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数字化进展范文

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第1篇

1 数字化外科技术的概况

数字化外科学是以医学影像学及解剖学为基础,将三维重建、计算机辅助设计和制造、计算机导航系统等相关的数字化技术应用于临床外科,将二维图像或结构光测量数据转化为三维立体测量分析,从而精确地辅助及模拟手术设计。数字化技术最初应用于骨科、神经外科等。1983年,Hemmy等[1]首次将三维重建技术应用于颅颌面外科,开启了数字化技术在颅颌面应用的先河。随着计算机技术的发展,计算机辅助设计和制造技术(CAD/CAM)也被应用于颅颌面外科。1986年,Mankovich[2]首次以虚拟头颅三维重建技术为基础,将计算机辅助铸造出的硅胶用于眶颧骨缺损的病例中。随着数控加工技术日益成熟,快速成型技术(Rapid prototyping tecnology,简称RP技术)问世。1991年,RP技术中光固定化立体造型(SLA)在维也纳首次被引入口腔颌面外科的临床应用。20世纪90年代,计算机辅助手术技术开始应用于颅颌面外科,1991年,Atobelli等[3]在计算机生成的三维图像上模拟了颅面整形手术。近几年,3D摄影、手术导航系统、医学智能机器人等新型技术在国内外颅颌面临床开始应用[4-6]。

2 数字化外科技术的组成

2.1三维重建技术:三维重建技术是在二维CT图像数据的基础上,利用计算机技术将其转化为模拟数据输出为三维立体图像,从而准确地显示解剖结构与病变的空间位置、大小、几何形状以及与周围组织结构的空间关系,为颅颌面外科的畸形修复和颜面整形提供了更为精确且量化的模拟。1979年,Herman 等[7]报道了人体器官及骨组织的三维重建技术,将数字化技术引入外科学。20世纪80年代至90年代,三维重建技术迅速发展。1984年,Marsh[8]利用三维CT重建技术进行了颅眶整复手术的模拟设计;1986年至1989年,建立起基于CT 影像资料的计算机辅助颅颌面外科手术三维模拟设计系统[9-10]。1995年,Gulyas 等[11]提出了应用数字化三维技术进行颅颌面外科手术设计的理念。近年来,三维重建技术在颅颌面外科的应用已不仅局限于硬组织,颅面部的三维重建可从组织结构进行细致的分层显示,将面部皮肤、皮下浅筋膜、面部血管神经等逐层显示出来[12-13]。三维重建技术是数字化外科的基本技术,为模拟外科提供了重要的方法。

2.2计算机辅助设计技术(CAD)和计算机辅助制造技术(CAM):计算机辅助设计技术是数字化外科的核心,利用CT扫描得到的对颅面部解剖结构的虚拟数据,在三维编辑软件环境下,对数据进行各种处理,完成数字化三维重建。其组成包括:镜像技术、有限元分析、自由曲面构建技术、数据分割技术、数据构建技术、图像配准技术、差值分析技术等。应用计算机辅助设计软件可对颅面骨进行三维重建,在PC机上完成颅面骨虚拟切割和移动,使复杂手术的模拟成为可能并预测术后效果。很多学者将计算机辅助设计及制造技术应用于颌面骨缺损修复、畸形修复以及颌面牵引成骨,均取得了良好效果[14-17]。

计算机辅助制造技术(CAM)以快速成型技术(简称RP技术)为代表。快速成型技术是20世纪80年代后期发展起来的新型工业制造,它以光敏树脂为原料将计算机辅助设计零件(CAD)模型通过软件分层离散和数据成型系统重新分层、逐层叠加,完成填充物的轮廓编辑和成型,从而制造出三维实体模型,其中SLA方法是目前快速成型技术领域中研究最多且技术上最为成熟的方法。SLA工艺成型的零件精度较高,加工精度可达到0.1mm,原材料利用率近100%。在颅颌面外科,在CT扫描数据基础上运用快速成型技术制作的三维头颅模型能直观、真实、立体、精确地显示颅面部的三维解剖结构及空间关系,在此基础上可进行精确的测量和准确的临床诊断,为制定合理的手术治疗计划提供重要依据。同时,术前可在三维头颅模型上进行手术设计、模拟操作并预制个性化修复体进行填充。

2.3计算机辅助手术模拟(Computer Assisted Surgery Simulation,CASS):计算机辅助手术模拟是虚拟手术的一种,是基于各种医学影像数据运用计算机图形学与虚拟现实来模拟、指导手术,使复杂精确的手术成为可能。对于颅颌面外科而言,准确的术前设计是手术成功的保证,因而建立基于CT的三维图像的虚拟现实外科计划、模拟系统的计算机系统工作站对颅颌面外科有重大意义。近年来,CASS开始应用于颅颌面复杂畸形和创伤患者的治疗修复并取得了良好的效果[18-20]。

2.4计算机辅助导航系统(computer assisted navigation system, CANS):计算机辅助导航系统是计算机辅助外科技术的重要组成部分。计算机辅助导航系统是将计算机处理的三维模型与实际手术进行交互,通过红外线或者激光对手术器械位置的追踪,最大可能地提供术区信息,属于计算机增强现实。其基本操作步骤包括获得术前三维图像、制定手术方案、模拟手术和术中注册导航。计算机导航的优点:①定位确切,使手术更为精准,提高手术成功率;②将三维模型与手术部位准确匹配,实施个体化手术方案;③避开重要解剖结构,使手术更为安全,减少术后并发症;④辅助教学和远程医疗[21]。导航系统的精确度主要受系统本身误差、影像资料的准确性、术中组织移位等因素的影响[22]。

2.5数字化新技术: 已被证实,机器人手臂可以完成复杂的手术轨道切割[23]。随着术中导航系统的成熟,出现了比机器人手臂更为完善的手术机器人辅助系统,可获得比外科医生手术操作更为准确的精度,如用于颅内植入定位[24-25]。迄今为止,相关机电研究为手术机器人辅助系统进入临床提供了坚实的基础,但是在术中应用的安全性还需进一步被证实[26]。

3 数字化技术在颅颌面外科治疗中的应用

颅颌面外科是法国整形外科专家Tessier教授于20世纪60年代后期创立的一门新兴学科。它通过特殊的截骨和植骨方法将颅颌面骨分块移动,按照整形修复原则重新排列组合与固定,从根本上矫正各种严重的颅颌面畸形[27]。颅颌面肿瘤、外伤和畸形经常导致严重的咀嚼功能障碍和面部轮廓损坏,显著降低患者的生活质量。然而,畸形的颅面骨是立体多面且不完全规则的,X片和CT的二维图像不能对三维结构进行立体呈现和定量测定,导致受损及畸形骨的复位缺乏准确性,通常很难恢复预期的面部形态。对于外科医生而言,提高颅颌面缺损和畸形患者的术后效果仍然是一个挑战。把数字化技术应用于外科诊断和治疗中,可以帮助解决这个问题[28]。

3.1在颅颌面肿瘤中的应用:数字化技术在颅颌面肿瘤的评估、手术切除和术后修复中均有重大帮助。一些学者应用三维数字立体摄影测量技术评估患侵袭性纤维瘤病的儿童进行下颌骨节段性切除术后2年内的面部发育情况,认为三维数字立体摄影测量是一种客观、量化的监测面部增长的无创性方法[29]。Lübbers等[30]为一个巨大额骨和颞骨骨母细胞瘤的患者进行术前虚拟规划,运用镜像技术和导航系统在术中切除病灶,同时利用自体颅骨根据健侧重建患侧,术后效果良好,为复杂的颅颌面肿瘤手术提供了新方法。近年来,国内不少学者也将数字化技术应用在颅颌面肿瘤并取得了很好效果。一些学者对14例颧上颌骨骨纤维异常增殖症的患者进行术前颅面骨三维重建,运用镜像技术精确标记需要切除的骨量,术中导航系统指导病变骨的切除,每例患者术后效果与预先估计值最大差异小于2mm[31]。此外,数字化技术在颅骨缺损修复也有应用。数字化三维颅骨成形技术应用在Ⅰ期颅骨修补术,提高颅骨塑形的精确度,减少颅骨修补术后的并发症和缩短手术时间[32]。

3.2在颅颌面外伤中的应用:在颅颌面外伤中,眶颧骨折占很大比例。眼眶重建修复最大的困难在于眼眶周边结构复杂,血管神经丰富,要精确恢复病前的眼眶骨性轮廓和恢复眼外肌功能是临床的一个难点。传统的手术虽然行之有效,但却会给患者留下外观上的缺陷。国外一些学者将术前手术模拟和术中导航相结合,对外伤导致的单侧眼眶畸形进行修复重建,解剖学复位精度高,但由于软组织限制导致的继发畸形并未完全克服。结果提示,术前模拟手术和术中导航可为复杂的眶壁修复提供有益的指导[33]。国内有学者研究表明,计算机辅助导航外科有助于提高颅颌面陈旧性骨折的复位精度[34]。一些学者运用镜像技术制作眶颧骨折患者的三维头颅模型,并在模型上对钛网进行解剖塑形,修复眶壁缺损的准确性比预成钛网更高[35]。此外,SLA模型在颅骨缺损的修复中也有着广泛应用。一些学者应用光学三维成像和快速成型技术对比例越过面中线的颌面大面积缺损进行假体移植,证实虚拟移植用于保留眼结构的大面积颌面部缺损修复是可行的[36]。

3.3在颅颌面畸形方面的应用: 颅颌面畸形修复手术包括了对先天及后天因素导致头面畸形的矫治。手术成功与否不仅取决于手术操作,在很大程度上也取决于精确的手术方案[37-39]。传统的手术在石膏模型上模拟手术截骨轨迹,这对于要求高精度的复杂颅颌面畸形手术是巨大限制,于是开始有学者运用三维计算机手术模拟(CASS)进行颅颌面手术术前设计[40]。一些学者收集12例颅颌面畸形患者,为其制造三维颅骨模型,并进行两次模拟手术:在CASS辅助下进行模拟手术和传统手术。术后从颅面整体骨骼矫正以及上颌、下颌、颏的矫正水平分别进行统计学评估。结果表明,运用CASS取得的手术效果明显优于传统方法,术者应用CASS能更好地矫正偏牙合畸形,恢复下颌骨的对称性[41]。Malis等[42]在术中导航的辅助下对颞下颌关节强直患者进行了精确的截骨术和假体置入,完成了全颞下颌关节置换术,术后效果良好。

3.4在颅颌面外科其他领域的应用: 一些学者使用3D立体摄影或3D软件进行颅颌面术前与术后软组织的评估,以及软组织的变化和正颌手术复发的客观评价[43-44]。一些学者运用三维电脑断层数据的体积和表面积分析可精确评估冠突的大小,为冠突肥大的临床诊断和治疗提供了帮助[45]。

4 展望

数字化技术可为复杂的颅颌面畸形提供准确的诊断及合理有效的治疗方案。近年来,有关颅颌面外科术前三维重建及术中导航应用的研究激增,但数字化技术需要基本的设备和软件,花费的时间比较多,使用成本也较高,临床推广有一定限制。另外,很多医生对数字化外科的熟悉程度不够,很难将其灵活运用于临床,远期的评估及相关的收益分析也有待进一步研究。这需要计算机、机电和医学等多方面人才的共同努力,才能将数字化技术的优势在颅颌面外科充分发挥。

[参考文献]

[1]Hemmy DC,David DJ,Herman GT.Three-dimensional reconst ruction of craniof acial deformity using computed tomography[J].Neurosurgery,1983,13(5):534-541.

[2]Mankovich NJ,Curtis DA,Kagawa T,et parison of computer-based fabrication of alloplastic cranial implants with conventional techniques[J].Prosthet Dent,1986,55(5):606-609.

[3]Altobelli DE,Kikinis R,Mulliken JB,et puter-assisted three-dimensioal planing in craniofacial surgery[J].Plast Recondstr Surg,1993,92(4):576-585.

[4]Heike CL,Upson K,Stuhaug E,et al.3D digital stereophotogrammetry:a pratical guide to facial image acquisition[J].Head Face Med,2010,28:18.

[5]Rana M,Essig H,Eckardt AM,et al.Advances and innovations in computer-assisted head and neck oncologic surgery[J].J Craniofac Surg,2012,23(1):272-278.

[6]Bast P,Popovic A,Wu T,et al.Robot- and computer-assisted craniotomy: resection planning, implant modelling and robot safety[J].Int J Med Robot,2006,2(2):168-178.

[7]Herman GT,Lin HK.Three-dimensional display of human organs from computed tomograms[J].Comput Graph Proc,1979,9:1-21.

[8]Vannier MW,Marsh JL,Warren JO.Three-dimensional CT reconstruction images for craniofacial surgical planning and evaluation[J].Radiology,1984,150(1):179-184.

[9]Marsh JL,Vannier MW,Bresina S,et al.Applications of computer graphics in craniofacial surgery[J].Clin Plast Surg,1986,13(3):441-448.

[10]McEwan CN,Fukuta K.Recent advances in medical imaging:surgery planning and simulation[J].World J Surg,1989,13(4):343-348.

[11]Gulyas G,Pulay G,Volant M,et al.Cranioplasty using computer-designed implants(preliminary report[J].Ory Hetil,1995,136(44):2393-2397.

[12]Girod S,Keeve E,Girod B.Advances in interactive craniofacial surgery planning by 3D simulation and visualization[J].Int J Oral Maxillofac surg,1995,24(1):120-125.

[13]Tanna N,Wan DC,Kawamoto HK,et al.Craniofacial microsomiasoft-tissue reconstruction comparison: inframammary extended circumflex scapular flap versus serial fat grafting[J].Plast Reconstr Surg,2011,127(2):802-811.

[14]归来,夏德林,张智勇,等.三维模型技术在颅面创伤修复中的应用[J].中华创伤杂志,2004,20(4):213-216.

[15]归来,左锋,张智勇,等.颅骨缺损的个性化修复[J].中华整形外科杂志,2004,20(2):98-100.

[16]Robiony M.Distraction osteogenesis:a method to improve facial balance in asymmetric patients[J].J Craniofac Surg,2010,21(2):508-512.

[17]Edwards puter-assisted craniomaxillofacial surgery[J].Oral Maxillofac Surg Clin North Am,2010,22(1):117-134.

[18]Xia JJ,Gateno J,Teichgraeber JF,et al.Accuracy of the computer-aided surgical simulation (CASS) system in the treatment of patients with complex craniomaxillofacial deformity: A pilot study[J].J Oral Maxillofac Surg,2007,65(2):248-254.

[19]Gateno J,Xia JJ,Teichgraeber JF,et al.Clinical feasibility of computer-aided surgical simulation (CASS) in the treatment of complex cranio-maxillofacial deformities[J].J Oral Maxillofac Surg,2007,65(4):728-734.

[20]Gateno J,Xia JJ,Teichgraeber JF.New Methods to Evaluate Craniofacial Deformity and to Plan Surgical Correction[J].Semin Orthod,2011,17(3):225-234.

[21]张诗雷,张志愿,沈国芳.计算机及三维导航技术辅助外科手术的应用进展[J].中国口腔颌面外科杂志,2004,2(3):187-190.

[22]Iseki H,Muragaki Y,Nakamura R,et al.Intelligent operating theater using intraoperative open-MR [J]. Magn Reson Med Sci,2005,4(3):129-136.

[23]Korb W,Engel D,Boesecke R,et al.Development and first patient trial of a surgical robot for complex trajectory milling[J].Comput Aided Surg,2003,8(5):247-256.

[24]Askara,Bumm K,Federspil PA,et al.Update on computer- and mechatronic-assisted head and neck surgery in Germany[J].HNO,2008,56(9):908-915.

[25]Klein M,Hein A,Lueth T,et al.Robot-assisted placement of craniofacial implants[J].Int J Oral Maxillofac Implants,2003,18(5):712-718.

[26]Bast P,Popovic A,Wu T,et al.Robot and computer-assisted craniotomy: resection planning, implant modelling and robot safety[J].Int J Med Robot,2006,2(2):168-178.

[27]归来,宋业光.颅颌面外科创立30 周年回顾[J].中华整形外科杂志,1997,13(6):403-406.

[28]Wang LY,Du HM,Zhang G,et al.The application of digital surgical diagnosis and treatment technology: a promising strategy for surgical reconstruction of craniomaxillofacial defect and deformity[J]. Med Hypotheses,2011,77(6):1004-1005.

[29]Chung HK,Sherif GK,Jim W,et al.New method for analysis of facial growth in a pediatric reconstructed mandible[J].Am J Orthod Dentofac Orthop,2011,139(4):285-290.

[30]Lübbers HT,Jacobsen C,K?nü D,et al.Surgical navigation in cranio-maxillofacial surgery: an evaluation on a child with a cranio-facio-orbital tumour[J].Br J Oral Maxillofac Surg,2011,49(7):532-537.

[31]Wang X,Lin Y,Yu H,et al.Image-guided navigation in optimizing surgical management of craniomaxillofacial fibrous dysplasia[J].J Craniofac Surg,2011,22(5):1552-1556.

[32]唐 凯,林晓风,郭文龙,等.数字化三维颅骨成形技术在Ⅰ期颅骨修补术中的临床应用[J].中国微侵袭神经外科杂志,2010,15(8):355-356.

[33]Bryan Bell,Michael puter-Assisted Planning,Stereolithog raphic Modeling,and Intraoperative Navigation for Complex Orbital Reconstruction: A Descriptive Study in a Preliminary Cohort[J].J Oral Maxillofac Surg,2009,67(12):2559-2570.

[34]沈国芳,于洪波,张诗雷,等.计算机辅助导航系统在颌面部陈旧性骨折治疗中的应用[J].中国口腔颌面外科杂志,2009,7(3):195-199.

[35]何冬梅,李政康,范先群,等.计算机辅助导航系统和个体化三维钛网在陈旧性眶颧骨折治疗中的应用[J].中国口腔颌面外科杂志,2011,9(2):143-150.

[36]Feng ZH,Dong Y,Bai SZ,et al.Virtual transplantation in designing a facial prosthesis for extensive maxillofacial defects that cross the facial midline using computer-assisted technology[J].Int J Prosthodont,2010,23(6):513-520.

[37]Gateno J,Xia JJ,Teichgraeber JF,et al.Clinical feasibility of computer-aided surgical simulation (CASS) in the treatment of complex craniomaxillofacial deformities[J].J Oral Maxillofac Surg,2007,65(4):728-734.

[38]Santler G.3-D COSMOS: A new 3-D model based computerised operation simulation and navigation system[J].J Maxillofac Surg,2000,28(5):287-293.

[39]Swennen GR,Barth EL,Eulzer C,et al.The use of a new 3D splint and double CT scan procedure to obtain an accurate anatomic virtual augmented model of the skull[J].Int J Oral Maxillofac Surg,2007,36(2):146-152.

[40]Xia JJ,Gateno J,Teichgraeber JF.New clinical protocol to evaluate craniomaxillofacial deformity and plan surgical correction[J].J Oral Maxillofac Surg,2009,67(10):2093-2106.

[41]Xia JJ,Shevchenko L,Gateno J,et al.Outcome study of computer-aided surgical simulation in the treatment of patients with craniomaxillofacial deformities[J].J Oral Maxillofac Surg,2011,69(7):2014-2024.

[42]Malis DD,Xia JJ,Gateno J,et al.New protocol for 1-stage treatment of temporomandibular joint ankylosis using surgical navigation [J].J Oral Maxillofac Surg,2007,65(9):1843-1848.

[43]Hajeer MY,Ayoub AF,Millett DT.Three-dimensional assessment of facial soft-tissue asymmetry before and after orthognathic surgery[J].Br J Oral Maxillofac Surg,2004,42(5):396-404.

[44]Sykes JM,Amin SH,Hatcher DC,et al.3D analysis of dentofacial deformities: a new model for clinical application[J].Facial Plast Surg Clin North Am,2011,19(4):767-771.

第2篇

[关键词] 放射学信息系统;计算机;述评

伦琴发现X线为放射学的发展奠定了基础,在其后的100余年中,随着各种新型成像技术不断出现及改进,放射学由单纯的X线成像发展到包括CT、MRI、超声、核医学、计算机放射成像(CR)、数字放射成像(DR)等各种数字化成像技术的现代影像学阶段。成像技术的改进,同时也引起了包括思维模式、工作流程、管理方式等一系列改变与挑战。20世纪70年代初期CT的问世,成为传统放射学步入现代影像学时代的革命性标志,在其后的时期里逐渐出现了各种各样的成像技术,但根本进展为影像医学的数字化,后者使得医学影像学进入了迅猛发展的时期。

1 医学影像数字化进展

1.1 CT技术进展 CT是20世纪70年代初期发展起来的新型成像技术,主要特点是:横切面、断层、数字化图像,彻底改变了近百年来传统X线图像结构重叠、信息单一的缺陷,使得成像技术和图像读取、分析方式发生了质的变革。近30年来,CT的发展一直围绕着扫描速度(数据采集速度)、图像清晰度(空间分辨率和密度分辨率)及扫描范围(数据采集范围和方位)的和谐统一而进行。初期CT采用的是间歇式进床步进式扫描的单纯层面成像方式,主要机型为常用的第1~3代CT,存在的主要问题为扫描速度慢,时间分辨率差及信息丢失、遗漏等缺陷。滑环技术的出现为螺旋扫描奠定了基础,后者采取X线球管旋转与进床同步进行的扫描方式,解决了扫描速度、图像清晰度与扫描范围之间的矛盾,使得三者得到了完善的结合。在此基础上相继开发出的双层、四层、八层及当今最先进的六十四层CT,则更加体现了成像速度快、图像清晰度高、扫描范围大的优点,使得以前不能行CT检查的部位或器官,能够进行CT检查,极大拓展了CT的应用范围,如血管成像、三维成像(仿真内窥镜)、灌注成像及心脏成像等,为活体检查提供了极具实用价值的工具。多层CT的下一个换代产品将是采用平板探测器的容积CT(Vo- lume CT ),届时CT将不再是单层或多层扫描,而是某个特定解剖范围的整体扫描。

1.2 MR技术进展 MRI自20世纪80年代中期应用于临床后,已成为现代影像学的重要成像手段之一。就成像速度、图像清晰度及临床应用范围而言,MRI进展主要表现在电子学、梯度场和射频场等方面,与此密切相关的脉冲序列和实时成像技术的发 展,极大拓宽了检查的适应证和检查深度,除常规的二维和三维成像功能外,还可进行MR血管造影(MRA)、弥散(dif-fusion)、灌注(perfusion)、功能成像(fMRI)、MR波谱分析(MRS)、显微成像及实时成像等。实时成像是指在人体功能活动的同时进行成像,可显示人体功能活动时组织结构的相应变化,即所谓MR透视,可进行实时血管造影、心脏成像、介入检查和其他功能成像。fMRI目前主要利用血氧水平依赖法(BOLD)成像,通过检测组织内血氧代谢变化(含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白)而产生信号对比。主要用于脑皮质和脊髓功能定位,以确定肿瘤与中枢神经功能区的关系。弥散成像反映分子水平水分子的运动状况,根据不同组织或病变内水分子弥散运动的差别产生图像对比,并可测量组织的弥散系数(ADC值),主要用于鉴别不同类型水肿(如血管源性、细胞毒性和间质性水肿)、肿瘤、炎症与梗死,以及白质纤维束的走行。灌注成像通过测量血流通过时间(MTT)和脑血流容积(rCBV)等参数,以观察毛细血管水平血流运动及分布状况,主要用于脑血管病变及肿瘤性病变的检查。MRS通过观察病变区域代谢产物(如乳酸盐、肌酐、胆碱等)的变化情况,分析病变的性质。目前,本技术处于初期临床应用阶段。

1.3 常规X线技术进展 常规X线检查在现代医学影像学中仍占有非常重要的地位,约占所有影像检查的48%。近年来传统X线检查方法的主要进展也是图像数字化。在X线源不断改进的同时,通过改进信息接收与处理技术,由过去的模拟数据输出转变为数字化输出。数字化图像的主要优点为可进行图像后处理及网上传输与交流。模数转换的方式包括:①传统X线胶片经扫描后变成数字图像,但有数据丢失;②影像增强器取得模拟信号,经模拟转换后,以模拟信号输出,如DSA;③CR,也称影像板放射成像技术;④DR,也称电子成像板放射成像技术。后两者为目前已广泛应用的数字X线影像技术,也使得常规X线技术成为真正数字化图像。

1.4 其他成像技术 SPECT、PET及超声等也已成为数字化成像技术,尤其是前二者是在CT基础上发展起来的影像技术,在采集信息的手段上明显有别于传统的核素扫描,克服了普通核素扫描定位准确性差的缺点,PET还可反映器官和组织的功能代谢信息。

1.5 图像融合技术 前瞻性地将采集的多幅图像处理为一幅图像的技术,称为图像融合技术。而将所采集的多幅图像处理为一幅图像的技术,称为图像叠加技术。现有的各种成像技术,所得图像各有特点,如解剖结构和功能图像等。融合方法可由图像的单纯叠加而成,也可经两种不同设备合成一种新的单一设备而成,如CT-PET结合,则融合了CT显示解剖结构清晰与PET显示病变及功能异常敏感性高的优点,克服了CT显示病变敏感性低而PET显示解剖结构差的缺点。目前,已有少量该型设备成功用于临床。其他类似的融合设备技术也有应用,如CT血管造影、MRI血管造影等。

1.6 图像存储与传输系统 随着影像技术的进展,尤其是能获取大量数据信息的多层CT、MRI等先进设备的广泛应用及各种检查方法的增多,获取的图像和信息量呈几何级数增长。若这些影像资料仍停留于原始的处理方式和传统的管理方法上,已远远不能满足临床业务的需要,并可能成为阻碍医院发展的“瓶颈”。因此,有必要使用一种全新的方式来管理、存储、传输和使用这些信息。计算机网络技术的图像存储与传输系统(PACS)的诞生,使解决这一矛盾成为了可能。PACS主要由三大部分构成:图像获取、存储与处理、显示系统。一般而言,PACS应与放射科的各种成像设备(包括CR/DR、CT、MRI、DSA、SPECT、PET、US等)、放射信息系统(RIS)及医院信息系统(HIS)实现平滑连接,通过对图像及文字的存储、传输、调用等功能,达到院内信息共享、提高诊疗效率与质量、无胶片化管理、克服时间及地域限制、模拟手术、甚至远程会诊等目的。因此,PACS应成为医院诊断链和治疗链中最重要的环节和医院实现真正数字化的基础。

2 影像数字化带来的挑战

2.1 思维方式变化 经过百余年的发展,传统放射学诊断已形成了固定的思维模式,即以X线片为信息载体,反映的主要是组织或器官病变的大体病理信息,诊断思维分析主要以形态学改变为依据。随着现代影像医学的发展,影像学已由二维图像转变为三维图像和动态图像,由单纯诊断转变为诊断加治疗,由过去的大体、宏观观察转变为宏观加微观(细胞、亚细胞、分子水平)和流动信息观察,由过去单纯的解剖学形态观察转变为解剖形态加功能观察,由真实影像转变为真实加虚拟影像,由单一科室转变到全院、甚至通过互联网链接全世界。所有这些变化,也必然要求影像科及临床科室医师的诊断思维模式随之发生改变,必须同时兼顾宏观与微观、静态与动态、结构与功能、形态与成分等分析。

2.2 工作流程变化 影像诊断中,现代影像学检查手段获得的呈几何级数增长的各种信息及PACS电子式“软拷贝”取代了传统的“硬拷贝”(照片),必然会有意或无意地受到习惯势力的阻碍。由于我国的计算机普及程度尚不广泛,大多数医务人员对计算机操作并不十分熟练,特别是老一代的医生,一般均习惯于 传统的观片灯阅片方式。尤其是在需要反复对比多幅新老图像时,使用多联观片灯最为简捷。使用PACS后,传统的“观片写报告”方式也将被“荧光屏+直接微机报告”或“荧光屏+口述录音+微机报告”所替代,这种新型的方式截然不同于以往。另外,在信息采集与处理方面,也将出现信息采集在先,资料重组、显示及处理在后,最后只把经处理后有用的资料经PACS有效传输到相关科室的方式。这种工作流程的改变,也是对传统方式的一种挑战。因此,在这方面还应着力培养影像专业医师尽快更新观念和意识、增强网络意识、重新组织影像科室的诊断作业流程。

2.3 影像检查手段的合理使用与医疗费用问题 影像检查消费与检查所用设备、检查内容及方法等密切相关。传统放射学主要基于X线检查(如正位、侧位平片),检查手段单一、简单,耗时及耗材较少,诊断分析相对容易。尽管普通CT获取的信息数据量明显多于X线平片,但仍以二维断层切面为依据,用少量普通胶片即可承载其所有图片信息。因此,上述二者的使用及相关费用并不太高。但螺旋CT、MRI及CR/DR等数字设备应用后,尽管其能在短时间内用不同的方法、从不同的方位(如矢状位、冠状位、横轴位)、不同的层次(如大体解剖水平、分子水平、流动信息等)获得大量的图像信息,利于诊断和治疗,但这些图像信息也带来了相应的挑战。一是如此大量的图像若仍由传统沿用的“X线片”作为载体,将引起极大的资源浪费,也增加了病人的费用。如一次颅脑MRI平扫加增强扫描,若同时使用多序列、多方位检查,将一次性产生几百幅图像。若病人同时应用CT、CR/DR或核素扫描,甚至CT、MRI三维扫描及重建,产生的图像将更多。若病人因病需要多次复查,其产生的图像及相关费用将难以想像。二是尽管PACS的实施使无胶片放射学成为可能,但病人仍需一份自带片以备外诊使用,但如此大量的“X线片”图像将给诊断分析、携带及保存带来困难。因此,检查手段的合理使用与组合为现代医学影像学所面临的另一个挑战,这要求影像科及临床医生必须熟知各种影像学检查手段的适应证与禁忌证(即比较影像学),根据不同病变或同一病变的不同时期,采用最佳的影像学检查手段,如急性或超急性期脑梗死以MRI检查最为敏感,急性期脑出血则以CT检查更敏感。影像学医师还需清楚如何选择检查的最佳方位(如横轴位、冠状位或矢状位等)及最佳方法(如增强扫描、动态扫描、灌注成像、弥散成像等)。如此,可在充分满足医、教、研需要的同时,最大限度地缩短检查时间,节省病人开支,避免无谓的资源浪费。

第3篇

关键词:测绘学 信息化测绘 数字化测绘 进展研究

近几年,随着社会经济的快速发展,我国的测绘事业应从以前的模拟测绘发展到了数字化测绘,而目前正在往信息化测绘方向发展。我国要想构建一个以基础地理信息获取智能化、社会化、空间化、实时化、服务网络化以及处理自动化为特征的一种新型信息化测绘体系,其必须要对其进行认真地研究,在准确地掌握该测绘技术的基础上进行创新,从而推动我国测绘事业的发展。

一、信息化测绘技术的重要性

测绘行业一直以来都是社会各界活动中一项基础服务型的行业,其先进性主要表现在我国科学研究、经济建设以及国防建设等各个应用领域,据相关资料显示,人类生活中各项活动的信息获取都离不开其自身空间位置的明确,假设把相关信息依附在这些空间数据基础设施中具体的逻辑平台中,能够实现不同空间位置信息的发掘和交流。基础地理信息作为空间数据基础设施中的具体核心内容,因其具有广泛的基础创造性,现已经发展成为了能够适应社会发展应用战略的需求和信息社会中活力发展点的内容之一。提出信息化测绘这一概念,是针对我国当前现代化测绘的社会需求以及发展形式所提出的,所谓信息化测绘主要是指在数字化测绘的建筑的基础上所构建的,在完全网络化运行的条件下,有效、实时地为社会各类用户提供相应的地理空间信息综合服务的一种测绘方式,信息化测绘方式不仅涵盖了数字化测绘技术的所有特点,同时还具有一些数字化测绘技术所不具备的特征。信息化测绘体系将获取的地理空间信息以及数据库的建设,从静态生产转化为实时更新与动态变化监测,由原来的基础设施升级和改造成为了一种适应当前社会功能公共使用的设施,从数字化测绘技术发展到信息化测绘技术的这一过程,是一项重大科学技术的变革历程。

二、从数字化测绘向信息化测绘的发展进程及其目标的确定

(一)发展进程

简单来讲,数字化测绘体系是将空间数据的相关资源和3S技术作为其具体的核心内容,广泛应用网络存储技术,从而实现采集获取详细的数据、处理加工及其对其的应用管理等数字化的进程,其获取产品的形式也从以前的传统纸质地图转变成现代的4D产品。信息化测绘技术是数字化测绘技术的发展和延续,不管是从具体技术层面还是从其相关的生产流程方式来讲,信息化测绘技术体系能满足当前的科技发展规律。

当前信息化测绘技术主要是通过获得的实时多源空间化数据信息来作为系统的支撑,其技术手段主要为大规模自动智能化信息管理存储的模式手段,使其成为一个丰富的地理空间信息产品模型。信息化测绘技术能够利用便捷和快速的相关网络安全设置来为人们的日常生活各个领域部门提供相应的多元化、人性化信息服务。

(二)目标的明确

设置信息化测绘技术系统最终目标是不管人们在任何时候或者任何地点都能充分地享有其自身所需要的各种地理服务信息。其具体的目标主要表现在几个方面:

1.测绘技术学科在发展的过程中,应建立三维、地心、海陆天为一体的一种动态测量框架,使其能够快速、无缝地控制空间测图。

2. 测绘技术学科在发展的过程中,应该建立综合、多层次地理观测平台,该平台涉及到海洋、航空、陆地、低空以及卫星等各个领域,同时该地理观测平台还应该具有微波和激光等不同空间领域的高精度实时影像截获能力。

3. 测绘技术学科在发展的过程中。应建立有效处理信息化测绘数据一些关键的技术系统,其主要的关键技术为新型多源观测数据的处理系统,以此能够分析和解决信息化测绘技术中的难点,使其成为一种处理观测数据的先进技术。

4. 测绘技术学科在发展的过程中,必须要进行相关关键技术的突破,以此达到地理空间数据信息共享的目的,研发具有自主知识产权的一种新型信息化测绘软件,以此提升地理信息的个性化智能服务能力,丰富地理信息内容的模式,促使其成为一种各个领域一体化的服务工具。同时,还应对有关的网络地理空间信息的管理技术和数据模型基础理论进行研究,在符合网络大环境下实现多维时空信息高效、智能的传递。此外,还要健全空间信息集成的相关规范标准,通过突破各个核心应用,促使其真正成为一个可供发展的信息集成硬件具体平台。

三、在数字化测绘基础上信息化测绘的服务特征

根据上述文中的分析,我们可以发现,当前的测绘技术在服务保障能力上需要进行相应地提升。在信息化测绘体系中,对其相关的战略任务应该进行有效地规划,促使其在各项系统工程建设中能够有效地实施,是当前测绘行业的首要任务。

在数字化测绘基础上信息化测绘的服务特征为以下几点:第一,提升服务保障层级,信息化测绘技术能够使测绘服务系统相对应的层次有效地体征,在明确测绘技术系统辅助地位的时候,利用测绘的支撑作用来强化和推动我国测绘事业的发展。第二,变化服务保障模式,测绘技术体系模式的改变主要有后续服务模式的转变、空间信息应用模式的转变等。第三,提升了服务保障质量,其主要表现在产产品服务的优化以及不断增值,使得相关空间数据信息的信息内容和质量能够满足当前社会发展的需求,特别是对空间信息现势性的改变尤为明显。此外,还加强了其服务保障的效果,确保了各保障服务的有效、及时和合理。

结束语

综上所述,信息化测绘作为国防建设、社会发展以及经济建设的基础事业。在未来的发展中有着特别广泛地前景,但同时也面临着非常严峻的挑战。这就要求在数字化测绘向信息化测绘的发展进程中,我们必须要克服各种不利的因素,有效地调动各方面积极因素,促进地理信息产业和测绘事业的发展,真正意义上实现信息化测绘。

参考文献:

[1] 鹿庆龙.从数字化测绘到信息化测绘的测绘学科新进展[J].科技创新与应用,2012,(5):31-31.

[2] 宁津生,杨凯.从数字化测绘到信息化测绘的测绘学科新进展

[J].测绘科学,2007,32(2):5-11.

[3] 杜彩云.从数字化测绘到信息化测绘的测绘学科新进展探究[J].

广东科技,2012,21(13):167-168.

[4] 申岩.“数字化测绘”与“信息化测绘”的内涵及英译[J].中

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