基本介紹
- 中文名：計算機在醫學中的套用
- 適用領域：醫學
經過30多年的實踐和發展，醫學信息處理學已成為一門新興的、醫學與計算機技術相結合的邊緣學科，對醫學的發展起著重要的作用。電子計算機的組成部分 計算機分硬體和軟體兩大系統。硬體系統指計算機的各種具體的電子和機械設備；而軟體系統則指各種類型的計算機語言和程式。計算機硬體部分包括中央處理器、記憶體儲器、外存儲器、接口電路、輸入設備和輸出設備等。通過匯流排連線，組成一個完整的計算機硬體系統。人們通過輸入設備(常用的是鍵盤)輸入命令、數據等，並可利用內、外存儲器給予存儲，還可命令中央處理器對數據進行要求的運算處理，最後還可將結果通過輸出設備（常用的有顯示器和印表機）輸出。計算機軟體部分包括系統軟體和套用軟體兩大類。軟體有語言與程式之別。計算機語言是由可供人們用於編寫程式的、有一定結構的計算機能夠識別的各個命令（及指令組成）。所謂“高級語言”就是計算機語言的一種。程式就是人們用計算機語言按一定順序排列編寫的一系列語句，計算機將按順序一個語句接一個語句地執行，以完成人們的某些要求。系統軟體包括計算機語言、作業系統（一組程式，人們可以通過它方便地操作計算機）、資料庫管理系統(一種計算機數據管理技術)等；套用軟體指人們為某個特定要求而編寫的程式。系統軟體由計算機廠商隨計算機硬體一起提供給用戶，而套用軟體則需由用戶根據自身工作需要進行開發（這就是所謂的“二次開發”），或從軟體公司購買。計算機在醫學中的套用 計算機在醫學領域中的套用共有下列12個方面：計算機輔助診斷和輔助決策系統(CAD&CMD) 可以幫助醫生縮短診斷時間；避免疏漏；減輕勞動強度；提供其他專家診治意見，以便儘快作出診斷，提出治療方案。診治的過程是醫生收集病人的信息（症狀、體徵、各種檢查結果、病史包括家族史以及治療效果等等），在此基礎上結合自己的醫學知識和臨床經驗，進行綜合、分析、判斷，作出結論。計算機輔助診斷系統則是通過醫生和計算機工作者相結合，運用模糊數學、機率統計以至人工智慧技術，在計算機上建立數學模型，對病人的信息進行處理，提出診斷意見和治療方案。這樣的信息處理過程，速度較快，考慮到的因素較全面，邏輯判斷也較嚴謹。利用人工智慧技術編制的輔助診治系統，一般稱為“醫療專家系統”。人工智慧是當代計算機套用的前沿。醫療專家系統是根據醫生提供的知識，模擬醫生診治時的推理過程，為疾病等的診治提供幫助。醫療專家系統的核心由知識庫和推理機構成。知識庫包括書本知識和醫生個人的具體經驗，以規則、網路、框架等形式表示知識，存貯於計算機中。推理機是一個控制機構，根據病人的信息，決定採用知識庫中的什麼知識，採用何種推理策略進行推理，得出結論。由於在診治中有許多不確定性，人工智慧技術能夠較好地解決這種不精確推理問題，使醫療專家系統更接近醫生診治的思維過程，獲得較好的結論。有的專家系統還具有自學功能，能在診治疾病的過程中再獲得知識，不斷提高自身的診治水平。這類系統較好的實例如美國史丹福大學的MYCIN系統，它能識別出引起疾病的細菌種類，提出適當的抗菌藥物。在中國類似的系統有中醫專家系統，或稱“中醫專家諮詢系統”。醫院信息系統(HIS) 用以收集、處理、分析、儲存和傳遞醫療信息、醫院管理信息。一個完整的醫院信息系統可以完成如下任務：病人登記、預約、病歷管理、病房管理、臨床監護、膳食管理、醫院行政管理、健康檢查登記、藥房和藥庫管理、病人結帳和出院、醫療輔助診斷決策、醫學圖書資料檢索、教育和訓練、會診和轉院、統計分析、實驗室自動化和接口。這些系統中較著名的如美國復員軍人醫院的DHCP；麻薩諸塞綜合醫院用MUMPS語言開發的COSTAR等。中國從1970年起，就開發了一些醫院信息系統，並統一規劃開發了醫院統計、病案、人事、器材、藥品、財務管理軟體包。生物－醫學統計及流行學調查軟體包 在臨床研究、實驗研究及流行學調查研究中，需要處理大量信息。套用計算機可以準確快速地對這些數據進行運算和處理。為了這方面的需要，用各種計算機語言開發了不少軟體包。較著名的有SAS、SPSS、SYSTAT及中國的RDAS等。衛生行政管理信息系統(MIS) 利用計算機開發的“衛生行政管理信息系統”，又稱“衛生管理信息/決策系統”，能根據大量的統計資料給衛生行政決策部門提供信息和決策諮詢。一個完整的衛生行政管理信息系統包括三部分：①數據自動處理系統(ADP)，主要功能是收集與整理數據、匯總成各類統計報表與圖表。②信息庫，是指能使單位與其外部機構之間，以及單位內部各種職能之間相互共享信息資源的一種模式。信息來源有法定的和非法定的(一次性調查)，還有來自計算機日常收集到的各種活動所產生的信息流。設立信息庫的主要目的是溝通各項活動和修正工作人員的行動。③決策諮詢模型，又稱信息決策模型，可根據必要信息用它作出可行或最佳化方案，預測事業的發展。傳統的方法（即非信息/決策系統）主要依賴過去的資料，考慮當前決策，或估計今後的發展，它不能產生比較有效而且迅速的應變措施，信息/決策的數學模型，若建立的數學模型比較合理，便可以及時由當前活動中，指出即將發生的偏差，預見未來，以支持管理決策反應不斷改變。醫學情報檢索系統 利用計算機的資料庫技術和通訊網路技術對醫學圖書、期刊、各種醫學資料進行管理。通過關鍵字等即可迅速查找出所需文獻資料。計算機情報檢索工作可分為三個部分：①情報的標引處理；②情報的存貯與檢索；③提供多種情報服務，可向用戶提供實時檢索，進行定期專題服務，以及自動編制書本式索引。美國國立醫學圖書館編制的“醫學文獻分析與檢索系統”(MEDLARS)是國際上較著名的軟體系統，這是一個比較完善的實時在線上檢索的網路檢索系統。通過該館的IBM3081計算機系統能提供在線上檢索和定題檢索服務，通過通訊網路、衛星通訊或資料庫磁帶的方法，在16個國家和地區中形成世界性計算機檢索網路。其他著名的系統如IBM4361，MEDLARS等。中國開發了一些專題的醫學情報資料檢索系統，如中醫藥文獻、典籍的檢索系統。藥物代謝動力學軟體包 藥物代謝動力學運用數學模型和數學方法定量地研究藥物的吸收、分布、轉化和排泄等動態變化的規律性。人體組織中的藥物濃度不可能也不容易直接測定，因此常用血尿等樣品進行測量，通過適當的數學模型來描述和推斷藥物在體內各部分的濃度和運動特點。在藥代動力學的研究中，最常用的數學方法有房室模型、生理模型、線性系統分析、統計矩和隨機模型等。這些新技術新方法的發展與套用，都與計算機技術的套用分不開。已開發了不少的藥代動力學專用軟體包，其中較著名的有NONLIN程式（一種非線性最小二乘法程式）。疾病預測預報系統 疾病在人群中流行的規律，與環境、社會、人群免疫等多方面因素有關，計算機可根據存貯的有關因素的信息並根據它建立的數學模型進行計算，作出人群中疾病流行情況的預測預報，供決策部門參考。荷蘭、挪威等國還建立了職業病事故信息庫，因此能有效地控制和預測職業危害的影響。中國上海、遼寧等地衛生防疫部門，對氣象因素與氣管炎、某些地方病、流行病（如乙型腦炎、流行性腦膜炎等）的關係作了大量分析，並建立了數學模型，用這些模型在微型機上可成功地作出這些疾病的預測預報。計算機輔助教學(CAI) 可以幫助學生學習、掌握醫學科學知識和提高解決問題的能力以及更好地利用醫學知識庫和檢索醫學文獻；教員可以利用它編寫教材，並可通過電子郵件與同事和學生保持聯繫，討論問題，改進學習和考察學習成績；醫務人員可根據各自的需要和進度，進行學習和補充新醫學專門知識。目前在一些醫學研究和教學單位里已建立了可由遠程終端通過電話網路訪問的各種CAI醫學課程。利用計算機進行醫學教育的另一種重要途徑是採用計算機模擬的方法，即用計算機模擬人體或實驗動物，為學生提供有效的實驗環境和手段，使學生能更方便地觀察人體或實驗動物，在條件參數改變下的各種狀態，其中有些狀態在一般動物實驗條件下往往是難於觀察到的。由於光碟技術、語言識別、觸摸式螢幕顯示等新技術的發展，教學用的計算機模擬病例光碟等已試製成功，並作為商品在市場上供應，利用這種光碟可方便地顯示手術室等現場實際圖景和情況，或有關教科書和文獻資料，供學生學習。最佳放射治療計畫軟體 計算機在放療中的套用，主要是計算劑量分布和制訂放療計畫。以往用手工計算，由於計算過程複雜，所以要花費許多時間。因而，在手工計算的情況下，通常只能選擇幾個代表點來計算劑量值。利用計算機，則只要花很短時間，而且誤差不超過5％，這樣，對同一個病人在不同的條件下進行幾次計算，從中選擇一個最佳的放射治療計畫就成為可能。所謂最佳放射治療計畫就是對病人制訂治療計畫，包括確定照射源、放射野面積、放射源與體表的距離、入射角以及射野中心位置等，然後再由計算機根據治療機性能和各種計算公式，算出相應的劑量分布，在彩色監視器上形象地顯示出來。對同一個病人，經過反覆改變照射條件，進行計算、分析和比較，就可以得出最理想的劑量分布，使放射線照射方向上傷害正常組織細胞最少，放療療效最佳，這就是最佳放射治療計畫。同時，可將此劑量分布圖用繪圖儀記錄下來，存入病歷，以供治療時使用或長期保存。計算機醫學圖像處理與圖像識別 醫學研究與臨床診斷中許多重要信息都是以圖像形式出現，醫學對圖像信息的依賴是十分緊密的。醫學圖像一般分為二類：一是信息隨時間變化的一維圖像，多數醫學信號均屬此一類，如心電圖、腦電圖等；另一是信息在空間分布的多維圖像，如X射線照片、組織切片、細胞立體圖像等等。在醫學領域中有大量的圖像需要處理和識別，以往都是採用人工方式，其優點是可以由有經驗的醫生對臨床醫學圖像進行綜合分析，但分析速度慢，正確率隨醫生而異。計算機高速度、高精度、大容量的特點，可彌補上述不足。特別是有一些醫學圖像，如腦電圖的分析，憑人工觀察，只能提取少量信息，大量有用信息白白浪費。而利用計算機可作複雜的計算，能提取其中許多有價值的信息。另外進行腫瘤普查時，往往要在顯微鏡下觀看數以萬計的組織切片；日常化驗或研究工作中常需要作某種細胞的計數。這些工作既費力又費時，若使用計算機，就將節省大量人力並縮短時間。利用計算機處理、識別醫學圖像，在有的情況下，可以做人工做不到的工作。如心血管造影，當用手工測量容積，導出血壓容積曲線時，只能分析出心臟收縮和舒張的特點。若利用計算機計算，每張片子只需一秒鐘，並可以得到瞬時速度、加速度、面積和容積等有用的參數。此外，不管上述那一類工作中，計算機還能完成人工不能完成的另一類工作即圖像的增強和復原。1970年代醫學圖像處理在計算機體層攝影成像術(CT)方面的突出成就，和磁共振成像儀、數字減影心血管造影儀等新裝置的相繼出現，以及超聲等其他醫學成像儀器的進一步完善，使人們對放射和核醫學圖像的處理及模式識別研究的興趣更為濃厚。顯微圖像在醫學診斷和醫學研究中一直起著重要作用。計算機圖像處理與分析方法已用於檢測顯微圖像中的重要特徵，人們已能用圖像處理技術和體視學方法半定量與定量地研究細胞學圖像以至組織學圖像。計算機三維動態圖像技術已使心臟動態功能的定量分析成為可能。生物化學指標、生理信息的自動分析和醫療設備智慧型化 醫療設備智慧型化是指現代醫療儀器與計算機技術及其各種軟體結合的套用，它使這些設備具有自動採樣、自動分析、自動數據處理等功能，並可進行實時控制，它是醫療儀器發展的一個方向。計算機在護理工作中的套用 計算機在護理工作中的套用，主要分為三個方面：①護理，包括護理記錄、護理檢查、病人監護、藥物管理等。②護士教育，包括護理CAI教育、護士教學計畫與學習成績記錄管理。③護士管理，包括護士服務計畫調度、人力資源管理、護士工作質量的檢查或評比等。參考書目 陶乃煌等:《微型計算機在醫院中的套用》，人民軍醫出版社，北京，1987。
