医学影像网格技术研究

一、研发意义:

随着数字化医疗设备如CT、MR、DR的广泛应用以及人们对自身健康的关注,医学影像数据正在呈海量增长,现有的存储、计算及管理方式面临着巨大的挑战。同时,影像数据的迅速增加使放射医师工作量巨增,给诊断服务带来极大的压力。计算机技术和网络技术的发展推动了网格的蓬勃发展,使这些问题的解决成为可能。医学影像网格(Medical Image Grid)及其临床应用的关键技术的研究,紧扣当前技术前沿要点及实际应用需求,它的主要意义在于:首先是实现医院间信息、资源的高度共享,包括各医院的医学影像、医疗设备、医疗专家等稀有资源,不仅解决了现存的信息、资源孤岛问题还为网格用户使用信息、资源提供了便捷的手段;其次是基于医学影像网格的临床应用的开发,如远程放射(teleradiology ) 、计算机辅助诊断系统、图像三维重建、信息融合,这些应用研究能大幅提相关高影像检查及诊断的效率,令数字化医院从理论到实践都更上一个新台阶。

医学影像网格从规模与共享程度上比目前在许多在医院中使用的全院PACS更进一步,它的共享不局限于单科室或一家医院,它是动态的、跨管理域的资源共享,目标是成为全社会共享的医疗资源,推动相关医疗及科研的发展,提高医疗技术和社会医疗服务的质量水平。

 

二、技术发展现状及趋势:

网格被喻为下一代的Internet,正如当初Web技术所经历的一样,网格的应用正从科研步入商业应用的具体范畴。网格的前期研究主要在于计算网格,当前发展的潮流正指向数据网格和信息服务网格,关于网格的研究、开发和应用项目大量涌现。国外的代表研究有美国的“国家技术网格”,“英国国家网格”;国内的有 “ 中国教育科研网格China Grid ” 、863网格项目等。。英国的 eDiaMoND 项目是 走在医学影像网格应用前列的成功案例之一,现已能通过计算机早期发现乳腺癌并对其进行诊断。 网格已成为一种构造可靠、可扩展、安全的分布式系统的重要解决方案。

远程放射、图像三维重建、计算机辅助诊断及信息融合都是医学界研究的热点,将这些技术移植到网格中将是一个崭新的亮点,也使得这些技术的进一步发展创新独具雄厚的开发资源。目前在国内尚未有医学影像网格相关的项目。在网格研究应用的浪潮中,机遇与挑战并存。

 

三、预期应用前景:

医学影像网格及其临床应用的关键技术的研究具有较大的社会、临床意义及潜在的商业应用价值。

(1)通过医学影像网格平台的建立,优化医院中影像数据的存储管理访问等功能,提供可用的计算能力,最大程度的复用各项资源,包括计算机资源、专家资源等,从而节约医院的成本,提高医院的服务质量。

(2)可将医学影像网格的范围由一家医院扩展到多家医院,参与其中的个人、科室或医院能从医学影像网格中方便快捷地获取他们所需要的资料,同时支付相应的费用,并逐步规范医院的操作流程。

(3)基于医学影像网格的临床应用是前瞻性的:远程放射应用不再需要为安全的限制和协同工作的问题而烦恼,实现远程放射中技术瓶颈的突破;三维重建的研究使三维重建有了更好的应用条件,普通医生工作站上就能实现以前在昂贵图形工作站上方能实现的医学图像的三维重建和信息融合;计算机辅助诊断系统向医生提供先进的分析工具,将放射医师从繁重的工作量在解脱出来,提高对疾病的诊断水平,降低误诊率,有利于对相似病例进行深入研究以提出更好的治疗方案,提升整个医院及至全社会的医疗服务水平。

(4)医学影像网格可以为其它项目的发展提供资源与契机。例如在此基础上建立远程教学、视频会议系统等,实现大影像的概念,将现场、技术、会诊等多功能融合。而且,在医学影像网格丰富的影像资源基础上,可通过数据挖掘和分析,推动对流行病的预报和研究,促进医疗技术研究应用的发展。同时,也可以通过技术转让等方式让该项技术的生命力得到进一步的拓展。

前景的美好并非遥不可及。尽管网格的发展中相关的技术还没有完全成熟,但成功的案例已经浮出水面,如 eDiaMoND Grid,这给网格的应用发展注入了强心剂。

 

四、研究 产业化目标:

(1)搭建一个医学影像数据的网格平台,通过资源网格、信息网格和知识网格三个层次的构建,实现全范围的资源共享,向该平台的网格用户提供各项服务,如影像资源和信息高效、便捷、透明的访问,提高医院的资源利用率和医疗水平,提高对人民生命健康的医疗保障能力。

(2)建立以广州市的几家大医院为主节点的网格应用平台,实现医院之间数据层、信息层的资源共享。

(3)依托医学影像网格,建立以广州为中心,向珠三角辐射的远放射系统。

(4)在网格环境下,推广计算机辅助诊断、三维重建、信息融合的应用,全面提升珠三角的医疗卫生水平。

 

五、研究 产业化 内容:

医学影像网格是面向医学图影像的网格,该项目构建医学影像网格操作系统即中间件,并在进行临床应用(远程放射、计算机辅助诊断、三维重建等)在网格环境下的研究。

•  医学影像网格的信息基础设施平台的构建,研究网格各层接口、协议的制定,各部分功能模块化。

•  医学影像网格的工作流架构的设计,分析 OGSA 各组件功能及 Web 服务技术特点,研究适应医学影像网格的具体工作流。

•  将 PACS (医学影像归档及通信系统)系统移植于网格环境中,主要研究 DICOM (数字成像及通信协议)与网格服务的接口的实现、数据的封装等。

•  网格环境下资源的透明存取、访问,主要研究网格环境下的海量存储系统的实现。

•  在应用层上做一些高层的应用服务,例如病人信息的融合,三维重建,远程放射等。

 

六、拟解决的关键技术问题:

( 1 )医学图像网格面临的首要问题是建立一个开放的信息处理基础设施平台,如何将 OGSA 与 DICOM 的标准和协议结合起来,屏蔽现有的 PACS 、 HIS 的异构平台和异构开发环境,以形成信息获取、传输、访问和处理的单一虚拟系统基础平台。

( 2 )医学图像海量分布数据的存储、分发、访问和管理。在 PACS 应用中,结构化的数据和非结构化的数据大量存在,如何高速透明访问海量存储系统中的数据,是 PACS 面临的重大挑战。

( 3 )医学图像网格目标之一是实现医院院间和院内的信息高度共享,如何整合已有系统的访问控制模型,解决院间信息访问的多域安全问题,这些都涉及到网格的安全机制和可信技术。

( 4 )医学图像网格为临床医学影像应用如计算机辅助诊断、三维重建、信息融合提供高性能的计算能力,目前这些应用软件和算法大都基于单机平台的。因此要突破传统的程序设计和并行程序设计语言与编程模型,建立一套面向网格的编程模型和语言。

 

七、项目的特色与创新之处:

•  研究定位于医疗行业中,以信息网格的建设来解决医院数据信息的问题,信息网格是在计算网格基础上的更高层的应用。

•  通过建立一个开放的信息处理基础设施平台,向用户提供服务。所谓开放,就是指对用户的开放性,能够透明的访问医学影像网格内的各种信息。

•  项目的开发以网格服务理念为指导,以网格关键技术为支点,并结合了Web服务技术。在目前医院信息化环境下,医院内部多个信息系统、数据库、组件等直接导致了数据的异质异源和分布性,难以支持动态环境下的共享与协同。网格技术正是这些问题的求解,并以服务的方式提供种类具体应用。