就是為了適應(yīng)醫(yī)療信息數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化的需要。

3.2 醫(yī)療信息存儲(chǔ)與傳輸

醫(yī)療信息數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化要求醫(yī)療信息有一個(gè)規(guī)定的模式，PACS系統(tǒng)中制定了DICOM標(biāo)準(zhǔn)專(zhuān)門(mén)用于圖像存儲(chǔ)和傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)的主要作用就是為了促進(jìn)設(shè)備的兼容性。

DICOM標(biāo)準(zhǔn)文件是指按照DICOM標(biāo)準(zhǔn)而存儲(chǔ)的醫(yī)學(xué)文件，一般由一個(gè)文件頭和數(shù)據(jù)集合組成。文件頭包含了標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)集合的相關(guān)信息，根據(jù)文件頭可以判斷一個(gè)文件是不是DICOM標(biāo)準(zhǔn)文件。數(shù)據(jù)集合是由數(shù)據(jù)元素按照指定的順序依次排列組成的組合。DICOM文件不僅包含了醫(yī)學(xué)圖像有關(guān)信息，還包含了醫(yī)學(xué)圖像有關(guān)的病人信息與圖像大小等。

DICOM的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議是與開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）協(xié)議相對(duì)應(yīng)的，為此醫(yī)療信息存儲(chǔ)與傳輸是可以借助開(kāi)放互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

3.3 醫(yī)院的信息存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成

現(xiàn)在的PACS系統(tǒng)主要是以醫(yī)院為單位的信息存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)構(gòu)成硬件包括：服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等；系統(tǒng)軟件包括：網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、PACS服務(wù)器應(yīng)用軟件、客戶(hù)端應(yīng)用軟件等。

醫(yī)院的信息存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成：醫(yī)院內(nèi)部產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量約80%來(lái)自醫(yī)學(xué)影像資料。醫(yī)院的PACS系統(tǒng)承擔(dān)著龐大的醫(yī)院信息存儲(chǔ)與傳輸通訊任務(wù)，在進(jìn)行醫(yī)院的PACS系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，需要考慮速度、容量、流量負(fù)擔(dān)、負(fù)載均衡，以及將來(lái)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和帶寬升級(jí)等各個(gè)方面。另外醫(yī)院其他醫(yī)學(xué)影像資料以外的信息的存在，需要相應(yīng)的信息系統(tǒng)的支持，所以當(dāng)今醫(yī)院的信息是綜合的信息系統(tǒng)。它是PACS、RIS、LIS、HIS等信息系統(tǒng)的組合體。醫(yī)院的信息存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成，見(jiàn)圖1。

圖1 醫(yī)院信息存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成

醫(yī)院的信息系統(tǒng)給醫(yī)院內(nèi)部醫(yī)療信息的共享提供了便利，提高了醫(yī)院的工作效率與服務(wù)質(zhì)量。醫(yī)院的信息存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)：朝著提高速度與存儲(chǔ)量、提高圖像質(zhì)量、三維重建、多影像融合和計(jì)算機(jī)輔助診斷等方向發(fā)展。

4 超大規(guī)模醫(yī)療信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

醫(yī)院內(nèi)部醫(yī)療信息的共享可以提高醫(yī)院內(nèi)的工作效率與服務(wù)質(zhì)量，如果我們將所在地區(qū)的醫(yī)院的醫(yī)療信息聯(lián)網(wǎng)共享，無(wú)疑可以提高各地區(qū)醫(yī)院的工作效率與服務(wù)質(zhì)量。如果再進(jìn)一步將全國(guó)各醫(yī)院醫(yī)療信息聯(lián)網(wǎng)共享，那么將大幅度地提高醫(yī)療水平。這就要求組建超大規(guī)模醫(yī)療信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（Ultra-large-scale Medical Information Network System ，UMIS）

一家醫(yī)院產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是很大的，其信息存儲(chǔ)與傳輸?shù)囊?guī)模也是很大的。如果將所在地區(qū)的所有醫(yī)院甚至全國(guó)所有醫(yī)院的信息存儲(chǔ)與傳輸信息共享，技術(shù)上是很困難的。但是應(yīng)用云計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模醫(yī)療信息聯(lián)網(wǎng)。

5 云計(jì)算應(yīng)用的探討

5.1 關(guān)于云計(jì)算

（1）云計(jì)算定義。云計(jì)算是一種計(jì)算模式， 是把IT資源、數(shù)據(jù)、應(yīng)用作為服務(wù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供給用戶(hù)，同時(shí)它也可以看做是一種基礎(chǔ)架構(gòu)管理的方法論——把大量的高度虛擬化的資源管理起來(lái)，組成一個(gè)大的資源池，用來(lái)統(tǒng)一提供服務(wù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，云計(jì)算就是以公開(kāi)的標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)為基礎(chǔ)，以互聯(lián)網(wǎng)為中心提供安全、快速、便捷的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和網(wǎng)格計(jì)算服務(wù)。

（2）云計(jì)算的基本原理和核心技術(shù)。構(gòu)成云計(jì)算的核心要件有2點(diǎn)：網(wǎng)格計(jì)算以及虛擬化技術(shù)。網(wǎng)格計(jì)算就是分布式計(jì)算；虛擬化技術(shù)就是使得資源虛擬化、統(tǒng)一分配檢測(cè)資源以及向資源池中添加資源等。

（3）云計(jì)算分類(lèi)。云計(jì)算通過(guò)不同的服務(wù)層次分類(lèi)，一般可分為軟件及服務(wù)（SAAS），平臺(tái)及服務(wù)（PAAS），基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)（IAAS）。

5.2 基于云計(jì)算模式的醫(yī)療信息管理平臺(tái)

前面我們已經(jīng)分析了一家醫(yī)院的醫(yī)療信息數(shù)據(jù)量是非常巨大的，在傳統(tǒng)的醫(yī)療信息管理系統(tǒng)中，醫(yī)院需要不斷花費(fèi)大量的資金聘請(qǐng)專(zhuān)業(yè)的人員以及專(zhuān)門(mén)設(shè)備硬件來(lái)管理和維護(hù)這些數(shù)據(jù)，這對(duì)本身承擔(dān)治病救人職責(zé)的醫(yī)院來(lái)說(shuō)是加大了醫(yī)院的運(yùn)作成本和非專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的額外開(kāi)銷(xiāo)。

云端醫(yī)療信息管理平臺(tái)（UMIS）旨在構(gòu)建一個(gè)基于云計(jì)算模式的醫(yī)療信息管理平臺(tái)，利用云計(jì)算超大規(guī)模、高可靠性、通用性、高可拓展性、廉價(jià)等特點(diǎn)來(lái)優(yōu)化醫(yī)院的資源配置結(jié)構(gòu)，降低醫(yī)院的維護(hù)成本，使醫(yī)院省下維護(hù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的開(kāi)銷(xiāo)，從而投入更多的資金用在醫(yī)療水平、環(huán)境的改善上。

云端醫(yī)療信息管理平臺(tái)的構(gòu)建就是要構(gòu)造一個(gè)云平臺(tái)，該平臺(tái)提供傳統(tǒng)醫(yī)療信息管理中的所有服務(wù)，負(fù)責(zé)對(duì)所有醫(yī)療信息數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一維護(hù)和安全管理。云端醫(yī)療信息管理平臺(tái)面向的客戶(hù)對(duì)象是全市、全省甚至是全國(guó)的醫(yī)院，可以針對(duì)不同醫(yī)院的不同需求進(jìn)行服務(wù)定制。每一家醫(yī)院都可以根據(jù)自身的現(xiàn)實(shí)狀況來(lái)選擇和定制不同的服務(wù)，按需付費(fèi)的費(fèi)用計(jì)算方式，真正可以滿(mǎn)足每一家醫(yī)院的個(gè)性化需求，在得到安全、快捷、可靠服務(wù)的基礎(chǔ)上大大地降低了成本開(kāi)銷(xiāo)，從而提高了醫(yī)院的運(yùn)營(yíng)效率。

5.3 云端醫(yī)療信息平臺(tái)的基礎(chǔ)架構(gòu)

在UMIS的基礎(chǔ)架構(gòu)上，我們可以借鑒Google三大核心云計(jì)算技術(shù)GFS文件系統(tǒng)、分布式計(jì)算系統(tǒng)（MapReduce）、分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)（BigTable）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在此其中，GFS位于最底層，負(fù)責(zé)大量服務(wù)器、機(jī)器數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)層面的機(jī)器故障處理；MapReduce用于大于1TB數(shù)據(jù)的大規(guī)模數(shù)據(jù)集并行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)跨越大量數(shù)據(jù)結(jié)點(diǎn)將任務(wù)進(jìn)行分割，使得某項(xiàng)任務(wù)可被同時(shí)拆分在多臺(tái)機(jī)器上執(zhí)行；而B(niǎo)igTable可以最大限度利用已有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力和計(jì)算能力，在提供服務(wù)時(shí)降低運(yùn)行成本。

UMIS的系統(tǒng)架構(gòu)可以借鑒Google的架構(gòu)方式，UMIS的系統(tǒng)架構(gòu)圖，見(jiàn)圖2。

圖2 UMIS的系統(tǒng)架構(gòu)

UMIS將整個(gè)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)分為三類(lèi)角色：客戶(hù)端、主服務(wù)器和醫(yī)院數(shù)據(jù)服務(wù)器。客戶(hù)端是UMIS訪問(wèn)接口，主服務(wù)器是UMIS的管理節(jié)點(diǎn)，醫(yī)院數(shù)據(jù)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)具體的存儲(chǔ)工作。醫(yī)院的信息數(shù)據(jù)以文件的形式存儲(chǔ)在醫(yī)院數(shù)據(jù)服務(wù)器中。醫(yī)院數(shù)據(jù)服務(wù)器的個(gè)數(shù)可以是多個(gè)（十、百、千……）。它的數(shù)目直接決定了UMIS的規(guī)模。

客戶(hù)端在訪問(wèn)UMIS時(shí)，首先訪問(wèn)主服務(wù)器節(jié)點(diǎn)，獲取與之進(jìn)行交互的醫(yī)院數(shù)據(jù)服務(wù)器信息，然后直接訪問(wèn)相關(guān)醫(yī)院數(shù)據(jù)服務(wù)器，完成數(shù)據(jù)存取工作。

UMIS在設(shè)計(jì)時(shí)將控制流與數(shù)據(jù)流分離，客戶(hù)端與主服務(wù)器之間只有控制流，客戶(hù)端與醫(yī)院數(shù)據(jù)服務(wù)器之間直接傳輸數(shù)據(jù)流。各醫(yī)院數(shù)據(jù)服務(wù)器并行，使得系統(tǒng)很容易地增加與減少醫(yī)院數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)量。

5.4 云端醫(yī)療信息平臺(tái)的運(yùn)行

組建UMIS系統(tǒng)平臺(tái)的任務(wù)將由云計(jì)算服務(wù)商來(lái)完成。這是一種全新的云端醫(yī)療信息平臺(tái)，醫(yī)院數(shù)據(jù)服務(wù)器是提供基本醫(yī)療信息節(jié)點(diǎn)，云計(jì)算服務(wù)商是有償調(diào)用醫(yī)院數(shù)據(jù)服務(wù)器的醫(yī)療信息資源，客戶(hù)端的醫(yī)療信息資源獲取也是向云計(jì)算服務(wù)商有償?shù)馁?gòu)買(mǎi)的。這樣醫(yī)院、云計(jì)算服務(wù)商、客戶(hù)端三者的利益關(guān)系能夠得到保證，保護(hù)了醫(yī)院的有效的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，才能在真正意義上實(shí)現(xiàn)醫(yī)療信息資源的網(wǎng)絡(luò)共享。

云計(jì)算醫(yī)療信息平臺(tái)將會(huì)使UMIS的運(yùn)行發(fā)揮重要作用。在醫(yī)療信息化建設(shè)中，通過(guò)云計(jì)算所提供的各種虛擬化服務(wù)，可以很好地解決現(xiàn)階段所存在的各醫(yī)院醫(yī)療信息聯(lián)網(wǎng)共享，其信息存儲(chǔ)與傳輸困難，協(xié)調(diào)醫(yī)院、云計(jì)算服務(wù)商、客戶(hù)端利益關(guān)系等問(wèn)題。

6 結(jié)束語(yǔ)

云計(jì)算為醫(yī)療衛(wèi)生信息化建設(shè)提供的服務(wù)，醫(yī)療衛(wèi)生信息化發(fā)展的關(guān)鍵在于以病人為中心實(shí)現(xiàn)信息的共享、流動(dòng)與智能運(yùn)用。所以只有通過(guò)先進(jìn)的信息化手段，建立共享服務(wù)，并在醫(yī)療信息化服務(wù)整個(gè)環(huán)節(jié)中實(shí)現(xiàn)協(xié)同和整合，才能推動(dòng)各醫(yī)院的醫(yī)生與病人資源的靈活流動(dòng)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。云計(jì)算在醫(yī)療信息傳輸應(yīng)用中將發(fā)揮重要作用。

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Cloud Computing Model of the Concept of Medical Information Management Platform

YIN XUE-Rong1,2, YIN Jin-yang3
1. Information Security Engineering Institute, Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200127, China; 2.Shanghai EC Data Information Technology Co.Ltd, Shanghai 200127, China;3.Shanghai Medical Instrumentation College, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China

TP393.01

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.06.027

1674-1633(2012)06-0074-04

2011-08-22

2012-05-30

本文作者：尹雪蓉，研發(fā)工程師，碩士在讀，主要從事云計(jì)算研究與計(jì)算機(jī)軟件開(kāi)發(fā)。

作者郵箱：13601909507@163.com

Abstract:Combining with the structure and storage of medical information system, this paper aims to discuss the application of Cloud Computing to improve the transmission and storage of medical information, and puts forward the concept of cloud medical information platform.

Key words:cloud computing; cloud medical information sytem; transmission of medical information; PACS; HIS