5G医学数字影像服务平台建设方案.docx

1、5G医学数字影像服务平台建设方案基于5G传输与云计算的一脉阳光医学影像诊断中心医学数字影像服务平台建设方案中国联合网络通信有限公司南昌市分公司（一） 项目概述为使一脉阳光医学影像云平台真正成为南昌一脉阳光 医学影像诊断中心及一脉阳光分布全国的其他各级医疗机 构进行常态化的沟通会诊和教育培训手段，并建立完善的集 团化医联体内远程影像医疗服务标准化规范体系，促进优质 医疗资源合理分配，实现各级医疗服务、医疗保障和公共卫 生服务的信息共享与业务协同。江西一脉阳光医学咨询有限 公司与中国联合网络通信有限公司南昌市分公司联合研发 基于5G传输与云计算的医学数字影像服务平台，并在南昌 一脉阳光医学影像诊断

2、中心落地实施。这将使南昌一脉阳光医学影像诊断中心打造为全国型 示范项目，让江西的广大人民群众享受到世界领先的医疗服 务水平，开创江西5G移动互联网+医疗服务的新时代。5G移动网络研究定义了三大应用场景，即eMBB、MTC和 uRLLCo而本项目主要使用5G eMBB无线云网络传输技术，其 髙达lOGbps的传输速率，为医疗用户提供基于多个公有云 部署的云RIS系统、高级三维影像后重建服务、5G远程视频 会诊/二次专家诊断/诊断托管服务、医疗VR/AR影像教学及 AI影像自动化识别测量等诊断及临床业务体验。（二） 、项目实施的创新性与先进性：江西一脉阳光医学咨询有限公司提出的基于5G传输与 云计

3、算的医学数字影像服务平台建设是全国乃至全球首创 的。其将基于分布式GPU通用计算的医学影像云服务平台与 高达lOGbps的传输速率的5G eMBB无线云网络传输技术的 融合应用部署，一脉阳光已与拥有世界最先进医学影像算法 的技术公司（世界500强）合作，为南昌一脉阳光医学影像 诊断中心提供世界最先进的基于B/S架构的三维云PACS系 统，可选择性的在后台自动整合前处理任务，提供分布式计 算和并行处理能力。自动对传输到三维云PACS的DICOM数 据完成如去骨，心脏解剖结构分割和结肠成像等任务。公有云计算完成后处理数据可以通过前置服务器自动 传送到设定的PACS和其它DICOM设备，并确保保存的

4、后处 理数据或原始数据自动传回PACS以保证与PACS的无缝链接。 可激活医院RIS系统/PACS工作列表以连接三维云PACS系 统，直接在PACS界面运行三维后处理程序。通过RIS/PACS 的高效报告流程不仅可以快速查找标记为报告的关键图像， 而且可将图像拷贝、复制或输出到其它PC程序。独一无二的 “智能压缩”可以在图像更新时任意压缩数据以提高数度， 同时以全保真状态显示静态图像。即使在低带宽的状态下快 速更新显示图像，这项功能也可以保证读片时图像的全保真 度。当数据压缩时，用户可见提示。为满足医院信息系统7x24小时业务连续性要求，医院 PACS系统等核心业务系统，在公有云平台上实现双活

5、容灾存 储保护与应用，确保业务数据安全存储，提升业务连续性并 满足医院三级等保的要求。容灾存储需采用简单可靠、易于 部署和管理、便于扩展和升级的IT基础架构，以及业务迁 移、数据中心整合的专业服务，为医院提供更好的数据应用。而通过NB-IOT的接入，100%融合医疗影像工作站， 支持多远程终端，兼容PACS系统，提供七大人工智能组件： 肺结节智能分析、支气管智能分析、结肠智能分析、核医学 MDT智能分析、肝分段智能分析、脑卒中智能分析、骨骼系 统智能分析，能够实现自动检出，勾画和测量。联通5G技术的成熟与落地将进一步助力VR设备在医疗 影像领域的落地实施。在培训专家的远程或现场指导下，VR 显

6、示系统，3D打印，AR辅助导航系统可以辅助进行相关的医 学治疗。同时，手术虚拟示教培训成为医院提升青年医生技 能的重要手段，提升医院的综合实力。我们解决的关键问题和创新之处：1、 面向系统资源管理，与医院业务深度结合。解决了传 统医疗影像云系统完全依靠系统管理员实现资源管理的弊 端，真正实现面向系统的资源管理，并结合医院流程业务， 打造专属于医院的特色业务流。2、 打破厂家技术壁垒，实现业务系统自由组合。产品支 持自主研发的U-sphere平台，并支持vmware、华为 fushionsphere等多种架构，打破了厂家的技术壁垒，实现 多平台业务系统的自由组合。3、打造系统安全框架，快速通过等

7、保评级。产品以等保 三级测评内容为基础，通过系统自身健康型检查方式，定时 进行系统安全性评估，以满足等保需求，协助等保测评企业 快速通过等保测评。4、 高效整合系统资源，实现实体虚拟设备统一管理产 品解决了以往云平台无法管理物理机的弊端，高效整合已 有和新建的系统资源，实现了实体设备和虚拟化设备的整体 统一管理。5、 项目提供高级可视化云PACS平台、完美针对医疗影 像行业的医师人力不足、操作步骤繁琐、移动会诊阅片难等 问题。可为放射医师提供任意地点可视化阅片，查看患者全 部历史检查，统一的云端3D/4D X作区，专业的AI影像诊 断，提供基于5G传输的无延时远程会诊服务。6、 解决医用AR/

8、VR数据传输数据延时及带宽不足问题。 5G eMBB云无线接入的速率一般都在lGbps,高峰值甚至可 以达到lOGbps,而其时延通常在10ms以内，能够很好地满 足AR手术培训要求，营造高度沉浸式体验环境。7、 利用GPU公有云的并行计算，研发基于分布式医学影 像后重建引擎及云PACS系统，其中影像人工智能多模态融 合配准及分割算法，制作适用于虚拟现实场景应用的教学典 型及复杂病案资料库，由此搭建包含典型病案、疑难病案和 复杂病案的定制化真实病案资源库。搭建真实病案培训基地, 与临床技能培训中心的其余培训工具和软件相互配合，实现 全面的临床思维和临床技能培训。并可辅助实现术前的VR病 案分析

9、和讨论，辅助临床制定手术计划等治疗决策。(3)、项目实施的可推广性示范意义：为响应国家分级诊疗的政策，进一步服务广大民众，改 善区域分级诊疗工作的服务流程，提高转诊效率与质量，引 导患者合理就医，切实减少医疗费用支出，逐步建立基层首 诊、双向转诊、急慢分治、上下联动的分级诊疗模式。以区 域分级诊疗服务平台为基础，通过大力发展分级、分工的医 疗协同服务模式，逐步引导优质医疗资源与群众医疗需求的 共同下沉，从而实现医疗资源的最大化利用，最终达成“健 康进家庭，小病在基层，大病到医院，康复回基层”的宏观 医改愿景。江西一脉阳光医学咨询有限公司与中国联合网络通信 有限公司南昌市分公司联合研发基于5G传

10、输与云计算的医 学数字影像服务平台，在南昌一脉阳光医学影像诊断中心落 地实施后将使南昌一脉阳光医学影像诊断中心打造成为为 全国型示范项目，让江西的广大人民群众享受到世界领先的 医疗服务水平，开创江西5G移动互联网+医疗服务的新时代。推广价值(1)对卫计委的价值0实现卫生医疗资源的高效利用由于医疗资源分配不均衡，尤其是基层医疗机构资源比 较匮乏，基层单位可通过远程医疗平台共享大医院的资源， 髙效利用卫生医疗资源，有助于提升基层医疗机构的服务能 力和水平。0优化服务理念，提升管理水平平台为卫生行政主管部门提供了全面的数据监控与分 析工具。将各类诊疗数据进行汇总，通过后台数据分析，为 卫生行政主管部

11、门的医疗卫生管理提供决策支持，能够对各 个基层医疗机构的远程会诊、专家诊断等信息进行实时监督, 对医疗资源采取合理调配。(2)对医院的价值0提髙医院的医疗诊断水平通过专家会诊过程，医生可以学习专家诊断资料的经验, 同时向专家提出各种疑难解答，而专家在会诊过程中的思路、 言行都将给基层医院医师拓宽诊疗思路、规范诊疗程序，对 获取最新医疗信息和诊疗技巧带来莫大的帮助。0整合医院间资源，降低运营成本，减轻医院住院压力医院减轻就诊压力后，可以减少院内运营成本、住院资 源压力，实现资源整合，帮助打造紧密型医联体。0增强医院影响力，扩大辐射范围大医院专家可以通过远程医疗平台帮助基层医疗卫生 机构的医生提升

12、医疗水平，扩大相关医院在专业上的影响力 与辐射范围。(3)对患者的价值0节约时间，跨区域及时接受名医诊治，降低病人病情 恶化的风险现实情况下，组织联合门诊、专家会诊时，需提前向各 位专家预约时间，确定时间，安排好出差行程，耗费大量的 时间和精力。而对于病情严重的病人来说，时间就是生命, 病人随着时间的流逝随时存在病情恶化的可能。上级医院远 程医疗系统降低了这种可能性，为病人的病情稳定争取了时 间。患者可以享受远程联合门诊、远程MDT多学科联合会诊 以及专科会诊(影像会诊、病理会诊、心电会诊)的便捷性。0免除病人的奔波之苦对于条件有限的医院，如不能及时诊断病情，就需要对 病人进行转院处理，而很多

13、情况下，病人的病情经不起转院 的奔波劳累。远程医疗系统可以助力预防、治疗、康复的三 者联动，缓解病人转院的迫切性，患者可以在上级医院中心 进行重难疾病的治疗，在下医院进行常见病的诊断、治疗、 预防及康复。推广范围：本项目充分利用5G技术、大数据、云计算及现代医疗技 术，统筹规划、立足长远，分步构建覆盖“省-市-县-镇-村” 五级医疗机构、“省市一县一镇村”三层应用模式的全省远程 医疗服务体系。汇集利用全省各种类型的优质医疗服务资源, 创新远程医疗服务模式，实现跨地域、分层次的远程医疗服 务，创新远程医疗运营管理机制，将优质医疗资源服务辐射 到基层医疗卫生机构，提升基层医疗服务能力。结合多种形

14、式的医联体模式，实现远程医疗中心与远程医疗点间的远程 会诊、远程诊断、远程重症监护、远程门诊、远程教育等功 能，使申请医院与专家医院间的各类远程医疗业务能够正常 有序开展。同时远程医疗平台系统具备扩展应用的能力，包 括后续专家资源与基层医疗机构的扩充、远程医疗服务模式 的业务扩展。三、项目实施现状（一）项目实施主体及适用场景实施主体：江西一脉阳光医学咨询有限公司中国联通网络通讯有限公司南昌市分公司南昌一脉阳光南昌医学影像诊断中心适用场景：基于本项目的验证目标是部署在多个公有 云平台上的医疗影像核心应用服务如何利用联通先进 5GC/PEC融合核心网传输及先进的多云化管理软件，为南昌 一脉阳光医学

15、影像诊断中心提供高并发的分布式高级三维 影像后处理云服务及4G+/5G患者数字影像综合服务。（二）项目方案及实施情况：基于本项目的验证目标是部署在多个公有云平台上的 医疗影像核心应用服务如何利用联通先进的5GC/PEC融合 核心网传输及先进的多云化管理软件，为南昌一脉阳光医 学影像诊断中心提供高并发的分布式髙级三维影像后处理 云服务及4G+/5G患者数字影像综合服务。本项目在总体研究上使用系统分析法，以医学数字影 像服务平台的整体效能最优为目标，对系统的各个关键目 标例如基于公有云的超大规模GPU并行计算、多云敏捷管 理、5G无线接入网NG-RAN的eMBB业务部署进行科学的定 性和定量分析，

16、并综合利用多种实验方法进行多步骤的效 能分析和评估，并以此提供效能最优和最佳可行性的系统 工程方案，对基于5G传输和云计算的医学数字影像服务平 台科研项目探索出一条可落地的商业化解决方案。在本项目上使用的主要工程实验方法为性能试验、中 间试验及对比试验，综合运用这些试验方法，测试出基于 公有云平台的医学影像5G传输应用服务的本身优缺点，及 其相对于基于虚拟化私有云和FTTB/FTTD光纤专用接入网 进行医学数字影像传输与应用服务的优劣势。在本项目上使用的主要工程评估方法为多目标评估 法，根据上述确定的3个科研关键目标，提出两个或两个 以上的可行方案，并根据与联通及华为相关部门共同制定 的评价准

17、则，借助上述总体研究方法及试验方法，用系统 论的观点对比各种评价方案，基于效费比权衡各个评价方 案的利弊得失，进行优选评比，选择出技术上先进、经济 上合理、现实中可行的最佳工程方案组织实施，并根据实 际方案实施的反馈情况对方案进行闭环修正控制。在本项目的技术路线上，因关键技术的落脚点分别为 5G传输和云计算上，所以本项目初步选择的核心技术路线 为MEC多接入边缘计算、 应用服务的多云化管理及 5G的H-CRAN异构云无线接入网络部署。MEC多接入边缘计算技术应用解释：多接入边缘计算(MEC)可以将云三维影像PACS中的密集型GPU并行通用 计算任务迁移到附近的网络边缘服务器，以降低5G核心网

18、和无线接入网的拥塞与负担，减缓网络带宽压力，实现低 时延高带宽，提高数据处理效率，能够快速响应影像科用 户的三维后重建请求并提升服务质量；同时通过网络能力 开放，医学影像应用还能实时调用访问dicom3. 0医疗数字 影像数据，有助于应用体验的提升。无线连接主要是应用 于一些对网络服务质量要求不是特别严格的应用。公有云核心服务器的NC (Number Control)设备通过 SIM卡进行通讯，要求NC设备可以使用运营商的SIM卡， 并利用无线信号放大器进行信号的增强，在边缘云处（可 设置在医院信息科机房小型服务器集群）利用MEC设备将 蜂窝数据信号转化为以太网信号，MEC部署时需要利用主备

19、架构，即部署两台MEC设备，一台active, 一台standby。 在边缘处的部署于Animbus Edge上的虚拟机进行三维后重 建的计算处理，边缘处利用Animbus Edge平台虚拟化技术 保障边缘云的虚拟机高可用、安全性和整体的网络稳定 性。如果边缘处无法满足计算的需求，那么通过中心云进 行处理，中心云利用增强版的OpenStack Animbus Edge提 供更强大的服务能力，由于中心云具备大量的计算资源和 存储资源，将满足应用的计算需求。应用服务的多云化管理技术应用解释：因为本科研项 目的不同应用特殊性，可能会在多个公有云平台上分别开 发部署，所以存在云平台厂家之间互不兼容，难

20、以整合的 问题。有鉴于此，我们利用CloudOSS产品来兼容管理业界 主流的云计算平台，并利用中国联通自主研发U-sphere云 管理软件，整合集成端到端监控，自动化运维等功能模 块，真正做到“多云化管理”，让不同公有云的应用和数据 资源整合共享。并可整合openstack/vmware等主流云平台 架构，对系统资源进行有效管理。接入zabbix/syslog 等主流监控平台，实时对平台现状进行有效监控最重要的 是可接入一脉阳光的云RIS/PACS平台，对患者提交的检查预约登记、自助干式胶片打印申请、云胶片调阅等请求实 现自动化及人工处理。H-CRAN异构云无线接入网络部署技术解释：H-CRA

21、N结合 了异构网络HetNet和C-RAN的各自优点。H-CRAN中的BBU 池和已有的大功率节点HPN相连，可以充分利用3G和4G 等蜂窝网络的宏基站实现无缝覆盖，且实现控制和业务平 面功能分离。通过在医院布置高密集的低功率节点（小型基站） 等，异构无线网络可以大幅度提高蜂窝通信系统的容量以 及覆盖率。HPN用于全网的控制信息分发，把集中控制云功 能模块从BBU池剥离出来。RRH用于满足热点区域海量数据 业务的高速传输需求。为保障4G系统的后向兼容性，把宏基站引入C- RAN,将构成异构云接入网络（H-CRANs）o H-CRAN的提出 可以充分发挥HetNets与C-RANs的优势。同时，

22、基于云计 算的处理性能也可以解决HetNets中存在的问题。与C-RAN 最大的不同之处在于，H-CRAN中的BBU池与宏基站通过S1 和X2接口连接，这样，H-CRAN中RRHs间的干扰在BBU池 消除，RRHs与宏基站间的干扰可通过X2接口由基于云计算 的协作资源管理技术（CC-CRRM）进行消除。此外，这还 可以实现系统控制信息与业务信息的分离。所有的控制信 令以及系统广播数据均由宏基站发送给用户，突发业务以及即时消息等低速率数据信息也由宏基站承载。RRHs主要 负责高速率业务，同时RRHs还可以根据业务量的多少在 BBU池的允许下进入激活或者休眠状态。项目计划进度:起止时间主要内容20

23、19年6月一2019年 12月1.确定项目组成员，明确人员职责2.讨论并确定实施计划3.调研并确定医技科室应用流程，完成数据流程文档4.整理医技科室基本资料，如人员、权限、检查方法、报告格式5.网络布线6.确定IP地址分配策略7.确定服务器及客户端安全策略8.联通4G+EPC升级9.联通5GC部署概念验证。10.EPC的NSA和CUPS升级功能验证2020年1月一202年6月1.一脉云PACS服务器安装2.BiglP 配置3.Load Balance 测试4.WEB云服务器安装5.RIS安装、RIS功能测试6. RIS备份测试7.联通NFV平台解耦方案实施& 联通5GC新功能特性和接口协议验

24、证。9.基于对EPC和5GC验证结果的评估 ,确定云平台选型方案。2020年7月一2020年12月1.完成各设备DICOM Storage厂家及 Worklist配置、连接2.完整测试系统流程：3.所有大设备worklist测试4.Ra600和Ris工作站测试5.Ris登记，Ris报告全部功能测试6.Web and Web Webreport 功能测试7.EPC先期启动面向规模组网的NSA 和CUPS功能升级，实现网络功能云化，承接 eMBB业务。8.5GC在试验网阶段，重点开展不同 应用场景下架构、功能和性能验证。9.MME和AMF间N26接口互操作功能 验证。2021年1月一2021年6月

25、1.启动5G HTTP信令网方案论证 和组网建设2.启动5GC规模组网，引导eMBB业 务向5G核心网分流3.验证EPC/5GC.物理/虚拟化设备 的混合组池和功能合设方案。4.录入医技科室基本资料，系统调教与各医技科室操作教育培训5.系统管理员培训临床WEB应用培训6.形成集成方案及登记收费模块方案 和文档7.完成登记、收费集成模块的开发8.收集场地信息，完成验收文档9.验收准备10.验收系统并签收项目成果：成果一：基于影像数据共享的分级诊疗利用5G通信网络系统，邀请方医疗机构通过向受邀 方医疗机构提供病患临床病历及放射检查数字影像，由受邀 方出具诊断报告。包括远程影像诊断、远程超声诊断、远

26、程 病理诊断等。远程诊断中CR、DR、MRI等影像资料和B超资料的通 信速率要求在13Mbps, 5G的传输速率能够达到lGbps,能 够以更高上传和下载速率为数据传输带来便利性和准确性。5G的髙可靠性还能保证在院外传输医疗数据，避免出 现被盗取的危险，保护患者的隐私安全。成果二：5G远程医疗协作借助5G通信网络，邀请方和受邀方通过远程视频系统 共享医学资料，对患者的病情进行会诊诊治。远程会诊需要通过远程医疗平台实时上传患者的影像 报告、血液分析报告、电子病历等数据，专家从远程医疗平 台实时下载查看相关资料，为基层医生提供诊断指导。远程会诊过程中，主要涉及到髙清视频通话和资料共 享。在现有网络

27、条件下，可以配置1080P的高清视频设备。 5G能为基层医生、专家、患者之间进行超高清视频通话，移 动影像阅片等提供技术保障，而且专家在视频过程中，还能 实现秒速下载患者资料。5G的低时延性保证了远程会诊网络 彼此之间通话的实时性，提供了沟通的顺畅性和高效性。成果三：分布式3D/4D影像云端临床服务医生在查房过程中使用手持移动终端通过无线网络联 接医疗信息系统，实现影像数据的实时输入、查询或修改, 以及医疗检查报告快速调阅的一种查房形式。5G网络的髙宽带可以提供海量医疗影像数据，比如CT 影像、超声影像、CR/DR影像等，其高可靠性和稳定性，可 以有效保证相关数据在传输过程中的安全和质量。成果

28、四：VR显示系统，3D打印，AR辅助导航系统根据临床需求，提供多设备的医疗影像数据，经过模型 重建、支具、导板、植入物设计，为临床3D打印，VR显示 系统和AR辅助导航系统提供全链条服务。成果五：综合影像大数据处理平台提供跨设备CT、MI、MR、DSA的综合影像大数据处理平 台，通过云计算和医学知识图谱，为医生临床提供神经解决 方案、胸部解决方案、心血管解决方案、腹部解决方案、肿 瘤解决方案、骨科解决方案等等。以南昌一脉阳光医学影像诊断中心为区域影像数据中 心、远程诊断中心，建立覆盖全国70家以上的地级市级、县 区级及乡镇级影像检查医疗机构的三级影像医联体。(1)统一医联体单位内各医疗机构的影

29、像业务相关的 信息代码。(2)影像数据通过5G传输实现区域共享，依托公有云 专属云及虚拟化私有云的混合云部署，建立南昌一脉阳光医 学影像诊断中心的影像大数据中心，通过本地/异地公有云 平台集中存储南昌一脉阳光医学影像诊断中心医联体各医 疗机构的影像以及质量控制等相关业务数据，南昌一脉阳光 医学影像诊断中心影像医联体中各医疗机构可以通过影像 数据中心共享影像检查数据，互认检查报告。(3)影像仪器区域共享，患者可以到南昌一脉阳光医 学影像诊断中心医联体下属医疗机构的任何一台设备进行 影像检查，拍摄的影像都可以通过区域PACS传送到南昌一 脉阳光医学影像诊断中心，由南昌一脉阳光医学影像诊断中 心专家

30、出具诊断报告，诊断中心将检查报告通过网络及时传 送到拍摄影像的医院，打印后交付患者。(4)集中诊断、审核。对下级特别是基层医院影像检查 的集中诊断和集中审核，实现区域内影像设备和人才资源的 共享和复用，从而提高区域范围的影像诊断质量和服务水平, 实现国家倡导的基层检查，上级诊断的分级诊疗政策。(5提供包括远程跨院预约、远程影像诊断(二次专家诊 断)、影像诊断业务托管、远程MDT多学科协作、远程教学培 训、随访跟踪、会诊统计等七项服务，实现零排队、无纸化 的以患者为中心的就医体验。(6)提高双向转诊效率，提髙医疗服务诊断水平。一方 面培养基层人员诊断水平、提升医疗基层服务能力，减轻患 者就诊经济

31、压力；另一方面也提升承担集中诊断任务的医疗 机构人员技术水平提高、医院创收增加。(7)建立影像诊断医生的在线技术培训网络。系统提 供在线病例讨论、历史病例学习、在线会诊等学习与培训功 能，增加了放射技术人员的学习机会和工作压力，业务素质 得到了快速提高。入网卫生医疗机构的放射科医生除了完成 本单位检查病人的报告外还分享上级医院的大量检查报告， 包括难度较高的CT、MRI报告，知识面的拓展和专业水平的 提髙前所未有。(8)实现互联网便民医疗业务的扩展，为患者提供数 字影像服务(云胶片)，患者可利用手持移动设备，通过5G 无线接入网的超高速传输，可实时查看自身检查的原始数字 影像及诊断报告。(9)

32、为以后整个区域的医疗信息化，以及进一步的区 域卫生信息服务平台建设打下坚实的基础。预留区域信息化 平台系统接口。(10)对多发病、慢性病的发展趋势及重大公共卫生事 件的预测提供原始数据，为医疗及健康产业的政府决策提供 数据支持。(11)完善居民健康档案，并进行科学的健康管理，切 实推进人口健康信息的共享与协作。(12)为科研及大数据的挖掘分析提供一级循证医学 证据的数据支持。五、下一步计划随着国民健康意识的逐渐提高以及人们基本健康需求 的迅速增长，现有医疗服务体系布局不够完善、优质医疗资 源不足和医疗资源配置不均衡等问题日益凸显，如何共享区 域内优质医疗资源和下沉基层以提升优质医疗资源的使用 效益、加快落实分级诊疗机制已迫在眉睫。在此大环境背景 下，党十八大进一步提出合理配置医疗资源，构建分级诊疗 服务体系的要求，为医疗卫生服务体系和基本医疗保障制度 改革指明了方