醫學(xué)影像數字化進(jìn)展與挑戰

【關(guān)鍵詞】  放射學(xué)信息系統;計算機;述評
　�。坳P(guān)鍵詞］ 放射學(xué)信息系統;計算機;述評
　　倫琴發(fā)現X線(xiàn)為放射學(xué)的發(fā)展奠定了基礎，在其后的100余年中，隨著(zhù)各種新型成像技術(shù)不斷出現及改進(jìn)，放射學(xué)由單純的X線(xiàn)成像發(fā)展到包括CT、MRI、超聲、核醫學(xué)、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(shù)的現代影像學(xué)階段。成像技術(shù)的改進(jìn)，同時(shí)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(wèn)世，成為傳統放射學(xué)步入現代影像學(xué)時(shí)代的革命性標志，在其后的時(shí)期里逐漸出現了各種各樣的成像技術(shù)，但根本進(jìn)展為影像醫學(xué)的數字化，后者使得醫學(xué)影像學(xué)進(jìn)入了迅猛發(fā)展的時(shí)期。
　　1 醫學(xué)影像數字化進(jìn)展
　　1.1 CT技術(shù)進(jìn)展 CT是20世紀70年代初期發(fā)展起來(lái)的新型成像技術(shù)，主要特點(diǎn)是:橫切面、斷層、數字化圖像，徹底改變了近百年來(lái)傳統X線(xiàn)圖像結構重疊、信息單一的缺陷，使得成像技術(shù)和圖像讀取、分析方式發(fā)生了質(zhì)的變革。近30年來(lái)，CT的發(fā)展一直圍繞著(zhù)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(jìn)行。初期CT采用的是間歇式進(jìn)床步進(jìn)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(wèn)題為掃描速度慢，時(shí)間分辨率差及信息丟失、遺漏等缺陷�；�環(huán)技術(shù)的出現為螺旋掃描奠定了基礎，后者采取X線(xiàn)球管旋轉與進(jìn)床同步進(jìn)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(kāi)發(fā)出的雙層、四層、八層及當今最先進(jìn)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(yōu)點(diǎn)，使得以前不能行CT檢查的部位或器官，能夠進(jìn)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(shí)用價(jià)值的工具。多層CT的下一個(gè)換代產(chǎn)品將是采用平板探測器的容積CT（Vo- lume CT ），屆時(shí)CT將不再是單層或多層掃描，而是某個(gè)特定解剖范圍的整體掃描。
　　1.2 MR技術(shù)進(jìn)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(xué)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(jìn)展主要表現在電子學(xué)、梯度場(chǎng)和射頻場(chǎng)等方面，與此密切相關(guān)的脈沖序列和實(shí)時(shí)成像技術(shù)的發(fā) 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(jìn)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(shí)時(shí)成像等。實(shí)時(shí)成像是指在人體功能活動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行成像，可顯示人體功能活動(dòng)時(shí)組織結構的相應變化，即所謂MR透視，可進(jìn)行實(shí)時(shí)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(lài)法（BOLD）成像，通過(guò)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(chǎn)生信號對比。主要用于腦皮質(zhì)和脊髓功能定位，以確定腫瘤與中樞神經(jīng)功能區的關(guān)系。彌散成像反映分子水平水分子的運動(dòng)狀況，根據不同組織或病變內水分子彌散運動(dòng)的差別產(chǎn)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(lèi)型水腫（如血管源性、細胞毒性和間質(zhì)性水腫）、腫瘤、炎癥與梗死，以及白質(zhì)纖維束的走行。灌注成像通過(guò)測量血流通過(guò)時(shí)間（MTT）和腦血流容積（rCBV）等參數，以觀(guān)察毛細血管水平血流運動(dòng)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(guò)觀(guān)察病變區域代謝產(chǎn)物（如乳酸鹽、肌酐、膽堿等）的變化情況，分析病變的性質(zhì)。目前，本技術(shù)處于初期臨床應用階段。
　　1.3 常規X線(xiàn)技術(shù)進(jìn)展 常規X線(xiàn)檢查在現代醫學(xué)影像學(xué)中仍占有非常重要的地位，約占所有影像檢查的48%。近年來(lái)傳統X線(xiàn)檢查方法的主要進(jìn)展也是圖像數字化。在X線(xiàn)源不斷改進(jìn)的同時(shí)，通過(guò)改進(jìn)信息接收與處理技術(shù)，由過(guò)去的模擬數據輸出轉變?yōu)閿底只�輸出。數字化圖像的主要優(yōu)點(diǎn)為可進(jìn)行圖像后處理及網(wǎng)上傳輸與交流。模數轉換的方式包括:①傳統X線(xiàn)膠片經(jīng)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(jīng)模擬轉換后，以模擬信號輸出，如DSA;③CR，也稱(chēng)影像板放射成像技術(shù);④DR，也稱(chēng)電子成像板放射成像技術(shù)。后兩者為目前已廣泛應用的數字X線(xiàn)影像技術(shù)，也使得常規X線(xiàn)技術(shù)成為真正數字化圖像。
　　1.4 其他成像技術(shù) SPECT、PET及超聲等也已成為數字化成像技術(shù)，尤其是前二者是在CT基礎上發(fā)展起來(lái)的影像技術(shù)，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(diǎn)，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(shù) 前瞻性地將采集的多幅圖像處理為一幅圖像的技術(shù)，稱(chēng)為圖像融合技術(shù)。而將所采集的多幅圖像處理為一幅圖像的技術(shù)，稱(chēng)為圖像疊加技術(shù)�，F有的各種成像技術(shù)，所得圖像各有特點(diǎn)，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(jīng)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(yōu)點(diǎn)，克服了CT顯示病變敏感性低而PET顯示解剖結構差的缺點(diǎn)。目前，已有少量該型設備成功用于臨床。其他類(lèi)似的融合設備技術(shù)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(zhù)影像技術(shù)的進(jìn)展，尤其是能獲取大量數據信息的多層CT、MRI等先進(jìn)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(cháng)。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(mǎn)足臨床業(yè)務(wù)的需要，并可能成為阻礙醫院發(fā)展的“瓶頸”。因此，有必要使用一種全新的方式來(lái)管理、存儲、傳輸和使用這些信息。計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)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(shí)現平滑連接，通過(guò)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(zhì)量、無(wú)膠片化管理、克服時(shí)間及地域限制、模擬手術(shù)、甚至遠程會(huì )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(huán)節和醫院實(shí)現真正數字化的基礎。
　　2 影像數字化帶來(lái)的挑戰
　　2.1 思維方式變化 經(jīng)過(guò)百余年的發(fā)展，傳統放射學(xué)診斷已形成了固定的思維模式，即以X線(xiàn)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(tài)學(xué)改變?yōu)橐罁�。隨著(zhù)現代影像醫學(xué)的發(fā)展，影像學(xué)已由二維圖像轉變?yōu)槿�維圖像和動(dòng)態(tài)圖像，由單純診斷轉變?yōu)樵\斷加治療，由過(guò)去的大體、宏觀(guān)觀(guān)察轉變?yōu)楹暧^(guān)加微觀(guān)（細胞、亞細胞、分子水平）和流動(dòng)信息觀(guān)察，由過(guò)去單純的解剖學(xué)形態(tài)觀(guān)察轉變?yōu)榻馄市螒B(tài)加功能觀(guān)察，由真實(shí)影像轉變?yōu)檎鎸?shí)加虛擬影像，由單一科室轉變到全院、甚至通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)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(fā)生改變，必須同時(shí)兼顧宏觀(guān)與微觀(guān)、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)、結構與功能、形態(tài)與成分等分析。2.2 工作流程變化 影像診斷中，現代影像學(xué)檢查手段獲得的呈幾何級數增長(cháng)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(huì )有意或無(wú)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(wù)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(guān)片燈閱片方式。尤其是在需要反復對比多幅新老圖像時(shí)，使用多聯(lián)觀(guān)片燈最為簡(jiǎn)捷。使用PACS后，傳統的“觀(guān)片寫(xiě)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(jīng)處理后有用的資料經(jīng)PACS有效傳輸到相關(guān)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(zhù)力培養影像專(zhuān)業(yè)醫師盡快更新觀(guān)念和意識、增強網(wǎng)絡(luò )意識、重新組織影像科室的診斷作業(yè)流程。
　　2.3 影像檢查手段的合理使用與醫療費用問(wèn)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(guān)。傳統放射學(xué)主要基于X線(xiàn)檢查（如正位、側位平片），檢查手段單一、簡(jiǎn)單，耗時(shí)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(xiàn)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(guān)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(shí)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(dòng)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(lái)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(xiàn)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(shí)使用多序列、多方位檢查，將一次性產(chǎn)生幾百幅圖像。若病人同時(shí)應用CT、CR/DR或核素掃描，甚至CT、MRI三維掃描及重建，產(chǎn)生的圖像將更多。若病人因病需要多次復查，其產(chǎn)生的圖像及相關(guān)費用將難以想像。二是盡管PACS的實(shí)施使無(wú)膠片放射學(xué)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(xiàn)片”圖像將給診斷分析、攜帶及保存帶來(lái)困難。因此，檢查手段的合理使用與組合為現代醫學(xué)影像學(xué)所面臨的另一個(gè)挑戰，這要求影像科及臨床醫生必須熟知各種影像學(xué)檢查手段的適應證與禁忌證（即比較影像學(xué)），根據不同病變或同一病變的不同時(shí)期，采用最佳的影像學(xué)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(xué)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(dòng)態(tài)掃描、灌注成像、彌散成像等）。如此，可在充分滿(mǎn)足醫、教、研需要的同時(shí)，最大限度地縮短檢查時(shí)間，節省病人開(kāi)支，避免無(wú)謂的資源浪費。
　　2.4 保密性與安全性問(wèn)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(gè)問(wèn)題。雖然對醫院外而言它是一個(gè)內部封閉網(wǎng)，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(shù)方法，保障醫療檔案在網(wǎng)絡(luò )傳輸中的安全及維護病人的隱私權。此外，應用數字認證協(xié)議，以電子識別方式驗證資格的“公共密匙基礎結構技術(shù)”將作為更可靠的方式推廣使用。另外，主服務(wù)器、備份服務(wù)器及前置服務(wù)器的相互備份，可以確保信息資料不會(huì )因火災、水淹等而造成損失。
　　2.5 影像科管理問(wèn)題 醫院所有科室、所有人員都面臨著(zhù)“以病人為中心”服務(wù)觀(guān)念的挑戰，包括提高醫療質(zhì)量，改善服務(wù)態(tài)度，降低醫療成本和處處方便病人等方面。同時(shí)，醫學(xué)影像科作為占醫院固定資產(chǎn)1/3強的大科，無(wú)疑面臨著(zhù)資源合理利用的衛生經(jīng)濟學(xué)管理理念的挑戰。在這方面，國際放射學(xué)界已成立了專(zhuān)門(mén)的學(xué)術(shù)組織，專(zhuān)門(mén)研究醫學(xué)影像學(xué)的質(zhì)量-效益關(guān)系。后者包括直接創(chuàng )收所得的經(jīng)濟效益和科研、教學(xué)所取得的直接或間接效益，這些效益的取得，與現代影像學(xué)科的合理管理密不可分。傳統放射學(xué)由于設備及檢查手段單一，設備利用與人員分工相對簡(jiǎn)單、易行�，F代影像學(xué)在新設備、新方法層出不窮的今天，必然帶來(lái)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(guān)系等方面的挑戰。工作流程的改變已如前述，相信經(jīng)過(guò)一定時(shí)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(xué)科的管理重點(diǎn)，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(wú)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(fā)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(kāi)發(fā)，有利于人力資源的合理配備，更有利于教學(xué)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(diǎn)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(shí)、靈活使用適當的檢查方法進(jìn)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(jìn)行MRI檢查，若陽(yáng)性，又可立即進(jìn)入導管室行介入溶栓治療，之后可再進(jìn)行MRI復查。在教學(xué)與科研方面，醫療設備的相對集中，利于按專(zhuān)業(yè)（而不是設備）進(jìn)行影像科重組，利于教學(xué)與科研的開(kāi)展及人才的培養�？傊�，數字化為醫學(xué)影像學(xué)帶來(lái)了質(zhì)的飛躍，但同時(shí)也帶來(lái)了一些挑戰，如果能在觀(guān)念、制度、技術(shù)、服務(wù)和管理等方面有所創(chuàng )新，數字化將帶給我們無(wú)限的益處。

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