醫學影像數字化進展與挑戰

醫學影像數字化進展與挑戰

【關鍵詞】  放射學信息系統;計算機;述評
　　［關鍵詞］ 放射學信息系統;計算機;述評
　　倫琴發現X線為放射學的發展奠定了基礎，在其后的100余年中，隨著各種新型成像技術不斷出現及改進，放射學由單純的X線成像發展到包括CT、MRI、超聲、核醫學、計算機放射成像（CR）、數字放射成像（DR）等各種數字化成像技術的現代影像學階段。成像技術的改進，同時也引起了包括思維模式、工作流程、管理方式等一系列改變與挑戰。20世紀70年代初期CT的問世，成為傳統放射學步入現代影像學時代的革命性標志，在其后的時期里逐漸出現了各種各樣的成像技術，但根本進展為影像醫學的數字化，后者使得醫學影像學進入了迅猛發展的時期。
　　1 醫學影像數字化進展
　　1.1 CT技術進展 CT是20世紀70年代初期發展起來的新型成像技術，主要特點是:橫切面、斷層、數字化圖像，徹底改變了近百年來傳統X線圖像結構重疊、信息單一的缺陷，使得成像技術和圖像讀取、分析方式發生了質的變革。近30年來，CT的發展一直圍繞著掃描速度（數據采集速度）、圖像清晰度（空間分辨率和密度分辨率）及掃描范圍（數據采集范圍和方位）的和諧統一而進行。初期CT采用的是間歇式進床步進式掃描的單純層面成像方式，主要機型為常用的第1～3代CT，存在的主要問題為掃描速度慢，時間分辨率差及信息丟失、遺漏等缺陷�；�環技術的出現為螺旋掃描奠定了基礎，后者采取X線球管旋轉與進床同步進行的掃描方式，解決了掃描速度、圖像清晰度與掃描范圍之間的矛盾，使得三者得到了完善的結合。在此基礎上相繼開發出的雙層、四層、八層及當今最先進的六十四層CT，則更加體現了成像速度快、圖像清晰度高、掃描范圍大的優點，使得以前不能行CT檢查的部位或器官，能夠進行CT檢查，極大拓展了CT的應用范圍，如血管成像、三維成像（仿真內窺鏡）、灌注成像及心臟成像等，為活體檢查提供了極具實用價值的工具。多層CT的下一個換代產品將是采用平板探測器的容積CT（Vo- lume CT ），屆時CT將不再是單層或多層掃描，而是某個特定解剖范圍的整體掃描。
　　1.2 MR技術進展 MRI自20世紀80年代中期應用于臨床后，已成為現代影像學的重要成像手段之一。就成像速度、圖像清晰度及臨床應用范圍而言，MRI進展主要表現在電子學、梯度場和射頻場等方面，與此密切相關的脈沖序列和實時成像技術的發 展，極大拓寬了檢查的適應證和檢查深度，除常規的二維和三維成像功能外，還可進行MR血管造影（MRA）、彌散（dif-fusion）、灌注（perfusion）、功能成像（fMRI）、MR波譜分析（MRS）、顯微成像及實時成像等。實時成像是指在人體功能活動的同時進行成像，可顯示人體功能活動時組織結構的相應變化，即所謂MR透視，可進行實時血管造影、心臟成像、介入檢查和其他功能成像。fMRI目前主要利用血氧水平依賴法（BOLD）成像，通過檢測組織內血氧代謝變化（含氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白）而產生信號對比。主要用于腦皮質和脊髓功能定位，以確定腫瘤與中樞神經功能區的關系。彌散成像反映分子水平水分子的運動狀況，根據不同組織或病變內水分子彌散運動的差別產生圖像對比，并可測量組織的彌散系數（ADC值），主要用于鑒別不同類型水腫（如血管源性、細胞毒性和間質性水腫）、腫瘤、炎癥與梗死，以及白質纖維束的走行。灌注成像通過測量血流通過時間（MTT）和腦血流容積（rCBV）等參數，以觀察毛細血管水平血流運動及分布狀況，主要用于腦血管病變及腫瘤性病變的檢查。MRS通過觀察病變區域代謝產物（如乳酸鹽、肌酐、膽堿等）的變化情況，分析病變的性質。目前，本技術處于初期臨床應用階段。
　　1.3 常規X線技術進展 常規X線檢查在現代醫學影像學中仍占有非常重要的地位，約占所有影像檢查的48%。近年來傳統X線檢查方法的主要進展也是圖像數字化。在X線源不斷改進的同時，通過改進信息接收與處理技術，由過去的模擬數據輸出轉變為數字化輸出。數字化圖像的主要優點為可進行圖像后處理及網上傳輸與交流。模數轉換的方式包括:①傳統X線膠片經掃描后變成數字圖像，但有數據丟失;②影像增強器取得模擬信號，經模擬轉換后，以模擬信號輸出，如DSA;③CR，也稱影像板放射成像技術;④DR，也稱電子成像板放射成像技術。后兩者為目前已廣泛應用的數字X線影像技術，也使得常規X線技術成為真正數字化圖像。
　　1.4 其他成像技術 SPECT、PET及超聲等也已成為數字化成像技術，尤其是前二者是在CT基礎上發展起來的影像技術，在采集信息的手段上明顯有別于傳統的核素掃描，克服了普通核素掃描定位準確性差的缺點，PET還可反映器官和組織的功能代謝信息。
　　1.5 圖像融合技術 前瞻性地將采集的多幅圖像處理為一幅圖像的技術，稱為圖像融合技術。而將所采集的多幅圖像處理為一幅圖像的技術，稱為圖像疊加技術�，F有的各種成像技術，所得圖像各有特點，如解剖結構和功能圖像等。融合方法可由圖像的單純疊加而成，也可經兩種不同設備合成一種新的單一設備而成，如CT-PET結合，則融合了CT顯示解剖結構清晰與PET顯示病變及功能異常敏感性高的優點，克服了CT顯示病變敏感性低而PET顯示解剖結構差的缺點。目前，已有少量該型設備成功用于臨床。其他類似的融合設備技術也有應用，如CT血管造影、MRI血管造影等。
　　1.6 圖像存儲與傳輸系統 隨著影像技術的進展，尤其是能獲取大量數據信息的多層CT、MRI等先進設備的廣泛應用及各種檢查方法的增多，獲取的圖像和信息量呈幾何級數增長。若這些影像資料仍停留于原始的處理方式和傳統的管理方法上，已遠遠不能滿足臨床業務的需要，并可能成為阻礙醫院發展的“瓶頸”。因此，有必要使用一種全新的方式來管理、存儲、傳輸和使用這些信息。計算機網絡技術的圖像存儲與傳輸系統（PACS）的誕生，使解決這一矛盾成為了可能。PACS主要由三大部分構成:圖像獲取、存儲與處理、顯示系統。一般而言，PACS應與放射科的各種成像設備（包括CR/DR、CT、MRI、DSA、SPECT、PET、US等）、放射信息系統（RIS）及醫院信息系統（HIS）實現平滑連接，通過對圖像及文字的存儲、傳輸、調用等功能，達到院內信息共享、提高診療效率與質量、無膠片化管理、克服時間及地域限制、模擬手術、甚至遠程會診等目的。因此，PACS應成為醫院診斷鏈和治療鏈中最重要的環節和醫院實現真正數字化的基礎。
　　2 影像數字化帶來的挑戰
　　2.1 思維方式變化 經過百余年的發展，傳統放射學診斷已形成了固定的思維模式，即以X線片為信息載體，反映的主要是組織或器官病變的大體病理信息，診斷思維分析主要以形態學改變為依據。隨著現代影像醫學的發展，影像學已由二維圖像轉變為三維圖像和動態圖像，由單純診斷轉變為診斷加治療，由過去的大體、宏觀觀察轉變為宏觀加微觀（細胞、亞細胞、分子水平）和流動信息觀察，由過去單純的解剖學形態觀察轉變為解剖形態加功能觀察，由真實影像轉變為真實加虛擬影像，由單一科室轉變到全院、甚至通過互聯網鏈接全世界。所有這些變化，也必然要求影像科及臨床科室醫師的診斷思維模式隨之發生改變，必須同時兼顧宏觀與微觀、靜態與動態、結構與功能、形態與成分等分析。2.2 工作流程變化 影像診斷中，現代影像學檢查手段獲得的呈幾何級數增長的各種信息及PACS電子式“軟拷貝”取代了傳統的“硬拷貝”（照片），必然會有意或無意地受到習慣勢力的阻礙。由于我國的計算機普及程度尚不廣泛，大多數醫務人員對計算機操作并不十分熟練，特別是老一代的醫生，一般均習慣于 傳統的觀片燈閱片方式。尤其是在需要反復對比多幅新老圖像時，使用多聯觀片燈最為簡捷。使用PACS后，傳統的“觀片寫報告”方式也將被“熒光屏+直接微機報告”或“熒光屏+口述錄音+微機報告”所替代，這種新型的方式截然不同于以往。另外，在信息采集與處理方面，也將出現信息采集在先，資料重組、顯示及處理在后，最后只把經處理后有用的資料經PACS有效傳輸到相關科室的方式。這種工作流程的改變，也是對傳統方式的一種挑戰。因此，在這方面還應著力培養影像專業醫師盡快更新觀念和意識、增強網絡意識、重新組織影像科室的診斷作業流程。
　　2.3 影像檢查手段的合理使用與醫療費用問題 影像檢查消費與檢查所用設備、檢查內容及方法等密切相關。傳統放射學主要基于X線檢查（如正位、側位平片），檢查手段單一、簡單，耗時及耗材較少，診斷分析相對容易。盡管普通CT獲取的信息數據量明顯多于X線平片，但仍以二維斷層切面為依據，用少量普通膠片即可承載其所有圖片信息。因此，上述二者的使用及相關費用并不太高。但螺旋CT、MRI及CR/DR等數字設備應用后，盡管其能在短時間內用不同的方法、從不同的方位（如矢狀位、冠狀位、橫軸位）、不同的層次（如大體解剖水平、分子水平、流動信息等）獲得大量的圖像信息，利于診斷和治療，但這些圖像信息也帶來了相應的挑戰。一是如此大量的圖像若仍由傳統沿用的“X線片”作為載體，將引起極大的資源浪費，也增加了病人的費用。如一次顱腦MRI平掃加增強掃描，若同時使用多序列、多方位檢查，將一次性產生幾百幅圖像。若病人同時應用CT、CR/DR或核素掃描，甚至CT、MRI三維掃描及重建，產生的圖像將更多。若病人因病需要多次復查，其產生的圖像及相關費用將難以想像。二是盡管PACS的實施使無膠片放射學成為可能，但病人仍需一份自帶片以備外診使用，但如此大量的“X線片”圖像將給診斷分析、攜帶及保存帶來困難。因此，檢查手段的合理使用與組合為現代醫學影像學所面臨的另一個挑戰，這要求影像科及臨床醫生必須熟知各種影像學檢查手段的適應證與禁忌證（即比較影像學），根據不同病變或同一病變的不同時期，采用最佳的影像學檢查手段，如急性或超急性期腦梗死以MRI檢查最為敏感，急性期腦出血則以CT檢查更敏感。影像學醫師還需清楚如何選擇檢查的最佳方位（如橫軸位、冠狀位或矢狀位等）及最佳方法（如增強掃描、動態掃描、灌注成像、彌散成像等）。如此，可在充分滿足醫、教、研需要的同時，最大限度地縮短檢查時間，節省病人開支，避免無謂的資源浪費。
　　2.4 保密性與安全性問題 PACS作為電子交換系統，改變了以往封閉的工作方式，但其保密性與安全性自然也成為一個問題。雖然對醫院外而言它是一個內部封閉網，但也存在醫療檔案被偷竊或篡改的可能性。為此，可用授權資料認證及口令密碼為主要技術方法，保障醫療檔案在網絡傳輸中的安全及維護病人的隱私權。此外，應用數字認證協議，以電子識別方式驗證資格的“公共密匙基礎結構技術”將作為更可靠的方式推廣使用。另外，主服務器、備份服務器及前置服務器的相互備份，可以確保信息資料不會因火災、水淹等而造成損失。
　　2.5 影像科管理問題 醫院所有科室、所有人員都面臨著“以病人為中心”服務觀念的挑戰，包括提高醫療質量，改善服務態度，降低醫療成本和處處方便病人等方面。同時，醫學影像科作為占醫院固定資產1/3強的大科，無疑面臨著資源合理利用的衛生經濟學管理理念的挑戰。在這方面，國際放射學界已成立了專門的學術組織，專門研究醫學影像學的質量-效益關系。后者包括直接創收所得的經濟效益和科研、教學所取得的直接或間接效益，這些效益的取得，與現代影像學科的合理管理密不可分。傳統放射學由于設備及檢查手段單一，設備利用與人員分工相對簡單、易行�，F代影像學在新設備、新方法層出不窮的今天，必然帶來工作流程重新設計，人員和設備的重組與合理搭配，正確處理醫教研關系等方面的挑戰。工作流程的改變已如前述，相信經過一定時間的適應與磨練，不難完成。人員和設備的重組與合理搭配則成為影像學科的管理重點，管理恰當與否將直接影響科室建設和醫教研工作。目前，國內尚無成功模式可供借鑒，在設備方面，有分散 管理、自成一體者，如普通放射科、CT科、MR科等，也有各種設備統一集中管理者，尤以后者更具合理性。歐美發達國家則更以后一種模式居多，主要原因為影像設備統一管理與調配，有利于設備資源的充分利用和開發，有利于人力資源的合理配備，更有利于教學與科研。在醫療方面，設備相對集中，容易在院內形成“島式”效應，便于各科室病人的檢查。對同一病人，可在同一地點完成不同項目的檢查或治療，避免了病人的往返奔波。對疑難病人，可隨時、靈活使用適當的檢查方法進行鑒別診斷或檢測，如超急性腦梗死病人CT掃描陰性，可立即進行MRI檢查，若陽性，又可立即進入導管室行介入溶栓治療，之后可再進行MRI復查。在教學與科研方面，醫療設備的相對集中，利于按專業（而不是設備）進行影像科重組，利于教學與科研的開展及人才的培養。總之，數字化為醫學影像學帶來了質的飛躍，但同時也帶來了一些挑戰，如果能在觀念、制度、技術、服務和管理等方面有所創新，數字化將帶給我們無限的益處。

【醫學影像數字化進展與挑戰】相關文章：

阿莫西林的研究進展08-07

細胞凋亡與女性生殖研究進展08-28

我國高校數字化資源中心的建設06-11

數字化廣播電視技術探討05-10

優質護理服務實踐在普外科的進展06-11

淺析哌唑嗪臨床應用新進展06-13

淺析數字化教學資源與高校課程整合研究06-11

信息資源數字化傳輸中的權利形態08-03

數字化測繪技術在工程測量中的應用論文04-13

地表水水環境監測進展與問題論文04-25