計算機仿真技術(shù)與醫(yī)學(xué)檢測融合淺議

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

關(guān)鍵詞：計算機；仿真技術(shù)；醫(yī)學(xué)檢測；融合

0引言

分析系統(tǒng)時，依據(jù)相似定理，利用計算機對于模仿對象進行模擬就是計算機仿真技術(shù)。研究對象可以分為想象中與真正存在的系統(tǒng)。計算機技術(shù)飛速發(fā)展，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用越來越多。人們一直以來對于醫(yī)學(xué)技術(shù)都存在陳舊觀念，認為計算機技術(shù)無法與醫(yī)學(xué)技術(shù)相結(jié)合，隨著計算機仿真技術(shù)的出現(xiàn)，打破了人們這種思想，同時醫(yī)學(xué)發(fā)展也迎來了新的機遇與挑戰(zhàn)。

1計算機仿真技術(shù)簡介

1.1計算機仿真技術(shù)概述

計算機仿真技術(shù)建立在數(shù)種理論與學(xué)科基礎(chǔ)之上，它將計算機以及相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)作為重要工具，利用試驗?zāi)M來對相關(guān)問題進行解決，屬于一種典型的綜合性技術(shù)。計算機仿真最初被稱作蒙特卡羅方法，具體就是通過隨機數(shù)實驗來對隨機問題進行相應(yīng)的解決。其實現(xiàn)機制最早可以上溯至1773年，G.L.L.BuffON為了對圓周率進行估算，由此進行了物理實驗。按照仿真技術(shù)中所運用到計算機種類的差異，計算機仿真技術(shù)發(fā)展歷程主要涉及到三個關(guān)鍵階段：模擬機、數(shù)?；旌蠙C、數(shù)字機這三種仿真技術(shù)[1]。

1.2實現(xiàn)計算機仿真

由于計算機不能直接對研究對象進行認知與處理，此時就需要構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，使之可以折射出對象的本質(zhì)，同時還能被計算機進行直接處理與認知。這就需要該模型能夠提取對象的本質(zhì)，使之具有抽象屬性，這樣計算機就可以對這些模型進行處理，同時還對模型的數(shù)據(jù)進行輸出，從而展現(xiàn)對象有關(guān)特質(zhì)[2]。從模型視角來分析，計算機仿真實現(xiàn)過程為：創(chuàng)建模型、轉(zhuǎn)換模型仿真試驗，計算機仿真技術(shù)三要素有計算機、系統(tǒng)和模型。1.2.1模型建立。基于我們要分析的問題，第一步確定抽象出一個系統(tǒng)依據(jù)仿真所要達成的目標(biāo)，必須要規(guī)定這個系統(tǒng)所應(yīng)該遵循的規(guī)則和條件。第二步，需通過各種有關(guān)知識，將所得系統(tǒng)通過計算機數(shù)學(xué)方式表現(xiàn)出來，而數(shù)字模型就是所表現(xiàn)出的內(nèi)容[3]。同時這個模型也是計算機仿真的核心內(nèi)容。1.2.2模型轉(zhuǎn)換。模型轉(zhuǎn)換就是對上一環(huán)節(jié)所抽象得到的數(shù)學(xué)表達式，利用相關(guān)的算法與計算機語言，將其轉(zhuǎn)換成可以被計算機進行處理的模型，也就是所謂仿真模型，它可以很好反映研究對象的本質(zhì)。同時這個模型也是開展仿真分析的關(guān)鍵所在。當(dāng)然，完成這個工作不僅可以通過獨立開發(fā)，同時也能借助于市場中已經(jīng)成熟的仿真系統(tǒng)，譬如MAGMAsoft，就能進行直接仿真研究。1.2.3模型仿真實驗。把之前所獲取到的仿真模型錄入計算機內(nèi)，在進行仿真模型時要根據(jù)原本預(yù)定好的實驗方案，之后獲得的結(jié)果，就叫做模型仿真實驗。計算機仿真包含三個方面內(nèi)容：建模、仿真實驗、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，很難進行共享。再加上這些系統(tǒng)有著較高的開發(fā)成本，這就導(dǎo)致效益不能充分發(fā)揮。為了對這些問題進行解決，首先，可以遴選較高兼容性的語言來對此系統(tǒng)進行開發(fā)；其次，借助于網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，對仿真系統(tǒng)進行共享。特別是后者，無疑成為今后仿真系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。通過共享可以很好的消除重復(fù)開發(fā)，進而節(jié)約相應(yīng)的社會資源，同時還能通過收取一定的費用，來對原先系統(tǒng)的開發(fā)成本進行適當(dāng)補償。1.2.5虛擬制造技術(shù)。深入應(yīng)用于虛擬制造技術(shù)范圍中就是計算機仿真技術(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)開始慢慢發(fā)展起來。在計算機上主要完成了產(chǎn)品設(shè)計到產(chǎn)品完成和控制企業(yè)一系列本質(zhì)，主要是通過虛擬現(xiàn)實技術(shù)與計算機仿真技術(shù)通過這項技術(shù)，促使制造技術(shù)之后不用在完全按照以往經(jīng)驗來進行操作，而且可以對制造過程進行監(jiān)督預(yù)測，推進機械制造快速發(fā)展。

2計算機仿真技術(shù)在中醫(yī)理論研究方面運用

中國最為傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)無疑就是中醫(yī)，中醫(yī)幾千年來始終秉承著辯證論治觀念。完整性與同意性是指整體觀念。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，中醫(yī)學(xué)一直在進行實驗研究，但少部分研究效果較差。實驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計齊全，無法實質(zhì)性地解決很多研究問題。隨著隨機時代的到來，人們可以將生物信號利用現(xiàn)代技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺R別輸?shù)碾娮有盘?，這些信號經(jīng)過一系列處理，最終演變成計算機處理的計算機模型。信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機仿真技術(shù)可以模擬中醫(yī)學(xué)各種機制與原理等，創(chuàng)建出各類模型。計算機仿真技術(shù)還可以表現(xiàn)出氣候環(huán)境，這對于中醫(yī)學(xué)與自然環(huán)境緊密關(guān)聯(lián)有很大的幫助。當(dāng)前計算機仿真技術(shù)可以辯證治療，還可以解決之前一整因為相關(guān)資料太少，對于復(fù)雜疾病無法進行救治等問題。

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)人員帶來許多挑戰(zhàn)，需要他們戰(zhàn)勝困難，不斷探索。進而醫(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，耗費時間又較長，無法確定最終是否可以成功，導(dǎo)致科研工作無法正常開展。計算機仿真技術(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。計算機仿真技術(shù)的快速發(fā)展，將會大大改善醫(yī)學(xué)研究的研究條件。計算機仿真數(shù)字化虛擬人體與儀器都會為科研工作者帶來很大便利。科研工作者們花費較少經(jīng)費就可以得到很多實驗素材，并且可以一直使用，直到最終實驗成功。之后可以經(jīng)所研究出來的實驗方案運用到實際實驗環(huán)境中，驗證此方案是否可行，這樣可以減少很多實驗費用，減少實驗所花費的時間。美國Physiome公司經(jīng)過不斷地研究，成功制造出一個虛擬心臟，很多研究者們用虛擬心臟來進行試藥和分析心率等問題。

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)研究員對于三維醫(yī)學(xué)解剖有強烈需求，而虛擬仿真技術(shù)正滿足此需要，進而創(chuàng)立了為手術(shù)前進行實驗的虛擬環(huán)境。多媒體與計算機技術(shù)快速發(fā)展，實際應(yīng)用中也逐漸出現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實技術(shù)身影，不再禁錮于實驗室中。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。計算機仿真技術(shù)為醫(yī)學(xué)界創(chuàng)造了良好發(fā)展前景[6]。計算機仿真技術(shù)可以對手術(shù)、診斷和互利進行模擬，會給醫(yī)療工作者展現(xiàn)出一個相當(dāng)逼真的環(huán)境。任何事物好處都取決于它的使用者，我們必須認識到計算機仿真技術(shù)不會突然地創(chuàng)造奇跡。醫(yī)學(xué)界要深入了解計算機仿真技術(shù)，與現(xiàn)代可以相結(jié)合，這樣才能促進醫(yī)療事業(yè)發(fā)展。

4.1制定醫(yī)療手術(shù)方案與預(yù)測治療效果

醫(yī)生在進行手術(shù)之前，醫(yī)生會利用仿真系統(tǒng)將病人的磁共振檢查與電子計算機斷層攝影傳入到系統(tǒng)中，對比仿真系統(tǒng)中專家?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，還可以在計算機仿真系統(tǒng)中先進行演練，分析其可行性。對模擬系統(tǒng)的出的治療效果，進行相關(guān)研究分析，醫(yī)療工作者就可以進行對應(yīng)的方案，進而預(yù)料手術(shù)得各種可能性，增強手術(shù)操練熟練性，有效避免了手術(shù)風(fēng)險。計算機仿真技術(shù)的誕生，為醫(yī)療工作者提供了很大便利。在計算機仿真技術(shù)下進行手術(shù)演練，可以提供更加廣泛的手術(shù)思想，可以對比不同手術(shù)方案。

4.2有助于術(shù)前準(zhǔn)備工作

醫(yī)生在進行手術(shù)前，一般會利用虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)提前練習(xí)，研究病灶附近解剖狀況，仿真手術(shù)整個過程，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，存儲病例報告。

4.3利于培養(yǎng)醫(yī)務(wù)工作人員

虛擬仿真技術(shù)中最為重要一項操作就是虛擬手術(shù)操作教學(xué)。因為虛擬仿真技術(shù)可以將真是世界虛擬出來一個環(huán)境，這項技術(shù)對于醫(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)和體驗真實手術(shù)情況，通過各個感官感受手機各項操作。對于缺乏實戰(zhàn)經(jīng)驗的醫(yī)生，可以在專業(yè)醫(yī)生看管指導(dǎo)下，進行計算機手術(shù)仿真聯(lián)系，積累經(jīng)驗，為之后沾上手術(shù)臺奠定基礎(chǔ)，減少培訓(xùn)時間與成本。

參考文獻

[1]胡曉燕,蔣先剛，郟國陽.目標(biāo)特征識別技術(shù)在醫(yī)學(xué)圖像處理中的應(yīng)用[J].華東交通大學(xué)學(xué)報,2005,22(5):82

[2]曲曉璐.20世紀(jì)中醫(yī)藥學(xué)的多學(xué)科研究概述[J].上海中醫(yī)藥雜志,2004,(3):6~7

[3]左力,李錦素.用于實時變形的解剖學(xué)人體肌肉建模[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,2003,15,(7):934

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