蘇虞磊,薛 方,李增江

(西安醫(yī)學(xué)院,陜西 西安 710021)

0 引言

19 世紀(jì)60 年代,在醫(yī)學(xué)診斷中融入計(jì)算機(jī)輔助的技術(shù)第一次被提起,由于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)水平較為落后,導(dǎo)致該方面的技術(shù)難以進(jìn)行下去。直到20 世紀(jì),計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展,數(shù)學(xué)算法也逐漸完善,這才使得計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像診斷領(lǐng)域中的研究得以飛快發(fā)展。由于技術(shù)輸出的結(jié)果不同,大致被分為兩種:計(jì)算機(jī)輔助診斷與計(jì)算機(jī)輔助檢出。

1 計(jì)算機(jī)輔助診斷簡介

計(jì)算機(jī)輔助診斷通過較為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件以及數(shù)字放射圖像進(jìn)行分析和處理,來檢測(cè)病前的特征,并能及時(shí)發(fā)現(xiàn),所檢測(cè)出的結(jié)果被作為第二個(gè)診斷結(jié)果進(jìn)行參考,幫助提升放射科醫(yī)生的診斷準(zhǔn)確性,同時(shí)也被稱為醫(yī)生的輔助“眼睛”,可以高效精準(zhǔn)地進(jìn)行診斷,并改善診斷的復(fù)發(fā)性,縮短閱讀時(shí)間,使工作效率得以提升[1]。計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)也被稱為CAD,其中的D 就包含了兩個(gè)方面:Detection 和Diagnosis,也就是檢測(cè)和診斷,其意義就是協(xié)助醫(yī)生發(fā)現(xiàn)病情并精準(zhǔn)診斷病情。

2 計(jì)算機(jī)輔助在醫(yī)學(xué)影像的作用

醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域中,各式各樣的影像檢查技術(shù)的平片、計(jì)算機(jī)X 線斷層掃描、磁共振成像、正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像以及超聲等技術(shù)都可以運(yùn)用到計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)當(dāng)中。人體任何部位都可以利用計(jì)算機(jī)診斷技術(shù)來提高影響檢測(cè)的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)如今,大多數(shù)計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)研究都被應(yīng)用于乳腺癌和肺結(jié)節(jié)等病況檢測(cè)中,基于身體中別的部位運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)的研究不僅少而且都不夠成熟。為此,肺結(jié)節(jié)以及乳腺癌病況的計(jì)算機(jī)輔助診斷研究幾乎代表了如今CAD 在醫(yī)學(xué)影像中應(yīng)用的最高水平。隨著經(jīng)濟(jì)時(shí)代的來臨,計(jì)算機(jī)以及AI 技術(shù)的發(fā)展尤其迅速,這為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的CAD 技術(shù)發(fā)展打下了基礎(chǔ),但由于我國的計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)起步較晚,而且水平較低,被應(yīng)用的范圍也受限,沒有很出色的驗(yàn)證以及評(píng)估,法制發(fā)展一直不平衡,仍存在著一定的難題[2]。

3 計(jì)算機(jī)輔助診斷在醫(yī)學(xué)影像診斷中的基本原理

計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像領(lǐng)域中的應(yīng)用過程中,需要對(duì)系統(tǒng)的相應(yīng)診斷參數(shù)進(jìn)行圖像預(yù)處理,使圖像的噪聲進(jìn)行降低,糾正圖像中的灰度不均勻性等問題,執(zhí)行此類操作是為了彌補(bǔ)不同類型或不同來源而導(dǎo)致的診斷數(shù)據(jù)中的差異性。雖說此類操作過程不作為CAD 中的重要組成部分,但如果事先不這么做的話,將會(huì)導(dǎo)致最終的診斷出現(xiàn)錯(cuò)誤。在CAD 技術(shù)中,圖像分割是指把所獲得的診斷圖像分割至不同的街跑區(qū)域,然后根據(jù)圖像中的特短進(jìn)行病狀的偵查以及病情特征的獲取,提升診斷的精準(zhǔn)性。

所謂計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)中的樣本采集就是精準(zhǔn)識(shí)別和樣本采集技術(shù)的研究領(lǐng)域并進(jìn)行有效采集,改進(jìn)研究領(lǐng)域中包括結(jié)腸息肉、腫瘤等病況。在正常的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)運(yùn)行中,需要先對(duì)其樣本采集才能進(jìn)行下一步的分析與研究。圖像特征中較為常見的包括邊緣特征、信號(hào)特征、紋理特征。該特征都可以有效反映圖像中的信號(hào)強(qiáng)弱等具體內(nèi)容。此過程中要特別注意,提取圖像特征工作作為CAD 技術(shù)應(yīng)用中的重點(diǎn)內(nèi)容,并不是檢測(cè)出的越多而效率越高,而是有效地減少技術(shù)運(yùn)用的時(shí)間并提升病情的檢出率。

4 計(jì)算機(jī)輔助診斷的工作步驟和圖像要求

4.1 工作步驟

計(jì)算機(jī)輔助診斷的工作步驟大體分為3 步:①圖像的預(yù)處理,其目的是把病況從正常的結(jié)構(gòu)中進(jìn)行分析并精準(zhǔn)提取。圖像預(yù)處理的主要目的就是讓計(jì)算機(jī)較為容易地檢測(cè)出大概率存在的病況,并讓計(jì)算機(jī)可以從較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)背景中將可疑的病況進(jìn)行精準(zhǔn)定位。不同的病況利用不同的圖像處理以及計(jì)算方式,將疑似病例從正常的結(jié)構(gòu)中分離出來。②提取圖像征像或者是圖像特征中的量化。這一步的主要原因是將第一步計(jì)算機(jī)所提取的病況進(jìn)行量化,也就是病況的特征分析過程。所分析出的特征是最有價(jià)值的影像學(xué)表現(xiàn),如形態(tài)、病狀大小、密度等,這也說明影像診斷醫(yī)生對(duì)病變?cè)\斷會(huì)更加精準(zhǔn)。③數(shù)據(jù)處理過程,通過第二步獲取的圖像特征的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)地輸入各種數(shù)學(xué)或統(tǒng)計(jì)算法,如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并形成一個(gè)CAD 系統(tǒng)。對(duì)病況進(jìn)行有效分類,來更清楚地區(qū)分各種病情。通常的方法主要為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、規(guī)則提取法、決策樹等。目前,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)得到了廣泛的應(yīng)用,并取得了良好的效果。

4.2 圖像要求

信噪比也被稱為SNR 或S/N(SIGNAL-NOISE RATIO),又稱為訊噪比。SNR 是指表征五項(xiàng)中信號(hào)強(qiáng)度與噪聲強(qiáng)度之比的參數(shù)。信噪比越高,對(duì)有用信號(hào)的噪聲干擾越小,信號(hào)傳輸質(zhì)量越高,所以圖像中的信噪比越高越好。在計(jì)算機(jī)輔助診斷的過程中圖像分辨率對(duì)病況判斷的能力影響巨大,計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)要求為數(shù)字化,計(jì)算機(jī)X 射線、數(shù)字化X 射線攝影系統(tǒng)在臨床診斷的應(yīng)用,可以直接滿足計(jì)算機(jī)輔助診斷要求的圖像。

5 計(jì)算機(jī)輔助診斷在醫(yī)學(xué)影像診斷中的應(yīng)用進(jìn)展

5.1 肺結(jié)節(jié)性病變方面的應(yīng)用

CAD 技術(shù)被應(yīng)用于最早的一個(gè)領(lǐng)域?yàn)樾仄跋?。然?由于人肋骨和支氣管血管束在胸部X 光檢查上的解剖學(xué)重疊,這導(dǎo)致此技術(shù)在早期進(jìn)行診斷的過程中經(jīng)常出現(xiàn)漏診、誤診的現(xiàn)象。在早期的病情檢查過程中,絕大多數(shù)都以醫(yī)生的豐富經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行開展,所以當(dāng)時(shí)針對(duì)胸部來進(jìn)行肺癌CAD 診斷就成了醫(yī)學(xué)影像診斷領(lǐng)域最受歡迎的話題。

5.2 乳腺癌中方面的應(yīng)用

現(xiàn)如今,CAD 技術(shù)被應(yīng)用于乳腺癌醫(yī)學(xué)影像的范圍較多,針對(duì)乳腺癌的研究集中點(diǎn)在腫塊、鈣質(zhì)沉積的檢測(cè)數(shù)據(jù)方面提升準(zhǔn)確性,在此過程中,乳腺類型和腫瘤類型是影響檢測(cè)效率的關(guān)鍵因素。在CAD 技術(shù)對(duì)乳腺癌診斷的過程中,檢出鈣化灶整體效率是最為良好的,檢測(cè)的準(zhǔn)確率一般掌控在90%～99%,該過程中計(jì)算機(jī)受到了乳腺體密度等因素的影響,檢出腫塊的效能低,基本掌控在84%～90%,此檢出還有著較大的發(fā)展空間。

5.3 CT 結(jié)腸癌診斷中的應(yīng)用

經(jīng)研究調(diào)查分析得出,腸癌如果在發(fā)病初期及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行手術(shù)切割,可以使腸癌癥的發(fā)病率有效減少,這表明在腸癌發(fā)病初期及時(shí)進(jìn)行必要的檢測(cè)成了重點(diǎn)內(nèi)容。在最早期腸息肉檢查手段中主要運(yùn)用計(jì)算機(jī)X 線斷層掃描結(jié)腸成像,此技術(shù)在應(yīng)用一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)檢出的結(jié)果并沒有預(yù)想的那么好,最主要的原因是計(jì)算機(jī)X 線斷層掃描成像在檢出的過程中會(huì)測(cè)出成堆圖像從而使結(jié)果受到影響。全新的CAD 診斷技術(shù)被應(yīng)用后,使問題得到了完美的解決,并縮短了檢出時(shí)間,提高了檢出質(zhì)量。

5.4 前列腺癌診斷中的應(yīng)用

此領(lǐng)域運(yùn)用CAD 技術(shù)跟上述領(lǐng)域相比較,CAD 技術(shù)在前列腺癌領(lǐng)域中的應(yīng)用時(shí)間較短,主要根據(jù)DRE、Serum、年齡等前列腺特異性抗原指數(shù)來進(jìn)行初期的檢測(cè)。目前我國在進(jìn)行前列腺癌的臨床研究以及后期儲(chǔ)備工作中仍缺少一套完整的體系。隨著科技時(shí)代的來領(lǐng),CAD 技術(shù)為前列腺癌的研究開創(chuàng)了全新的研究路線,為前列腺癌的治療提供了一定的路徑并打下了基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

科技時(shí)代的來臨,使得計(jì)算機(jī)的各種算法也在飛速發(fā)展,CAD 技術(shù)就在此背景下不斷優(yōu)化,給醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供了更多研究的方向,該技術(shù)的出現(xiàn)也使醫(yī)學(xué)預(yù)測(cè)模型的質(zhì)量有所提升。但是,我國運(yùn)用CAD 技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域臨床診斷仍處于初步使用階段,對(duì)于病況的深入治療并沒有完全涉及,CAD 技術(shù)的檢測(cè)效能仍需要進(jìn)一步完善[3]。