計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與醫(yī)學(xué)檢測(cè)融合淺議

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摘要：隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以做出醫(yī)學(xué)意義上的各種模型，對(duì)促進(jìn)醫(yī)學(xué)發(fā)展具有重要意義，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與醫(yī)學(xué)相結(jié)合已成為一種趨勢(shì)。本文主要介紹計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)與醫(yī)學(xué)檢測(cè)技術(shù)融合發(fā)展研究。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；仿真技術(shù)；醫(yī)學(xué)檢測(cè)；融合

0引言

分析系統(tǒng)時(shí)，依據(jù)相似定理，利用計(jì)算機(jī)對(duì)于模仿對(duì)象進(jìn)行模擬就是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。研究對(duì)象可以分為想象中與真正存在的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越多。人們一直以來(lái)對(duì)于醫(yī)學(xué)技術(shù)都存在陳舊觀(guān)念，認(rèn)為計(jì)算機(jī)技術(shù)無(wú)法與醫(yī)學(xué)技術(shù)相結(jié)合，隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的出現(xiàn)，打破了人們這種思想，同時(shí)醫(yī)學(xué)發(fā)展也迎來(lái)了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

1計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)概述

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)建立在數(shù)種理論與學(xué)科基礎(chǔ)之上，它將計(jì)算機(jī)以及相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)作為重要工具，利用試驗(yàn)?zāi)M來(lái)對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行解決，屬于一種典型的綜合性技術(shù)。計(jì)算機(jī)仿真最初被稱(chēng)作蒙特卡羅方法，具體就是通過(guò)隨機(jī)數(shù)實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)隨機(jī)問(wèn)題進(jìn)行相應(yīng)的解決。其實(shí)現(xiàn)機(jī)制最早可以上溯至1773年，G.L.L.BuffON為了對(duì)圓周率進(jìn)行估算，由此進(jìn)行了物理實(shí)驗(yàn)。按照仿真技術(shù)中所運(yùn)用到計(jì)算機(jī)種類(lèi)的差異，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)展歷程主要涉及到三個(gè)關(guān)鍵階段：模擬機(jī)、數(shù)?；旌蠙C(jī)、數(shù)字機(jī)這三種仿真技術(shù)[1]。

1.2實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真

由于計(jì)算機(jī)不能直接對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行認(rèn)知與處理，此時(shí)就需要構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，使之可以折射出對(duì)象的本質(zhì)，同時(shí)還能被計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接處理與認(rèn)知。這就需要該模型能夠提取對(duì)象的本質(zhì)，使之具有抽象屬性，這樣計(jì)算機(jī)就可以對(duì)這些模型進(jìn)行處理，同時(shí)還對(duì)模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出，從而展現(xiàn)對(duì)象有關(guān)特質(zhì)[2]。從模型視角來(lái)分析，計(jì)算機(jī)仿真實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：創(chuàng)建模型、轉(zhuǎn)換模型仿真試驗(yàn)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)三要素有計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)和模型。1.2.1模型建立?；谖覀円治龅膯?wèn)題，第一步確定抽象出一個(gè)系統(tǒng)依據(jù)仿真所要達(dá)成的目標(biāo)，必須要規(guī)定這個(gè)系統(tǒng)所應(yīng)該遵循的規(guī)則和條件。第二步，需通過(guò)各種有關(guān)知識(shí)，將所得系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)方式表現(xiàn)出來(lái)，而數(shù)字模型就是所表現(xiàn)出的內(nèi)容[3]。同時(shí)這個(gè)模型也是計(jì)算機(jī)仿真的核心內(nèi)容。1.2.2模型轉(zhuǎn)換。模型轉(zhuǎn)換就是對(duì)上一環(huán)節(jié)所抽象得到的數(shù)學(xué)表達(dá)式，利用相關(guān)的算法與計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，將其轉(zhuǎn)換成可以被計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的模型，也就是所謂仿真模型，它可以很好反映研究對(duì)象的本質(zhì)。同時(shí)這個(gè)模型也是開(kāi)展仿真分析的關(guān)鍵所在。當(dāng)然，完成這個(gè)工作不僅可以通過(guò)獨(dú)立開(kāi)發(fā)，同時(shí)也能借助于市場(chǎng)中已經(jīng)成熟的仿真系統(tǒng)，譬如MAGMAsoft，就能進(jìn)行直接仿真研究。1.2.3模型仿真實(shí)驗(yàn)。把之前所獲取到的仿真模型錄入計(jì)算機(jī)內(nèi)，在進(jìn)行仿真模型時(shí)要根據(jù)原本預(yù)定好的實(shí)驗(yàn)方案，之后獲得的結(jié)果，就叫做模型仿真實(shí)驗(yàn)。計(jì)算機(jī)仿真包含三個(gè)方面內(nèi)容：建模、仿真實(shí)驗(yàn)、結(jié)果分析，具體情況如圖2所示。1.2.4網(wǎng)絡(luò)化仿真。目前市場(chǎng)中直接使用的仿真系統(tǒng)數(shù)量雖然較為豐富，但是它們之間兼容性較差，很難進(jìn)行共享。再加上這些系統(tǒng)有著較高的開(kāi)發(fā)成本，這就導(dǎo)致效益不能充分發(fā)揮。為了對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行解決，首先，可以遴選較高兼容性的語(yǔ)言來(lái)對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)；其次，借助于網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，對(duì)仿真系統(tǒng)進(jìn)行共享。特別是后者，無(wú)疑成為今后仿真系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。通過(guò)共享可以很好的消除重復(fù)開(kāi)發(fā)，進(jìn)而節(jié)約相應(yīng)的社會(huì)資源，同時(shí)還能通過(guò)收取一定的費(fèi)用，來(lái)對(duì)原先系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償。1.2.5虛擬制造技術(shù)。深入應(yīng)用于虛擬制造技術(shù)范圍中就是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)以后發(fā)展的另一方向。二十世紀(jì)九十年代虛擬制造技術(shù)開(kāi)始慢慢發(fā)展起來(lái)。在計(jì)算機(jī)上主要完成了產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)品完成和控制企業(yè)一系列本質(zhì)，主要是通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，促使制造技術(shù)之后不用在完全按照以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行操作，而且可以對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督預(yù)測(cè)，推進(jìn)機(jī)械制造快速發(fā)展。

2計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在中醫(yī)理論研究方面運(yùn)用

中國(guó)最為傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)無(wú)疑就是中醫(yī)，中醫(yī)幾千年來(lái)始終秉承著辯證論治觀(guān)念。完整性與同意性是指整體觀(guān)念。中醫(yī)非常注重人體自身與自然界之間的相互關(guān)系。多年來(lái)，中醫(yī)學(xué)一直在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，但少部分研究效果較差。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)齊全，無(wú)法實(shí)質(zhì)性地解決很多研究問(wèn)題。隨著隨機(jī)時(shí)代的到來(lái)，人們可以將生物信號(hào)利用現(xiàn)代技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺R(shí)別輸?shù)碾娮有盘?hào)，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列處理，最終演變成計(jì)算機(jī)處理的計(jì)算機(jī)模型。信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以模擬中醫(yī)學(xué)各種機(jī)制與原理等，創(chuàng)建出各類(lèi)模型。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)還可以表現(xiàn)出氣候環(huán)境，這對(duì)于中醫(yī)學(xué)與自然環(huán)境緊密關(guān)聯(lián)有很大的幫助。當(dāng)前計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以辯證治療，還可以解決之前一整因?yàn)橄嚓P(guān)資料太少，對(duì)于復(fù)雜疾病無(wú)法進(jìn)行救治等問(wèn)題。

3虛擬仿真技術(shù)在醫(yī)學(xué)研究方面應(yīng)用

隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，所遇到的困難源源不斷，給醫(yī)學(xué)人員帶來(lái)許多挑戰(zhàn)，需要他們戰(zhàn)勝困難，不斷探索。進(jìn)而醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中最不可缺少的就是科學(xué)技術(shù)?？茖W(xué)研究較為復(fù)雜，耗費(fèi)時(shí)間又較長(zhǎng)，無(wú)法確定最終是否可以成功，導(dǎo)致科研工作無(wú)法正常開(kāi)展。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是可以根據(jù)醫(yī)療工作者需求建立出仿真環(huán)境模型。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的快速發(fā)展，將會(huì)大大改善醫(yī)學(xué)研究的研究條件。計(jì)算機(jī)仿真數(shù)字化虛擬人體與儀器都會(huì)為科研工作者帶來(lái)很大便利?？蒲泄ぷ髡邆兓ㄙM(fèi)較少經(jīng)費(fèi)就可以得到很多實(shí)驗(yàn)素材，并且可以一直使用，直到最終實(shí)驗(yàn)成功。之后可以經(jīng)所研究出來(lái)的實(shí)驗(yàn)方案運(yùn)用到實(shí)際實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，驗(yàn)證此方案是否可行，這樣可以減少很多實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，減少實(shí)驗(yàn)所花費(fèi)的時(shí)間。美國(guó)Physiome公司經(jīng)過(guò)不斷地研究，成功制造出一個(gè)虛擬心臟，很多研究者們用虛擬心臟來(lái)進(jìn)行試藥和分析心率等問(wèn)題。

4虛擬仿真技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用

因醫(yī)學(xué)研究員對(duì)于三維醫(yī)學(xué)解剖有強(qiáng)烈需求，而虛擬仿真技術(shù)正滿(mǎn)足此需要，進(jìn)而創(chuàng)立了為手術(shù)前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的虛擬環(huán)境。多媒體與計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，實(shí)際應(yīng)用中也逐漸出現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)身影，不再禁錮于實(shí)驗(yàn)室中。在仿真訓(xùn)練與醫(yī)學(xué)手術(shù)教學(xué)中，虛擬仿真技術(shù)發(fā)揮著不可磨滅的作用。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為醫(yī)學(xué)界創(chuàng)造了良好發(fā)展前景[6]。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以對(duì)手術(shù)、診斷和互利進(jìn)行模擬，會(huì)給醫(yī)療工作者展現(xiàn)出一個(gè)相當(dāng)逼真的環(huán)境。任何事物好處都取決于它的使用者，我們必須認(rèn)識(shí)到計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)不會(huì)突然地創(chuàng)造奇跡。醫(yī)學(xué)界要深入了解計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，與現(xiàn)代可以相結(jié)合，這樣才能促進(jìn)醫(yī)療事業(yè)發(fā)展。

4.1制定醫(yī)療手術(shù)方案與預(yù)測(cè)治療效果

醫(yī)生在進(jìn)行手術(shù)之前，醫(yī)生會(huì)利用仿真系統(tǒng)將病人的磁共振檢查與電子計(jì)算機(jī)斷層攝影傳入到系統(tǒng)中，對(duì)比仿真系統(tǒng)中專(zhuān)家?guī)煜嚓P(guān)材料，定制出病人的手術(shù)方案。如果有把握不大的方案，還可以在計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)中先進(jìn)行演練，分析其可行性。對(duì)模擬系統(tǒng)的出的治療效果，進(jìn)行相關(guān)研究分析，醫(yī)療工作者就可以進(jìn)行對(duì)應(yīng)的方案，進(jìn)而預(yù)料手術(shù)得各種可能性，增強(qiáng)手術(shù)操練熟練性，有效避免了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的誕生，為醫(yī)療工作者提供了很大便利。在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)下進(jìn)行手術(shù)演練，可以提供更加廣泛的手術(shù)思想，可以對(duì)比不同手術(shù)方案。

4.2有助于術(shù)前準(zhǔn)備工作

醫(yī)生在進(jìn)行手術(shù)前，一般會(huì)利用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)提前練習(xí)，研究病灶附近解剖狀況，仿真手術(shù)整個(gè)過(guò)程，分許出重要器官與手術(shù)路徑之間的聯(lián)系，有助于后續(xù)手術(shù)操作，獲得最佳手術(shù)方案，將手術(shù)方案打印出來(lái)，存儲(chǔ)病例報(bào)告。

4.3利于培養(yǎng)醫(yī)務(wù)工作人員

虛擬仿真技術(shù)中最為重要一項(xiàng)操作就是虛擬手術(shù)操作教學(xué)。因?yàn)樘摂M仿真技術(shù)可以將真是世界虛擬出來(lái)一個(gè)環(huán)境，這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于醫(yī)學(xué)研究者非常重要，可以使醫(yī)務(wù)者在虛擬環(huán)境中，學(xué)習(xí)和體驗(yàn)真實(shí)手術(shù)情況，通過(guò)各個(gè)感官感受手機(jī)各項(xiàng)操作。對(duì)于缺乏實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生，可以在專(zhuān)業(yè)醫(yī)生看管指導(dǎo)下，進(jìn)行計(jì)算機(jī)手術(shù)仿真聯(lián)系，積累經(jīng)驗(yàn)，為之后沾上手術(shù)臺(tái)奠定基礎(chǔ)，減少培訓(xùn)時(shí)間與成本。

參考文獻(xiàn)

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作者:蘇虞磊 薛方 梁成 單位:西安醫(yī)學(xué)院衛(wèi)生管理學(xué)院