第八章 醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)課件

第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)

第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)

第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)知識點介紹圖像存檔與通信系統(tǒng)，PictureArchivingandCommunicationSystem，簡稱PACS。本節(jié)將介紹PACS概念。隨著醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)的發(fā)展和PACS的出現(xiàn)，需要在同一終端上顯示不同設(shè)備的圖像，建立統(tǒng)一的圖像顯示和傳輸標(biāo)準(zhǔn)，即DICOM標(biāo)準(zhǔn)。本節(jié)還將介紹PACS的關(guān)鍵技術(shù)及PACS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.1PACS概念8.1.1PACS的定義8.1.2與PACS相關(guān)的醫(yī)學(xué)圖像知識

8.1.3PACS的作用

8.1.4PACS發(fā)展歷史第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.1.1PACS的定義p138PACS是為醫(yī)學(xué)圖像的存儲、傳輸、檢索、顯示、打印而設(shè)計的信息管理系統(tǒng)。其目的是為了有效的管理和利用醫(yī)學(xué)圖像資源。圖像存檔與通信系統(tǒng)，PictureArchivingandCommunicationSystem，簡稱PACS。PACS英文含義及中文定義？第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.1.2與PACS相關(guān)的醫(yī)學(xué)圖像知識總結(jié)醫(yī)學(xué)診斷的發(fā)展歷程，只有獲得了精確反映病人狀態(tài)的信息，才有可能做出正確的診斷；有了正確的診斷，才能制定正確的治療方案，客觀的評價治療結(jié)果。人體的信息可以用數(shù)值、曲線、圖像等多種形式表示，但在大多數(shù)場合，圖像所包含的信息量遠遠超過數(shù)值和曲線，所以，圖像的應(yīng)用越來越廣泛。醫(yī)學(xué)圖像成像和處理是專門的研究領(lǐng)域，內(nèi)容豐富，這一節(jié)僅簡述與PACS相關(guān)的醫(yī)學(xué)圖像知識，以幫助讀者閱讀理解本章內(nèi)容。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)醫(yī)學(xué)圖像成像從顯微鏡到1895年的X線的發(fā)明，近100多年的歷史證明，醫(yī)學(xué)圖像成像技術(shù)的每一重大進展都給醫(yī)學(xué)診斷和治療技術(shù)帶來極大的改變和發(fā)展，醫(yī)學(xué)圖像的成像方式也不斷增加，而計算機技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，則進一步擴大了醫(yī)學(xué)圖像的應(yīng)用范圍。經(jīng)由計算機的醫(yī)學(xué)圖像成像有多種方法，但它們之間的相似之處是先用某種能量通過人體，與人體相互作用后對該能量進行測量，然后用數(shù)學(xué)的方法估計出該能量與人體組織相互作用（吸收、衰減、核磁擾動等）的二維、三維分布，并產(chǎn)生圖像。由于人體生命現(xiàn)象特殊的復(fù)雜性和多樣性，醫(yī)學(xué)圖像涉及從分子到人體（微觀到宏觀），從結(jié)構(gòu)到功能，從靜態(tài)到動態(tài)等多個領(lǐng)域和方式，目前的各種醫(yī)學(xué)成像設(shè)備只能反映人體某一方面的信息，且對人體內(nèi)大到組織、小到分子原子各有不同的靈敏度和分辨率，因而有著各自的適用范圍和局限性。下面介紹幾種主要的醫(yī)學(xué)圖像。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)Ｘ光的發(fā)現(xiàn)者倫琴第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)X線圖像及成像設(shè)備(1)X線圖像：利用人體器官和組織對X線的衰減不同，透射的X線的強度也不同這一性質(zhì)，檢測出相應(yīng)的二維能量分布，并進行可視化轉(zhuǎn)換，從而可獲取人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖像。與常規(guī)膠片圖像的形成過程相比，X線數(shù)字成像系統(tǒng)形成數(shù)字圖像所需的X線劑量較少，能用較低的X線劑量得到清晰圖像。可利用計算機圖像處理技術(shù)對圖像進行一系列處理，從而改善圖像的清晰度和對比度等性能，挖掘更多的可視化診斷信息。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)計算機X線攝影（computedradiography，CR)是X線平片數(shù)字化的比較成熟的技術(shù)。CR系統(tǒng)是使用可記錄并由激光讀出X線成像信息的成像板（imagingplate，IP）作為載體，經(jīng)X線曝光及信息讀出處理，形成數(shù)字式平片圖像。數(shù)字X線攝影(digitalradiography，DR）是在X線影像增強器－電視系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬視頻信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后送入計算機系統(tǒng)中進行存儲、分析、顯示的技術(shù)。數(shù)字X線攝影包括硒鼓方式、直接數(shù)字X線攝影（directdigitalradiography，DDR）和電荷藕合器件（chargecoupleddevice，CCD）攝像機陣列方式等。數(shù)字減影血管造影（DigitalSubtractionAngiography，DSA）是利用數(shù)字圖像處理技術(shù)中的圖像幾何運算功能，將造影劑注入前后的數(shù)字化X線圖像進行相減操作，獲得兩幀圖像的差異部分——被造影劑充盈的血管圖像。目前DAS有時間減影（temporalsubtraction）、能量減影（energysubtraction）、混合減影（hybridSubtraction）和數(shù)字體層攝影減影（digitaltomographysubtraction）等類型。

第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(2)X線CT圖像X線CT（ComputerizedTomography，CT）是以測定X射線在人體內(nèi)的衰減系數(shù)為物理基礎(chǔ)，采用投影圖像重建的數(shù)學(xué)原理，經(jīng)過計算機高速運算，求解出衰減系數(shù)數(shù)值在人體某斷面上的二維分布矩陣，然后應(yīng)用圖像處理與顯示技術(shù)將該二維分布矩陣轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸崍D像的灰度分布，從而實現(xiàn)建立斷層圖像的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。概括地說，X線CT圖像的本質(zhì)是衰減系數(shù)成像。與傳統(tǒng)的X線檢查手段相比，CT具有以下優(yōu)點：能獲得真正的斷面圖像，具有非常高的密度分辨率，可準(zhǔn)確測量各組織的X線吸收衰減值，并通過各種計算進行定量分析。1第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)ＣＴ影像成像圖第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)螺旋CT

螺旋CT機是目前世界上最先進的CT設(shè)備之一，其掃描速度快，分辨率高，圖像質(zhì)量優(yōu)。用快速螺旋掃描能在15秒左右檢查完一個部位，能發(fā)現(xiàn)小于幾毫米的病變，如小肝癌、垂體微腺瘤及小動脈瘤等。其功能全面，能進行全身各部檢查，可行多種三維成像，如多層面重建、CT血管造影、器官表面重建及仿真腸道、氣管、血管內(nèi)窺鏡檢查?？蛇M行實時透鏡下的CT導(dǎo)引穿刺活檢，使用快捷、方便、準(zhǔn)確。

通過網(wǎng)絡(luò)信息，了解什么是螺旋CT，它有那些特點？

第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像成像操作第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(3)磁共振MRI圖像磁共振圖像（MagneticResonanceImaging，MRI）系統(tǒng)通過對處在靜磁場中的人體施加某種特定頻率的射頻脈沖，使人體組織中的氫原子受到激勵而發(fā)生磁共振現(xiàn)象，當(dāng)中止RF脈沖后，氫原子在馳豫過程中發(fā)射出射頻信號而成像的。目前MRI成像技術(shù)的進一步研究仍主要集中在如何提高成像速度方面。另外，功能性MRI的出現(xiàn)進一步擴大了磁共振影像的臨床應(yīng)用范圍。磁共振血管造影(MagneticResonanceAngiography，MRA)的研究也取得了重要進展，利用MRA可以發(fā)現(xiàn)血管的疾病，與三維顯示技術(shù)相結(jié)合能夠為診斷提供更多的可視化立體信息。磁共振波譜分析(MagneticResonanceSpectroscopy，MRS)亦是MRI技術(shù)研究的熱門課題，借助MRS技術(shù)，有可能在獲得病人解剖結(jié)構(gòu)信息的同時又得到功能信息，將MRS與MRI進行圖像融合,能夠獲得更多的有價值的診斷信息。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(4)超聲US圖像頻率高于20000赫茲的聲波稱為超聲波。超聲成像(UltrasoundSystem,US)就是利用超聲波在人體內(nèi)部傳播時組織密度不連續(xù)性形成的回波進行成像的技術(shù)。依據(jù)波束掃描方式和顯示技術(shù)的不同，超聲圖像可分為：A型顯示、M型顯示、斷層圖像的B型顯示和多普勒D型顯示等?？赡軙o醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域帶來巨大影響的新的超聲成像技術(shù)研究，是三維超聲成像。三維超聲影像具有圖像立體感強、可以進行B超圖像中無法完成的三維定量測量、能夠縮短醫(yī)生診斷所需的時間等特點，是一種極具發(fā)展前景的超聲成像技術(shù)。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(5)放射性核素圖像放射性核素成像技術(shù)是通過將放射性示蹤藥物引入人體內(nèi)，使帶有放射性核的示蹤原子進入要成像的組織，然后測量放射性核素在人體內(nèi)的分布來成像的一種技術(shù)。放射性核素成像技術(shù)能夠反映人體內(nèi)的生理生化過程，能夠反映器官和組織的功能狀態(tài)，可顯示動態(tài)圖像，是一種基本無損傷的診斷方法。按照放射性核素種類的不同，放射性核素圖像可以分為單光子發(fā)射成像(SinglePhotonEmissionTomography，SPECT)和正電子發(fā)射成像(PositronEmissionTomography，PET)。因為SPECT和PET都是對從病人體內(nèi)發(fā)射的γ射線成像，所以統(tǒng)稱為ECT。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(6)醫(yī)用紅外圖像人體是天然熱輻射源，利用紅外線探測器檢測人體熱源深度及熱輻射值，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，送入計算機進行成像。紅外圖像用來診斷與溫度有關(guān)的疾病。系統(tǒng)根據(jù)正常異常組織區(qū)域的熱輻射差，得出細胞新陳代謝相對強度分布圖，即功能影像圖，用于對淺表部位腫瘤、乳腺癌及皮膚傷痛等疾病的診斷。紅外乳腺診斷儀1

2第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(7)內(nèi)窺鏡圖像內(nèi)窺鏡是一種直接插入人體的腔管內(nèi)進行實時觀察表面形態(tài)的光學(xué)診斷裝置。光纖內(nèi)窺鏡使用的纖維束有兩種，一種是傳遞光源以照明視場的導(dǎo)光束；另一種是回傳圖像的傳像束。電子內(nèi)窺鏡的發(fā)明為內(nèi)窺鏡影像的臨床應(yīng)用提供了一種新的技術(shù)，具有輪廓清晰、可以定量測量等特點，三維立體內(nèi)窺鏡系統(tǒng)還可產(chǎn)生逼真的立體圖像。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)普通三維內(nèi)窺鏡成像原理在電子鏡的物鏡后內(nèi)置兩個ＣＣＤ晶片，以１％秒的時序交替發(fā)送三維圖像到液晶顯示屏上，操作者帶上偏光眼鏡，就可以看到真實的三維圖像。普通三維內(nèi)窺鏡是由柱狀接力透鏡內(nèi)置在鏡身當(dāng)中，由于ＣＣＤ攝像系統(tǒng)尺寸大，無法內(nèi)置鏡身里，只能裝在鏡子后端。鏡身內(nèi)還需要帶有導(dǎo)光束，鏡子外徑還要盡量做細，這樣勢必導(dǎo)致圖像外徑尺寸質(zhì)量缺損。同時由于光學(xué)結(jié)構(gòu)限制，左右鏡片的光軸無法調(diào)校，無法調(diào)整光學(xué)平衡，這樣的三維圖像使操作者極易產(chǎn)生疲勞和眩暈。日本新興光器制作所最新研制的三維內(nèi)窺鏡，ＣＣＤ內(nèi)置于左右兩個超小物鏡后，光學(xué)信號由ＣＣＤ直接捕捉?jīng)]有任何缺損，并且左右鏡片光軸可調(diào)，徹底解決傳統(tǒng)三維內(nèi)窺鏡的缺點，鏡身更細，圖像更清晰穩(wěn)定。即使長時間的外科手術(shù)，醫(yī)生也不會產(chǎn)生疲勞感。在微創(chuàng)手術(shù)中一直使用二維圖像內(nèi)窺鏡，醫(yī)生們迫切需要圖像自然、逼真的三維內(nèi)窺鏡，一些廠家曾嘗試生產(chǎn)三維圖像內(nèi)窺鏡，但是醫(yī)生在操作過程中都會產(chǎn)生視覺疲勞和眩暈感。新興光器制作所最新研制的三維立體內(nèi)窺鏡，是世界上第一臺鏡身前端內(nèi)置雙ＣＣＤ的三維立體內(nèi)窺鏡，最細內(nèi)窺鏡外徑５．４mm，可使用５mm的套管，圖像清晰、自然、逼真，醫(yī)生在操作過程中不會產(chǎn)生任何不適感。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(8)顯微圖像顯微圖像一般是指利用顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)獲得的關(guān)于細胞、組織切片的二維影像。目前處理和分析顯微圖像的主要工具是圖像分析儀，它應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)、計算機技術(shù)和形態(tài)計量學(xué)方法，實現(xiàn)對細胞、組織的定量分析，并可進行三維重組和動態(tài)顯示。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)2、數(shù)字圖像精度數(shù)字圖像是用許多各種明暗度的小點構(gòu)成陣列矩陣，以顯示圖像。小點稱為像素，其明暗強度則稱為該點的灰度?；叶仁菍⒈粶y參量強度的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，如X光的透過人體后的強度。這個模擬量從0（全部吸收）到最大值（最高的X光強度）被分成許多相等的間隔。間隔的數(shù)目越多，不同X光強度的細節(jié)在圖像中保存的就越多，若以8位二進制表示，就有256級，轉(zhuǎn)化到圖像顯示上，可以理解為就是圖像中每一點的亮度值，也稱為灰度級L?；叶燃売幸粋€范圍，稱為灰度范圍[Lmin,Lmax]，在實際應(yīng)用中，可以把灰度范圍映射到區(qū)間(0，L）上，其中0認(rèn)為是黑，L認(rèn)為是白，0到L之間是由黑到白的灰度濃淡級。由此可見，數(shù)字圖像就是在空間上和亮度上都數(shù)字化了的圖像。

第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)空間分辨力是指矩陣象素的數(shù)目（NxN，N是矩陣中行、列象素的數(shù)目），灰度分辨力是指灰度變化范圍，即Lmax。一幅數(shù)字圖像的容量以其在計算機存儲的字節(jié)數(shù)表示，1個字節(jié)(byte)是8位二進制(bite)，可表示0~255個數(shù)。一幅灰度分辨力8位（二進制1個字節(jié)，256個灰度級），空間分辨力為512象素X512象素的圖像，約需0.25M字節(jié)的存儲容量。

醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)字圖像精度，受成像方法的技術(shù)限制，X線圖像精度較高，通常在1024X1024X10bit以上，而CT、MRI等是計算機掃描的重建圖像，精度通常在512X512X8bit以上。

第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)圖象處理與分析圖像處理和分析是指用一系列方法去獲取、校正、增強、變換、壓縮可視圖像的技術(shù)，其目的是提高信息的相對量，如增強圖像中的某些部分或提取某些特征，以便提取信息。(1)圖像恢復(fù)：(2)圖像增強：(3)邊緣檢測(4)圖像分割：(5)圖像測量：(6)圖像壓縮：(7)圖像配準(zhǔn)與融合：(8)三維成像：第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(1)圖像恢復(fù)：目的是要改進圖像質(zhì)量，將圖像中的干擾信息去除。在圖像獲取時，許多因素會導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降。如CT掃描時病人的呼吸、心跳等，不僅造成圖像模糊，甚至產(chǎn)生偽像。用變換、濾波等算法可以去除干擾。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(2)圖像增強：按應(yīng)用需求對圖形進行處理，以加強信息提取。圖像增強技術(shù)主要包括：對比度處理、基于灰度直方圖的變換處理、圖像減影和平均、空間濾波、頻域增強和偽彩色處理等。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(3)邊緣檢測：邊緣是圖像中具有不同平均灰度的兩個區(qū)域之間的邊界，邊緣檢測是利用邊緣反映局部灰度變化這一特性直接將邊緣找出來。從數(shù)學(xué)的角度而言對圖像的灰度特性進行微分運算，就可以檢測圖像邊緣象素點處的不連續(xù)程度，從而實現(xiàn)對邊緣的檢測。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(4)圖像分割：圖像分割是指把一幅圖像分成各具特性（灰度、顏色、紋理）的區(qū)域并提取出感興趣的目標(biāo)（單個區(qū)域、多個區(qū)域或三維結(jié)構(gòu)）。圖像分割是圖像分析和計算機視覺低層次處理中最基本和最重要的研究內(nèi)容，是成功地進行下一步圖像分析和理解的關(guān)鍵技術(shù)?？梢哉f，圖像分割結(jié)果的質(zhì)量直接影響以后進行的分析和理解的質(zhì)量。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(5)圖像測量：測量圖像的幾何特征（面積、形狀、圓周等）、強度特征（灰度分布：均值、標(biāo)準(zhǔn)差）、顏色特征（顏色、顏色分布）、紋理特征（細微結(jié)構(gòu)：定量地表示小距離內(nèi)灰度值的變化）。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(6)圖像壓縮：圖像壓縮是用某種特定的算法將原圖像的數(shù)據(jù)進行壓縮，獲得與原圖像盡量逼真的圖像，使存儲占用的空間減少，傳輸速度加快。而解壓縮算法可以近似或完全恢復(fù)原來的圖像。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(7)圖像配準(zhǔn)與融合：配準(zhǔn)指尋找兩幅圖像數(shù)據(jù)集之間的幾何變換關(guān)系，將兩幅圖像的坐標(biāo)空間轉(zhuǎn)換到同一個標(biāo)準(zhǔn)空間的過程。模板配準(zhǔn)是把標(biāo)準(zhǔn)圖形（模板）放在圖像中，觀察其相關(guān)性，如腦外科手術(shù)時手術(shù)器械與病人手術(shù)部位的配準(zhǔn)。體視化配準(zhǔn)是指來自不同設(shè)備的圖像之間的配準(zhǔn)，或同一設(shè)備不同斷層圖像之間的配準(zhǔn)。如病人頭部某一個體素既有對X線的吸收屬性（X線圖像），也有組織質(zhì)子密度的屬性（MRI圖像），還有代謝物濃度的屬性（MRS圖像）等等，這些原本統(tǒng)一的屬性被分散到各個圖像上，配準(zhǔn)就是要形成一個新的圖像（二維或三維），含有各種屬性，即病人的計算機仿真模型。融合則是將各種圖像配準(zhǔn)并構(gòu)成一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集。外科手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)中就有病人、手術(shù)器械和病人的計算機仿真模型之間的配準(zhǔn)和融合。圖像配準(zhǔn)與圖像融合各是什么含義？

第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)(8)三維成像：以前，二維醫(yī)學(xué)斷層圖像獲得以后，醫(yī)生對序列斷層圖像依次觀察和分析，在頭腦中構(gòu)建目標(biāo)的三維圖像以及目標(biāo)與周圍組織之間的空間關(guān)系。利用圖像三維重建和顯示技術(shù)可以將掃描所獲得的斷層圖像數(shù)據(jù)用計算機重新構(gòu)建解剖結(jié)構(gòu)的三維圖像，在醫(yī)學(xué)診斷、外科手術(shù)、和放射治療計劃設(shè)計等方面有著極具臨床價值的應(yīng)用。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像成像設(shè)備第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.1.3PACS的作用

PACS系統(tǒng)是利用計算機信息技術(shù)，將不同型號、類別、地點的設(shè)備產(chǎn)生的圖像，在統(tǒng)一的數(shù)字圖像格式標(biāo)準(zhǔn)下，進行存儲，按用戶需求檢索、調(diào)閱，用戶可以在自己的終端上對圖像作各種處理，輔助診斷和治療。圖像保存的傳統(tǒng)介質(zhì)采用的是膠片、照片或紙張等，其缺點是成本高，效率低；保存場地需不斷增加，保管不易；需防蛀、霉變、丟失；圖像復(fù)制、傳遞不便，歷史圖像檢索困難。PACS徹底改變了傳統(tǒng)的圖像保存和傳遞方式，數(shù)字圖像保存在磁盤、磁帶、光盤上，占地小，成本低，保存時間長。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)利用計算機信息技術(shù)可以高速、高效的檢索、復(fù)制、傳遞圖像，真正實現(xiàn)了醫(yī)學(xué)圖像信息資源的共享。圖像的跨科室、醫(yī)院、地區(qū)流動，減少了等待檢查結(jié)果的時間，方便了醫(yī)生檢索相關(guān)圖像，有利于迅速診斷和治療，無損、高效的圖像傳輸，提高了遠程會診的質(zhì)量。計算機強大的圖像處理功能，可以在讀片終端上對圖像做各種處理，進行更細致的觀察，具有更多的圖像顯示方式：三維重建、虛擬內(nèi)窺鏡、圖像融合等等，提供了更多的信息。將人類在利用醫(yī)學(xué)圖像診斷和治療上的知識積累，轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C軟件，使醫(yī)學(xué)圖像診斷治療技術(shù)走向更深的層次。在圖像信息越來越多的今天，讓計算機成為圖像的第一讀者，也將成為可能。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.1.4PACS發(fā)展歷史從PACS的技術(shù)發(fā)展來看，可分為三個階段第一階段（80年代中期-90年代中期）第二階段（90年代中期-上世紀(jì)末）第三階段（上世紀(jì)末-現(xiàn)在）第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)第一階段（80年代中期-90年代中期）計算機自身性能有限，CPU主頻僅幾十兆，內(nèi)存只有64兆字節(jié)，而且價格昂貴。研究主要集中在如何用有限的計算機資源處理大容量的數(shù)字圖像，如用各種算法優(yōu)化、硬件加速等。而顯示技術(shù)也不能保證圖像顯示的一致性。因為沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，不同設(shè)備的圖像交換困難，DICOM標(biāo)準(zhǔn)開始出現(xiàn)。這一時期的PACS系統(tǒng)以單機為主，速度慢，功能單一，基本上沒有RIS(RadiologyInformationSystem),顯示質(zhì)量不高，人們普遍認(rèn)為不可能用軟拷貝代替膠片。PACS顯然不能滿足臨床的需要。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)第二階段（90年代中期-上世紀(jì)末）計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，特別是PC機性能的大大提高，使PACS用戶終端的速度和功能加強了。而顯示技術(shù)的發(fā)展和顯示質(zhì)量控制軟件的出現(xiàn)，圖像顯示質(zhì)量基本達到讀片要求，PACS的診斷價值開始得到臨床的認(rèn)可。應(yīng)診斷報告和信息保存的要求，RIS系統(tǒng)出現(xiàn)。臨床的應(yīng)用使人們關(guān)注工作流的問題，即在檢查登記、圖像獲取、存儲、分發(fā)、診斷等等的步驟中PACS如何與RIS溝通，提高工作效率。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)第三階段（上世紀(jì)末-現(xiàn)在）

DICOM標(biāo)準(zhǔn)被廣泛接受，PACS、RIS開始與HIS全面整合，PACS被用于遠程診斷。顯示質(zhì)量控制軟件技術(shù)的進一步發(fā)展，新的顯示設(shè)備的出現(xiàn)，淡化了溫度、壽命對顯示器顯示質(zhì)量的影響。PACS系統(tǒng)中引進臨床專用軟件，以利于輔助診斷和治療。無膠片化的進程，促使人們開始研究PACS系統(tǒng)的安全性。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.2DICOM標(biāo)準(zhǔn)早期的醫(yī)學(xué)圖像設(shè)備所產(chǎn)生的圖像格式是由生產(chǎn)廠商各自定義的，無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)并相互保密。隨著醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)的發(fā)展和PACS的出現(xiàn)，需要在同一終端上顯示不同設(shè)備的圖像，建立統(tǒng)一的圖像顯示和傳輸標(biāo)準(zhǔn)。8.2.1DICOM標(biāo)準(zhǔn)定義

8.2.2DICOM標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.2.1DICOM標(biāo)準(zhǔn)定義醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信標(biāo)準(zhǔn)(DigitalImagingandCommunicationinMedicine，DICOM)是由美國放射學(xué)院（AmericanCollegeofRadiology，ACR）和美國國家電器制造學(xué)會（NationalElectricalManufacturersAssociation，NEMA）組成的聯(lián)合委員會，于1982年開始研制，并逐漸完善和發(fā)展所形成的醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像及傳輸標(biāo)準(zhǔn)。其目的是為推動在不同設(shè)備、型號或生產(chǎn)廠家之間的、開放式的醫(yī)療數(shù)字影像的傳輸與交換，促使PACS的發(fā)展并和其他各種醫(yī)院信息系統(tǒng)的整合，允許所產(chǎn)生的信息能廣泛地經(jīng)由不同的設(shè)備來訪問。DICOM標(biāo)準(zhǔn)的中英文含義各是什么？

第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)該標(biāo)準(zhǔn)于1985年公布1.0版（ACR-NEMAV1.0）,1988年公布2.0版（ACR-NEMAV2.0），1989年因增加與HIS/RIS聯(lián)接的內(nèi)容而改名為DICOM。隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，DICOM標(biāo)準(zhǔn)也在不斷擴充和更新，現(xiàn)在已公布的DICOM3.0版，內(nèi)容從只提供點對點的通信標(biāo)準(zhǔn)，擴充到開放式系統(tǒng)互聯(lián)OSI(OpenSystemInterConnection)以及TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）等計算機網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從只支持放射圖像到支持內(nèi)窺鏡、病理等其他圖像。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.2.1DICOM標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容第1部分給出了標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計原則。第2部分介紹了DICOM標(biāo)準(zhǔn)的一致性概念。第3部分描述了信息對象的定義方法。第4部分

服務(wù)類的說明。第5部分

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及語意。第6部分

數(shù)據(jù)字典。第7部分

消息(message)交換。第8部分

消息交換的網(wǎng)絡(luò)通訊支持。第9部分

說明DICOM如何支持點對點消息通信的服務(wù)和協(xié)議。第10、11、12部分

定義了DICOM文件的存儲方式。第13部分

DICOM打印管理的點對點通信支持。第14部分

說明了灰度圖像的標(biāo)準(zhǔn)顯示功能。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)第1部分給出了標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計原則，定義了標(biāo)準(zhǔn)中使用的一些術(shù)語，對標(biāo)準(zhǔn)的其它部分作了簡要概述。第2部分介紹了DICOM標(biāo)準(zhǔn)的一致性概念，如何制訂并描述DICOM產(chǎn)品。包括選擇什么樣的信息對象(informationobject)、服務(wù)類(serviceclass)以及消息傳遞（massagetransfer）等。一致性是指遵守DICOM標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備能夠互相連接、互相操作的能力。第3部分描述了信息對象的定義方法，對數(shù)字醫(yī)學(xué)圖像存儲和通信方面的信息對象提供了抽象的定義。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)第4部分

服務(wù)類的說明。服務(wù)類可簡單地理解為DICOM提供的命令或提供給應(yīng)用程序使用的內(nèi)部調(diào)用函數(shù)。第5部分

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及語意。描述怎樣對信息對象和服務(wù)類進行構(gòu)造和編碼。第6部分

數(shù)據(jù)字典。這樣在DICOM設(shè)備之間進行消息交換時，消息中的內(nèi)容具有明確的無歧義的編號和意義，可以相互理解和解釋。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)第7部分

消息(message)交換。消息是兩個符合DICOM標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用實體(applicationentity，AE)之間進行通訊的基本單元。該部分定義了DICOM命令的結(jié)構(gòu)(該命令若結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)即組成子一個DICOM消息)，同時也定義了在醫(yī)學(xué)圖像環(huán)境中的應(yīng)用實體用于交換消息的協(xié)議握手

(associationnegotiation)方式。第8部分

消息交換的網(wǎng)絡(luò)通訊支持。說明了在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的通訊服務(wù)和支持DICOM應(yīng)用、進行消息交換的上層協(xié)議。第9部分

說明DICOM如何支持點對點消息通信的服務(wù)和協(xié)議。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)第10、11、12部分

定義了DICOM文件的存儲方式，包括可移動存儲介質(zhì)、DICOM文件集、文件存儲格式等。第13部分

DICOM打印管理的點對點通信支持。第14部分

說明了灰度圖像的標(biāo)準(zhǔn)顯示功能?，F(xiàn)在，越來越多的醫(yī)療設(shè)備廠商宣布支持DICOM標(biāo)準(zhǔn)，遵從DICOM標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的設(shè)備，可以方便地與其他設(shè)備和系統(tǒng)進行通信和交換產(chǎn)生的圖像。而PACS系統(tǒng)以DICOM標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，才能具有更好的開放性和擴展性。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.3PACS的關(guān)鍵技術(shù)PACS因其處理的對象是圖像而非文本，用戶要求快速的調(diào)閱和高質(zhì)量的顯示圖像，因而在技術(shù)關(guān)注和應(yīng)用上有它的特殊之處。如要求用現(xiàn)有的顯示設(shè)備和技術(shù)顯示高質(zhì)量的圖像，在短時間內(nèi)傳輸大量的數(shù)據(jù)，以最小的占用量存儲海量數(shù)據(jù)并能快速地檢索和讀取。8.3.1數(shù)字圖像傳輸8.3.2數(shù)字圖像顯示

8.3.3數(shù)字圖像存儲

PACS有那三方面的關(guān)鍵技術(shù)？

第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.3.1數(shù)字圖像傳輸4-1有調(diào)查表明，用戶對調(diào)閱圖像速度的要求是，近期圖像（3-6月）調(diào)閱時間小于10s，遠期圖像調(diào)閱時間小于100s。圖像數(shù)據(jù)量大，一幅2048×2048×12bit的CR圖像有5M，一個MRI檢查序列可能有幾千幅圖像。高速的寬帶網(wǎng)絡(luò)、高性能的服務(wù)器和PC機有利于圖像傳輸，但不斷增長的接入信息點數(shù)和用戶調(diào)閱需求，會很快消耗這些硬件資源，而硬件的升級需要投資的增加。因此，PACS尋求其他方法予以改進。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.3.1數(shù)字圖像傳輸4-2圖像壓縮可減少存儲空間，加快傳輸速度。但要根據(jù)實際情況合理地選用適當(dāng)?shù)乃惴?。評價壓縮與解壓縮技術(shù)的好壞，一是在壓縮和解壓縮的過程中盡量不損失信息，即無損壓縮；二是壓縮或解壓縮的速度，即壓縮或解壓縮過程所需的時間；三是壓縮比，即壓縮前后圖像數(shù)據(jù)量的大小之比，如3：1、10：1，15：1。顯然，壓縮比越大越好。不幸的是，隨著壓縮比的增加，通常壓縮或解壓縮的時間也增加。有時，為了速度和壓縮比的要求，不得不損失一點信息。例如，對圖像質(zhì)量要求高的應(yīng)用，如診斷終端，選擇無損壓縮，而只需瀏覽圖像的應(yīng)用，則選擇有損壓縮。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)分布存儲是指在PACS系統(tǒng)中將圖像數(shù)據(jù)分?jǐn)?shù)據(jù)庫、分服務(wù)器、分網(wǎng)絡(luò)存儲，以改善圖像調(diào)閱速度。據(jù)調(diào)查，90%以上的調(diào)閱需求是對近期圖像的，將近期圖像與遠期圖像分開存儲，能滿足大部分的需求。在醫(yī)院里，門急診對調(diào)閱速度的要求顯然高于住院，因此也有PACS系統(tǒng)將門急診圖像與住院圖像分布存儲。8.3.1數(shù)字圖像傳輸4-3第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.3.1數(shù)字圖像傳輸4-4后臺調(diào)閱是為解決一次調(diào)閱大量圖像而設(shè)計的。對要調(diào)閱一個有幾千幅圖像的檢查的情況，在第一組圖像調(diào)入本地時，即可開始顯示和處理，同時后臺仍繼續(xù)調(diào)閱。用戶還可以標(biāo)記重要的圖像，下次重復(fù)調(diào)閱時可以選擇只調(diào)閱標(biāo)記過的圖像。這樣，大大減少了用戶的等待時間，也可減輕網(wǎng)絡(luò)負擔(dān)。預(yù)約調(diào)閱是指在病人入院，或掛號后，PACS系統(tǒng)自動將該病人的歷史圖像從遠期存儲處調(diào)到近期存儲處?；蛘呤菑?fù)診病人的圖像產(chǎn)生后，PCAS自動將其傳送到調(diào)閱初診圖像的用戶終端上。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.3.2數(shù)字圖像顯示

7-1電子讀片的效果取決于多個因素：數(shù)字化的方式、設(shè)備種類、病變種類、顯示器的質(zhì)量（亮度、空間分辨率、密度分辨率）、圖像壓縮的方式、診斷醫(yī)生使用電子讀片系統(tǒng)的熟練程度、顯示方式的靈活性等等。有很多的因素可以影響對醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量的評價。一般而言，可將影響醫(yī)學(xué)圖像評價結(jié)果的因素劃分為與設(shè)備和介質(zhì)有關(guān)的客觀因素，以及與人的視覺系統(tǒng)特性有關(guān)的主觀因素。事實上，對醫(yī)學(xué)圖像質(zhì)量的評價是在這些因素綜合作用下獲得的。PACS關(guān)注的是在不同特性設(shè)備、不同使用壽命的條件下，如何保持顯示圖像的一致性。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)來自圖像的數(shù)字信號可以被精確地和有目的地測量、描述、傳送和重建。然而，信號的可視化解釋依賴于顯示圖像時所用的不同特性的系統(tǒng)。因此，由相同信號產(chǎn)生的圖像在不同的顯示設(shè)備下可能會有完全不同的可視化表現(xiàn)、信息和特征。直接關(guān)系到使用者對圖像的最終感受，進而對圖像理解和疾病診斷產(chǎn)生重大影響。8.3.2數(shù)字圖像顯示7-2第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.3.2數(shù)字圖像顯示7-2通過軟拷貝方式顯示的醫(yī)學(xué)圖像，是由一個個分離的不同亮度的點組成的。人眼在不同亮度條件下對圖像的分辨能力不同，或者說眼睛區(qū)分不同亮度的能力在表達圖像處理結(jié)果時是有差異的。定義當(dāng)前的平均亮度為系統(tǒng)的亮度適應(yīng)級，以這個亮度適應(yīng)級為中心劃定一個不大的區(qū)間，此區(qū)間就是視覺系統(tǒng)在某一時刻所能感受到的主觀亮度范圍。傳統(tǒng)X線圖像的觀片燈具有照度大且亮度均勻的特點，非常符合人的視覺系統(tǒng)亮度區(qū)分特性要求。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.3.2數(shù)字圖像顯示7-3因為人類對灰階差的感知具有高度的非線性。一定對比靈敏度下背景亮度越高，恰能分辨的亮度差也就越大，即顯示器的亮度越高，人可分辨的灰階也越多。但是亮度過高，空間分辨率會降低。因此面向不同的應(yīng)用，需要對分辨率、背景亮度及絕對亮度差等指標(biāo)做出權(quán)衡選擇。例如，顯示非移位骨折等場合要求分辨細節(jié)的能力要強，而分辨亮度細微改變的能力對檢測肺小結(jié)等軟組織微小差別則顯得特別重要。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)為了達到最佳顯示效果，DICOM標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)Barten模型定義了一個灰階標(biāo)準(zhǔn)顯示函數(shù)（感知線性化）。DICOM所定義的存在于數(shù)字圖像值和顯示亮度之間的關(guān)系是基于人類對于較大范圍亮度的理解而產(chǎn)生的模型和測量標(biāo)準(zhǔn)，而并非基于任何一種圖像顯示設(shè)備或是任何一種圖像格式的形態(tài)特征描述，它也不依賴于用戶的個人喜好。DICOM標(biāo)準(zhǔn)使用了人類的視覺系統(tǒng)的Barten模型來處理圖像數(shù)據(jù)，達到視覺一致性的目的。圖像顯示器應(yīng)當(dāng)按照此函數(shù)對亮度曲線進行校正。試驗證明，經(jīng)過DICOM灰階標(biāo)準(zhǔn)顯示函數(shù)校正的顯示器，效果明顯好于沒有經(jīng)過校正的顯示器。對于PACS系統(tǒng)使用的顯示器，需要經(jīng)過測試和調(diào)節(jié)確定最佳亮度。8.3.2數(shù)字圖像顯示7-4第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)從某種意義上講，數(shù)字化醫(yī)學(xué)圖像系統(tǒng)所使用的顯示器將片盒、相機、洗片機和觀片燈等諸多功能集于一身，針對CRT顯示的結(jié)構(gòu)，對顯示質(zhì)量的影響包括：顯示卡和連接線的特性、幾何失真、聚焦性能、散射特性、亮度一致性、灰度范圍的動態(tài)響應(yīng)、象素點大小、DICOM校正等等，這些技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)劣直接影響診斷結(jié)果。如亮度若不均勻會在屏幕的中心區(qū)亮，四周暗，聚焦、散射特性不佳會使圖像不夠清晰，形狀發(fā)生畸變。應(yīng)特別注意的是有些性能會隨著使用壽命的增加而下降，如亮度、灰度范圍的動態(tài)響應(yīng)。

圖8-1顯示器校正8.3.2數(shù)字圖像顯示7-5第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)在PACS的發(fā)展進程中，顯示設(shè)備也在不斷改進。從CRT顯示器發(fā)展到LCD液晶顯示器，從分辨率只有640X480，亮度100-220cd/m2，到分辨率達2048X2560，亮度450cd/m2，而液晶顯示器可達500-1000cd/m2?，F(xiàn)代專業(yè)醫(yī)學(xué)圖像顯示器更是配有專用顯示卡、顯示器校正工具和軟件包，使顯示器在整個使用過程中最大限度地保持特性一致。美國放射學(xué)院（AmericanCollegeofRadiology，ACR）將不同的數(shù)字化醫(yī)學(xué)圖像劃分為高矩陣圖像（largematriximage），如CR、DR等影像；低矩陣圖像（smallmatriximage），如CT、MRI、DSA、US等，并對其必要的圖像分辨率各自作了明確的規(guī)范：高矩陣圖像要求提供≥1024×1024X10bit分辨率(也稱1KX1K)，低矩陣圖像要求提供≥512X512×8bit分辨率。8.3.2數(shù)字圖像顯示7-6第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.3.2數(shù)字圖像顯示7-7國外有學(xué)者進行過大量的X線膠片閱片與CRT顯示器軟拷貝閱片的對比實驗研究，研究結(jié)果指出，觀察氣胸和肺間質(zhì)異?；蚬趋赖募毼⒘鸭y，需要分辨率為4K×4K×12bit的圖像顯示器；而要在乳房片上發(fā)現(xiàn)微鈣化病灶簇或?qū)Ρ榷鹊偷娜橄倌[瘤則要求高達6K×6K×12bit的數(shù)字顯示點陣，而這是目前任何一種顯示器都達不到的。因此，在實現(xiàn)包括X線圖像在內(nèi)的醫(yī)學(xué)圖像的數(shù)字化之前，充分了解臨床上對數(shù)字圖像質(zhì)量的要求，根據(jù)圖像種類和經(jīng)濟能力來綜合考慮，進而合理地選擇專業(yè)圖像顯示器顯得十分必要。第八章醫(yī)學(xué)影像存儲與傳輸系統(tǒng)8.3.3數(shù)字圖像存儲1一家醫(yī)院一天的圖像數(shù)據(jù)總量至少幾個G，醫(yī)療資料安全長期保存的要求使PACS系統(tǒng)的存儲方案設(shè)計非常重要，高可靠性、超大容量和低成本的圖