从硬件到软件:医疗影像发展新趋势

转载于电子应用技术

关键词： 摩尔定律 医疗市场 核磁共振

当代家庭使用照片和视图交流的方式足以让我们的祖父辈感到惊奇。我们当中的许多人都使用手机采集和分享高分辨率视频，记录下几乎每一个重要时刻。通过强大的人脸识别软件，我们可以选择自动标记人脸，用以组织我们的图像文件。

　　十五年前，只有专业人士才能使用各种安装有专业软件的专业工作站来执行复杂的图像处理任务，而现在我们仅凭借口袋中的设备就可以执行大部分任务。而这种改变了家庭照片和视频交流方式的复杂技术也正在实现新的医疗影像方式。

　　从硬件到软件

　　以前，无论是X射线、超声还是核磁共振，医疗影像技术的发展主要由设备的进步来推动。例如，二十世纪早期X射线技术的发展。从最初1904年发明的真空管，到热电子二极管，再到1913年发明的Coolidge 型X射线管，X射线管的先驱者从每次更迭中汲取经验，测试不同的管径和温度，直到发现最佳组合。Coolidge管这种形式一直沿用至今。

　　强大而低廉的标准硬件与专用软件组合将成为本世纪的主导发展力量。这一变化主要归因于四大驱动因素。

　　1. 指数型硬件增长：由于来自消费电子产品（例如游戏行业和移动通信行业）的压力，硬件处理速度呈指数型增长。图形处理单元（或GPU）不仅用于游戏行业，同时正日益取代CPU或与其协作用于通用计算。GPU技术的迅猛发展和标准编程语言的涌现使我们更有机会充分利用软件进步。现在人们能够以史无前例的速度处理大量的图像。通过硬件和软件的适当组合，可以实现某些应用所必须的实时处理能力。

　　2. 使用软件取代昂贵的硬件并降低成本：通过与合适的硬件结合时，目前的软件可以提供高性价比地先进功能，而此前获取这些功能需要购置昂贵的专用硬件。例如，超声扫描转换最初是由硬件完成的过程。现在这一过程可以通过先进的图像处理软件完成。此外，软件可以在无需患者在场的情况下操作图像，展示额外的详细信息和病理学信息，同时最大限度提高昂贵设备的生产力。

　　3. 超声技术的兴起：鉴于超声技术的低成本、机动性和非电离特性，目前执业医师将超声技术广泛应用于临床检查，而10年前，这些临床检查所涉及的程序非常繁琐，而且可能需要大剂量照射。虽然设备进步促进了超声技术的广泛应用，但图像增强软件的进步提高了诊断能力。高级图像处理软件最初是为了降低核磁共振影像的噪声而开发的，现在通过降噪和器官边缘锐化使超声影像发生了革命性的变化，推动超声技术成为主要诊断工具。利益相关者将继续推动这一影像技术向前发展。

　　4. 个性化定制需求：不同医院和地区的临床医师通常在图像采集和分析方面拥有特定偏好。一些个人或群体喜欢柔化边缘，而其他用户认为消除斑点是最重要的图像增强任务。随着成功的设备制造商为大量的医疗中心和医院提供设备，他们必须具备对设备进行定制能力，才能在全球取得成功。制造商可以通过软件，并根据最终用户的偏好来定制设备，即提高了销量又最大程度地提高了每个产品的投资回报率。最终，这种定制将实现更高的诊断价值。

　　摩尔定律

　　十年前，标准影像设备无法支持软件的最新发展。基于复杂算法的新影像技术不得不与所依赖的硬件的发展同步。由于从2002年起标准硬件的巨大进步，许多影像设备仅需更换软件即可升级。有鉴于此，许多医疗设备制造商无需大量的投资或繁琐的硬件升级安装，即可利用最新的影像进步成果，并且可以与独立开发商合作改造现有工具。

　　摩尔定律以英特尔联合创始人戈登.E.摩尔命名，其内容为每隔18个月左右集成电路的处理能力将提升一倍。根据目前维基百科中摩尔定律的条目，“摩尔定律描述了20世纪后期和21世纪初期的技术和社会变革的推动力。”例如，多核GPU和其他强大硬件的激增。该特定进步实现了以前无法实现的大量图像处理操作，开创了医疗图像处理的新纪元。与我们曾经认为最先进的2D滤波相比，现在的3D超声图像容量的实时自适应滤波将提供更优秀的图像质量。通过先进的3D渲染软件，临床医师可以生成父母喜欢的“娃娃脸”图像，揭开了医疗影像史和家庭相册的新篇章。

从硬件到软件:医疗影像发展新趋势