CAD技术在医学信息化发展中的应用介绍

董 默，赵若晗，周志尊，于广浩，陈广新，吴 丹，彭钰欣

（牡丹江医学院 医学影像学院，黑龙江 牡丹江 157000）

0 引言

21世纪是信息化的时代，计算机这个可以代表科技高速发展的技术在各个领域均发挥着越来越重要的作用，尤其在医学领域。计算机辅助技术在各行各业如火如荼的发展起来。它将世界引入了一个新的信息时代，现代医学也正是在这大环境下发展起来，它与现代信息技术的交融，形成了其独有的特点。计算机由于它的大存储性、精确性、高速率传输能力等优点使得当代的医学可以更好的为人类的生命健康服务。

CAD正是在这一大背景下提出的概念，CAD（computer-aided diagnosis and detection）技术的具体定义是指：通过影像学、医学图像处理技术以及其他可能的生理、生化手段，结合计算机的分析计算，辅助影像科医师发现病灶，提高诊断的准确率[1-2]。目前常说的 CAD技术主要是指利用计算机强大的能力（存储、传输、运算等）辅助医学中的方方方面面，如影像学、临床、医院信息化等。其包括的分支很多，不同的分支下说法也很多，如我们了解的计算机辅助检测、计算机辅助手术、计算机辅助识别、计算机辅助诊断等等。随着计算机技术的进一步发展，将来势必会有更多的计算机辅助手段产生，本文针对目前较为流行的计算机辅助方式进行总结，主要包括CAD在影像后处理、临床及医疗信息化中的应用，以帮助读者对CAD技术有深层次的理解。

1 CAD在医学影像后处理中的应用

医学影像后处理是指通过综合运用计算机图像处理技术，医学知识，将由各种数字化成像技术（X射线，CT，MRI，PET等）所获得的人体信息按照一定的需要在计算机上直观地表现出来，使之满足医疗需要的一系列技术的总称[6-8]。尽管影像设备可以为临床疾病的诊断提供了极大方便，但由于条件限制，在更多的情况下影像或是临床医生仍是依据现代影象提供的形态信息，依据自身的临床经验做出诊断。由于病人和医生的个体差异不免会产生判断的失误，因此借助于强大的计算机，有了及其重要的意义。

首先，利用CAD技术能够弥补影像设备在成像上的不足，提供用传统手段无法获得的解剖学信息甚至病理生理学信息，让医生从传统的依靠经验变成更为精确的计算机诊断。其次，提供医生定量分析的工具以便更准确地诊断疾病的发展程度。目前为止，CAD技术已不单纯完成简单的观察测量等，它还可以完成三维重建、图像分割/融合配准等相当多的功能。

CAD技术在医学影像后处理中的应用从功能上可以分为辅助观察和辅助检测两个大的方面。辅助观察通过向医生提供更多的观察方式，给医生更多的参考，有利于医生更加快速地做出正确的诊断。目前较为流行的的辅助观察技术包括：多平面重建、曲面重建、表面遮盖显示、最大、小密度投影、容积再现、虚拟内窥等。辅助检测技术协助医生获取一定的诊断建议[4]。在当今的医学影像后处理中，CAD技术主要应用于以下场景：

（1）乳腺肿块的检测

（2）肺结节的检测

（3）肺动脉柱塞的检测

（4）间质性肺病的检测

（5）慢性阻塞性肺病的检测

（6）心脏CT图像中富脂肪斑块的检测

（7）肝脏肿瘤的检测

（8）结肠腺肿瘤的检测

2 CAD在临床中的应用

CAD技术在临床中的应用主要体现在医学图像信息在诊断中的作用，图像信息是近年来发展迅速的技术，代表如：电子内窥镜图像、术中多种设备成像，医生在手术的过程中实时参考提供的计算机图像，更精确的完成手术任务等。除此之外，另一个临床中的重大应用为器官、骨骼等三维重建技术。目前，关于三维重建技术已经取得了一定的进展，人工关节置换等应用也逐步发展起来。CAD技术不仅提高了医学临床诊断水平，也为医学研究与教学、计算机辅助临床外科手术等提供了必要的支持[3]。

（1）计算机辅助外科手术技术：利用 CAD提供的图像技术对原始图像进行处理，提高原始图像的清晰度，三维重建可以进一步提供了病体的空间位置、大小、几何形状，以及病灶及其周围组织的三维空间关系，这些都可以让外科医师的诊断和操作更加准确，增强了手术的精确度、准确度和安全性。

（2）计算机辅助交叉韧带重建：交叉韧带的重建耗时，危险性大，需要有特别高的精确性来完成，利用 CAD技术可提高前交叉韧带重建中隧道位置的准确性，完善手术评估，减少手术并发症，缩短医生培训时间，大大提高诊断和治疗的效率。

（3）骨科的应用：辅助设计和模拟人工关节置换术，迄今为止，该技术已广泛应用于脊柱外科、髋膝关节置换、骨盆骨折等方面[2]。

（4）颅颌面畸形处理种的应用：可以直观立体的分析骨折、缺损处，从而取得良好模拟装配和手术修复的最佳效果[1]。

3 CAD在医疗信息化中的应用

3.1 计算机决策系统

计算机决策系统是近年来新兴的一种辅助医生的有效技术，其原理是通过医生和计算机工作者相结合，运用数学建模、运算、模糊数学、概率统计等其他人工智能技术，在计算机实时计算相应数据，对病人的信息进行处理，提出诊断意见和治疗方案。利用计算机辅助决策系统可以大大帮助医生缩短诊断时间，同时减少医生的疏漏，降低医生工作时间，减少g工作强度，同时结合其他专家诊治意见，以最快的效率做出诊断，提出治疗方案。

3.2 计算机与图像识别技术

现代医学临床诊断中对医学图像依赖程度越来越高，上文CAD在临床中的应用部分已经介绍过，图像信息技术不仅在临床应用中应用广泛，图像识别技术可以取代人工做许多工作。通常情况下，医学图像分为一维和多维，心电、脑电信号等属于一维图像，而常见的X线、MRI等属于多维图像，这类图像在空间分布。无论是一维或是多维，在医学领域中有大量的图像需要处理和识别，以往情况都是用人工方式进行，往往利用医生的经验对图像进行判断和综合分析，但效率和准确性均不稳定。利用计算机高运行速度、高运算精度、存储大容量的特点，尤其是有一些特殊的医学图像，如脑电图，单单凭人工观察分析，得出结论较少，很多信息不能提取。若是利用计算机可作复杂的计算，模拟，获取更多有用的信息。总之，图像识别技术还在不断的发展当中，有更多的识别算法还在不断的完善，势必为医疗诊断提供有效的帮助。

3.3 医院信息系统

医院信息管理系统已经在我国的大中型医院中普及开来，其优点和好处自然不用多说，随着计算机技术的发展，医院信息系统的功能也在不断完善，目前为止医院信息系统具有以下功能：收集、处理、分析、储存和传递医疗信息管理、健康检查登记、药房和药库管理、病人结帐和出院、医疗辅助诊断决策、医学图书资料检索、教育和训练、会诊和转院、统计分析、实验室自动化等。

3.4 计算机与远程医疗

远程医疗是指应用通信和信息处理技术，跨越空间的限制，远距离地传递声音、数据、文件、图片的医疗系统，形成了集医疗、保健、教学、科研、信息一体化的网络体系[5]。远程医疗通常由以下几部分内容组成：远程医学信息服务、远程会诊、远程护理、远程教育、医疗咨询、预约服务等项目。在过去，限制远程医疗最为严重的问题时信息传输速率及通信网络搭建的问题，随着光纤技术的发展，计算机信息传输的速率已经达到了满足远程医疗系统的要求，同时在安全性上，目前的网络传输已经能够保证传输信息的加密等一系列问题。因此远程医疗在近年来呈现迅猛发展的势头，而其不仅仅在国内间，国际之间的远程医疗也在快速发展中，这将为全世界的医疗事业发展提供有效的帮助。

3.5 医学图像存储与传输系统（PACS）

医学图像存储与传输系统也近二十年来发展的代表产物，是临床医学、医学影像学、数字化图像技术与计算机技术、网络通信技术相结合的产物。近年来 PACS系统不仅仅应用在医院中，其在教育事业发展中也起到了举足轻重的作用，很多国内医学高校均安装了 PACS系统，将其附属医院的影像信息供学生学习，提高了学生的综合素质，与此同时 PACS系统结合远程医疗、计算机图像识别技术等更好的实现了医疗资源共享，帮助医院提高了效益，为病患提供了更好的医疗服务。

4 总结

CAD技术的发展目前而言虽然已经取得了一定的成绩，但是随着计算机技术的高速发展，其上升空间也会很可观。总体而言，CAD目前还处于研究的初步应用阶段，检出和预测效能以及临床应用流程均有待进一步探索。CAD技术制约的条件笔者认为是缺乏既懂计算机技术相关知识又了解一定医学知识的人才，这部分人才，如生物医学工程专业学生在我国的发展情况不是很理想，照国外有一定的差距。计算机发展的速度是不会减慢的，如何将更多的 CAD技术应用于医学当中是今后发展的重点。总之，CAD是一个跨学科的研究领域，积极推动CAD发展将会促进多领域多学科的发展[1]。

参考文献

[1] 程勇, 陈卫国. 医学影像CAD的研究和应用[J]. 医疗信息设备, 2006, 21(1): 24-27.

[2] 高歌等. 计算机辅助诊断在医学影像诊断中的基本原理和应用进展[J]. 放射学实践. , 2016, 31(12): 1127-1129.

[3] 周志尊, 孙璐等. CT与MRI融合技术的颅内肿瘤应用研究[J]. 软件, 2017, 38(5): 34-38.

[4] 郑光远等. 医学影像计算机辅助检测与诊断系统综述[J].软件学报, 2018, 29(5)

[5] 刘延彤, 李茂星, 叶建军. 计算机辅助诊断在医学影像诊断中的新进展[J]. 西北国防医学杂志, 2006, 27(6):450-451.

[6] 于甬华等. 计算机辅助诊断在医学影像学领域的研究进展[J]. 生物医学工程研究, 2005, 24: 133-136.

[7] 康晓东. 医学影像图像处理[M]. 北京: 人民卫生出版社,2009.

[8] 聂东升, 邱剑锋, 郑建立. 医学图像处理[M]. 上海: 复旦大学出版社, 2014.

[9] 董默, 苏奎, 周志尊, 周鸿锁. 生物医学工程专业《医学图像处理》实践教学改革[J]. 软件, 2017, 38(2): 37-41.