Picture Archiving and Communication Systems (PACS) là hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh phục vụ trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh y khoa. PACS được phát triển nhằm mục đích cung cấp khả năng truy xuất, hiển thị ảnh y khoa nhanh chóng và lưu trữ trên một hệ thống số tích hợp duy nhất, do đó mang lại nhiều lợi ích cả kinh tế lẫn kỹ thuật giúp tăng hiệu quả điều trị lên rất cao, đồng thời giảm thiểu được chi phí vận hành [1].

Hiện nay, việc sử dụng hệ thống PACS trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh đã trở nên phổ biến ở các cơ sở khám chữa bệnh. Khối lượng dữ liệu tạo ra từ quá trình này, dữ liệu ảnh số từ các thiết bị chẩn đoán hình ảnh như CT (Computed Tomography) và MRI (Magnetic Resonance Imaging) là rất lớn và có xu hướng tăng theo từng năm. Ngoài yêu cầu về lưu trữ khối lượng dữ liệu lớn, hệ thống PACS còn đòi hỏi phải bảo đảm khả năng an toàn, bảo mật, tính riêng tư, tính chính xác trong việc liên kết, trích xuất, hiệu chỉnh dữ liệu hỗ trợ các bác sỹ thực hiện công tác chẩn đoán hình ảnh chính xác giúp nâng cao hiệu quả điều trị cho người bệnh.

DICOM (Digital Image and Communication in Medicine) là tiêu chuẩn quốc tế xác định giao thức trao đổi, lưu trữ, xử lý, thu nhận, in ấn và chia sẻ dữ liệu hình ảnh y khoa số giữa các thiết bị y tế và các hệ thống thông tin trong lĩnh vực y tế [2].

HL7 (Health Level 7) là tiêu chuẩn quốc tế cung cấp giao thức phục vụ các tác vụ như quản lý, trao đổi và tích hợp dữ liệu, thông tin y tế (chủ yếu ở dạng cuỗi ký tự/văn bản) giữa các hệ thống thông tin y tế như hệ thống thông tin bệnh viện HIS (Hospital Information System), hệ thống thông tin xét nghiệm (LIS), hệ thống thông tin chẩn đoán hình ảnh RIS (Radiology Information System) và PACS nhằm hỗ trợ các hoạt động chuyên môn trong bệnh viện [3]. Hiện nay, các tiêu chuẩn HL7 phổ biến thường được sử dụng trong các hệ thống thông tin y tế như tiêu chuẩn bản tin phiên bản 2.x, bản tin phiên bản 3.x, đặc biệt là phiên bản tài nguyên tương tác chăm sóc sức khỏe nhanh FHIR (Fast Healthcare Interoperability Resources).

Hiện tại theo đề án ứng dụng PACS thay phim theo quyết định 4868/QĐ-BYT thì các bệnh viện trong danh sách thí điểm ứng dụng hệ thống PACS có thể trả kết quả cho bệnh nhân mà không cần in phim. Tuy nhiên, hệ thống PACS tại các bệnh viện trên vận hành hoàn toàn độc lập với nhau, không có sự liên kết và chia sẻ dữ liệu qua lại. Vì thế khi ứng dụng vào thực tế thì người bệnh vẫn phải mang phim hoặc đĩa CD/DVD chứa ảnh y khoa từ cơ sở y tế này sang cơ sở y tế khác, gây bất tiện và tốn kém chi phí đối với người bệnh.

Mặt khác, với những cơ sở y tế đã trang bị PACS truyền thống sẽ gặp rất nhiều khó khăn trong việc nâng cấp mở rộng hệ thống phần cứng với quy mô lớn hơn. Đặc biệt, với những bệnh viện lớn có nhiều cơ sở vệ tinh thì việc trang bị các hệ thống phần cứng PACS đầy đủ tại mỗi cơ sở sẽ làm gia tăng chi phí trong khi vẫn không đáp ứng được nhu cầu kết nối liên thông dữ liệu chẩn đoán hình ảnh giữa các đơn vị thành viên. Ngược lại, việc trang bị hệ thống phần cứng PACS đầy đủ tại các cơ sở phòng khám quy mô nhỏ là không khả thi do chi phí lớn bởi ràng buộc về cấu hình tối thiểu.

Ngoài ra, các đề tài, dự án đã hoặc đang triển khai tại Việt Nam về tư vấn chẩn đoán hình ảnh từ xa hoặc hội chẩn trực tuyến đều dựa trên nền tảng của hệ thống PACS và thiết bị Video Conference của nước ngoài yêu cầu hạ tầng viễn thông là cáp quang dùng riêng hoặc đường truyền vệ tinh nên chi phí đầu tư rất cao. Trong khi hiện nay, tất cả các bệnh viện ở Việt Nam đều có ít nhất 01 đường truyền kết nối Internet. Vì vậy, nếu hệ thống PACS có thể vận hành được trên mạng Internet thì sẽ mang lại hiệu quả cao cho việc tư vấn chẩn đoán hình ảnh từ xa, đồng thời  giúp cho các bác sỹ và người bệnh ở cơ sở y tế tuyến dưới tiếp cận được các bác sỹ, chuyên gia đầu ngành ở tuyến trên.

Khái niệm điện toán đám mây (cloud computing) ra đời trong vài năm gần đây và được ứng dụng ngày càng rộng rãi. Cloud cho phép người dùng truy xuất thông tin, dữ liệu dễ dàng, nhanh chóng mọi lúc, mọi nơi. Cloud cho phép nâng cấp mở rộng, bổ sung phần cứng không giới hạn để gia tăng năng lực xử lý, tính toán và gia tăng khả năng lưu trữ dữ liệu với khối lượng lớn một cách dễ dàng. Hơn nữa, Cloud còn cung cấp các tính năng an toàn, bảo mật và mã hóa dữ liệu làm tăng cường độ tin cậy của dữ liệu. Các lợi điểm này đã đưa ra ý tưởng về việc sử dụng công nghệ Cloud và Internet để triển khai các dịch vụ phần mềm và lưu trữ dữ liệu ngành y tế [4].

Trong báo cáo này, nhóm nghiên cứu đề xuất sử dụng công nghệ ảo hóa và điện toán đám mây để xây dựng hệ thống BKPACS-Cloud (hình 1) [5,6]. Đây là mô hình mới tại Việt Nam, mô hình này được đánh giá rất cao về tính khả thi và tính thực tiễn cho các bệnh viện, nhất là mô hình chuỗi các bệnh viện có liên kết với nhau. Mô hình này hoàn toàn có thể triển khai được tại các bệnh viện thông qua việc thiết kế và hiệu chỉnh phù hợp với quy mô của từng bệnh viện dựa trên nền tảng cloud computing và công nghệ nhúng Linux nhằm phát huy tối đa các lợi điểm của hệ thống điện toán đám mây giúp giảm thiểu chi phí về thiết bị, tủ đĩa lưu trữ tại các cơ sở khám chữa bệnh.

 
Hình 1. Mô hình hệ thống BKPACS-Cloud.

Hệ thống BKPACS-Cloud sử dụng 2 giao thức SSL (Secure Sockets Layer) và TLS (Transport Layer Security) bằng việc sử dụng mật khẩu để đảm bảo an toàn giữa các kết nối trên môi trường Internet thông qua mạng riêng ảo VPN (Virtual Private Network). Hơn nữa, thông tin chẩn đoán hình ảnh được chuẩn hóa theo các tiêu chuẩn quốc tế HL7 và DICOM giúp cho dữ liệu chẩn đoán hình ảnh có thể được lưu trữ, truy xuất, cập nhật và tìm kiếm bởi bất kỳ cơ sở khám chữa bệnh nào có liên kết với hệ thống. Do đó, việc triển khai PACS-Cloud giúp tiết kiệm chi phí, công sức và thời gian cho mọi thành phần tham gia vào quá trình khám bệnh, chữa bệnh từ người bệnh, bác sĩ, các cơ sở khám chữa bệnh đến các dịch vụ bảo hiểm y tế.

Báo cáo này đánh giá kết quả truyền và nhận, khả năng xử lý và quản lý thông tin/dữ liệu chẩn đoán hình ảnh thông qua hệ thống PACS-Cloud. Các phim số nhận được trực tiếp, hoàn toàn tự động từ các máy X-Quang, CT và MRI tại các Bệnh viện đa khoa Hòa Hảo-Medic Cần Thơ, Bệnh viện Medic Cà Mau, Bệnh viện Bình An-Medic Kiên Giang, Bệnh viện ĐHYD Shingmark, phòng khám Victoria thông qua hệ thống PACS-Cloud tại Trung tâm y khoa Medic Hòa Hảo bằng ứng dụng công nghệ xử lý hình ảnh DICOM.

Độ chính xác và chất lượng của hình ảnh thu nhận được đánh giá trong khoảng thời gian liên tục từ tháng 12/2019 đến tháng 04/2020 bằng các thông số chủ quan dựa vào các bác sĩ chẩn đoán hình ảnh cũng như các thông số khách quan theo cơ chế kiểm tra sự toàn vẹn dữ liệu. Quá trình đánh giá luôn xem xét hai chiều giữa PACS-Client với các thiết bị chẩn đoán hình ảnh và PACS-Cloud.

Mặt khác, PACS-Cloud được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế DICOM và HL7 [7], cũng là các tiêu chuẩn được quy định tại Thông tư số 54/2017/TT-BYT ngày 29/12/2017 của Bộ Y tế ban hành bộ tiêu chí ứng dụng CNTT tại các cơ sở khám bệnh, chữa bệnh (Thông tư số 54/2017/TT-BYT) và Thông tư số 46/2018/TT-BYT ngày 28/12/2018 của Bộ Y tế quy định hồ sơ bệnh án điện tử (Thông tư số 46/2018/TT-BYT). Điều này giúp cho việc tích hợp các thiết bị y tế của các nhà sản xuất khác nhau với PACS-Cloud có thể được thực hiện dễ dàng khi triển khai thực tế, đồng thời đáp ứng được các yêu cầu của Bộ Y tế.

Giải pháp BKPACS-Cloud cho phép hoạt động với các bệnh viện đã có hoặc chưa có PACS cục bộ, đồng thời cung cấp đầy đủ các tính năng cho hoạt động tư vấn chẩn đoán từ xa, hội chẩn trực tuyến và quản lý thông tin y tế với các khối chức năng như mô tả trong Hình 2.

 
Hình 2. Các module ảo hóa trung tâm hệ thống BKPACS-Cloud.

Các Bảng 1, 2 và 3 thống kê việc truyền đúng và đủ dữ liệu chẩn đoán hình ảnh giữa các hệ thống PACS-Client và PACS-Cloud trong suốt thời gian 5 tháng liên tục. Với các phương pháp xác thực và đối chiếu dữ liệu, kết quả cho thấy tất cả các ca chụp đều được thu thập và lưu trữ thành công 100%; đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu; đảm bảo chất lượng hình ảnh gốc lưu trữ phục vụ cho chẩn đoán và hội chẩn.

Hệ thống PACS-Cloud hỗ trợ tư vấn chẩn đoán từ xa với các phần mềm khai thác dữ liệu tại trạm đọc ảnh (workstation) chuyên dụng, máy tính hoặc máy tính bảng/điện thoại di động (hình 3, 4 và 5). Dựa trên các kết quả thu được, các phần mềm khai thác dữ liệu cung cấp các tính năng ứng dụng khai thác dữ liệu 2D/3D/MPR, xuất/in/ghi ảnh ở nhiều định dạng, tìm kiếm người bệnh dễ dàng thông qua các trường dữ liệu thời gian (Today, yesterday, lastweek,..), loại máy chụp (CT, MRI, CR, DR, DX,…) hoặc theo Patient ID, Patient Name, Accession number, hiển thị thông tin ca bệnh và trả kết quả trên trình duyệt web (web viewer): hiển thị thông tin người bệnh, triệu chứng lâm sàng, kỹ thuật chụp, kỹ thuật viên, kết quả chẩn đoán hình ảnh, đề nghị của bác sĩ.

Hệ thống PACS-Cloud tích hợp sẵn chức năng hội chẩn trực tuyến đa điểm (Hình 6). Đây cũng là tiêu chí quy định mức nâng cao của hệ thống PACS khi đáp ứng hội chẩn nhiều điểm cầu theo theo quy định tại Thông tư số 54/2017/TT-BYT. Chất lượng đàm thoại đáp ứng tốt theo tiêu chuẩn 8068:2009 của Bộ Thông tin và Truyền thông. Chất lượng tiếng trong trẻo và phân biệt được giọng. Chất lượng Video đáp ứng hình ảnh rõ nét, độ phân giải cao và hỗ trợ đủ các độ phân giải từ 320x240 đến SD 640x480, HD 720x480 và Full HD 1080. Chất lượng hội nghị trực tuyến là 15 khung hình trên giây (15 fps). Chất lượng Video phẫu trường là 30 khung hình trên giây (30 fps). Chất lượng ảnh DICOM đáp ứng tốt theo chuẩn ISO 12052:2006.

Phần mềm quản trị (còn gọi là quản lý) PACS-Cloud được xây dựng và phát triển trên nền tảng web để người dùng có thể dễ dàng sử dụng dịch vụ và có thể truy cập trên các thiết bị thông minh với kết nối Internet bất kì ở đâu chỉ cần có trình duyệt web. Với khả năng khởi tạo máy ảo, bổ sung và thu hồi tài nguyên gồm máy chủ, bộ lưu trữ, … một cách dễ dàng, linh động, hệ thống PACS-Cloud bảo đảm khả năng cung cấp năng lực xử lý và bộ lưu trữ đáp ứng mọi nhu cầu sử dụng của các bệnh viện, phòng khám.

Đặc biệt với cụm thiết bị HIS/RIS/PACS Gateway trang bị tại mỗi bệnh viện được được thiết kế theo công nghệ nhúng trên nền Linux đã được tích hợp sẵn hệ điều hành, cơ sở dữ liệu, cùng các ứng dụng cho tư vấn chẩn đoán từ xa, hội chẩn trực tuyến và quản lý thông tin ngành y tế với cấu hình CPU Intel Xeon và RAM 16GB, trao đổi dữ liệu theo chuẩn HL7 bản tin, FHIR và DICOM ISO 12052:2006, tiêu chuẩn bảo mật ISO 20648 cho TLS, hệ thống hoàn toàn có thể quản lý được quá trình chuyển dữ liệu từ hệ thống bệnh viện lên Cloud và ngược lại một cách thuận tiện, nhanh chóng gồm thông tin người bệnh, chỉ định, hình bệnh lý và báo cáo cũng như các thông tin liên quan đến quá trình trao đổi dữ liệu thông qua màn hình Dashboard (Hình 7). Đây là các công việc hàng ngày ở bệnh viện với lượng dữ liệu lớn, phức tạp mang tính lưu trữ lâu dài, để phục vụ cho việc tính toán, bồi hoàn bảo hiểm, xuất toán bảo hiểm, quản lý công việc, máy móc, thống kê người bệnh, v.v. Chính vì thế, việc lưu trữ lâu dài trên Cloud và sau này có thể phục vụ cho bệnh án điện tử là rất cần thiết.

Ngoài ra, hệ thống PACS-Cloud còn tích hợp sẵn hệ thống giám sát và cảnh báo qua tin nhắn SMS để có thể kiểm soát được các yếu tố như trạng thái kết nối của các thiết bị, thông số RAM, CPU, DISK của hệ thống PACS. Bên cạnh việc sử dụng các giao thức bảo mật SSL/TLS và mạng riêng ảo VPN, các giải pháp kết hợp các kỹ thuật mã hóa, mật mã và nhúng trích thông tin (watermarking) cũng được nghiên cứu ứng dụng để tăng cường thêm lớp bảo mật thông tin cá nhân trong ảnh DICOM trên môi trường Internet. Theo đó, các trường dữ liệu thông tin cá nhân sẽ được xóa bỏ khỏi các tag ảnh DICOM và được nhúng trích trực tiếp trong nội dung hình ảnh theo hai cấp độ không tổn hao và có tổn hao tùy yêu cầu lưu trữ và chẩn đoán.

PACS truyền thống dựa trên nền tảng phần cứng vật lý nên gặp nhiều khó khăn trong sao lưu dự phòng hay sửa chữa, nâng cấp, mở rộng hệ thống với chi phí cao. Do sử dụng các server vật lý nên việc tìm đúng linh kiện thay thế sau thời gian sản xuất không dễ dàng. Khi có nhu cầu nâng cấp lại phải tốn thời gian và chi phí dịch chuyển toàn bộ cơ sở dữ liệu cũng như phần mềm ứng dụng mà lại không tận dụng được các phần cứng hiện có. Ngoài ra, do phụ thuộc vào yêu cầu cấu hình tối thiểu đối với phần cứng vật lý nên chi phí lắp đặt, vận hành  cao khiến cho các phòng khám nhỏ gặp khó khăn khi muốn triển khai PACS. Hơn nữa, bệnh viện có quy mô lớn với nhiều cơ sở vệ tinh thì việc trang bị phần cứng đầy đủ cho PACS tại mỗi nơi gây tốn kém chi phí. Mặt khác, với các cơ quan quản lý thông tin y tế như Sở Y tế, Bộ Y tế hoặc Bảo hiểm xã hội Việt Nam (BHXH VN) thì đòi hỏi công suất của hệ thống phần cứng PACS rất lớn và không ngừng thay đổi nên việc đầu tư hệ thống PACS truyền thống là không hiệu quả.

PACS-Cloud được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế HL7 và DICOM. Do đó, PACS-Cloud không những cung cấp năng lực lưu trữ dữ liệu chẩn đoán hình ảnh tập trung bên ngoài bệnh viện, mà còn đáp ứng nhiều yêu cầu khác như khả năng xử lý khai thác dữ liệu hỗ trợ tư vấn chẩn đoán hình ảnh từ xa, hội chẩn trực tuyến, kho dữ liệu HL7 FHIR, đồng thời cung cấp khả năng liên thông quản lý dữ liệu giữa các bệnh viện.

Về mặt y tế, PACS-Cloud đem lại nhiều lợi ích cho các bác sỹ, người bệnh ở các bệnh viện tuyến huyện, tuyến tỉnh ở xa có thể nhận được tư vấn chuyên môn từ các bác sỹ, chuyên gia y tế ở tuyến trên.

Về mặt xã hội, giải pháp PACS-Cloud cho phép các cơ sở y tế có thể triển khai thực hiện với chi phí tối ưu tùy theo quy mô và nhu cầu của mỗi đơn vị đáp ứng tốt nhu cầu tư vấn khám chữa bệnh từ xa, kết nối liên thông dữ liệu chẩn đoán hình ảnh giữa các bệnh viện góp phần nâng cao năng lực của bác sỹ tuyến dưới, giảm quá tải ở bệnh viện tuyến trên phù hợp với chủ trương của Bộ Y tế. Hơn nữa, việc không phải in phim khi sử dụng PACS-Cloud giúp giảm rác thải độc hại ra môi trường do vật tư in phim truyền thống góp phần bảo vệ môi trường.

Về mặt kinh tế, PACS-Cloud cung cấp khả năng trao đổi thông tin giữa các bệnh viện giúp tiết kiệm thời gian, chi phí của người bệnh, bác sỹ và các bên liên quan trong việc di chuyển, đồng bộ thông tin hành chính, thông tin chẩn đoán hình ảnh góp phần nâng cao hiệu quả cho công tác khám chữa bệnh. Hơn nữa, PACS-Cloud còn giúp giảm chi phí trang thiết bị, máy móc, giảm chi phí lưu trữ so với chi phí lưu trữ phim truyền thống.

Về mặt quản lý, PACS-Cloud cung cấp các công cụ thống kê, báo cáo, đánh giá tình hình công tác chẩn đoán hình ảnh giúp tăng cường hiệu quả của việc tra cứu cập nhật thông tin, giảm thiểu tối đa tình trạng gian lận tài chính trong việc chụp ảnh hỗ trợ chẩn đoán bệnh góp phần công khai minh bạch hoạt động của bệnh viện, quản lý quỹ bảo hiểm y tế một cách hiệu quả.

Về mặt khoa học kỹ thuật, việc xây dựng hệ thống PACS-Cloud tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế giúp bảo đảm khả năng làm chủ quy trình và làm chủ công nghệ, đồng thời bảo đảm được khả năng tương thích và trao đổi thông tin với các hệ thống thông tin y tế trong và ngoài nước.

Sau cùng, việc triển khai PACS-Cloud cho phép phát triển, ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để xử lý, phân tích dữ liệu lớn đã thu thập được từ Cloud, phát triển các hướng nghiên cứu về dữ liệu lớn cho ngành y tế. Hơn nữa, PACS-Cloud đóng góp một phần dữ liệu cho hệ thống phần mềm bệnh án điện tử góp phần chuyển đổi số bệnh viện thành công.

Nhìn chung, kết quả nghiên cứu và thử nghiệm cho thấy giải pháp PACS-Cloud là hoàn toàn khả thi và triển khai được tại các bệnh viện. Hệ thống PACS-Cloud được triển khai thử nghiệm tại Trung tâm y khoa Medic Hòa Hảo và đạt được kết quả cụ thể như sau:

1. Việc truyền, nhận hình ảnh và thông tin chẩn đoán y khoa tại các bệnh viện trong nhóm đối tượng nghiên cứu (các bệnh viện nghiên cứu) chính xác 100% so với hình ảnh tại các máy sinh ảnh.

2. Các bác sĩ tại các bệnh viện nghiên cứu có thể dễ dàng tương tác, xử lý ảnh thông qua nhiều thiết bị đầu cuối khác nhau bao gồm trạm đọc ảnh (workstation), máy tính các nhân (PC, laptop), điện thoại di động và máy tính bảng thông qua mạng nội bộ hay Internet. Việc xử lý ảnh trên PACS-Cloud cho kết quả tương tự như các kết quả xử lý tại các workstation của các máy sinh ảnh và đáp ứng được yêu cầu chẩn đoán hình ảnh.

3. Hệ thống PACS-Cloud được xây dựng trên nền tảng các tiêu chuẩn quốc tế DICOM, HL7 FHIR đảm bảo được việc liên thông, chia sẻ thông tin dữ liệu chẩn đoán hình ảnh giữa các bệnh viện, đáp ứng được công tác quản lý y tế của các cơ quan nhà nước có liên quan như các SYT, BYT và BHXH VN.

4. Hệ thống được nghiên cứu xây dựng và sản xuất trên nền tảng cloud computing và hệ thống nhúng Linux với khả năng chuyên môn hóa cao đảm bảo duy trì hoạt động ổn định liên tục với chi phí thấp. Đặc biệt, với khả năng đáp ứng linh động với mọi nhu cầu sử dụng, hệ thống PACS-Cloud cho phép các bệnh viện, cơ sở y tế với quy mô khác nhau có thể dễ dàng đầu tư khai thác vận hành tùy theo nhu cầu của mỗi đơn vị.

Hệ thống PACS-Cloud hứa hẹn sẽ mang lại hiệu quả cao về công tác khám chữa bệnh, kinh tế-xã hội góp phần nâng cao chất lượng công tác chăm sóc sức khỏe cho người dân. Hơn nữa, hệ thống PACS-Cloud cũng giúp giảm số nhân bản phim ảnh y khoa, cung cấp kho lưu trữ toàn bộ dữ liệu chẩn đoán hình ảnh của người bệnh một cách thống nhất, đồng bộ và an toàn. Do đó, hệ thống PACS-Cloud là một công cụ hỗ trợ rất tốt cho hoạt động khám bệnh, chữa bệnh, các bác sĩ và người bệnh có thể truy cập dữ liệu, hình ảnh, lịch sử chẩn đoán hình ảnh một cách nhanh chóng, chính xác mọi lúc, mọi nơi trên môi trường mạng. Trong kỷ nguyên số, PACS-Cloud nên được triển khai trên mạng riêng ảo VPN cùng với các giao thức bảo mật SSL/TLS, kỹ thuật mã hóa, mật mã, ... nhằm đảm bảo an toàn, bảo mật thông tin người bệnh trên môi trường Internet.