王國(guó)棟，李業(yè)芹，秦紅勇

1.日照市中醫(yī)醫(yī)院 設(shè)備科，山東 日照 276800；

2.山東大學(xué) 控制科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250061

信息融合技術(shù)及其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

王國(guó)棟1，李業(yè)芹1，秦紅勇2

1.日照市中醫(yī)醫(yī)院 設(shè)備科，山東 日照 276800；

2.山東大學(xué) 控制科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250061

信息融合是現(xiàn)代信息處理領(lǐng)域新的一個(gè)崛起的研究方向，它是針對(duì)系統(tǒng)中單個(gè)傳感器性能不足這一問題而展開的一種信息處理方法。本文系統(tǒng)地介紹了信息融合的內(nèi)涵、結(jié)構(gòu)模型、算法以及在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，并對(duì)信息融合技術(shù)未來的研究發(fā)展方向做了總結(jié)。

信息融合技術(shù)；結(jié)構(gòu)模型；傳感器；醫(yī)學(xué)圖像融合

0 前言

現(xiàn)代信息具有形式的多樣性、信息數(shù)量的巨大性、信息關(guān)系的復(fù)雜性以及信息處理的及時(shí)性等特征。信息融合的概念正是在基于這種信息綜合處理的需求中產(chǎn)生的。

信息融合技術(shù)開始于20世紀(jì)70年代，早期稱為多源相關(guān)、多傳感器混合和數(shù)據(jù)融合，并最早應(yīng)用于軍事領(lǐng)域[1]。目前，信息融合的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從軍事滲透到其他各個(gè)領(lǐng)域。主要應(yīng)用領(lǐng)域有移動(dòng)機(jī)器人、醫(yī)療監(jiān)護(hù)與診斷、智能交通、智能制造、智能檢測(cè)、目標(biāo)識(shí)別、現(xiàn)代化管理以及刑偵等?？梢哉f信息融合技術(shù)已經(jīng)滲透到現(xiàn)代信息社會(huì)的各個(gè)角落，它的重要性越來越突出。

1 信息融合的概念和原理

1.1 信息融合的定義

目前，信息融合的定義有多種，可以從兩方面來理解，即從軍事應(yīng)用角度的信息融合和非軍事角度的信息融合。其實(shí)質(zhì)就是針對(duì)多維信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)或綜合分析，進(jìn)而選取適當(dāng)?shù)娜诤夏Ｊ胶吞幚硭惴ǎ靡蕴岣咝畔⒌馁|(zhì)量，為知識(shí)提取奠定基礎(chǔ)。

1.2 信息融合的原理

多傳感器信息融合的基本思想源于人類的多源信息綜合處理系統(tǒng)。對(duì)人類而言，人類利用多種感覺器官（眼、耳、鼻、舌、身等）來認(rèn)識(shí)外界的事物，并且本能地具有將多種感官所獲得的信息綜合起來的能力，以準(zhǔn)確地識(shí)別環(huán)境或物體的狀態(tài)，并進(jìn)而引導(dǎo)下一步的動(dòng)作。即使人體處于復(fù)雜多變的環(huán)境下，各種感覺信息含有一定的不確定性、矛盾或錯(cuò)誤的成份，人類也可以將各種信息綜合起來，并使這些信息相互補(bǔ)充、印證，從而完整而及時(shí)地處理具有不同功能的多種感覺器官所獲得的信息[2-3]。

在多傳感器信息融合系統(tǒng)中，融合由傳感（Sense）、通信（Communication）和融合（Fusion）3個(gè)過程來完成，其基本原理是對(duì)人類的多源信息綜合處理功能的一種模擬和擴(kuò)充。

2 信息融合的結(jié)構(gòu)模型和算法

2.1 信息融合的結(jié)構(gòu)模型

按照各傳感器信息處理的程度，信息融合的結(jié)構(gòu)模型分為集中式、分布式、混合式；按照數(shù)據(jù)抽象層次可以分為數(shù)據(jù)層融合、特征層融合、決策層融合。

2.2 數(shù)據(jù)融合的主要算法

信息融合的研究?jī)?nèi)容極其豐富，涉及的基礎(chǔ)理論也非常廣泛，其算法種類繁多，可以分為經(jīng)典方法和現(xiàn)代方法。經(jīng)典方法中有兩種：估計(jì)方法和統(tǒng)計(jì)方法?，F(xiàn)代方法也可分為兩種：信息論方法和人工智能方法。聚類分析、模版法和熵理論等屬于前者；模糊邏輯、產(chǎn)生式規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊積分理論和支持向量機(jī)等屬于后者。其中，貝葉斯估計(jì)、D-S證據(jù)推理、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)占整個(gè)信息融合算法的85%[4]。

3 信息融合在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

信息融合在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用有兩個(gè)方面：一是利用多種醫(yī)療設(shè)備，如CT、MRI、監(jiān)護(hù)儀等，通過傳感器采集人體圖像和生物電信號(hào)，經(jīng)過信息融合提高探測(cè)效果；另一方面是根據(jù)病人狀況變化的各種基本信息，決定護(hù)理、診斷、治療的方案[3]。

3.1 醫(yī)學(xué)圖像融合的應(yīng)用

隨著醫(yī)學(xué)影像工程的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了很多先進(jìn)的成像設(shè)備，這為臨床診斷提供了多種模態(tài)的醫(yī)學(xué)圖像，如X射線、超聲、CT、MRI、數(shù)字減影等。這些圖像提供了關(guān)于病變組織或器官的解剖或功能信息，但由于成像設(shè)備和成像原理不同，各類圖像又具有其各自的特點(diǎn),如CT圖像具有較強(qiáng)的空間分辨率和幾何特性，對(duì)骨骼成像非常清晰，可為病灶定位提供良好的參照，但對(duì)軟組織的對(duì)比度則較低；MRI可清晰反映軟組織、器官、血管等的解剖結(jié)構(gòu)，有利于病灶范圍確定，但對(duì)鈣化點(diǎn)不敏感，且受到磁干擾會(huì)發(fā)生幾何失真。由此可見，不同成像技術(shù)對(duì)人體同一解剖結(jié)構(gòu)所得到的形態(tài)和功能信息是互為差異、互為補(bǔ)充的，因此，對(duì)不同影像信息進(jìn)行適當(dāng)?shù)募杀愠蔀榕R床醫(yī)生診斷和治療疾病的迫切需要[5]。

3.2 醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用

醫(yī)學(xué)信息的多模式監(jiān)護(hù)技術(shù)開始在臨床中得到更多的重視。它將兩種以上的監(jiān)測(cè)參量結(jié)合起來，利用各自的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)相互的不足，以計(jì)算機(jī)聯(lián)合時(shí)頻分析的方法代替醫(yī)生人工綜合方式，克服了醫(yī)生人工推理和綜合判定帶來的主觀性影響，可以提高診斷效率和可靠性。目前，信息融合技術(shù)在醫(yī)療監(jiān)護(hù)方面的應(yīng)用有：神經(jīng)手術(shù)監(jiān)護(hù)、重癥監(jiān)護(hù)病房、創(chuàng)傷評(píng)估與監(jiān)護(hù)、社區(qū)醫(yī)療服務(wù)等[6]。

4 信息融合未來發(fā)展方向

信息融合技術(shù)涉及傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信、人工智能等相關(guān)技術(shù)，作為一門新興的技術(shù)，雖然在技術(shù)理論上還需不斷完善，但是其應(yīng)用能力已經(jīng)受了實(shí)踐的考驗(yàn)。未來主要的研究方向應(yīng)包括以下幾方面：① 多傳感器信息融合統(tǒng)一理論模型建立；② 信息融合中數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)技術(shù)研究；③ 多傳感器信息融合系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)；④ 信息融合系統(tǒng)的性能測(cè)試與評(píng)估。

5 小結(jié)

信息融合技術(shù)作為一種新的現(xiàn)代信息處理技術(shù)，綜合了多門學(xué)科的理論和方法，尚處在不斷的發(fā)展和完善過程中，正在得到越來越多的關(guān)注。隨著工業(yè)大系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展和未來信息戰(zhàn)的需求，以及相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展，信息融合技術(shù)將會(huì)得到更深入的理論研究，它將擁有更廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 李娟,李甦,李斯娜,等.多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)綜述[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008,30(2):241-246．

[2] 哈鐵軍,陳昌海,孫晉科.多源信息融合在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J].醫(yī)學(xué)信息,2007,20(5):706-709．

[3] Hall DL.AN INTRODUCTION TO MULTI-SENSOR DATA FUSION[J].IEEE,1997,85(1):6-23．

[4] 呂漫麗,孫靈芳.多傳感器信息融合技術(shù)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2008,27(2):79-82．

[5] 王夢(mèng)倩,邵波,岳建華.醫(yī)學(xué)圖像融合的應(yīng)用與展望[J].醫(yī)療設(shè)備信息,2007,22(5):48-50．

[6] 陳鵬慧,吳寶明.信息融合技術(shù)及其在醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].國(guó)外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊(cè),2002,25(6):249-252．

Information Fusion Technology and Its Application in Medical Field

WANG Guo-dong1, LI Ye-qin1, QIN Hong-yong2
1.Equipment Department, Rizhao Traditional Chinese Medical Hospital, Rizao Shandong 276800, China;
2. Control Science and Engineering College, Shandong University, Jinan Shandong 250061, China

Information fusion is a new research direction in modern information processing field. It is used to solve the unsatisfactory performance for a single sensor in a system. This paper introduces the connotation, structure model, algorithms and applications of information fusion in medical field systematically, and summarizes the future development direction of the information fusion technology.

information fusion technology; structure model; sensor; medical image fusion

TP14

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.09.040

1674-1633(2012)09-0131-02

2011-01-21

作者郵箱：zyywgd@163.com