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醫(yī)學影像數(shù)字化進展與挑戰(zhàn)
【關鍵詞】 放射學信息系統(tǒng);計算機;述評�。坳P鍵詞］ 放射學信息系統(tǒng);計算機;述評
倫琴發(fā)現(xiàn)X線為放射學的發(fā)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(xiàn)及改進，放射學由單純的X線成像發(fā)展到包括CT、MRI、超聲、核醫(yī)學、計算機放射成像（CR）、數(shù)字放射成像（DR）等各種數(shù)字化成像技術的現(xiàn)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(zhàn)。20世紀70年代初期CT的問世，成為傳統(tǒng)放射學步入現(xiàn)代影像學時代的革命性標志，在其后的時期里逐漸出現(xiàn)了各種各樣的成像技術，但根本進展為影像醫(yī)學的數(shù)字化，后者使得醫(yī)學影像學進入了迅猛發(fā)展的時期。
1 醫(yī)學影像數(shù)字化進展
1.1 CT技術進展 CT是20世紀70年代初期發(fā)展起來的新型成像技術，主要特點是:橫切面、斷層、數(shù)字化圖像，徹底改變了近百年來傳統(tǒng)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(fā)生了質(zhì)的變革。近30年來，CT的發(fā)展一直圍繞著掃描速度（數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集范圍和方位）的和諧統(tǒng)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�；h(huán)技術的出現(xiàn)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(fā)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(xiàn)了成像速度快、圖像清晰度高、掃描范圍大的優(yōu)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(nèi)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(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)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(fā) 展，極大拓寬了檢查的適應證和檢查深度，除常規(guī)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(nèi)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(qū)的關系。彌散成像反映分子水平水分子的運動狀況，根據(jù)不同組織或病變內(nèi)水分子彌散運動的差別產(chǎn)生圖像對比，并可測量組織的彌散系數(shù)（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(zhì)性水腫）、腫瘤、炎癥與梗死，以及白質(zhì)纖維束的走行。灌注成像通過測量血流通過時間（MTT）和腦血流容積（rCBV）等參數(shù)，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(qū)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，本技術處于初期臨床應用階段。
1.3 常規(guī)X線技術進展 常規(guī)X線檢查在現(xiàn)代醫(yī)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(tǒng)X線檢查方法的主要進展也是圖像數(shù)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(shù)據(jù)輸出轉變?yōu)閿?shù)字化輸出。數(shù)字化圖像的主要優(yōu)點為可進行圖像后處理及網(wǎng)上傳輸與交流。模數(shù)轉換的方式包括:①傳統(tǒng)X線膠片經(jīng)掃描后變成數(shù)字圖像，但有數(shù)據(jù)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(shù)字X線影像技術，也使得常規(guī)X線技術成為真正數(shù)字化圖像。
1.4 其他成像技術 SPECT、PET及超聲等也已成為數(shù)字化成像技術，尤其是前二者是在CT基礎上發(fā)展起來的影像技術，在采集信息的手段上明顯有別于傳統(tǒng)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(xiàn)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(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，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(tǒng) 隨著影像技術的進展，尤其是能獲取大量數(shù)據(jù)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(shù)增長。若這些影像資料仍停留于原始的處理方式和傳統(tǒng)的管理方法上，已遠遠不能滿足臨床業(yè)務的需要，并可能成為阻礙醫(yī)院發(fā)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(wǎng)絡技術的圖像存儲與傳輸系統(tǒng)（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(tǒng)。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(tǒng)（RIS）及醫(yī)院信息系統(tǒng)（HIS）實現(xiàn)平滑連接，通過對圖像及文字的存儲、傳輸、調(diào)用等功能，達到院內(nèi)信息共享、提高診療效率與質(zhì)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(yī)院診斷鏈和治療鏈中最重要的環(huán)節(jié)和醫(yī)院實現(xiàn)真正數(shù)字化的基礎。
2 影像數(shù)字化帶來的挑戰(zhàn)
2.1 思維方式變化 經(jīng)過百余年的發(fā)展，傳統(tǒng)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(tài)學改變?yōu)橐罁?jù)。隨著現(xiàn)代影像醫(yī)學的發(fā)展，影像學已由二維圖像轉變?yōu)槿S圖像和動態(tài)圖像，由單純診斷轉變?yōu)樵\斷加治療，由過去的大體、宏觀觀察轉變?yōu)楹暧^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(tài)觀察轉變?yōu)榻馄市螒B(tài)加功能觀察，由真實影像轉變?yōu)檎鎸嵓犹摂M影像，由單一科室轉變到全院、甚至通過互聯(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(yī)師的診斷思維模式隨之發(fā)生改變，必須同時兼顧宏觀與微觀、靜態(tài)與動態(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(xiàn)代影像學檢查手段獲得的呈幾何級數(shù)增長的各種信息及PACS電子式“軟拷貝”取代了傳統(tǒng)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(shù)醫(yī)務人員對計算機操作并不十分熟練，特別是老一代的醫(yī)生，一般均習慣于 傳統(tǒng)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(lián)觀片燈最為簡捷。使用PACS后，傳統(tǒng)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(xiàn)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?shù)较嚓P科室的方式。這種工作流程的改變，也是對傳統(tǒng)方式的一種挑戰(zhàn)。因此，在這方面還應著力培養(yǎng)影像專業(yè)醫(yī)師盡快更新觀念和意識、增強網(wǎng)絡意識、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(yī)療費用問題 影像檢查消費與檢查所用設備、檢查內(nèi)容及方法等密切相關。傳統(tǒng)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(shù)據(jù)量明顯多于X線平片，但仍以二維斷層切面為依據(jù)，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(shù)字設備應用后，盡管其能在短時間內(nèi)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(zhàn)。一是如此大量的圖像若仍由傳統(tǒng)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(chǎn)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(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(xiàn)代醫(yī)學影像學所面臨的另一個挑戰(zhàn)，這要求影像科及臨床醫(yī)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(jù)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(yī)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(tài)掃描、灌注成像、彌散成像等）。如此，可在充分滿足醫(yī)、教、研需要的同時，最大限度地縮短檢查時間，節(jié)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(tǒng)，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(yī)院外而言它是一個內(nèi)部封閉網(wǎng)，但也存在醫(yī)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(yī)療檔案在網(wǎng)絡傳輸中的安全及維護病人的隱私權。此外，應用數(shù)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”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(yī)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(zhàn)，包括提高醫(yī)療質(zhì)量，改善服務態(tài)度，降低醫(yī)療成本和處處方便病人等方面。同時，醫(yī)學影像科作為占醫(yī)院固定資產(chǎn)1/3強的大科，無疑面臨著資源合理利用的衛(wèi)生經(jīng)濟學管理理念的挑戰(zhàn)。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(yī)學影像學的質(zhì)量-效益關系。后者包括直接創(chuàng)收所得的經(jīng)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(xiàn)代影像學科的合理管理密不可分。傳統(tǒng)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。現(xiàn)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(yī)教研關系等方面的挑戰(zhàn)。工作流程的改變已如前述，相信經(jīng)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(yī)教研工作。目前，國內(nèi)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(tǒng)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(tǒng)一管理與調(diào)配，有利于設備資源的充分利用和開發(fā)，有利于人力資源的合理配備，更有利于教學與科研。在醫(yī)療方面，設備相對集中，容易在院內(nèi)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?shù)臋z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(yī)療設備的相對集中，利于按專業(yè)（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(yǎng)。總之，數(shù)字化為醫(yī)學影像學帶來了質(zhì)的飛躍，但同時也帶來了一些挑戰(zhàn)，如果能在觀念、制度、技術、服務和管理等方面有所創(chuàng)新，數(shù)字化將帶給我們無限的益處。
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