计算机在医学中的应用

计算机在医学中的应用(computer in medicine)，随着电子计算机技术的迅速发展，特别是微型计算机的普及，计算机技术已渗透到医学及其管理的各个领域，可利用计算机获取、存储、传输、处理和利用医学及医学管理的各种信息。经过30多年的实践和发展，医学信息处理学已成为一门新兴的、医学与计算机技术相结合的边缘学科，对医学的发展起着重要的作用。

电子计算机的组成部分

计算机分硬件和软件两大系统。硬件系统指计算机的各种具体的电子和机械设备；而软件系统则指各种类型的计算机语言和程序。

计算机硬件部分包括中央处理器、内存储器、外存储器、接口电路、输入设备和输出设备等。通过总线连接，组成一个完整的计算机硬件系统。人们通过输入设备(常用的是键盘)输入命令、数据等，并可利用内、外存储器给予存储，还可命令中央处理器对数据进行要求的运算处理，最后还可将结果通过输出设备（常用的有显示器和打印机）输出。

计算机软件部分包括系统软件和应用软件两大类。软件有语言与程序之别。计算机语言是由可供人们用于编写程序的、 有一定结构的计算机能够识别的各个命令（及指令组成）。所谓“高级语言”就是计算机语言的一种。程序就是人们用计算机语言按一定顺序排列编写的一系列语句，计算机将按顺序一个语句接一个语句地执行，以完成人们的某些要求。系统软件包括计算机语言、操作系统（一组程序，人们可以通过它方便地操作计算机）、数据库管理系统(一种计算机数据管理技术)等；应用软件指人们为某个特定要求而编写的程序。系统软件由计算机厂商随计算机硬件一起提供给用户，而应用软件则需由用户根据自身工作需要进行开发（这就是所谓的“二次开发”），或从软件公司购买。

计算机在医学中的应用

计算机在医学领域中的应用共有下列12个方面：

计算机辅助诊断和辅助决策系统(CAD&CMD)

可以帮助医生缩短诊断时间；避免疏漏；减轻劳动强度；提供其他专家诊治意见，以便尽快作出诊断，提出治疗方案。诊治的过程是医生收集病人的信息（症状、体征、各种检查结果、病史包括家族史以及治疗效果等等），在此基础上结合自己的医学知识和临床经验，进行综合、分析、判断，作出结论。计算机辅助诊断系统则是通过医生和计算机工作者相结合，运用模糊数学、概率统计以至人工智能技术，在计算机上建立数学模型，对病人的信息进行处理，提出诊断意见和治疗方案。这样的信息处理过程，速度较快，考虑到的因素较全面，逻辑判断也较严谨。

利用人工智能技术编制的辅助诊治系统，一般称为“医疗专家系统”。人工智能是当代计算机应用的前沿。医疗专家系统是根据医生提供的知识，模拟医生诊治时的推理过程，为疾病等的诊治提供帮助。医疗专家系统的核心由知识库和推理机构成。知识库包括书本知识和医生个人的具体经验，以规则、网络、框架等形式表示知识，存贮于计算机中。推理机是一个控制机构，根据病人的信息，决定采用知识库中的什么知识，采用何种推理策略进行推理，得出结论。由于在诊治中有许多不确定性，人工智能技术能够较好地解决这种不精确推理问题，使医疗专家系统更接近医生诊治的思维过程，获得较好的结论。有的专家系统还具有自学功能，能在诊治疾病的过程中再获得知识，不断提高自身的诊治水平。

这类系统较好的实例如美国斯坦福大学的 MYCIN系统，它能识别出引起疾病的细菌种类，提出适当的抗菌药物。在中国类似的系统有中医专家系统，或称“中医专家咨询系统”。

医院信息系统(HIS)

用以收集、处理、分析、储存和传递医疗信息、医院管理信息。一个完整的医院信息系统可以完成如下任务：病人登记、预约、病历管理、病房管理、临床监护、膳食管理、医院行政管理、健康检查登记、药房和药库管理、病人结帐和出院、医疗辅助诊断决策、医学图书资料检索、教育和训练、会诊和转院、统计分析、实验室自动化和接口。

这些系统中较著名的如美国复员军人医院的DHCP；马萨诸塞综合医院用 MUMPS语言开发的COSTAR等。中国从1970年起，就开发了一些医院信息系统，并统一规划开发了医院统计、病案、人事、器材、药品、财务管理软件包。

生物－医学统计及流行学调查软件包

在临床研究、实验研究及流行学调查研究中，需要处理大量信息。应用计算机可以准确快速地对这些数据进行运算和处理。为了这方面的需要，用各种计算机语言开发了不少软件包。较著名的有SAS、SPSS、SYSTAT及中国的RDAS等。

卫生行政管理信息系统 (MIS)

利用计算机开发的“卫生行政管理信息系统”，又称“卫生管理信息/决策系统”，能根据大量的统计资料给卫生行政决策部门提供信息和决策咨询。一个完整的卫生行政管理信息系统包括三部分：①数据自动处理系统(ADP)，主要功能是收集与整理数据、汇总成各类统计报表与图表。②信息库，是指能使单位与其外部机构之间，以及单位内部各种职能之间相互共享信息资源的一种模式。信息来源有法定的和非法定的(一次性调查)，还有来自计算机日常收集到的各种活动所产生的信息流。设立信息库的主要目的是沟通各项活动和修正工作人员的行动。③决策咨询模型，又称信息决策模型，可根据必要信息用它作出可行或优化方案，预测事业的发展。传统的方法（即非信息/决策系统）主要依赖过去的资料，考虑当前决策，或估计今后的发展，它不能产生比较有效而且迅速的应变措施，信息/决策的数学模型，若建立的数学模型比较合理，便可以及时由当前活动中，指出即将发生的偏差，预见未来，以支持管理决策反应不断改变。

医学情报检索系统

利用计算机的数据库技术和通讯网络技术对医学图书、期刊、各种医学资料进行管理。通过关键词等即可迅速查找出所需文献资料。

计算机情报检索工作可分为三个部分：①情报的标引处理；②情报的存贮与检索;③提供多种情报服务，可向用户提供实时检索，进行定期专题服务，以及自动编制书本式索引。

美国国立医学图书馆编制的“医学文献分析与检索系统”(MEDLARS)是国际上较著名的软件系统，这是一个比较完善的实时联机检索的网络检索系统。通过该馆的IBM3081计算机系统能提供联机检索和定题检索服务，通过通讯网络、卫星通讯或数据库磁带的方法，在16个国家和地区中形成世界性计算机检索网络。其他著名的系统如IBM4361，MEDLARS等。中国开发了一些专题的医学情报资料检索系统，如中医药文献、典籍的检索系统。

药物代谢动力学软件包

药物代谢动力学运用数学模型和数学方法定量地研究药物的吸收、分布、转化和排泄等动态变化的规律性。人体组织中的药物浓度不可能也不容易直接测定，因此常用血尿等样品进行测量，通过适当的数学模型来描述和推断药物在体内各部分的浓度和运动特点。在药代动力学的研究中，最常用的数学方法有房室模型、生理模型、线性系统分析、统计矩和随机模型等。这些新技术新方法的发展与应用，都与计算机技术的应用分不开。已开发了不少的药代动力学专用软件包，其中较著名的有NONLIN程序（一种非线性最小二乘法程序）。

疾病预测预报系统

疾病在人群中流行的规律，与环境、社会、人群免疫等多方面因素有关，计算机可根据存贮的有关因素的信息并根据它建立的数学模型进行计算，作出人群中疾病流行情况的预测预报，供决策部门参考。荷兰、挪威等国还建立了职业病事故信息库，因此能有效地控制和预测职业危害的影响。中国上海、辽宁等地卫生防疫部门，对气象因素与气管炎、某些地方病、流行病（如乙型脑炎、流行性脑膜炎等）的关系作了大量分析，并建立了数学模型，用这些模型在微型机上可成功地作出这些疾病的预测预报。

计算机辅助教学(CAI)

可以帮助学生学习、掌握医学科学知识和提高解决问题的能力以及更好地利用医学知识库和检索医学文献；教员可以利用它编写教材，并可通过电子邮件与同事和学生保持联系，讨论问题，改进学习和考察学习成绩；医务人员可根据各自的需要和进度，进行学习和补充新医学专门知识。目前在一些医学研究和教学单位里已建立了可由远程终端通过电话网络访问的各种 CAI医学课程。利用计算机进行医学教育的另一种重要途径是采用计算机模拟的方法，即用计算机模拟人体或实验动物，为学生提供有效的实验环境和手段，使学生能更方便地观察人体或实验动物，在条件参数改变下的各种状态，其中有些状态在一般动物实验条件下往往是难于观察到的。由于光盘技术、语言识别、触摸式屏幕显示等新技术的发展，教学用的计算机模拟病例光盘等已试制成功，并作为商品在市场上供应，利用这种光盘可方便地显示手术室等现场实际图景和情况，或有关教科书和文献资料，供学生学习。

最佳放射治疗计划软件

计算机在放疗中的应用，主要是计算剂量分布和制订放疗计划。以往用手工计算，由于计算过程复杂，所以要花费许多时间。因而，在手工计算的情况下，通常只能选择几个代表点来计算剂量值。利用计算机，则只要花很短时间，而且误差不超过5％，这样，对同一个病人在不同的条件下进行几次计算，从中选择一个最佳的放射治疗计划就成为可能。所谓最佳放射治疗计划就是对病人制订治疗计划，包括确定照射源、放射野面积、放射源与体表的距离、入射角以及射野中心位置等，然后再由计算机根据治疗机性能和各种计算公式，算出相应的剂量分布，在彩色监视器上形象地显示出来。对同一个病人，经过反复改变照射条件，进行计算、分析和比较，就可以得出最理想的剂量分布，使放射线照射方向上伤害正常组织细胞最少，放疗疗效最佳，这就是最佳放射治疗计划。同时，可将此剂量分布图用绘图仪记录下来，存入病历，以供治疗时使用或长期保存。

计算机医学图像处理与图像识别

医学研究与临床诊断中许多重要信息都是以图像形式出现，医学对图像信息的依赖是十分紧密的。医学图像一般分为二类：一是信息随时间变化的一维图像，多数医学信号均属此一类，如心电图、脑电图等；另一是信息在空间分布的多维图像，如X射线照片、组织切片、细胞立体图像等等。在医学领域中有大量的图像需要处理和识别，以往都是采用人工方式，其优点是可以由有经验的医生对临床医学图像进行综合分析，但分析速度慢，正确率随医生而异。计算机高速度、高精度、大容量的特点，可弥补上述不足。特别是有一些医学图像，如脑电图的分析，凭人工观察，只能提取少量信息，大量有用信息白白浪费。而利用计算机可作复杂的计算，能提取其中许多有价值的信息。另外进行肿瘤普查时，往往要在显微镜下观看数以万计的组织切片；日常化验或研究工作中常需要作某种细胞的计数。这些工作既费力又费时，若使用计算机，就将节省大量人力并缩短时间。利用计算机处理、识别医学图像，在有的情况下，可以做人工做不到的工作。如心血管造影，当用手工测量容积，导出血压容积曲线时，只能分析出心脏收缩和舒张的特点。若利用计算机计算，每张片子只需一秒钟，并可以得到瞬时速度、加速度、面积和容积等有用的参数。此外，不管上述那一类工作中，计算机还能完成人工不能完成的另一类工作即图像的增强和复原。1970年代医学图像处理在计算机体层摄影成像术(CT)方面的突出成就，和磁共振成像仪、数字减影心血管造影仪等新装置的相继出现，以及超声等其他医学成像仪器的进一步完善，使人们对放射和核医学图像的处理及模式识别研究的兴趣更为浓厚。显微图像在医学诊断和医学研究中一直起着重要作用。计算机图像处理与分析方法已用于检测显微图像中的重要特征，人们已能用图像处理技术和体视学方法半定量与定量地研究细胞学图像以至组织学图像。计算机三维动态图像技术已使心脏动态功能的定量分析成为可能。

能化

医疗设备智能化是指现代医疗仪器与计算机技术及其各种软件结合的应用，它使这些设备具有自动采样、自动分析、自动数据处理等功能，并可进行实时控制，它是医疗仪器发展的一个方向。

计算机在护理工作中的应用

计算机在护理工作中的应用，主要分为三个方面：①护理，包括护理记录、护理检查、病人监护、药物管理等。②护士教育，包括护理 CAI教育、护士教学计划与学习成绩记录管理。③护士管理，包括护士服务计划调度、人力资源管理、护士工作质量的检查或评比等。

参考书目

陶乃煌等:《微型计算机在医院中的应用》，人民军医出版社，北京，1987。