CAD技術(shù)在醫(yī)學(xué)信息化發(fā)展中的應(yīng)用介紹

董 默，趙若晗，周志尊，于廣浩，陳廣新，吳 丹，彭鈺欣

（牡丹江醫(yī)學(xué)院 醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，黑龍江 牡丹江 157000）

0 引言

21世紀(jì)是信息化的時(shí)代，計(jì)算機(jī)這個(gè)可以代表科技高速發(fā)展的技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域均發(fā)揮著越來越重要的作用，尤其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在各行各業(yè)如火如荼的發(fā)展起來。它將世界引入了一個(gè)新的信息時(shí)代，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)也正是在這大環(huán)境下發(fā)展起來，它與現(xiàn)代信息技術(shù)的交融，形成了其獨(dú)有的特點(diǎn)。計(jì)算機(jī)由于它的大存儲(chǔ)性、精確性、高速率傳輸能力等優(yōu)點(diǎn)使得當(dāng)代的醫(yī)學(xué)可以更好的為人類的生命健康服務(wù)。

CAD正是在這一大背景下提出的概念，CAD（computer-aided diagnosis and detection）技術(shù)的具體定義是指：通過影像學(xué)、醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)以及其他可能的生理、生化手段，結(jié)合計(jì)算機(jī)的分析計(jì)算，輔助影像科醫(yī)師發(fā)現(xiàn)病灶，提高診斷的準(zhǔn)確率[1-2]。目前常說的 CAD技術(shù)主要是指利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的能力（存儲(chǔ)、傳輸、運(yùn)算等）輔助醫(yī)學(xué)中的方方方面面，如影像學(xué)、臨床、醫(yī)院信息化等。其包括的分支很多，不同的分支下說法也很多，如我們了解的計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)、計(jì)算機(jī)輔助手術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助識(shí)別、計(jì)算機(jī)輔助診斷等等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，將來勢(shì)必會(huì)有更多的計(jì)算機(jī)輔助手段產(chǎn)生，本文針對(duì)目前較為流行的計(jì)算機(jī)輔助方式進(jìn)行總結(jié)，主要包括CAD在影像后處理、臨床及醫(yī)療信息化中的應(yīng)用，以幫助讀者對(duì)CAD技術(shù)有深層次的理解。

1 CAD在醫(yī)學(xué)影像后處理中的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)影像后處理是指通過綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，醫(yī)學(xué)知識(shí)，將由各種數(shù)字化成像技術(shù)（X射線，CT，MRI，PET等）所獲得的人體信息按照一定的需要在計(jì)算機(jī)上直觀地表現(xiàn)出來，使之滿足醫(yī)療需要的一系列技術(shù)的總稱[6-8]。盡管影像設(shè)備可以為臨床疾病的診斷提供了極大方便，但由于條件限制，在更多的情況下影像或是臨床醫(yī)生仍是依據(jù)現(xiàn)代影象提供的形態(tài)信息，依據(jù)自身的臨床經(jīng)驗(yàn)做出診斷。由于病人和醫(yī)生的個(gè)體差異不免會(huì)產(chǎn)生判斷的失誤，因此借助于強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，有了及其重要的意義。

首先，利用CAD技術(shù)能夠彌補(bǔ)影像設(shè)備在成像上的不足，提供用傳統(tǒng)手段無法獲得的解剖學(xué)信息甚至病理生理學(xué)信息，讓醫(yī)生從傳統(tǒng)的依靠經(jīng)驗(yàn)變成更為精確的計(jì)算機(jī)診斷。其次，提供醫(yī)生定量分析的工具以便更準(zhǔn)確地診斷疾病的發(fā)展程度。目前為止，CAD技術(shù)已不單純完成簡(jiǎn)單的觀察測(cè)量等，它還可以完成三維重建、圖像分割/融合配準(zhǔn)等相當(dāng)多的功能。

CAD技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像后處理中的應(yīng)用從功能上可以分為輔助觀察和輔助檢測(cè)兩個(gè)大的方面。輔助觀察通過向醫(yī)生提供更多的觀察方式，給醫(yī)生更多的參考，有利于醫(yī)生更加快速地做出正確的診斷。目前較為流行的的輔助觀察技術(shù)包括：多平面重建、曲面重建、表面遮蓋顯示、最大、小密度投影、容積再現(xiàn)、虛擬內(nèi)窺等。輔助檢測(cè)技術(shù)協(xié)助醫(yī)生獲取一定的診斷建議[4]。在當(dāng)今的醫(yī)學(xué)影像后處理中，CAD技術(shù)主要應(yīng)用于以下場(chǎng)景：

（1）乳腺腫塊的檢測(cè)

（2）肺結(jié)節(jié)的檢測(cè)

（3）肺動(dòng)脈柱塞的檢測(cè)

（4）間質(zhì)性肺病的檢測(cè)

（5）慢性阻塞性肺病的檢測(cè)

（6）心臟CT圖像中富脂肪斑塊的檢測(cè)

（7）肝臟腫瘤的檢測(cè)

（8）結(jié)腸腺腫瘤的檢測(cè)

2 CAD在臨床中的應(yīng)用

CAD技術(shù)在臨床中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在醫(yī)學(xué)圖像信息在診斷中的作用，圖像信息是近年來發(fā)展迅速的技術(shù)，代表如：電子內(nèi)窺鏡圖像、術(shù)中多種設(shè)備成像，醫(yī)生在手術(shù)的過程中實(shí)時(shí)參考提供的計(jì)算機(jī)圖像，更精確的完成手術(shù)任務(wù)等。除此之外，另一個(gè)臨床中的重大應(yīng)用為器官、骨骼等三維重建技術(shù)。目前，關(guān)于三維重建技術(shù)已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，人工關(guān)節(jié)置換等應(yīng)用也逐步發(fā)展起來。CAD技術(shù)不僅提高了醫(yī)學(xué)臨床診斷水平，也為醫(yī)學(xué)研究與教學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助臨床外科手術(shù)等提供了必要的支持[3]。

（1）計(jì)算機(jī)輔助外科手術(shù)技術(shù)：利用 CAD提供的圖像技術(shù)對(duì)原始圖像進(jìn)行處理，提高原始圖像的清晰度，三維重建可以進(jìn)一步提供了病體的空間位置、大小、幾何形狀，以及病灶及其周圍組織的三維空間關(guān)系，這些都可以讓外科醫(yī)師的診斷和操作更加準(zhǔn)確，增強(qiáng)了手術(shù)的精確度、準(zhǔn)確度和安全性。

（2）計(jì)算機(jī)輔助交叉韌帶重建：交叉韌帶的重建耗時(shí)，危險(xiǎn)性大，需要有特別高的精確性來完成，利用 CAD技術(shù)可提高前交叉韌帶重建中隧道位置的準(zhǔn)確性，完善手術(shù)評(píng)估，減少手術(shù)并發(fā)癥，縮短醫(yī)生培訓(xùn)時(shí)間，大大提高診斷和治療的效率。

（3）骨科的應(yīng)用：輔助設(shè)計(jì)和模擬人工關(guān)節(jié)置換術(shù)，迄今為止，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于脊柱外科、髖膝關(guān)節(jié)置換、骨盆骨折等方面[2]。

（4）顱頜面畸形處理種的應(yīng)用：可以直觀立體的分析骨折、缺損處，從而取得良好模擬裝配和手術(shù)修復(fù)的最佳效果[1]。

3 CAD在醫(yī)療信息化中的應(yīng)用

3.1 計(jì)算機(jī)決策系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)決策系統(tǒng)是近年來新興的一種輔助醫(yī)生的有效技術(shù)，其原理是通過醫(yī)生和計(jì)算機(jī)工作者相結(jié)合，運(yùn)用數(shù)學(xué)建模、運(yùn)算、模糊數(shù)學(xué)、概率統(tǒng)計(jì)等其他人工智能技術(shù)，在計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算相應(yīng)數(shù)據(jù)，對(duì)病人的信息進(jìn)行處理，提出診斷意見和治療方案。利用計(jì)算機(jī)輔助決策系統(tǒng)可以大大幫助醫(yī)生縮短診斷時(shí)間，同時(shí)減少醫(yī)生的疏漏，降低醫(yī)生工作時(shí)間，減少g工作強(qiáng)度，同時(shí)結(jié)合其他專家診治意見，以最快的效率做出診斷，提出治療方案。

3.2 計(jì)算機(jī)與圖像識(shí)別技術(shù)

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)臨床診斷中對(duì)醫(yī)學(xué)圖像依賴程度越來越高，上文CAD在臨床中的應(yīng)用部分已經(jīng)介紹過，圖像信息技術(shù)不僅在臨床應(yīng)用中應(yīng)用廣泛，圖像識(shí)別技術(shù)可以取代人工做許多工作。通常情況下，醫(yī)學(xué)圖像分為一維和多維，心電、腦電信號(hào)等屬于一維圖像，而常見的X線、MRI等屬于多維圖像，這類圖像在空間分布。無論是一維或是多維，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中有大量的圖像需要處理和識(shí)別，以往情況都是用人工方式進(jìn)行，往往利用醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)對(duì)圖像進(jìn)行判斷和綜合分析，但效率和準(zhǔn)確性均不穩(wěn)定。利用計(jì)算機(jī)高運(yùn)行速度、高運(yùn)算精度、存儲(chǔ)大容量的特點(diǎn)，尤其是有一些特殊的醫(yī)學(xué)圖像，如腦電圖，單單憑人工觀察分析，得出結(jié)論較少，很多信息不能提取。若是利用計(jì)算機(jī)可作復(fù)雜的計(jì)算，模擬，獲取更多有用的信息?？傊?，圖像識(shí)別技術(shù)還在不斷的發(fā)展當(dāng)中，有更多的識(shí)別算法還在不斷的完善，勢(shì)必為醫(yī)療診斷提供有效的幫助。

3.3 醫(yī)院信息系統(tǒng)

醫(yī)院信息管理系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)的大中型醫(yī)院中普及開來，其優(yōu)點(diǎn)和好處自然不用多說，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)院信息系統(tǒng)的功能也在不斷完善，目前為止醫(yī)院信息系統(tǒng)具有以下功能：收集、處理、分析、儲(chǔ)存和傳遞醫(yī)療信息管理、健康檢查登記、藥房和藥庫管理、病人結(jié)帳和出院、醫(yī)療輔助診斷決策、醫(yī)學(xué)圖書資料檢索、教育和訓(xùn)練、會(huì)診和轉(zhuǎn)院、統(tǒng)計(jì)分析、實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化等。

3.4 計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程醫(yī)療

遠(yuǎn)程醫(yī)療是指應(yīng)用通信和信息處理技術(shù)，跨越空間的限制，遠(yuǎn)距離地傳遞聲音、數(shù)據(jù)、文件、圖片的醫(yī)療系統(tǒng)，形成了集醫(yī)療、保健、教學(xué)、科研、信息一體化的網(wǎng)絡(luò)體系[5]。遠(yuǎn)程醫(yī)療通常由以下幾部分內(nèi)容組成：遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)信息服務(wù)、遠(yuǎn)程會(huì)診、遠(yuǎn)程護(hù)理、遠(yuǎn)程教育、醫(yī)療咨詢、預(yù)約服務(wù)等項(xiàng)目。在過去，限制遠(yuǎn)程醫(yī)療最為嚴(yán)重的問題時(shí)信息傳輸速率及通信網(wǎng)絡(luò)搭建的問題，隨著光纖技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)信息傳輸?shù)乃俾室呀?jīng)達(dá)到了滿足遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)的要求，同時(shí)在安全性上，目前的網(wǎng)絡(luò)傳輸已經(jīng)能夠保證傳輸信息的加密等一系列問題。因此遠(yuǎn)程醫(yī)療在近年來呈現(xiàn)迅猛發(fā)展的勢(shì)頭，而其不僅僅在國(guó)內(nèi)間，國(guó)際之間的遠(yuǎn)程醫(yī)療也在快速發(fā)展中，這將為全世界的醫(yī)療事業(yè)發(fā)展提供有效的幫助。

3.5 醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)（PACS）

醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)也近二十年來發(fā)展的代表產(chǎn)物，是臨床醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)影像學(xué)、數(shù)字化圖像技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。近年來 PACS系統(tǒng)不僅僅應(yīng)用在醫(yī)院中，其在教育事業(yè)發(fā)展中也起到了舉足輕重的作用，很多國(guó)內(nèi)醫(yī)學(xué)高校均安裝了 PACS系統(tǒng)，將其附屬醫(yī)院的影像信息供學(xué)生學(xué)習(xí)，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，與此同時(shí) PACS系統(tǒng)結(jié)合遠(yuǎn)程醫(yī)療、計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別技術(shù)等更好的實(shí)現(xiàn)了醫(yī)療資源共享，幫助醫(yī)院提高了效益，為病患提供了更好的醫(yī)療服務(wù)。

4 總結(jié)

CAD技術(shù)的發(fā)展目前而言雖然已經(jīng)取得了一定的成績(jī)，但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，其上升空間也會(huì)很可觀?？傮w而言，CAD目前還處于研究的初步應(yīng)用階段，檢出和預(yù)測(cè)效能以及臨床應(yīng)用流程均有待進(jìn)一步探索。CAD技術(shù)制約的條件筆者認(rèn)為是缺乏既懂計(jì)算機(jī)技術(shù)相關(guān)知識(shí)又了解一定醫(yī)學(xué)知識(shí)的人才，這部分人才，如生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)學(xué)生在我國(guó)的發(fā)展情況不是很理想，照國(guó)外有一定的差距。計(jì)算機(jī)發(fā)展的速度是不會(huì)減慢的，如何將更多的 CAD技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)當(dāng)中是今后發(fā)展的重點(diǎn)?？傊珻AD是一個(gè)跨學(xué)科的研究領(lǐng)域，積極推動(dòng)CAD發(fā)展將會(huì)促進(jìn)多領(lǐng)域多學(xué)科的發(fā)展[1]。

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