趙 魁 吳艷玲

(1天津市第一醫(yī)院，天津市 300143;2天津電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津市 300350)

隨著微創(chuàng)技術(shù)的普及和推廣，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)在臨床醫(yī)學(xué)中發(fā)揮著重要的作用。內(nèi)窺鏡系統(tǒng)配置復(fù)雜，種類繁多，但不論哪種內(nèi)窺鏡和在哪個(gè)科室使用的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，基本上都包含光學(xué)視管鏡、冷光源、攝像系統(tǒng)、操作手件和器械、能量輸出系統(tǒng)、手術(shù)輔助設(shè)備、圖文工作站這幾個(gè)部分[1]。其中圖文工作站是較重要的一部分，它記錄、存儲(chǔ)病例，支持對(duì)病人信息的統(tǒng)計(jì)查詢，同時(shí)擁有強(qiáng)大的圖像處理功能，以及豐富的診斷模板及專家詞庫(kù)，對(duì)于醫(yī)院標(biāo)準(zhǔn)化、信息化管理、同行間交流、提高業(yè)務(wù)能力等都有著重要的意義?，F(xiàn)就內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中所涉及的各方面技術(shù)及需求情況的現(xiàn)狀及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)作一綜述。

1 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)在內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)中的應(yīng)用

內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)中最重要的一個(gè)部分是對(duì)病人、醫(yī)師及檢驗(yàn)過(guò)程中相應(yīng)信息進(jìn)行信息化管理。信息管理功能通常是以數(shù)據(jù)庫(kù)為處理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)病人資料的存儲(chǔ)、修改、查詢、統(tǒng)計(jì)等功能。

數(shù)據(jù)庫(kù)是長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合集合[2]。目前流行的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)引擎有微軟公司的SQL Server，IBM公司的DB2，Oracle和微軟公司的Jet(用于Access)。其中使用Jet的Access數(shù)據(jù)庫(kù)，是一種桌面型數(shù)據(jù)庫(kù)，界面友好，操作簡(jiǎn)單，適于處理少量數(shù)據(jù)和單機(jī)訪問(wèn)[3]。現(xiàn)在內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)多用Access數(shù)據(jù)庫(kù)為平臺(tái)完成內(nèi)窺鏡的圖文信息的管理，圖文工作站均為單機(jī)版，只在一臺(tái)機(jī)器上完成信息的錄入和圖像的存儲(chǔ)，醫(yī)生只能通過(guò)閱讀報(bào)告來(lái)了解病人信息[4]。微軟公司的SQL Server是個(gè)中大型數(shù)據(jù)庫(kù)，適合大容量數(shù)據(jù)和大流量網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，同時(shí)支持復(fù)雜的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析功能[5]。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，越來(lái)越多的醫(yī)院希望內(nèi)窺鏡診斷的信息與其他科室共享，少部分內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)使用SQL Server來(lái)處理內(nèi)窺鏡病人的信息以滿足此需求。IBM公司的DB2、Oracle均屬于大型數(shù)據(jù)庫(kù)，功能強(qiáng)大，適合處理大容量數(shù)據(jù)，操作復(fù)雜，更適合大型企業(yè)、銀行等對(duì)數(shù)據(jù)要求高的場(chǎng)合，因此目前內(nèi)窺鏡圖文工作站未發(fā)現(xiàn)使用此種數(shù)據(jù)庫(kù)。

2 視頻采集技術(shù)在內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)中的應(yīng)用

視頻采集是內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)中關(guān)鍵的部分，他負(fù)責(zé)把內(nèi)窺鏡采集來(lái)的圖像傳輸?shù)絇C機(jī)上，便于內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)做醫(yī)療信息的存儲(chǔ)及進(jìn)一步的處理。

目前內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)多使用專用的視頻采集卡進(jìn)行采集。視頻采集卡又叫視頻卡，是將視頻設(shè)備輸出的視頻數(shù)據(jù)或者視頻音頻的混合數(shù)據(jù)輸入電腦，并轉(zhuǎn)換成電腦可辨別的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在電腦中，成為可編輯處理的視頻數(shù)據(jù)文件。

根據(jù)使用驅(qū)動(dòng)程序的類型不同，目前市場(chǎng)上大致有兩種采集卡:VFW(video for windows)卡和 WDM(windows driver model)卡。前者是一種趨于廢棄的驅(qū)動(dòng)模型，而后者是前者的替代模型[6]。經(jīng)考察多個(gè)目前使用的內(nèi)窺鏡圖文工作站發(fā)現(xiàn)，這兩種采集卡目前都在使用中。從編程實(shí)現(xiàn)的角度看，DirectShow使用 WDM Video Capture Filter支持 WDM卡，而使用另外一個(gè)VFW Capture Filter(他的 CLSID為 CLSID_VfwCapture)來(lái)支持VFW卡[6]。有些系統(tǒng)只使用DirectShow來(lái)與采集卡進(jìn)行接口，而有些較早的系統(tǒng)則只使用VFW Capture Filter來(lái)與采集卡進(jìn)行接口，部分系統(tǒng)則同時(shí)使用二者進(jìn)行雙重核心的設(shè)計(jì)。

3 圖像處理技術(shù)在內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)中的應(yīng)用

內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)中最重要的一個(gè)功能是提取手術(shù)中有價(jià)值的清晰圖片，并提供對(duì)圖片的相應(yīng)處理功能，便于醫(yī)生對(duì)病人情況進(jìn)行分析，得出正確診斷，同時(shí)給出相應(yīng)帶有清晰圖片的報(bào)告，使相關(guān)醫(yī)療科室可以配合治療，留取手術(shù)中的視頻資料，以備復(fù)查及同行間交流使用。因此，內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)需要具備視頻壓縮、圖像采集、圖像處理、圖像識(shí)別功能，這些均屬于圖像處理技術(shù)范疇。

視頻壓縮就是在保證一定重構(gòu)質(zhì)量的前提下，運(yùn)用各種壓縮技術(shù)和手段，將視頻數(shù)據(jù)中的冗余信息去除，從而以盡可能少的比特?cái)?shù)來(lái)表示信號(hào)[7]。目前常用的視頻壓縮格式有 CIF、QCIF、4CIF、D1、MPEG-4、H.26x、M-JPEG 及Motion JPEG2000[8]。其中 MPEG-4編碼標(biāo)準(zhǔn)制定于1998年，支持逐行掃描和隔行掃描，是為了播放流媒體的高質(zhì)量視頻，針對(duì)視頻會(huì)議、可視電話低速率編碼標(biāo)準(zhǔn)而專門設(shè)計(jì)的，是基于視頻對(duì)象的編碼標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)象識(shí)別提供了空間的可伸縮性，他可利用很窄的帶寬，通過(guò)幀重建技術(shù)，壓縮和傳輸數(shù)據(jù)，以求使用最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量[9]。這種技術(shù)是目前內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中廣泛采用的視頻壓縮技術(shù)，能滿足醫(yī)療交流的初步要求。H.26x包括 H.261、H.262、H.263 和 H.264標(biāo)準(zhǔn)。H.264/AVCC[10]是 ISO/IEC 的運(yùn)動(dòng)圖像專家小組MPEG和ITU-T的視頻編碼組VCEG聯(lián)合制定的，可提高壓縮效率，提供友好的網(wǎng)絡(luò)音像同步應(yīng)用，提高壓縮質(zhì)量。因此，近年來(lái)部分內(nèi)窺鏡系統(tǒng)采用這種技術(shù)進(jìn)行視頻壓縮，以求更好地滿足醫(yī)生對(duì)視頻質(zhì)量的要求。

圖像采集是指從視頻流中抽取特定單幀圖像，保存為相應(yīng)的格式。特定圖像的抽取方式分為自動(dòng)式和用戶指令式。內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)均采用用戶指令式，通過(guò)屏幕點(diǎn)擊或腳踏開關(guān)給出指令。比較流行的圖像存取格式為 PCX、BMP、TIF、TGA、GIF、JPEG、PSD、DICOM[11]，其中JPEG是應(yīng)用最廣泛的，跨平臺(tái)的壓縮文件格式，其最大的特點(diǎn)是性能強(qiáng)大，但屬于有損壓縮，需經(jīng)過(guò)處理來(lái)保證圖像的質(zhì)量。BMP文件格式是微軟公司為windows環(huán)境設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式，采用的非壓縮格式，適合處理黑白圖片，清晰度很高。DICOM標(biāo)準(zhǔn)是醫(yī)學(xué)圖像存儲(chǔ)和傳輸標(biāo)準(zhǔn)，為醫(yī)學(xué)影像設(shè)備生產(chǎn)廠家提供了接口標(biāo)準(zhǔn)和交互協(xié)議[12]。目前內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)最廣泛使用的是JPEG的壓縮格式。但伴隨著醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)的進(jìn)步，DICOM標(biāo)準(zhǔn)也在繼續(xù)地更新，所支持的醫(yī)學(xué)影像格式已經(jīng)從當(dāng)初的只支持放射影像的ACR-NEMA標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展到了可以支持病理、內(nèi)窺鏡等其他影像的要求。DICOM標(biāo)準(zhǔn)是PACS系統(tǒng)使用的最重要的圖像存儲(chǔ)傳輸格式。

研究人員早已認(rèn)識(shí)到醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)是醫(yī)院信息體系的一個(gè)舉足輕重的組成部分，PACS應(yīng)當(dāng)和其他系統(tǒng)之間互相交換信息，共同組成醫(yī)院醫(yī)療診療的信息整體[13，14]。

為使內(nèi)窺鏡系統(tǒng)所采集的圖片更有助于提高醫(yī)學(xué)臨床診斷水平，還能為醫(yī)學(xué)培訓(xùn)、醫(yī)學(xué)研究與教學(xué)、計(jì)算機(jī)輔助臨床外科手術(shù)等提供必要支持[15]，很多內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)使用圖像處理技術(shù)為醫(yī)生提供圖像的旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)、縮放及可以改善圖像質(zhì)量的圖像增強(qiáng)處理。

圖像識(shí)別通過(guò)存儲(chǔ)的信息(記憶中存儲(chǔ)的信息)與當(dāng)前的信息(當(dāng)時(shí)進(jìn)入感官的信息)進(jìn)行比較實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的識(shí)別[16]。人類在識(shí)別現(xiàn)實(shí)世界中的各種事物或復(fù)雜的環(huán)境是一件輕而易舉的事，但對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)講，進(jìn)行復(fù)雜的圖像識(shí)別是非常困難的[17]。因此，在普通內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)中識(shí)別技術(shù)尚未被使用，而在膠囊內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中利用圖像的顏色、紋理、形狀、空間四種特征來(lái)近似描述內(nèi)容信息從而達(dá)到識(shí)別檢索的目的?；叶裙采仃嚨奶岢鯷18]，Tamura 紋理特征[19，20]、模型法[21]、小波變換[22，23]、傅里葉功率譜、Contourlet變換[24，25]等均屬于常用的紋理提取方法，而區(qū)域面積、不變矩等[26，27]均屬于形狀特征法的代表。

4 問(wèn)題與展望

綜上所述，內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)作為內(nèi)窺鏡信息數(shù)字化的重要平臺(tái)已在內(nèi)窺鏡臨床診療中發(fā)揮了一定的作用。但仍然存在一定的問(wèn)題:①內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)病人相關(guān)信息較少，只適于產(chǎn)生診斷報(bào)告，不利于進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析做進(jìn)一步醫(yī)學(xué)研究;②內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)多使用腳踏方式或屏幕點(diǎn)擊方式進(jìn)行圖像采集，這樣給醫(yī)生造成一定的負(fù)擔(dān)，降低醫(yī)生的工作效率;③內(nèi)窺鏡圖文系統(tǒng)對(duì)圖像識(shí)別技術(shù)使用欠缺，可以使用該技術(shù)給予醫(yī)生圖像清晰度及病灶點(diǎn)的提示。相信隨著信息技術(shù)日新月異的發(fā)展，這些問(wèn)題都將會(huì)得到解決，效率會(huì)進(jìn)一步的提高，內(nèi)窺鏡信息的準(zhǔn)確性會(huì)得到保證。

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