核醫影像處理雲端服務

 

一、雲端運算概念：

雲端運算(cloud computing)是近年極熱門的話題，世界各國不管是政府、研究單位、還是企業，莫不關注它的發展。一般而言，雲端運算是一種概念，不過由於它所提供的方便性，讓使用者可以上網就取得服務，由於它服務的高度彈性，讓使用者可以視需要來建置或取得所需資源，對使用者有節約成本支出的效益，對有龐大運算需求的使用者，則又能提供經濟而有效的解決方案，可以視需求使用足夠的電腦資源，不需投資與建立龐大的軟硬體設備。

雲端運算本質上是一種分散式運算概念(distributed computing)，其概念由網格運算(grid computing)、公用運算(utility computing)，到軟體即服務(software as a service)逐步演進。美國Amazon公司因為賣書的需求所建立的網路服務 (web service)，逐步的建立起EC2(elastic compute cloud)和S3(simple storage service)服務，創造了雲端運算的先機，龐大的商機讓資訊大廠紛紛投入，如Google、IBM、Yahoo、Microsoft等各自提出解決方案。其效益讓美國政府率先迎接此新概念，各國則亦體查此一趨勢，而紛紛將此概念加入國家資訊基礎建設藍圖中。我國於2010年4月經濟部所提出的雲端運算產業發展方案中提出5年240億元經費，以期運用雲端科技，創造智慧好生活，朝科技強國之路邁進。在其發展重點措施中，亦有智慧醫療的應用，重點在電子病歷儲存、分析與交換之醫療雲。2009年美國RSNA會議上則有廠商展示eMix系統，讓醫療圖片可以透過雲端運算進行分享。所以，雲端運算已是各行業不可避免的趨勢，亦是醫學中心不可忽視的潮流。

不過，這樣大量隱私性高的資料流動於雲端，不僅病患擔心，醫學中心亦躊躇不已。安全問題自然是非常重要的考量，也是眾多先驅研究解決的重點。因此，我們打算以不牽扯資訊安全的雲端服務做為踏入雲端運算的第一步，而應用則以核子醫學影像之處理為首要目標，提供核醫影像處理的雲端服務以建立無遠弗屆的服務，讓使用者可以在不暴露影像資料於網際網路的前提下，快速的進行影像處理，核心技術與功能則可望用於其他領域，我們也已將相關技術用於部門資料管理與病患檢查排程。

 

二、核子醫學影像處理

核子醫學是現代醫學中心不可或缺的醫學影像部門，可提供無侵害性醫學影像檢查與臨床(放射)免疫分析服務。例如，早期心臟功能需仰賴心導管檢查，目前，核子心臟檢查已可常規化的取代其心臟功能評估。主要原因即在核醫檢查的安全與方便性；相對於心導管檢查的高危險性，核醫檢查病患只要平躺檢查床上，注射微量同位素藥物，即可快速得知心臟功能(心搏出分率，ejection fraction，定義為心室每次收縮所排出的血液容積除以心室舒張到最大時的容積)，因此，目前廣泛的被使用於手術前的心臟功能評估，以降低外科醫師為病患進行手術的風險。以EF & WM(First pass cardiac study)檢查為例，本檢查於病患排入定位，注射Tc-99m放射藥物後，只要40秒即可完成資料收集，將資料傳送至個人電腦，使用本雲端程式處理約3分鐘即可得到結果，故對病患極多的核醫部門/醫院來說，是極有效率的檢查。由於資料處理並不占用核子造影機時間，故可充分利用昂貴的造影機時間。

目前，我們已將心臟、腎臟、食道、胃、骨等11項核醫常規檢查之處理雲端化，如圖。使用者只需使用瀏覽器即可取得處理程式，在選擇自己電腦內的核醫影像，不論是Interfile或Dicom格式皆可立即在瀏覽器上處理，影像報告結果可以JPEG格式存回自己電腦，過程中，影像資料不會經由網路傳送出去，不僅安全而且有效率。

 

三、雲端運算系統架構：

本運算系統採用微軟公司的.NET和silverlight技術，使用Visual Studio 2010為發展工具，系統核心包括核醫影像處理類別庫，將常用模組包裝為.NET控制項，故可快速進行應用程式之發展以滿足臨床需求。系統亦可擴展至其他應用，例如，正子影像定量分析(Quantification in PET Imaging)。

由於本系統定位為Rich Client應用，且病患資料不經伺服器，故在伺服器方面的要求極低。只需任何執行Windows XP/7/8/10, Server 2003/2008/2012/2016等個人電腦具有2GB以上記憶體，安裝有IIS 7.0以上服務即可，不需高階伺服器。使用端則建議Windows XP/7/8/10，1GB以上記憶體，使用IE 8.0以上瀏覽器。雲端伺服器可考慮租用微軟雲端平台(Windows Azure)，或自行架設可提供網際網路服務之平台。

 

圖一、心臟功能檢查處理過程。

圖二、心臟功能檢查結果畫面截圖。

 

圖三、心臟功能檢查之心室活動力分析截圖。

圖四、心臟功能(MUGA)影像報告。

 

圖五、骨關節檢查(QSS)報告。

 

四、醫院PACS系統整合

上述雲端系統提供了無遠弗屆的核醫影像處理服務，使得各核醫中心只要依據預定的造影程序進行檢查，即可由雲端取得服務軟體進行處理。但是，這樣的服務對大型醫院而言，處理的效率並不理想；所有待處理資料必須由技術人員自行在資料儲存的硬碟中去搜尋。因為現代化的醫院多半會內建PACS系統，因此，我們也將上述雲端系統與PACS整合。

以台北榮總核醫部為例，北榮核醫部2011年底採用GE公司的PACS系統更新了部內的mini-PACS，影像處理部分則將雲端系統與PACS整合，系統架構如下：

圖六、整合系統架構圖

 

為不影響GE PACS系統的運作，我們透過自行設計的代理程式(nmpacsagent)定時由PACS系統查詢新生資料，篩選出須進行處理的資料存入可自行控制的資料庫中，整合服務軟體(rips5)則去查詢此資料庫，表列出待處理的病患，在操作人員選取病患後，自動由PACS伺服器取得影像資料，傳送至使用者端，再自動依檢查代碼載入服務軟體，使用者即可與使用雲端系統一樣的方式進行影像處理，處理過後，存檔報告即自動傳入報告伺服器，再打包為dicom格式送入醫院的PACS系統。

圖七、雲端服務與部內PACS整合登入後之使用者介面。

圖八、點選待處理病患後之處理介面與雲端服務介面相同。

五、系統彈性

整個雲端發展系統的架構如下圖

圖九、系統架構

 

系統最主要精神在使用者只須瀏覽器和網路，而不用安裝任何客製化軟體，服務來自網路，來自雲端。

系統的規劃以同時可服務網際網路(internet)使用者與企業內部網路(intranet)使用者為目標，故服務軟體可依服務主程式選取資料讀取方式。為資料安全考量，在internet狀況下(vghutil)，使用者在磁碟中所挑選的資料並不會經由網路傳送離開本機。在intranet環境下系統的使用則需經過登入程序才能使用。

系統具有發展彈性，透過發展工具，系統可依使用者需求擴充，並不局限於現有應用。其他醫學中心亦可以同樣架構發展而達軟體共享目標。

理論上，上述系統架構可用於各類醫學影像，下圖分別是PET與CT影像。

圖十、正子影像

圖

圖十一、CT影像即時重切