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醫學影像學動態數據庫的應用研究

來源:中華現代影像學雜志 作者:謝寶杰 殷風華 2005-11-8
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摘要: 【摘要】 目的 建立醫學影像動態數據庫并將其應用于輔助診斷系統。 方法 運用計算機數據庫管理、圖形識別處理與人工智能技術,對醫學影像學文字資料與圖片資料進行智能化操縱。 結果 建立醫學影像動態數據庫并將其應用于專家診斷系統,實現醫學影像動態管理和計算機輔助診斷。 結論 改進和擴充了數據庫的功能和執行效率,......


    【摘要】 目的  建立醫學影像動態數據庫并將其應用于輔助診斷系統。 方法  運用計算機數據庫管理、圖形識別處理與人工智能技術,對醫學影像學文字資料與圖片資料進行智能化操縱。 結果  建立醫學影像動態數據庫并將其應用于專家診斷系統,實現醫學影像動態管理和計算機輔助診斷。 結論  改進和擴充了數據庫的功能和執行效率,提高了數據庫的演繹推理功能和智能化程度,支持專家診斷系統的研究。
    
    關鍵詞  醫學影像動態數據庫 時間坐標 數據變量 計算機輔助診斷

    現在常用的醫學影像學數據庫是一個包括文字資料(患者臨床資料、影像特征描述語言)和影像學資料(通過采集、掃描等手段獲得)的醫學影像病例管理程序,將影像特征描述語言、影像(X線圖片)、臨床資料部分中的體征和癥狀分別作為一個數據項描述,運用數據庫系統管理功能對病例中某些數據字段進行檢索、統計工作,例如對姓名、編號或按照解剖分類、ACR編碼(ACR index for radiological di-agnosis)疾病分類進行檢索,或對工作量、收費種類及數量、物質消耗等財務數據統計列表等,運用在網站則出現了病例更新、遠程會診、資料上傳下載等功能。但總體來講仍然不能擺脫病例倉庫的概念,只不過是一個無膠片化、數字化儲片庫。放射科信息管理系統(radiology information system,RIS)或醫學影像存儲與傳輸系統(picture archiving communi-cation system,PACS),對醫學影像數據管理保留在靜態管理水平,不具備數據演義功能、歸納功能、問題求解能力和知識管理能力。筆者設計的醫學影像學動態數據庫著眼于擴大數據庫的功能,將人工智能(AI)技術引入傳統數據庫(DB),以改進和擴充數據庫的性能和執行效率而形成新型動態數據庫,使其不但具有傳統數據庫的已有功能,而且具有AI能力,以提高數據庫的演繹、推理功能和智能化程度。其性能體現在演繹能力(推理)的擴充、語義知識的引入、知識的獲取、知識和數據的有效組織及管理方面;而效率則指數據庫對用戶查詢的快速響應與查詢優化上。

    1 醫學影像學動態數據庫的主要特征

    (1)筆者為每個數據賦予一個時間坐標,使每項數據成為一個動態變量。圖像也屬于動態變量,即癥狀變量,隨癥狀特征描述參數變化改變,由時間尺度變化來衡量。通過單位時間引起的空間尺度變化,可以了解某一疾病在某一時期的影像學改變;由癥狀變量的變化可以演繹出相應特征的影像,以及進一步對疾病給予輔助診斷。既可以對一份病例進行動態觀察分析,又可以對某一種疾病進行動態跟蹤,還可以對時間、地區、人群等進行疾病發生、發展規律統計分析。這是醫學影像學動態數據庫與普通數據庫重要區別。(2)文字資料部分變文本描述為動態函數表述。與診斷相關的文字資料部分,按解剖分類、病理分類、影像診斷要點等方法,分級分類設置為多個數據字段;各字段值、屬性值采用文字輸入、固定選項等方式在病例錄入時輸入,并分別根據其實際意義給予加權、設置關系函數;同時賦予各數據字段時間坐標,使其成為一個動態變量。(3)圖像經計算機圖形處理后所得圖形大小、灰度等值歸納為數個數據字段,使醫學影像不再只是一個JVPG或DICOM的圖片文件,成為計算機可以識別、處理的動態數據圖像。

    2 建立動態數據庫注意事項

    2.1 進行動態數據庫設計 應著重創建數據庫的結構并將其應用于計算機輔助診斷系統進行研究探討。(1)第一級:原始數據的采集包括:醫院的基本就診信息(住院/門診號碼、科室、床號、主治醫師、臨床診斷、影像學號碼、資料序列號)、患者病情的基本數據(患者姓名、性別、年齡、職業、住址、病史、家族史、癥狀、體征、物理檢查、化驗檢查、其他器官情況、結合透視、隨診觀察、治療效果、病理診斷)。(2)第二級:采集患者的輔助診斷信息并進行數據分類。(3)第三級:按照器官組織的不同進行數據分類。(4)第四級:組織器官的病灶信息的建立,包括:病灶大小、范圍、密度、與周圍組織的關系及動態的組織學變化,利用計算機的AI進行統計學分析,建立動態的數據分類。(5)第五級:對以上數據進行綜合歸納,建立完整的單病種資料,并對動態的病灶信息即動態數據進行初步的識別。(6)第六級:對動態數據進行AI識別,建立完整的動態數據庫。

    2.2 數據庫的基本關系 數據庫由多份記錄組成,在這里每份記錄表現為一份完整病例,組成記錄的若干字段各有屬性,又同時具有共性,這是數據庫最基本的關系。由于筆者對各字段賦予了時間坐標,使其成為動態變量,所以稱之為動態數據庫。動態數據庫管理系統的核心是一個推理機構,它完成對知識的操縱,其中包括對數據的一致性校驗、數據的檢索、分類及數據相關程度的確定等。因此必須為各字段設置加權,規定其與診斷、圖像的關系,如患者家族史與診斷的關系、病理診斷與物理檢查對于確診的重要性、疾病發展不同時間的影像學特征、疾病地區人群發展規律等。

    2.3 數據庫的智能化規則 包括各數據字段的加權(與影像診斷的關聯程度系數)隨資料積累發生變化,資料隨時間、數量變化自動實現篩選更新,對于疾病發展規律進行統計分析等。

    2.4 專家診斷系統(expert diagnose system,EDS) (1)通過輸入特定字段數據屬性,獲得相關診斷結論和計算機生成圖像。(2)圖像經計算機處理后,識別病灶特征(六級數據),演繹病灶數據特征文字表達(四、五級數據)。從而達到計算機輔助診斷的目的。醫學影像學資料的采集具有隨機性,屬于非連續采集,其中又包括按照治療周期、疾病發展規律、時間特征等進行采集,因此在自動篩選更新程序的設計中應分別對待。

    (編輯新 竹)

    作者單位:050011石家莊河北醫科大學附屬第四醫院 

 


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