1、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 弋矶 山 医院 超 声医 学 科 皖南 医学 院 医学 信息科 摘 要: 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。 关键词 : 云平台; 医学影像学; 远程教学系统; 开发与应用
2、; 作 者简 介: 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。 作 者简 介: 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: 基 金:2013 年安徽省 重大教学改革研究项目 (2013zdjy112) Development and application of the remote teaching system of medical imaging based on the cloud platform Xu Ying
3、ying Zhu Xiangming Zhao Feng Liu Biaohu Zhao Fujiang Yuan Quan Department of Ultrasound of Yijishan Hospital, Wannan Medical College; Department of Medical Information, Wannan Medical College; Abstract : Based on the characteristics of medical imageology teaching, Vmware Vsphere Client cloud platfor
4、m 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
5、 remote online learning, remote online examination, and remote online grading possible;therefore, it has a great value of promotion and application. Keyword : cloud platform; medical imageology; remote teaching system; development and application; 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
6、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 Vspher
7、e 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
8、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 SO-AP 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。SO-AP (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
9、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
10、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
11、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 下载原图 1.2.7 远程教 学系 统的构 建 通过
12、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 下载原图 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,
13、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
14、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
15、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,
16、 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 下载原图 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
17、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 下载原图 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
18、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
19、 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。 参考文献 1 陆宇宏.基于HL7 中 间件的区域医疗异构数据共享实现J.中国医疗器械杂 志, 2017, 41 (1) :66-69 2 郎裕, 柴炜, 许宪
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