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1臨床資料
納入標準:患肝膽胰疾病,有手術指征,無明顯手術禁忌證,并且同意手術,意識清楚的患者。收集我院肝膽外科2011年12月—2012年12月符合標準的手術患者200例作為對照組,年齡(53.10±11.20)歲,男112例,女88例;肝膽管結石病55例,原發(fā)性肝癌48例,胰腺腫瘤10例,門靜脈高壓癥12例,肝門部膽管癌30例,膽囊癌45例。收集2013年1月—2014年1月符合納入標準的接受個體化3D診療模型指導術前討論的手術患者200例作為觀察組,年齡(54.4±12.7)歲,男118例,女82例;肝膽管結石病57例,原發(fā)性肝癌53例,胰腺腫瘤12例,門靜脈高壓癥8例,肝門部膽管癌40例,膽囊癌30例。兩組患者年齡、性別、疾病診斷的構成比等方面相比差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05),具有可比性。
2方法
2.1對照組
實施常規(guī)術前討論模式。術前討論開始前,主管醫(yī)生準備患者資料、各項檢查結果及影像學資料。討論時只由醫(yī)療團隊組成,各級醫(yī)生按病歷記錄進行討論。護士遵醫(yī)囑執(zhí)行各項操作?;颊呒凹覍俦桓嬷懻摻Y果。
2.2觀察組
實施以數字醫(yī)學技術三維可視化系統(tǒng)為依托、醫(yī)護患三方參與的術前討論模式。(1)重建出患者病灶的數字醫(yī)學技術三維重建圖像,具體步驟:患者術前行64排螺旋增強CT薄層掃描;將CTDICOM圖像數據上傳HP服務器,將服務器的DICOM導入到Mxview工作站;在Mxview工作站中,進行數據的刻盤存貯;將數據導入腹部醫(yī)學圖像三維可視化系統(tǒng)(MI-3DVS)軟件中,進行三維重建,得到患者病灶的數字醫(yī)學技術三維重建圖像。(2)責任護士、護理組長及護士長在術前討論之前,掌握患者護理資料,并查閱相關資料。(3)全科醫(yī)生、護士長、護理組長、責任護士、手術配合護士、患者及家屬圍座一起,共同參與術前討論。(4)主管醫(yī)生匯報患者病情及相關資料,使用旭東公司三維閱讀軟件(viewer)播放患者病灶的數字醫(yī)學技術三維重建圖像。(5)責任護士匯報患者的護理資料。(6)各級醫(yī)生討論制定手術方案,并進行仿真手術演示。(7)護士長、護理組長和責任護士根據術前討論情況,以及患者的病情、手術情況、個性特征和需求制定護理措施。(8)手術配合護士根據討論結果預先做好器械、耗材及患者等準備。
2.3評價指標
評價兩組患者在并發(fā)癥發(fā)生率、住院日、護理服務滿意率。并發(fā)癥包括膽瘺、腸瘺、胰瘺、吻合口出血、胸腔積液、傷口出血、傷口及腹腔內感染、肺部感染、泌尿系感染、門靜脈及下肢深靜脈血栓、壓瘡等,統(tǒng)計并發(fā)癥發(fā)生率。以上數據均由醫(yī)院質量管理科在患者治愈出院后統(tǒng)計所得。
2.4統(tǒng)計學方法
用SPSS13.0進行處理,計量資料采用兩獨立樣本t檢驗,P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
3結果
對照組發(fā)生1起醫(yī)療糾紛,觀察組未發(fā)生醫(yī)療糾紛。兩組患者并發(fā)癥發(fā)生率、平均住院日、護理服務態(tài)度滿意率比較,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。見表1。
4討論
4.1實施以數字醫(yī)學技術三維可視化系統(tǒng)為依托、醫(yī)護患三方參與的術前討論模式,降低了患者術后并發(fā)癥的發(fā)生率,縮短了平均住院日觀察組實施以數字醫(yī)學技術三維可視化系統(tǒng)為依托、醫(yī)護患三方參與的術前討論模式,一方面,醫(yī)學圖像三維重建是通過64排螺旋CT和MI一3DVS軟件得到的仿真模型,重建的三維圖像有較強的真實感,能立體地顯示肝膽、胰、脾病灶及其內部管道結構的位置、形態(tài)及其與周圍大血管等結構的解剖關系,可按照使用者的意圖,通過放大、縮小、旋轉從任意角度和任意距離來觀察,并可設置肝臟、膽管或血管的透明度,充分顯示出它們的解剖學關系,幫助醫(yī)生在手術前合理制定個體化的手術方案,選擇最佳的手術方式[2]。護士通過直接、形象地觀看,等于參與了整個手術過程,對于手術的方式、部位、引流管放置的具置等有了預先、清楚地了解,為提前做好術后準備、護理計劃和應對措施提供了依據。另一方面,醫(yī)、護、患三方共同參與的術前討論,不僅使責任護士對疾病的病因、治療、診斷、護理等方面的知識有了更深、更全面的了解,使醫(yī)生能及時獲取患者的病情變化、心理狀況和護理計劃;配合手術護士能為第2天的手術做好周密的儀器和材料準備;而且由于患者及家屬的參與,使護士能針對不同文化背景、不同職業(yè)、不同需求的患者制定出更合適、具有個性化、全面的術后診療護理路徑。醫(yī)護患三方參與術前討論模式的實施,增加了手術成功率、減小了手術損傷、降低了手術風險和術后并發(fā)癥發(fā)生率,從而縮短了平均住院日。
4.2實施以數字醫(yī)學技術三維可視化系統(tǒng)為依托、醫(yī)護患三方參與的術前討論模式,提高了患者滿意度,減少了醫(yī)療護理糾紛因文化背景、職業(yè)和來源的不同,不同患者對專業(yè)知識的理解能力存在很大的差異;也由于手術的不可知性,使患者及家屬在手術前產生很大的心理、精神壓力,無法充分理解手術的必要性和可能性。一方面對手術寄予很大的希望,一方面又心存懷疑和恐慌,一旦手術出現意外,醫(yī)療糾紛很快產生。運用腹部醫(yī)學圖像三維可視化系統(tǒng)得出的仿真模型和仿真手術的演示,能更加直觀和形象地顯示病灶的部位、大小、與周圍血管的關系等等,再通過醫(yī)護雙方進行通俗地講解,使患者清楚自己的病情和手術情況。在可知的情況下,把人體內臟及手術所帶來的神秘面紗揭開,增強了患者康復的信心和科學的期望值。而醫(yī)、護、患三方共同參與的術前討論,不僅滿足了每例患者的個性特征、不同需求和情感心理需求,減輕了焦慮,使患者從以往的被動接受治療轉為主動參與治療,更了解了如何配合治療,從而增強了患者戰(zhàn)勝疾病的信心和毅力,促進了疾病的康復;又密切了三方關系,使患者對醫(yī)護人員的理解和信任度增加,提高了服務態(tài)度滿意率,減少了醫(yī)療護理糾紛的發(fā)生。
4.3實施以數字醫(yī)學技術三維可視化系統(tǒng)為依托、醫(yī)護患三方參與的術前討論模式,全面提高了護士的知識、能力和責任心責任護士參與術前討論,并與醫(yī)生及患者共同制定術后的診療護理路徑,不但需要全面了解患者的病情、詳細資料,而且必須掌握相關疾病的知識、營養(yǎng)學及心理學等方面的知識。因此促使了責任護士在平時通過學習和實踐,不斷鞏固自身的專業(yè)知識和獲取新的知識,并在實施術前討論之前查閱、學量的相關資料以做好討論的準備。在討論時,主管醫(yī)生介紹手術患者的病史、體征、各項實驗室檢查、影像學檢查、鑒別診斷,播放患者的數字醫(yī)學技術三維重建圖像,各級醫(yī)生進行分析、討論、確定手術方案、術式,并進行仿真手術的演示,最后制定術后的診療護理路徑。在這一過程中,責任護士對相關疾病的知識有了更加直觀、形象的、更深層次的體會和了解,并增強了護理患者的信心。
【關鍵詞】物聯(lián)網;可視化;沙盤
隨著時代的發(fā)展和科技的進步,對電子沙盤的需求也隨之大大增加。沙盤也向著功能多樣化、智能化、藝術化、人性化的方向發(fā)展。結合多媒體軟件技術,觸摸屏技術,觸控一體機生產技術,電路智能控制技術,模型設計技術塑造了新一代的智能電子沙盤模型。電子沙盤相對于傳統(tǒng)沙盤可以融合更多的設計和新鮮元素,可以滿足更多客戶的個性化需求,并且更新速度更快。認為充分體現了交互化、科技化、智能化。
在交互性視角,電子沙盤展示手段先進,大量運用高科技展示手法,集聲、光、電、互動項目、三維動畫、影視等現代視覺效果之大成,結合趣味性、互動性與知識性,寓展于樂,實現了與觀眾的“互動革命”。在科技化視角,電子沙盤設有中央控制系統(tǒng),包括總體控制,廳內照明、燈飾、計算機、電視機、操作臺以及空調等強弱電系統(tǒng)按照預先編制的運行程序自動運行,從開啟電源到并閉電源,都不需要人為控制,自動運行。在智能化視角,電子沙盤可以針對企業(yè)中高層經理人設計,模擬企業(yè)產品研發(fā)、生產、預算、營銷、渠道、決策分析、人力資源管理等各個運營環(huán)節(jié),從而為智能管理效用進行展示。
從上述三個角度,目前電子沙盤技術可以分為交互式觸摸屏沙盤、智能化網絡模擬沙盤、數字化三位數字化沙盤。然而,這三種沙盤技術均存在與仿真環(huán)境中真實物體對象數據脫節(jié),雖然生動的進行了模擬,但是無法反映物體對象實時真實的動態(tài)數據。與此同時,物聯(lián)網就是將各種信息傳感設備,如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)等種種裝置與互聯(lián)網結合起來而形成的一個巨大網絡。其目的,是讓所有的物體都與網絡連接在一起,方便“感、傳、控”,也就是“The Internet of things”。因此,本文提出了一種基于物聯(lián)網的可視化沙盤技術,給出動態(tài)場景的可視化解決方案。
一、物聯(lián)網概述
我國物聯(lián)網應用總體上處于發(fā)展初期,許多領域積極開展了物聯(lián)網的應用探索與試點,但在應用水平上與發(fā)達國家仍有一定差距。目前已開展了一系列試點和示范項目,在電網、交通、物流、智能家居、節(jié)能環(huán)保、工業(yè)自動控制、醫(yī)療衛(wèi)生、精細農牧業(yè)、金融服務業(yè)、公共安全等領域取得了初步進展。國內已形成基本齊全的物聯(lián)網產業(yè)體系,部分領域已形成一定市場規(guī)模,網絡通信相關技術和產業(yè)支持能力與國外差距相對較小,但傳感器、RFID 等感知端制造產業(yè)、高端軟件與集成服務與國外差距相對較大。儀器儀表、嵌入式系統(tǒng)、軟件與集成服務等產業(yè)雖已有較大規(guī)模,但真正與物聯(lián)網相關的設備和服務尚在起步階段。
二、基于物流網的可視化沙盤
可視化模式是指利用物聯(lián)網技術將物體設備進行虛擬化展示,并實現與現實物體設備數據的同步。
物聯(lián)網沙盤技術,立足于物體設備的多種可視化展現。沙盤技術解決方案利用GPS/北斗衛(wèi)星定位技術、無線通信技術等多種技術集成應用于電子沙盤領域。
(1)全球定位技術(GPS)
對物置的跟蹤定位;對物體狀態(tài)的監(jiān)控;在物體上安裝GPS系統(tǒng),結合地理信息系統(tǒng),實現上述沙盤位置動態(tài)化需求。
(2)無線通訊技術(3G/WIFI)
該項技術是本系統(tǒng)的數據傳輸的主要技術,應用于物體已識別數據的傳輸,包括3G視頻數據的傳輸、GPS數據的傳輸、物體狀態(tài)數據傳輸、任務分配與命令傳輸。
三、應用案例
為更好的體現,本文所述基于物聯(lián)網的可視化沙盤技術,選擇案例企業(yè)兩個個實施案例進行分析說明,包括:智能物流可視化、智能災害可視化等。具體說明如下:
(1)智能物流可視化項目
智能物流解決方案利用RFID技術、GPS/北斗衛(wèi)星定位技術、傳感器技術、藍牙技術、視頻識別技術、M2M技術等多種技術集成應用于現代物流領域,實現現代物流中的各種感知與控制。以物流管理為核心場景,實現物流過程中運輸、存儲、包裝、裝卸等環(huán)節(jié)的一體化和智能物流系統(tǒng)的可視化。
(2)智能災害可視化
智能災害能夠有效檢測自然災害、減少次生災害。水位監(jiān)測,實時傳輸水位信息,如果超過系統(tǒng)設定的水位,產生報警信息;流量監(jiān)測,實時傳輸水流量信息,如果低于系統(tǒng)設定地水量流速,產生報警;雨量監(jiān)測,實時傳輸雨量信息,超過系統(tǒng)設定的雨量,產生報警;視頻監(jiān)測,實時傳輸視頻信號,可以遠程操作視頻頭;遠程控制,可以實時路況信息到橋邊的指示屏,可以實時打開排水設備;可以實時打開立交橋掉頭閘門;泥石流監(jiān)測,實時傳輸土壤水份變化,如果超過系統(tǒng)設定的閥值,產生報警信息。
四、總結
基于物聯(lián)網感知技術和最新傳輸技術及多種通訊方式上,本文提出了基于物聯(lián)網的可視化沙盤技術,成功的應用在多個實施項目上,取得了良好的效果。把前端信息展示為電子沙盤,有助于更好地展示物聯(lián)網的集成效果。同時也為電子沙盤融合真實數據感知和再現能力。物聯(lián)網沙盤將成為今后電子沙盤的發(fā)展趨勢。
參考文獻
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奧運物流是指為舉辦奧運會所消耗的物品(包括商品和廢棄物)從供應地到接收地的實體流動過程。奧運物流的內容可以從服務的客戶群、與奧運賽事的關系、地域范圍、時間范圍、服務形態(tài)、服務項目內容等不同角度進行分類分析。從而形成奧運物流的多維立體架構,也說明奧運物流管理的復雜性。
為精確、準時完成奧運物流。2008年北京奧運物流采用“奧運精益物流系統(tǒng)”具體實施管理運作?!皧W運精益物流系統(tǒng)”主要特點之一是物流信息化,而其精髓是可視化。奧運物流可視化智能監(jiān)控信息平臺的系統(tǒng)結構分為三個組成部分:1)可視化倉庫管理系統(tǒng):是對計劃存儲、流通的有關物品進行相應的可視化監(jiān)控管理,主要包括對存儲的物品進行接收、發(fā)放、存儲、保管等一系列管理活動;2)可視化在途貨物監(jiān)控系統(tǒng):指對在途物資進行可視化監(jiān)控管理,主要包括對運輸車輛路線優(yōu)化和物資的跟蹤、管理、查詢等一系列活動;3)查詢監(jiān)控系統(tǒng):是對奧運物資的狀態(tài)進行查詢監(jiān)控,主要包括物資的跟蹤和查詢等一系列活動,以滿足奧運物流服務及時性、安全性、準確性的需要。
奧運物流可視化智能監(jiān)控信息平臺,可準確定義奧運物流信息平臺的邊界、合理劃分奧運物流信息平臺與其他信息系統(tǒng)的合作關系、確定奧運物流信息平臺的控制功能和信息流向,實現與奧運物流活動中各物流單位之間的實時信息交流和宏觀監(jiān)控協(xié)調。通過可視化的系統(tǒng)管理可以更加簡明、直觀地對物資進行監(jiān)控。
北京奧運物流中心可視化倉庫系統(tǒng)
2007年3月8日,位于順義空港物流園的北京奧運物流中心(OLC)正式啟動。奧運物流中心將為奧運物流提供五方面服務:眾多奧運物資的倉儲基地;實施奧運物資安檢的場所;奧運會各種物資、各種運行車輛的編制、調度中心;北京奧組委實施物資追蹤、資產管理的重點區(qū)域;奧運物資通關、檢驗檢疫的場所。
在奧運會期間,UPS公司將通過這座奧運物流的“中央樞紐”為奧運會所有的競賽場館、非競賽場館以及眾多訓練場館提供物流保障服務。屆時UPS將代表北京奧組委進行貨物的接收、存儲、出庫,以及各場館之間及場館內的運輸配送和賽后反向物流的運作。
比賽地物資的倉儲與比賽器材配送管理是奧運物流中心的核心業(yè)務之一。2008年北京奧運會中27個項目的比賽集中于北京的5個賽區(qū)。根據不同的配送方向和配送量,各種體育器材、比賽用品、技術設備、醫(yī)療設備、安保設備、通訊設備、電視轉播、新聞報道設備和獎牌、獎章等物資的倉儲發(fā)放必須采用精確、準時、智能化、可視化的倉庫管理模式進行支持。
可視化管理系統(tǒng)是一套全方位的倉庫管理工具,一方面,它作為倉庫管理系統(tǒng),按照常規(guī)和用戶自行確定的優(yōu)先原則來優(yōu)化倉庫的空間利用和全部倉儲作業(yè);另一方面,實現了倉庫管理的可視化,能夠及時、準確地掌握物品的位置、狀況、活動等信息,實現倉庫供應保障輔助決策,從而提高倉庫管理水平和質量。它可以與企業(yè)的計算機主機聯(lián)網,由主機下達收貨和訂單的原始數據,通過無線網絡、手持終端、條碼系統(tǒng)和射頻數據通信(RFDC)等信息技術與倉庫的員工進行聯(lián)系。
可視化倉庫系統(tǒng)的設計
面對繁多的出入庫流程和信息,以及倉庫錯綜復雜的貨區(qū)和貨物的碼放,如何提高倉庫存儲效率、提高倉庫操作人員工作效率,成為管理者所面對的重要問題之一。運用可視化管理系統(tǒng),有助于提高倉庫的存儲和作業(yè)效率,達到高效物流系統(tǒng)的要求。
1 系統(tǒng)設計目標
可視化庫存信息系統(tǒng)的設計目標通常是:實現庫存信息可視化、庫存貨物及其狀態(tài)的可視化跟蹤、可視化查詢結果的輸出、自動生成庫存操作單據、為管理者提供多方位、直觀的統(tǒng)計信息。
2 主要功能模塊
(1)數據管理。對整套可視化系統(tǒng)數據進行安全加密、維護、備份及災難性恢復等功能,為用戶提供安全可靠的數據存儲。
(2)標準化管理。統(tǒng)一進行標準化代碼管理,包括物品代碼、貨位代碼和人員代碼。
物品代碼:嚴格按照有關規(guī)定標準進行物品定義和維護,使用時根據實際情況在該標準的基礎上進行細化與補充。整個系統(tǒng)應用統(tǒng)一的物品代碼,并具有物品代碼增加、修改、查詢、刪除等功能。
貨位代碼:根據實際情況進行貨位代碼定義和維護,并具有代碼增加、修改、查詢、刪除功能。
人員代碼:提供建立不同崗位人員簡明人事檔案功能。為每個人員設置不同的代碼,并根據崗位或職務設置不同的使用功能權限。
(3)模型管理。提供各種庫房、物資及附屬設施設備等的模型及相關數據、信息,讓使用者能夠清晰直觀地了解到庫房內所有設施設備的基本情況與庫房內部情況。
(4)日常業(yè)務管理。對物資出入庫和存儲階段進行優(yōu)化管理,如自動查找滿足作業(yè)要求的物資,直觀顯示其所在位置,提供較為合理的出入庫建議,自動生成作業(yè)單據,提高物資的流轉效率。具體分為以下幾個子模塊:
入庫作業(yè)與優(yōu)化:根據不同的管理策略、貨物屬性、數量以及現有庫存情況,自動設定貨物堆碼位置、貨物堆碼順序建議。從而有效地利用現有倉庫容量。提高作業(yè)效率。
在庫管理:在庫管理主要是指物品在庫期間的日常管理、清查盤點、保管養(yǎng)護、存儲時間檢查,以及為了便于管理物品和更有效利用倉庫容量而進行的并庫、移庫操作。
出庫作業(yè)與優(yōu)化:根據不同的管理策略、貨物屬性、數量以及現有庫存情況,自動組合、確定貨物位置、貨物揀選順序建議。支持緊急揀選,對超過一定時間的產品進行優(yōu)先揀選。盤點管理:提供實盤數量與賬面數量對比調整功能。
(5)查詢統(tǒng)計分析。對物流中心倉庫物品所處狀態(tài)進行查詢,并可提供相關報表、進行可視化貨位顯示和庫存圖表統(tǒng)計,為管理決策提供及時準確的數量信息,并能自動生成和打印報表。
(6)實時監(jiān)控。利用安放在庫房內不同方位的攝像頭,對庫房內部實時進行監(jiān)控,確保物資存儲的安全。
可視化倉庫管理系統(tǒng)的功能結構如圖1所示。
在可視化系統(tǒng)主體功能的支持下,對系統(tǒng)進行出入庫作業(yè)時,首先對每個貨位賦權值。根據貨位權值從大到小的順序將倉庫劃分為不同的區(qū)域。結合各種貨物的數量。將貨物分配到不同的區(qū)域。進行入庫操作時。先找到該貨物所在的區(qū)域,然后從狀態(tài)為空的貨位中選出權值最大的貨位進行入庫操作;進行出庫操作時,同樣先找到該貨物所在的區(qū)域,然后從狀態(tài)已滿的貨位中選出權值最大的貨位進行出庫操作。在對系統(tǒng)進行可視化設計時,主要考慮方便倉庫管理人員以及管理者了解倉庫內貨位的存儲結構及貨物的存儲位置。查找倉庫內風險控制點。根據每個貨位的存儲量,系統(tǒng)將數據庫中各貨位貨物存儲數據文件以不同顏色映射在每個貨位上,并可根據需要顯示每個貨位的詳細記錄,使倉庫中的各貨位信息顯示更加直觀、形象。此外,結合系統(tǒng)的庫存統(tǒng)計查詢功能,便于管理人員及時準確地掌握倉庫貨物的詳細情況。
醫(yī)學影像三維后處理能為診斷、臨床、科研和教學提供幫助,服務臨床或許是其終極目的。青島大學醫(yī)學院附屬醫(yī)院副院長董及其所領銜的團隊,圍繞國家“十二五”科技支撐計劃課題“小兒肝臟腫瘤手術治療臨床決策系統(tǒng)開發(fā)”進行了開拓性的研究?!昂P烹p子3D醫(yī)學影像與計算機手術輔助系統(tǒng)(Higemi)”是該課題的階段性成果,該系統(tǒng)可以幫助醫(yī)生了解肝臟腫瘤病灶與肝內管道系統(tǒng)的相互關系,進行術前的切除可行性分析及手術規(guī)劃。該團隊的所做的工作,是對影像服務臨床的有益探索,對今后的相關研究有一定的借鑒意義。
數字醫(yī)學的基本概念與發(fā)展
數字醫(yī)學作為信息技術與醫(yī)學科技的多學科交叉領域,是指信息技術在整個醫(yī)學領域的研究、推廣與應用。一般認為,其廣義定義的研究范圍包括:數字化醫(yī)療設備的研發(fā)與應用、醫(yī)療管理信息系統(tǒng)和臨床信息系統(tǒng)的開發(fā)與實施、數字化醫(yī)院的建設與管理、臨床醫(yī)療技術的數字化、區(qū)域醫(yī)療協(xié)同與信息資源共享、遠程醫(yī)療會診與遠程醫(yī)學教育、基礎醫(yī)學各個分支學科的數字技術應用和疾病預防控制與公共衛(wèi)生管理的數字化等。狹義的數字醫(yī)學是研究、應用數字醫(yī)療技術,也就是在臨床醫(yī)學的范圍內充分運用計算機科學和數字化手段進行新的探索與創(chuàng)造,包括輔助原有醫(yī)療技術的實施和提供全新的數字醫(yī)療技術,以實現更加精確可靠的診斷和更加準確有效的治療。
“數字醫(yī)學”一般被認為最早是由美國哈佛大學醫(yī)學院的Warner V.Slack教授在其專著Cyber Medicine:How Computing Empowers Doctors And Patients For Better Health Care(《數字醫(yī)學:計算機技術助力醫(yī)患健康照護》)中提出的。數字技術除在影像領域取得了飛速發(fā)展外,在醫(yī)政管理、疫情通報、危害健康藥品和食品監(jiān)控等工作中同樣得到了廣泛應用。目前,在現代化醫(yī)院里與數字化有關的高精尖儀器設備和數字化管理系統(tǒng)所占比重日益增加。在遠程醫(yī)療、手術導航、虛擬仿真和數字化醫(yī)院管理等領域,都進行了不少有價值的探索。本文所介紹的數字醫(yī)學,主要是指狹義的數字醫(yī)學概念。
數字醫(yī)療是把現代計算機技術、信息技術應用于整個醫(yī)療過程中的一種新型的現代化醫(yī)療方式。數字醫(yī)療設備的出現,大大豐富了醫(yī)學信息的內涵和容量。從一維信息的可視化,如心電(ECG)和腦電(EEG)等重要的電生理信息;到二維信息,如CT、MRI、彩超、數字X線機(DR)等醫(yī)學影像信息;進而到三維可視化,甚至可以獲得四維信息,如實時動態(tài)顯示的三維心臟。
近代諾貝爾獎多次頒發(fā)給該領域的科學家即反映出該領域的科學進步對人類的巨大貢獻。1979年的諾貝爾醫(yī)學或生理學獎,頒發(fā)給了阿倫?馬克利奧德?柯麥科和戈弗雷?紐博爾德?豪恩斯弗爾德,以表彰他們發(fā)明了計算機X線斷層攝影術(CT)。1991年諾貝爾化學獎授予了瑞士物理化學家恩斯特,其在發(fā)展高分辨核磁共振波譜學方面做出了杰出貢獻。2003年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎授予了美國科學家勞特伯爾和英國科學家曼斯菲爾,以表彰他們在磁共振成像技術領域的突破性成就。這些現代影像設備與圖像技術的研發(fā),極大地豐富了醫(yī)生的診斷技術,使醫(yī)學進入了一個全新的可視化的信息時代。而基于CT與核磁共振影像衍生出的數字醫(yī)學技術在歐美、日本得到了快速發(fā)展,較廣泛地應用于臨床醫(yī)學領域。
近年來,國內許多科研單位緊跟國際發(fā)展趨勢,在短期內相繼成立了數字醫(yī)學研究機構,如南方醫(yī)科大學數字人和數字醫(yī)學研究所、上海交通大學數字醫(yī)學研究院、復旦大學數字醫(yī)學研究中心、浙江大學數字醫(yī)療工程研究中心,以及青島大學醫(yī)學院附屬醫(yī)院與海信集團聯(lián)合成立的山東省醫(yī)藥衛(wèi)生“數字醫(yī)學與計算機輔助手術重點實驗室”等。許多從事生物醫(yī)學工程學、基礎醫(yī)學、臨床醫(yī)學和計算機科學的專家學者,在北京、廣州、重慶、上海、青島和廈門等地相繼開展數字化虛擬人體、計算機輔助手術規(guī)劃與導航系統(tǒng)、外科手術輔助決策系統(tǒng)、臨床診斷輔助決策系統(tǒng)、臨床藥學系統(tǒng)等的研究和應用,眾多研究已將數字醫(yī)學的應用范圍擴展到數字醫(yī)院、數字醫(yī)學工程、數字醫(yī)療技術和數字化基礎醫(yī)學研究等各個方面。
計算機輔助手術的概念與臨床應用
計算機輔助外科手術(Computer assisted surgery或Computer aided surgery,CAS)是一個新的外科手術概念,指利用計算機技術進行手術前規(guī)劃,并指導或輔助進行外科手術。一般認為CAS包括:1. 創(chuàng)建虛擬的患者的圖像;2. 患者圖像的分析與深度處理;3. 診斷、手術前規(guī)劃、手術步驟的模擬;4. 手術導航;5. 機器人手術。
在傳統(tǒng)的外科手術中,手術醫(yī)生根據不同的病情依據其經驗形成大致的手術方案,然后在實際手術中進行不斷修正,直至手術完成。這種手術方案依賴于醫(yī)生個人的臨床經驗與技能,考慮到術中可能會發(fā)生解剖結構改變或其他突發(fā)事件,因此手術效果具有較大的隨機性和不確定性。隨著醫(yī)學圖像設備的進步,疾病的診斷已經實現了數字化。為了有效地將這些設備提供的信息與外科醫(yī)生的主動性結合起來,在1986年,日本、美國和瑞士幾乎同時開發(fā)了由交互式二維CT機組成的導航設備,這成為最初的CAS。CAS的出現要歸功于立體定位技術和成像技術的發(fā)展,以及將二者結合的嘗試。
數字醫(yī)學技術在臨床醫(yī)學應用領域的延伸以及CT、MRI和PET-CT等醫(yī)學圖像獲取設備的應用,催生了一個全新的手術模式――外科精準手術。在外科精準手術模式下,通過現代計算機技術的虛擬現實技術,可建立個體化的人體病理結構模型和用于術式及具體手術方式評估的虛擬手術模型。主刀醫(yī)生先將其構思的手術方案輸入計算機,結合采集到的術前醫(yī)學影像信息,經計算機系統(tǒng)等處理后形成三維圖像,利用醫(yī)學圖像數據和虛擬手術系統(tǒng)合理定量地制定個體化、精密的手術方案,這對選擇最佳手術入路、減小手術損傷、避免對臨近組織的損害、提高病灶定位精度、執(zhí)行復雜外科手術和提高手術成功率等十分有益。外科精準手術具有精細的術前決策、精密的手術方案、精確的手術模擬、精準的手術操作等特點,可安全、準確、徹底地實現手術目的,達到完美的手術效果。實施外科精準手術,除需相關醫(yī)學影像設備和能進行虛擬現實人機交互的計算機系統(tǒng)外,還需配備術中導航與術中監(jiān)護等設備,以便將計算機處理的三維模型與實際手術進行定位匹配。如果手術使用了其他成像手段(如內窺鏡、B超或床邊CT等),則需將實時觀測的圖像與術前的醫(yī)學圖像進行匹配融合定位,引導術者進行手術。立體定位系統(tǒng)就是確定目標空間位置的系統(tǒng),可以實時獲得目標在其測量范圍內的三維坐標,連接圖像信息和手術目標,是虛擬到現實的橋梁,直接關系到CAS系統(tǒng)的精度和手術的成敗。
計算機輔助手術系統(tǒng)是世界各國在數字醫(yī)學領域競相研究的熱點和難點課題。目前,國際上許多有實力的IT公司紛紛涉足數字醫(yī)學領域,如日本富士公司已將“醫(yī)療/生命科學事業(yè)”確定為集團今后的重點發(fā)展領域,致力于成為一家覆蓋“預防―診斷―治療”全領域的綜合性醫(yī)療健康企業(yè)。在醫(yī)學影像信息方面,富士膠片在業(yè)內率先提出了基于Web技術的PACS(Picture Archiving and Communication System,醫(yī)學圖像歸檔和通信系統(tǒng)),研發(fā)出了具有劃時代意義的FUJI SYNAPSE,可對來自CT、MRI和CR等各種數字醫(yī)療圖像診斷設備產生的影像信息進行電子化保存和分析,并輔助指導手術。飛利浦公司等利用3D地圖為醫(yī)生提供關于腦部的詳細信息,利于醫(yī)生做出正確的判斷。美國麻省理工大學David開發(fā)的圖像引導手術軟件系統(tǒng)3D Slicert已經通過美國FDA認證。德國萊比錫Falk等運用三維圖像重疊技術,將術前獲得的三維影像重建成的冠狀動脈模型與機器人輔助冠狀動脈搭橋手術中的視覺圖像重疊,除了能在術前進行規(guī)劃,還能在術中進行導航,對術前規(guī)劃方案進行調整,獲得最佳的手術效果。另外,美國的EDDA、德國的Julius和法國Intrasense SAS公司的計算機輔助手術軟件也較為廣泛地應用于臨床。
這種應用在我國肝膽外科領域和骨科領域均有探索。南方醫(yī)科大學方馳華教授和總醫(yī)院董家鴻教授分別聯(lián)合影像學專家和計算機專家等組成團隊,開發(fā)完成了腹部醫(yī)學圖像三維可視化系統(tǒng),對患者肝膽胰等器官的斷層CT個體化數據進行快速自動分割和三維重建為實時圖像,觀察患者病灶、腫瘤與內部動脈、靜脈和膽管等管道系統(tǒng)的詳細鄰關系,并通過三維重建模型進行仿真手術,在可視化虛擬環(huán)境下,進行術前手術預設、術中指導手術等研究??傖t(yī)院尹慶水教授領導的研究團隊,將計算機輔助快速成型技術應用于高難度、復雜的骨科手術,以提高手術的成功率,使手術更精確、更安全。
手術演練和解剖教學領域的數字醫(yī)學應用
虛擬手術系統(tǒng)為年輕外科醫(yī)生和醫(yī)學生提供了一個極具真實感的虛擬手術環(huán)境,操作者可在其中重復練習或觀察、模仿專家手術過程,設計、預演和修正手術的整個過程,以便事先發(fā)現術中問題,避免由于人為因素引起手術失誤。
現階段數字解剖模型軟件的研發(fā)有如下特點:由單一的結構器官辨識向系統(tǒng)解剖方向發(fā)展,由平面顯示向三維方向發(fā)展,由“只能看”向“還能動”的虛擬解剖方向發(fā)展。隨著力反饋器械的研制成功和完善,外科醫(yī)生和醫(yī)學生可以通過數字解剖模型軟件和力反饋器械隨時進行人體或手術部位的虛擬解剖和演練,而不用受到倫理約束和標本匱缺的影響。
除了臨床應用外,CAS系統(tǒng)還可以用于教學。配合虛擬現實(Virtual Reality)和增強現實(Augmented Reality)技術,外科醫(yī)生或醫(yī)學院學生可以進行模擬手術。在手術器械上加上反饋裝置,受訓者不但可以從虛擬眼鏡中看到手術部位,還可以感覺到虛擬患者的肢體和器官。通過訓練,醫(yī)生可以提高手術技巧,積累手術經驗。醫(yī)學生不用擔心在虛擬手術中犯錯誤,可以對照手術記錄反復操作直到熟練掌握。這些都降低了成本,提高了醫(yī)務質量。
CAS目前的應用主要集中在剛體手術上,并使用剛體手術器械。對一些軟組織器官的手術(如肝手術),或可變形器件(如纖維內窺鏡的定位),是CAS的發(fā)展方向之一。目前CAS主要使用CT、MRI和PET-CT等圖像。而超聲圖像是醫(yī)學中使用廣泛的圖像模式,對超聲圖像的配準,以及通過插值配準其它低分辨率圖像,將有力推動CAS的發(fā)展。
海信雙子3D醫(yī)學影像重建與
計算機手術輔助系統(tǒng)的研發(fā)及臨床意義
精細分析 從容應對挑戰(zhàn)
本次項目涉及新建全院核心機房、新建內科綜合大樓,以此為核心構建高性能、高可靠的現代化網絡。
為了更好的實施全院網絡的整體升級,院領導連同各個業(yè)務科室負責人與信息中心一起對現有醫(yī)院業(yè)務情況與信息系統(tǒng)的整體現狀與需求,從三個方面進行了深入全面的分析,為制定更加完備有效的升級部署規(guī)劃做足了前期準備。
1.網絡需要支持云計算和內外網同時訪問
醫(yī)院業(yè)務種類繁多,迫切需要通過虛擬化來提升服務器利用率,降低成本,要求網絡能夠很好的支持云計算應用;醫(yī)院內部眾多服務器和終端需要支持內外網同時訪問,以便正常開展網上掛號和辦公等業(yè)務,傳統(tǒng)的物理隔離網絡已經不能滿足新業(yè)務要求,醫(yī)院需要一張高效的網絡,更好地為醫(yī)療業(yè)務服務。
2.網絡需要在醫(yī)院內外全面支持移動醫(yī)療
為了進一步提升醫(yī)療服務效率和質量,醫(yī)院需要一張全面覆蓋和安全的無線網絡,以便在院內開展移動查房,移動護理等應用,同時,醫(yī)院還需要在院外能夠安全地接入醫(yī)院網絡進行正常辦公,實現院外移動醫(yī)療。
3.網絡需要更加可靠和安全
醫(yī)院的正常業(yè)務開展已經離不開各種信息化系統(tǒng),而網絡作為信息化的基礎,其可靠性被高度重視,此次新大樓建設需要建設一個高度可靠的醫(yī)院網絡,支撐醫(yī)療業(yè)務穩(wěn)定持續(xù)運行;醫(yī)院內外網信息交互越來越多,無線網絡的部署也使得醫(yī)院的網絡安全問題變的更加復雜,在大量部署各種安全設備的情況下,需要真正實現對網絡安全態(tài)勢的可管可控。
融合網絡支撐業(yè)務高效運行
通過對前期的全面分析,三亞人民醫(yī)院對自身業(yè)務需求做了詳細的了解,于是信息中心基于創(chuàng)新的敏捷網絡,為醫(yī)院部署了一張高效融合、業(yè)務隨行和安全可靠的網絡系統(tǒng),全面支撐醫(yī)院業(yè)務的高效運行。具體實施步驟如下:
1. 萬兆數據中心交換機和邏輯隔離方案打造高效融合的網絡
為應對醫(yī)院業(yè)務快速發(fā)展,以及數據中心云計算需求,三亞人民醫(yī)院采用兩臺萬兆數據中心級交換機部署在內科綜合大樓,作為全院的數據中心核心。據了解,該數據中心可以提供業(yè)界最大的交換容量、豐富的網絡接口,支持全面的虛擬化特性,支撐醫(yī)院業(yè)務高效運行。
醫(yī)院原有網絡內外網完全物理隔離,信息不能直接互通,對部分業(yè)務系統(tǒng)的部署和終端用戶的訪問帶來不便。三亞人民醫(yī)院采用了內外網獨立建設,邏輯隔離的方案,邏輯上分為四張網,分別是內網,無線網,外網和互訪區(qū),在互訪區(qū)的服務器和終端可以與其它網絡進行互訪,同時在邊界部署防火墻進行精細化訪問控制,實現了內外網深度融合,業(yè)務互通,降低了建設成本。
2. 多種AP和基于BYOD的精細化管控實現業(yè)務隨行
為支持移動查房和移動護理等應用,醫(yī)院需要一張全面覆蓋、安全可控的無線網絡,信息中心采用專業(yè)的原廠網優(yōu)網規(guī)服務,綜合采用放裝AP、面板AP和室外AP實現了網絡的全面覆蓋,并支持2.4G/5G雙頻和最新的802.11ac標準,單臺AP最大速率可達到1.9Gbps,有效提升無線網絡性能體驗,支撐移動PACS等高品質醫(yī)療業(yè)務開展。
敏捷交換機S12700提供隨板AC功能,業(yè)務板卡除了轉發(fā)傳統(tǒng)有線業(yè)務,還能作為AC轉發(fā)無線業(yè)務,無需單獨購買AC;同時一套集群系統(tǒng)只需購買一份無線license,解決了傳統(tǒng)方案多個AC需要購買多份license的問題; S12700隨板AC性能是傳統(tǒng)AC的一百倍,整機支持4K個AP,醫(yī)院無線網絡可平滑擴展到全院、甚至多個分院的覆蓋,大大節(jié)約采購成本。
據三亞人民醫(yī)院信息中心負責人表示,當前醫(yī)院無線網絡面向醫(yī)護人員開放,未來將考慮向病患開放自助上網服務,不同的角色需要訪問不同業(yè)務,針對此需求,信息中心決定部署基于BYOD的情景感知的精細化管控,即網絡可感知什么人、使用什么設備、在哪里接入、接入時間和接入方式,在此基礎上,根據不同的場景設置不同的權限、帶寬和QoS等,實現無線網絡的精細化管控。
醫(yī)院的OA系統(tǒng)除了提供內外網訪問能力之外,還需要提供internet的訪問能力,三亞人民醫(yī)院采用VPN網關解決方案,對終端進行安全管控,建立一個安全的數據傳輸通道,使得醫(yī)護人員在院外也能安全的接入醫(yī)院網絡,開展辦公業(yè)務。
3.對組網實現可視化管理,全網安全協(xié)防有效智能安全管理
醫(yī)療數據的安全一直被業(yè)界重視,三亞人民醫(yī)院對網絡的高可靠性要求提到了一定的高度,每層樓均采用雙上行鏈路,單條鏈路故障不會影響正常業(yè)務開展;同時在園區(qū)網絡核心層配置了硬件集群,將兩臺敏捷交換機虛擬成一臺邏輯交換機,以獨創(chuàng)的主控1+N備份技術,創(chuàng)新實現了集群系統(tǒng)中單主控的跨框冗余,集群系統(tǒng)可靠性得到前所未有的保障。
在組網可靠的同時,網管軟件實現了對網絡的可視化管理,特別是信息中心采用了網絡包守恒算法技術,改變了傳統(tǒng)運維利用模擬流量進行故障檢測分析的方式,實現了對任意業(yè)務流的實時隨路檢測,不占用業(yè)務帶寬,能夠在故障發(fā)生的瞬間精確感知并定位網絡故障。
為保障醫(yī)院網絡安全,三亞人民醫(yī)院部署了防火墻、入侵防御系統(tǒng)、漏洞掃描和運維審計等系統(tǒng);敏捷網絡的全網安全協(xié)防特性,能夠收集全網各種IT、網絡和安全設備的日志,進行基于大數據的智能分析,將看似無關的事件進行關聯(lián)分析,真實了解全網安全態(tài)勢,有效識別出真正的安全威脅,并能夠進行智能的安全控制,簡化安全管理。
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