基于电子计算机的医学系统改革

【摘要】 计算机的发展已经成为推动医学发展的主要动力，它使医疗系统从旧模式向新模式变革，尤其是随着计算机网络的普及，远程会诊成为极其可靠的新型就诊方式，它有力地带动了传统治疗方式的改革和进步，为医疗走向区域扩大化、服务国际化提供了坚实的基础和有力的条件，嵌入式系统的应用更是提高了医疗仪器的实时性和可靠性，是现代医学电子仪器的研究热点和发展趋势。

【关键词】 计算机； 医学； 远程会诊； 嵌入式系统

中图分类号 R319 文献标识码 B 文章编号 1674-6805（2015）30-0136-03

【Abstract】 The development of the computer has become the main power to promote the development of medicine，it makes the medical system changed from the old pattern to the new pattern，especially with the popularity of computer network，remote consultation has become a new clinic and reliable way，it powerful drives for the reform and progress of the traditional treatments，it provids solid foundation and strong condition for medical regional expansion and service internationalization，application of the embedded system improved the real-time and reliability of medical instrument，which is a research hotspot and development trend of modern medical electronic instrument.

【Key words】 Computer； Medical； Remote consultation； Embedded system

First-author’s address：The Second Affiliated Hospital of Kunming Medical University，Kunming 650101，China

doi：10.14033/ki.cfmr.2015.30.071

计算机以其高精度、高速度，自动化及大存储容量的无可比拟的优点被广泛应用到各个领域，它在医学系统中的应用更是随处可见，通常被用到医疗系统的信息管理、医学资料的查询、医疗信息的存储、临床医学的诊断和监护、医药的专家系统、计算机辅助放射治疗、计算机辅助断层摄影、人工器官的计算机控制基础医学等各个方面。它促使医疗系统从旧模式向新模式进行变革，有效的提高了医院的医疗水平，逐渐成为推动医学发展的主要动力。

1 医学系统中的改革

电子计算机在本世界50年代末开始应用在医学领域，而我国始于70年代中期，计算机最初仅用来实现医学的管理[1]。经过几十年的快速发展，电子计算机已经深入到医学系统的各个领域，可以利用它检索、存储、传输、处理等各种医学信息，医学与计算机技术的结合对医学的发展起着重要的推动作用，它使整个医疗系统正经历以计算机为中心的技术革命。

1.1 在基础医学方面的改革

在基础医学领域，医院的行政管理、收费系统、财务系统、人事系统、药品库存管理和患者的住院病案管理等，均离不开电子计算机的处理，而且，近年来随着计算机网络的飞速发展，网络的应用在医学系统中更是发挥着举足轻重的作用，比如：用户之间通过邮件的方式自由的交换信息，许多非正式的专家讨论组通过Internet进行网络会议，使人们可以从网络共享大量的信息。

目前，在基础医学方面经常利用计算机联机处理各种医学实验信息，模拟病变过程的生理变化、模拟人体对外界刺激的反应，对研究生物的微观机构、神经活动、癌细胞的发生机理等，都起到了促进作用，进而达到揭示数据所蕴含的生物学意义的目的。在医院的综合管理方面，利用计算机来实现对整个医疗系统进行管理，比如：完善病例存储、药品管理、财务管理、办公自动化等，可使管理人员从繁重的劳动中解脱处理，从而大大提高了医院的管理水平。

1.2 在病历方面的改革

在早期的医生会诊患者时，先通过传统的手写病历了解病情，病历是医生和患者之间的主要沟通方式，也是医生制定医疗方案的主要依据，这种传统的会诊方式存在很多弊端，一是纸质的病历不易长期保存容易丢失，而且医院每天就诊的患者很多，病历的数量很大，种类复杂多样，要想及时的查找某位患者的病历是件工作量很大的工作。二是病例资料不容易共享，当患者面对不同医生时，必须携带其病例资料。三是各医院使用的医学术语和病历格式不统一，有些医生写的病历字体潦草模糊，其他医生难以辨认。因此传统的病历管理方式已不能适应现代医学发展的需求。先进的医疗保健体系必须建立地区性以及全国性的医疗信息系统。而由电子计算机形成的电子病历，可以很好的克服手写病历存在的缺点，它和传统病历一样，包含了患者的所有诊断信息，通过信息的数字化处理保存在计算机上，便于查询，不易丢失，还可以在网络的支持下，方便的实现资源共享，能进行远距离的信息传输，使不同地区的医学专家能对同一个患者进行会诊，方便医生对患者进行共同讨论，从而缩短患者的治疗时间，提高诊断的效率。

1.3 辅助医学诊断的改革

传统诊断的第一步是通过询问患者的主观感应来得到病例资料，这份资料对诊断起到了定向作用，并为诊断提供了线索。医生利用感官检查就诊者的身体，获得评价资料，然后在该资料的基础上进行分析、推理、判断，来制定诊断方案，对于所获取到的资料，不论是否齐全，都需要医生运用已有的知识和经验，进行归纳、剖析、联想、推理，进而产生诊断，由于这些过程增加了医生的工作强度，容易产生误诊和漏诊现象。

电子计算机具有逻辑判断和信息加工的能力，利用计算机进行分析、判断，从而实现诊断的过程又称为“电脑医生”。计算机辅助检测与诊断（computer aided detection/diagnosis）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能力，辅助发现病情，提高诊断的准确率[2]。当今流行的CAD技术，又被称为医生的“第三只眼”，主要是指基于医学影像学的CAD技术，计算机辅助检测是计算机辅助诊断的必然阶段，检测的结果是诊断的依据。CAD技术的广泛应用有助于提高医生诊断的敏感性和特异性。计算机实现诊断的过程是利用程序设计，将医生的临床经验和诊断标准，输入到计算机，再将患者的询问、体检、化验的病例资料也输入到计算机，计算机通过快速的分析处理并与标准对比，最后作出诊断。例如体表标测心电图就是利用体表多电极信号，来记录体表各部位心脏兴奋形成的电位差，计算机根据自动采集的体表各部位的瞬时电位变化数据，进行分析处理，绘制成等位标册图，它能获得比常规心电图或心电向量图更丰富的信息，有助于认识心脏激动的空间电位分布和体表电位分布的关系。

1.4 图像处理技术方面的改革

近20年来，医学影像技术的飞速发展，已在医学系统形成相当大的规模，随着计算机图形学技术的发展，医生诊断工作站（Review Station）代替了原始的胶片与胶片灯，数字影像资源共享（Image Distribution）代替了传统的胶片邮递，医学影像正从二维医学图像向三维可视化技术转化[3]，在传统的影像医疗系统中，医生通过分析一组二维切片图像来发现病变体，然后依靠医生的经验判断，得到需要的信息，而仅靠观察二维切片图像是很难确切知道病变体空间位置、大小、几何形状、及与四周生物组织的空间关系，因此，传统的二维图像技术已经不能满足需求。现在的分子医学通过利用计算机的医学影像图形处理技术对所展现的分子层面的物质结构进行分析处理，在分子层面上研究各种疾病的现象、机理和治疗方法。医学影像技术还可实现对人体器官、软组织和病变体的分割提取、切片图像扫描、三维重建和三维显示，合成完全数字化的三维人体模型，来辅助医生对病变体及其他感兴趣的区域进行定性及定量的分析，比如：应用于超声图象处理、脉象处理及脑血流图分析等，均为医学提供了大量的现代化诊断手段，大大提高了医疗诊断的准确性和可靠性。

医学图像处理技术包括很多方面，比如：图像分割、图像融合、图像配准、纹理分析等[4]，这种多维、多参数以及多模式图像在临床诊断与治疗中发挥着巨大的作用。与此同时，核共振成像、数字射线照相术、超声成像、核素成像及发射型计算机成像等也在逐步发展，计算机和医学图像处理技术的结合是影像技术的发展基础，带动着现代医学诊断走向一个新台阶。

2 远程会诊的改革

随着计算机技术的快速发展，尤其是Internet网络的应用，网络和医学的关系也注定是密不可分的。远程医疗会诊技术在这个大背景下也是发展的必然趋势，它是远程医学中最主要的业务活动，是极其方便、诊断极其可靠的治疗方式。通过利用网络技术的优点，它与邮购紧密配合，建立各种类型的远程电子病历系统，通过三维可视化技术为远程医学提供一个完整的多层次、多维度索引的电子病历集成视图[5]，完成远程医学的患者门诊、住院的临床资料的收集、归档、检索和显示，有力地带动了传统治疗方式的改革和进步。并能与远程医学影像、远程病理进行互动，支持远程医学集成终端，实现远程医学会诊平台的各种诊疗服务，让会诊室的医生和远程医疗的医生均能有效的获得患者的第一手资料，便于主治医生的诊断，为医疗走向区域扩大化、服务国际化提供了坚实的基础和有力的条件。同时预防和减少了医疗错误，节约了患者大量的时间和费用，改善了会诊质量，提高了会诊效率，促进了远程医学的快速健康发展。

在远程会诊中，信息在网络中传输要求低抖动、低延时，因此采用流媒体技术来传输影像资料[6]。它是指采用流式传输的方式在网络中播放媒体格式，利用流媒体的形式将患者的PACS影像传递到远程会诊终端屏幕，以完成医学影像资料的共享[7]。随着3G的普及，移动无线终端也可采用流媒体技术访问远程医学影像。流媒体技术的应用，突破了局域网的限制，医生可随时了解住院患者的情况并给予及时的诊断处理，提高了诊断的效率。远程会诊模式在医生之间建立了高效影像综合信息传输平台，通过使用公共网络通信资源，保证医生之间和医患之间迅速有效的交流。即使一些医院在条件不具备、经验不丰富、技术不成熟的情况下，只要通信网络通畅，都能迅速传输患者的影像资料信息到会诊专家的数字终端上，进而得到专家的指导性意见。解决了因技术能力不平衡带来的看病难的问题，提供了一个符合中国国情的理想解决方案，也为规范医疗市场、完善医疗服务体系、评价医疗质量标准、交流医疗服务经验提供了新的准则和工具。

3 嵌入式系统在医学中的应用

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应于应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统[8]。它是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图像数据传输技术、传感器等先进技术和具体应用对象相结合后的产物。计算机厂家向用户提品的插件形式，再由用户根据自己对产品的特定要求选择合适的CPU板、存储器及各式输入输出插件板，将其嵌入到自己的系统设备中，从而构成专用的嵌入式系统，它是为特定应用而设计的专用计算机系统，它具有体积小、功能集中、可靠性高等优点[9]，设计人员能够根据需要对它进行优化，减小尺寸，降低成本。嵌入式系统与医学领域的结合是现代医学电子仪器的研究热点和发展趋势。

嵌入式医疗仪器是先进的嵌入式技术和生物医学的融合，是生物医学和计算机技术、电子技术相结合的产物，反映了当代最新技术的先进水平，如：心脏起搏器、放射设备、分析监护设备、药剂控制系统等大型设备；经颅多普勒、彩超、脑电、心电等电子设备；免疫测试系统及全自动生化分析系统等检测设备，都需要嵌入式系统的支持[10]。嵌入式系统中的控制计算机与一般用于科学计算或信息管理的计算机不同，需要有较高的实时性和可靠性，在实际应用中不允许它发生异常现象，因此，在嵌入式系统的设计过程中，首先要考虑其安全性，选用高性能的控制计算机，对所控制的对象设计成双机系统，能对内部和外部事件的请求做出及时地响应，不丢失信息，不延误操作。另外，随着医疗传感器技术的发展，嵌入式设备在医疗保健方面也逐渐被应用，如家用心电监测设备、家庭远程诊断设备。由于数字信息技术的飞速发展，现代医疗系统要求嵌入式医疗仪器具有更强大的处理和存储能力以及高可靠性和高实时性等性能，同时又要能够达到更高级别的环保要求，因此，如何进一步使医疗仪器专业化、小型化、智能化、便携式、低成本，将成为以后研究的方向[11]，这也为嵌入式系统在医疗仪器中的应用提供了更广阔的应用平台和更高的性能需求。

在信息技术发展的今天，医学系统离不开计算机技术，计算机对医疗事业的推动有着不可替代的作用，尤其是网络的高速发展和嵌入式系统的应用，使不同地区的医疗信息实现网络共享，使人们能快速的将临床医学系统、医学影像处理技术，网络信息传输系统、医院管理信息系统、远程医疗系统相结合，同时，随着信息的数字化越来越被人重视，嵌入式系统的软件开发已经成为数字化产品设计创新和软件增值的关键因素，是未来市场竞争力的重要体现[12]。总之，计算机在医疗系统中的广泛应用为全人类的健康提供了更加可靠的保障，同时促进了医学信息事业健康、有序、持续和稳定的发展。

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（收稿日期：2015-06-20） （编辑：张爽）