信息融合技术及其在医学领域中的应用

王国栋，李业芹，秦红勇

1.日照市中医医院 设备科，山东 日照 276800；

2.山东大学 控制科学与工程学院，山东 济南 250061

信息融合技术及其在医学领域中的应用

王国栋1，李业芹1，秦红勇2

1.日照市中医医院 设备科，山东 日照 276800；

2.山东大学 控制科学与工程学院，山东 济南 250061

信息融合是现代信息处理领域新的一个崛起的研究方向，它是针对系统中单个传感器性能不足这一问题而展开的一种信息处理方法。本文系统地介绍了信息融合的内涵、结构模型、算法以及在医学领域中的应用，并对信息融合技术未来的研究发展方向做了总结。

信息融合技术；结构模型；传感器；医学图像融合

0 前言

现代信息具有形式的多样性、信息数量的巨大性、信息关系的复杂性以及信息处理的及时性等特征。信息融合的概念正是在基于这种信息综合处理的需求中产生的。

信息融合技术开始于20世纪70年代，早期称为多源相关、多传感器混合和数据融合，并最早应用于军事领域[1]。目前，信息融合的应用领域已经从军事渗透到其他各个领域。主要应用领域有移动机器人、医疗监护与诊断、智能交通、智能制造、智能检测、目标识别、现代化管理以及刑侦等。可以说信息融合技术已经渗透到现代信息社会的各个角落，它的重要性越来越突出。

1 信息融合的概念和原理

1.1 信息融合的定义

目前，信息融合的定义有多种，可以从两方面来理解，即从军事应用角度的信息融合和非军事角度的信息融合。其实质就是针对多维信息进行关联或综合分析，进而选取适当的融合模式和处理算法，用以提高信息的质量，为知识提取奠定基础。

1.2 信息融合的原理

多传感器信息融合的基本思想源于人类的多源信息综合处理系统。对人类而言，人类利用多种感觉器官（眼、耳、鼻、舌、身等）来认识外界的事物，并且本能地具有将多种感官所获得的信息综合起来的能力，以准确地识别环境或物体的状态，并进而引导下一步的动作。即使人体处于复杂多变的环境下，各种感觉信息含有一定的不确定性、矛盾或错误的成份，人类也可以将各种信息综合起来，并使这些信息相互补充、印证，从而完整而及时地处理具有不同功能的多种感觉器官所获得的信息[2-3]。

在多传感器信息融合系统中，融合由传感（Sense）、通信（Communication）和融合（Fusion）3个过程来完成，其基本原理是对人类的多源信息综合处理功能的一种模拟和扩充。

2 信息融合的结构模型和算法

2.1 信息融合的结构模型

按照各传感器信息处理的程度，信息融合的结构模型分为集中式、分布式、混合式；按照数据抽象层次可以分为数据层融合、特征层融合、决策层融合。

2.2 数据融合的主要算法

信息融合的研究内容极其丰富，涉及的基础理论也非常广泛，其算法种类繁多，可以分为经典方法和现代方法。经典方法中有两种：估计方法和统计方法。现代方法也可分为两种：信息论方法和人工智能方法。聚类分析、模版法和熵理论等属于前者；模糊逻辑、产生式规则、神经网络、遗传算法、模糊积分理论和支持向量机等属于后者。其中，贝叶斯估计、D-S证据推理、模糊理论、神经网络占整个信息融合算法的85%[4]。

3 信息融合在医学领域中的应用

信息融合在医学领域的应用有两个方面：一是利用多种医疗设备，如CT、MRI、监护仪等，通过传感器采集人体图像和生物电信号，经过信息融合提高探测效果；另一方面是根据病人状况变化的各种基本信息，决定护理、诊断、治疗的方案[3]。

3.1 医学图像融合的应用

随着医学影像工程的不断发展，出现了很多先进的成像设备，这为临床诊断提供了多种模态的医学图像，如X射线、超声、CT、MRI、数字减影等。这些图像提供了关于病变组织或器官的解剖或功能信息，但由于成像设备和成像原理不同，各类图像又具有其各自的特点,如CT图像具有较强的空间分辨率和几何特性，对骨骼成像非常清晰，可为病灶定位提供良好的参照，但对软组织的对比度则较低；MRI可清晰反映软组织、器官、血管等的解剖结构，有利于病灶范围确定，但对钙化点不敏感，且受到磁干扰会发生几何失真。由此可见，不同成像技术对人体同一解剖结构所得到的形态和功能信息是互为差异、互为补充的，因此，对不同影像信息进行适当的集成便成为临床医生诊断和治疗疾病的迫切需要[5]。

3.2 医疗监护系统中的应用

医学信息的多模式监护技术开始在临床中得到更多的重视。它将两种以上的监测参量结合起来，利用各自的优点，弥补相互的不足，以计算机联合时频分析的方法代替医生人工综合方式，克服了医生人工推理和综合判定带来的主观性影响，可以提高诊断效率和可靠性。目前，信息融合技术在医疗监护方面的应用有：神经手术监护、重症监护病房、创伤评估与监护、社区医疗服务等[6]。

4 信息融合未来发展方向

信息融合技术涉及传感器技术、数据处理、网络通信、人工智能等相关技术，作为一门新兴的技术，虽然在技术理论上还需不断完善，但是其应用能力已经受了实践的考验。未来主要的研究方向应包括以下几方面：① 多传感器信息融合统一理论模型建立；② 信息融合中数据库和知识库技术研究；③ 多传感器信息融合系统的工程实现；④ 信息融合系统的性能测试与评估。

5 小结

信息融合技术作为一种新的现代信息处理技术，综合了多门学科的理论和方法，尚处在不断的发展和完善过程中，正在得到越来越多的关注。随着工业大系统的蓬勃发展和未来信息战的需求，以及相关学科的不断发展，信息融合技术将会得到更深入的理论研究，它将拥有更广阔的应用前景。

[1] 李娟,李甦,李斯娜,等.多传感器数据融合技术综述[J].云南大学学报(自然科学版),2008,30(2):241-246．

[2] 哈铁军,陈昌海,孙晋科.多源信息融合在医学领域的应用研究[J].医学信息,2007,20(5):706-709．

[3] Hall DL.AN INTRODUCTION TO MULTI-SENSOR DATA FUSION[J].IEEE,1997,85(1):6-23．

[4] 吕漫丽,孙灵芳.多传感器信息融合技术[J].自动化技术与应用,2008,27(2):79-82．

[5] 王梦倩,邵波,岳建华.医学图像融合的应用与展望[J].医疗设备信息,2007,22(5):48-50．

[6] 陈鹏慧,吴宝明.信息融合技术及其在医疗监护系统中的应用[J].国外医学生物医学工程分册,2002,25(6):249-252．

Information Fusion Technology and Its Application in Medical Field

WANG Guo-dong1, LI Ye-qin1, QIN Hong-yong2
1.Equipment Department, Rizhao Traditional Chinese Medical Hospital, Rizao Shandong 276800, China;
2. Control Science and Engineering College, Shandong University, Jinan Shandong 250061, China

Information fusion is a new research direction in modern information processing field. It is used to solve the unsatisfactory performance for a single sensor in a system. This paper introduces the connotation, structure model, algorithms and applications of information fusion in medical field systematically, and summarizes the future development direction of the information fusion technology.

information fusion technology; structure model; sensor; medical image fusion

TP14

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.09.040

1674-1633(2012)09-0131-02

2011-01-21

作者邮箱：zyywgd@163.com