醫(yī)學圖像傳輸與處理

醫(yī)學圖像傳輸與處理

醫(yī)學圖像傳輸與處理

教學目標

第一章醫(yī)學圖像存儲與傳輸

第一節(jié)緒論

醫(yī)院信息系統(tǒng)的最終目的就是要全面實現(xiàn)醫(yī)院各類信息（文字、圖像、

語音）的現(xiàn)代化管理，滿足各類醫(yī)務人員的需要。在醫(yī)院種類繁多的信息

中，醫(yī)學圖像信息最為龐大，約占整個醫(yī)院信息的80%以上。該類信息的

數(shù)字化管理和通訊是關鍵所在，也是醫(yī)院現(xiàn)代化操作運行的重要標志。醫(yī)

院信息系統(tǒng)主要包括PACS和HIS系統(tǒng)。

實現(xiàn)醫(yī)院信息化帶來的好處

1.引入新思想、新觀念。

2.對病人服務更加周到，醫(yī)患關系更加密切。

3.及時準確全面地為臨床醫(yī)生提供病人信息。

4.加強了醫(yī)院質(zhì)量管理，增強醫(yī)療質(zhì)量意識。

5.更有效地管理和利用資源。

6.信息資源發(fā)掘?qū)⒔o醫(yī)院帶來不可估量的財富。

7.為臨床循證管理決策提供科學數(shù)據(jù)。

醫(yī)院信息系統(tǒng)的組成

PACS全稱醫(yī)院影像存儲與通訊系統(tǒng)：通過軟件和硬件連接不同的醫(yī)院影像

設備，以處理相關醫(yī)學圖像為主，存儲與管理圖像；圖像庫的再利用和后

處理，側(cè)重硬件配備。主要應用與信息處理與傳輸。

ms全稱醫(yī)院信息管理系統(tǒng)：通過相關軟件和硬件，以處理醫(yī)院整體信息

管理為主，側(cè)重軟件支持。主要應用與信息的管理。

PACS全稱醫(yī)學影像存儲與傳輸系統(tǒng)

即醫(yī)學影像的存儲和傳輸系統(tǒng)，它是放射學、影像醫(yī)學、數(shù)字化圖

像技術、計算機技術及通信技術的結(jié)合，它將醫(yī)學圖像資料轉(zhuǎn)化為計算機

數(shù)字形式，完成對圖像信息的采集、存儲、管理、處理及傳輸?shù)裙δ堋ACS

利用多種軟件模塊和硬件設備連接不同的醫(yī)院影像設備，以處理相關醫(yī)學

圖像為主，存儲與管理圖像；圖像庫的再利用和后處理，側(cè)重硬件配備。

I1IS系統(tǒng)基本構(gòu)成

1.病人管理ADT&PatientAdministration。

2.醫(yī)囑輸入PhysicianOrderEntryo

3.電子病歷系統(tǒng)Computer-basedPatientRecordo

4.藥物物資系統(tǒng)Pharmacy/supplymanagemento

5.資源與預約系統(tǒng)Resource&Schedulingo

6.放射信息系統(tǒng)RISo

7.實驗室信息系統(tǒng)LISo

8.賬單結(jié)算系統(tǒng)BillingSystemo

9.危重監(jiān)護系統(tǒng)Critical/IntensiveCareUnit。

10.圖像存檔與傳輸系統(tǒng)PACSo

11.病人轉(zhuǎn)診系統(tǒng)PatientReferralo

超聲信息系統(tǒng)(UIS)

超聲信息系統(tǒng)(UIS)是醫(yī)院信息化過程中最終產(chǎn)物，即與HIS系統(tǒng)和PACS

系統(tǒng)相融合的產(chǎn)物。超聲信息系統(tǒng)具體應用包括：超聲科室管理、超聲報

告書寫、超聲圖像存儲與分析、超聲信息共享、支持教學與科研等。UIS

是醫(yī)院HIS系統(tǒng)的重要組成部分，同時又與醫(yī)院PACS系統(tǒng)緊密相連，使

得超聲科室產(chǎn)生的信息能對全院共享，而超聲科室所需的信息也能通過

HIS系統(tǒng)和PACS系統(tǒng)得到。隨著醫(yī)院之間的網(wǎng)絡互聯(lián)與資源共享，超聲信

息共享的規(guī)模會越來越大。

HealthLevelSeven(HL7)

HealthLevelSeven(HL7)是醫(yī)療機構(gòu)為完善信息交換系統(tǒng)而制訂的醫(yī)

療信息交換標準。(Standard)

該標準是規(guī)范醫(yī)院內(nèi)部應用系統(tǒng)(Applicationsoftware)之間的信息交

換標準。

為完善醫(yī)院內(nèi)部各系統(tǒng)之間以及醫(yī)院內(nèi)部系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的聯(lián)動提

供便利條件。

信息系統(tǒng)在臨床實際工作中的主要作用

規(guī)范圖文報告和圖像記錄,統(tǒng)一實現(xiàn)質(zhì)控要求

1、利用信息系統(tǒng)工作站可以有效地保存、管理報告和圖像資料按照

質(zhì)控要求規(guī)范報告系統(tǒng)，統(tǒng)一專業(yè)術語表述，提高報告診斷準確性，減少

和避免醫(yī)療糾紛和事故的發(fā)生。

2、利用系統(tǒng)所具備的多種檢索方法，根據(jù)醫(yī)師需要進行分類檢索。

3、提供病例隨訪記錄功能，分別記錄病例的臨床診斷、手術情況和病

理診斷等資料?。

信息系統(tǒng)在臨床實際工作中的主要作用

提高效率，降低成本，縮小存儲空間

1、衛(wèi)生部《醫(yī)療機構(gòu)病歷管理規(guī)定》中要求病歷資料保存期限不少于

15年。

2、傳統(tǒng)的圖文報告方式及存儲方法，占用一定的空間，保存成本高，

檢索查找困難。

3、信息系統(tǒng)工作站可以移動存儲材料，極大地降低了存儲成本，縮小

了存儲空間。例如，一張650M的光盤至少可以保存數(shù)千張高清晰度的圖

像。

4、不同形式的統(tǒng)計結(jié)果可以使得科室管理更加有效、合理和透明。

信息系統(tǒng)在臨床實際工作中的主要作用

健全科室科研和教學工作

1、利用存檔數(shù)字圖文資料，可以方便進行科內(nèi)、院內(nèi)和醫(yī)院之間的病

例討論。

2、根據(jù)需要隨時對存儲的圖文資料查閱和打印。

3、通過對存儲報告的測量數(shù)字和圖像進行統(tǒng)計學分析，便于撰寫并發(fā)

表論文和科學著作。

4、全數(shù)字圖像可以方便地制作教學幻燈片，便于學術交流。

5、保留的動態(tài)圖像能真實地再現(xiàn)檢查過程。

信息系統(tǒng)在臨床實際工作中的主要作用

查閱與隨訪

1、醫(yī)師接診患者時，根據(jù)需要可以檢索出患者的歷史檢查記錄，并對

所獲得的即時圖像與保存的歷史圖像進行同步對比，以評價診斷的正確性

和評估治療效果。

2、對于疑難病例或當出現(xiàn)醫(yī)療糾紛時，可以利用工作站的采集記錄圖

像進行驗證。提供的原始圖文資料便于多次復查對比和提供必要的法律證

據(jù)。

信息系統(tǒng)在臨床實際工作中的主要作用

遠程會診，提高診斷率，縮短確診時間，降低成本

1、利用大城市優(yōu)越的醫(yī)療資源和網(wǎng)絡、圖文系統(tǒng)工作站，可以對邊遠

地區(qū)疑難病例進行遠程會診，可以提高診斷準確率，縮短確診時間。

2、遠程會診利用資源共享，可以降低患者就診成本，及時制訂出有效

的治療方案。

第二節(jié)醫(yī)學圖像存檔與傳輸

一、醫(yī)學圖像的分類與格式

1、分類

靜態(tài)圖像和動態(tài)圖像

2、格式

常用靜態(tài)圖像格式包括BMP,JPG,TIF和DICOM；

常用動態(tài)圖像格式包括AVI,MPGE4和DICOMo

3、其中，DIC0M格式屬于原始數(shù)據(jù)格式（未壓縮），保留圖像真實信息,

沒有任何失真。其他格式采用不同數(shù)據(jù)壓縮方式，造成一定信息的丟失,

但不影響診斷質(zhì)量。

DICOM標準介紹

DICOM是由兼容設備所遵循的一系列協(xié)議組成的?？梢允褂眠@些協(xié)議的命

令和語法語義。

DICOM標準從屬于醫(yī)學信息學領域。在這個領域內(nèi)，它負責醫(yī)學成像系統(tǒng)

和設備之間數(shù)字信息的交換。因為醫(yī)學成像設備可以與其他的醫(yī)學設備互

操作，標準的范圍需要與醫(yī)學信息學領域的其他部分重疊。

DICOM標準介紹

DICOM標準的目的：

1、它規(guī)定了命令和關聯(lián)數(shù)據(jù)的語義，促進了聲明兼容性設備的互操作

性；

2、促進了在網(wǎng)絡環(huán)境中的操作，不需要網(wǎng)絡接口單元的特殊要求；

3、支持已經(jīng)存在的國際標準，符合國際標準的文檔準則，促進了未來

醫(yī)學成像應用。

DICOM3.0標準的文檔組成部分

第一部分：介紹和概述

簡要介紹了DICOM的概念及其組成。

第二部分：兼容性

精確定義了聲明DICOM要求制造商對其產(chǎn)品的DICOM兼容性的描述。

它包括信息對象、服務類型、數(shù)據(jù)編碼方法等。每一個用戶都可以從制造

商處得到一份符合DICOM要求的聲明。

第三部分：信息對象定義

利用面向?qū)ο蟮姆椒ǎx了兩類信息對象：普通型和復合型。

DICOM3.0標準的文檔組成部分

第四部分：服務類規(guī)范

說明了服務類，詳細論述了作用與信息對象的命令及其產(chǎn)生的結(jié)果。

第五部分：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和語義學

描述了怎樣對信息對象類和服務類進行構(gòu)造和編碼。

第六部分：數(shù)據(jù)字典

描述了所有信息對象是由數(shù)據(jù)元素組成的，數(shù)據(jù)元素是對屬性值的編

碼。

DICOM3.0標準的文檔組成部分

第七部分：信息交換

定義了進行消息交換通訊的醫(yī)學圖像應用實體所用到的服務和協(xié)議。

第八部分：信息交換的網(wǎng)絡通訊支持

說明了在網(wǎng)絡環(huán)境下的通訊服務和支持DICOM應用進行信息交換的必

要的上層協(xié)議。

第九部分：信息交換的點對點通訊支持

說明了與ACR-NEMA2.0兼容的點對點通訊的服務和協(xié)議。

DICOM3.0標準的文檔組成部分

第十部分：用于介質(zhì)交換的介質(zhì)存儲和文件格式

說明了一個在可移動存儲介質(zhì)上醫(yī)學圖像信息存儲的通用模型。提供

了在各種物理存儲介質(zhì)上不同類型的醫(yī)學圖像和相關信息進行交換的框

架，以及支持封裝任何信息對象定義的文件格式。

第十一部分：介質(zhì)存儲應用卷宗

用于醫(yī)學圖像及相關設備信息交換的兼容性聲明。給出了心血管造

影、超聲、CT、磁共振等圖像的應用說明和CD-R格式文件交換的說明。

DICOM3.0標準的文檔組成部分

第十二部分：用于介質(zhì)交換的物理介質(zhì)和介質(zhì)格式

它提供了在醫(yī)學環(huán)境中數(shù)字圖像計算機系統(tǒng)之間信息交換的功能。這

種交換功能將增強診斷圖像和其他潛在的臨床應用。

這部分說明了在描述介質(zhì)存儲模型之間關系的結(jié)構(gòu)以及特定的物理

介質(zhì)特性及其相應的介質(zhì)格式。具體說明了各種規(guī)格的磁、光盤，PC機上

使用的文件系統(tǒng)和1.44M軟盤，以及CD-R可刻寫光盤。

DIC0M3.0標準的文檔組成部分

第十三部分：點對點通信支持的打印管理

定義了在打印用戶和打印提供方之間點對點連接時，支持DIC0M打印

管理應用實體通信的必要的服務和協(xié)議。

點對點通信卷宗提供了與第八部分相同的上層服務，因此打印管理應

用實體能夠應用在點對點連接和網(wǎng)絡連接。

點對點打印管理通信也使用了低層的協(xié)議，與已有的并行圖像通道和

串行控制通道硬件硬拷貝通信相兼容。

DICOM3.0標準的文檔組成部分

第十四部分：說明了灰度圖像的標準顯示功能

這部分僅提供了用于測量特定顯示系統(tǒng)顯示特性的方法。這些方法可

用于改變顯示系統(tǒng)以與標準的灰度顯示功能相匹配，或用于測量顯示系統(tǒng)

與標準灰度顯示功能的兼容。

第十五部分：安全措施

第十六部分：標準內(nèi)容參考資源

14種DIC0M服務類

證實服務類

存儲服務類

查詢、檢索服務類

檢查內(nèi)容通知服務類

患者管理服務類

檢查管理服務類

結(jié)果管理服務類

打印管理服務類

媒質(zhì)存儲服務類

存儲責權(quán)管理服務類

基本工作列表管理服務類

隊列管理服務類

灰度軟拷貝表達狀態(tài)存儲服務類

結(jié)構(gòu)化報告存儲服務類

DICOM標準各個部分的關系

DICOM標準中涉及超聲的部分

DIC0M3.0標準的第三部分：

信息對象定義中分別規(guī)范了：

(1)超聲圖像信息對象定義；

(2)超聲多幀圖像信息對象定義。

DICOM圖像格式簡介

DICOM規(guī)格中，使用了資料結(jié)構(gòu)來表述影像學檢查方法：定義了

Patient,Study,Series,Image4個層面來存儲檢查信息。

(1)Patient中包含了患者的所有基本資料?(姓名、性別、年齡等)和

醫(yī)師指定的檢查Study；

(2)Study中包含了檢查種類(X線攝片、CT、MR、US等)和指定檢查

的Series;

(3)Series中包含了檢查的技術條件(KV,MAS,層厚等)和圖像Image;

(4)Image中包含了醫(yī)學影像格式和信息。

DICOM中的目標導向

DICOM將影像包裹成一個物件I0D(Informationobjectdefinition).

每個I0D分成2個部分：像素數(shù)據(jù)(PIXELDATA)和影像屬性。

(1)像素數(shù)據(jù)通過單純表述圖像上每個像素點的數(shù)值來組合成一個醫(yī)

學影像；

(2)影像屬性包含了該圖像所描述患者的資料信息，如：患者名稱、

檢查日期、CT號?、掃描條件、圖像層厚等，甚至包含了醫(yī)囑信息。

DICOM的服務功能對(SOP)

DICOM的影像對象(I0D)只是服務對象,包括了如CT、MR、X-RAY等;

DICOM還對影像對象的服務進行了定義，如：

Storage,Verification,Query/Retrieve等；

影像對象加服務就構(gòu)成了服務功能對(SOP-Service-ObjectPair).

SOP組成了DICOM最基本的運作單元。如某一設備支持MRimageStorage

SOPClass,就表示它可以存儲MR圖像。如果一臺CT要支持DICOM存儲，

則它必須支持CTimageStorageClass.

SCU/SCP

SCU/SCP(ServerClassUser/ServerClassProvider)

普通計算機網(wǎng)絡采用Client/Server的概念。提供服務的一方稱為Server,

接受服務的一方稱為Client。一個Server可以允許多個Client進行訪問，

從而提高了資源利用率。

DICOM也采用這一概念。SCP是負責提供對影像資料的各種服務(Server)；

SCU是使用這些服務的(Client)。

DICOM的工作過程

一、DICOM工作首先要進行通信起始的設定

如，A系統(tǒng)要以DICOM方式和B系統(tǒng)通信，首先要向B系統(tǒng)發(fā)出一個起

始信息。

起始信息要包含以下內(nèi)容：

1、A系統(tǒng)本身所能支持的SOP有哪些？

DICOM的整體范疇非常龐大，沒有哪一個系統(tǒng)可以支持所有的DICOM服

務，每臺設備只針對他們最需要的部分提供支持。

如：某臺CT提供CTImageStorage（SCU）這一SOP服務，則該CT僅可

發(fā)送CTDICOM圖像供SCP存儲。

DICOM的工作過程（續(xù)）

2、針對每個支持的SOP,A系統(tǒng)必須說明它是如何編碼壓縮這些資料的。

即說明所采取的資料格式。

3、說明在SCU/SCP的角色扮演上，A系統(tǒng)可以扮演什么角色。即說明是

供應商還是顧客。

B系統(tǒng)接收到這些初始信息后，就知道了A系統(tǒng)支持的DICOM服務部分。

然后與B系統(tǒng)本身所支持的部分做對照，整理出A\B兩個系統(tǒng)共同的SOP

（服務類）和資料格式，再將所有對應部分打包反饋給A系統(tǒng)，一般A\B

系統(tǒng)能根據(jù)相通的部分進行信息交換。

DICOM的工作過程（續(xù)）

二、信息交換

通信起始設定后，A\B系統(tǒng)就可以進行信息交換。

假設A系統(tǒng)是一臺影像設備，在完成一次檢查后，將資料送到影像服務

器B中，進行如下流程：

1、A系統(tǒng)將圖像打包成DICOM'IOD,再加上所需的STORAGESERVICE（存

儲服務）部分，封裝為網(wǎng)絡通信信息，經(jīng)過網(wǎng)絡向B系統(tǒng)發(fā)出服務申請:

“請將圖像資料存于你的系統(tǒng)中”。

DICOM的工作過程（續(xù)）

2、B系統(tǒng)收到信息后，打開封包，先判讀命令部分（服務類），再將圖

像資料讀出（格式），并將資料存入硬盤。

3、B系統(tǒng)完成存儲任務后，必須向A系統(tǒng)發(fā)回一個回應信息，告訴A系

統(tǒng)所需要的服務已經(jīng)完成，待A系統(tǒng)收到信息后才算完成整個信息流程。

DICOM網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

0SI七層協(xié)議

0SI的7層從上到下分別是

7、應用層

6＞表示層

5、會話層

4、傳輸層

3、網(wǎng)絡層

2、數(shù)據(jù)鏈路層

1、物理層

其中高層，既7、6、5、4層定義了應用程序的功能，下面3層，既3、2、

1層主要面向通過網(wǎng)絡的端到端的數(shù)據(jù)流。

DICOM網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（續(xù)）

（1）應用層：與其他計算機進行通訊的一個應用，它是對應應用程序的

通信服務的。例如，一個沒有通信功能的字處理程序就不能執(zhí)行通信的代

碼，從事字處理工作的程序員也不關心OSI的第7層。但是，如果添加了

一個傳輸文件的選項，那么字處理器的程序員就需要實現(xiàn)OSI的第7層。

示例：telnet,HTTP,FTP,WWW,NFS,SMTP等。

（2）表示層：這一層的主要功能是定義數(shù)據(jù)格式及加密。例如，F(xiàn)TP允許

你選擇以二進制或ASII格式傳輸。如果選擇二進制，那么發(fā)送方和接收

方不改變文件的內(nèi)容。如果選擇ASII格式，發(fā)送方將把文本從發(fā)送方的

字符集轉(zhuǎn)換成標準的ASII后發(fā)送數(shù)據(jù)。在接收方將標準的ASII轉(zhuǎn)換成接

收方計算機的字符集。示例：加密，ASH等。

DICOM網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（續(xù)）

（3）會話層：他定義了如何開始、控制和結(jié)束一個會話，包括對多個雙

向小時的控制和管理，以便在只完成連續(xù)消息的一部分時可以通知應用，

從而使表示層看到的數(shù)據(jù)是連續(xù)的，在某些情況下，如果表示層收到了所

有的數(shù)據(jù)，則用數(shù)據(jù)代表表示層。示例：RPC,SQL等。

（4）傳輸層：這層的功能包括是否選擇差錯恢復協(xié)議還是無差錯恢復協(xié)

議，及在同一主機上對不同應用的數(shù)據(jù)流的輸入進行復用，還包括對收到

的順序不對的數(shù)據(jù)包的重新排序功能。示例：TCP,UDP,SPXo

DIC0M網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（續(xù)）

（5）網(wǎng)絡層：這層對端到端的包傳輸進行定義，他定義了能夠標識所有

結(jié)點的邏輯地址，還定義了路由實現(xiàn)的方式和學習的方式。為了適應最大

傳輸單元長度小于包長度的傳輸介質(zhì)，網(wǎng)絡層還定義了如何將一個包分解

成更小的包的分段方法。示例：IP,IPX等。

（6）數(shù)據(jù)鏈路層：他定義了在單個鏈路上如何傳輸數(shù)據(jù)。這些協(xié)議與被

討論的歌種介質(zhì)有關。示例：ATM,FDDI等。

DIC0M網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（續(xù)）

（7）物理層：0SI的物理層規(guī)范是有關傳輸介質(zhì)的特性標準，這些規(guī)范通

常也參考了其他組織制定的標準。連接頭、針、針的使用、電流、電流、

編碼及光調(diào)制等都屬于各種物理層規(guī)范中的內(nèi)容。物理層常用多個規(guī)范完

成對所有細節(jié)的定義。示例：Rj45,802.3等。

0SI分層的優(yōu)點：（1）人們可以很容易的討論和學習協(xié)議的規(guī)范細節(jié)。（2）

層間的標準接口方便了工程模塊化。（3）創(chuàng)建了一個更好的互連環(huán)境。

（4）降低了復雜度，使程序更容易修改，產(chǎn)品開發(fā)的速度更快。（5）

每層利用緊鄰的下層服務，更容易記住個層的功能。

DIC0M網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)（續(xù)）

DIC0M的網(wǎng)絡構(gòu)成：

1、DIC0M協(xié)議定義在上三層：

（1）應用層（服務類）

（2）表示層（格式）

（3）會話層（通信起始設置）

2、DICOM底層部分符合TCP/IP結(jié)構(gòu)：

DICOM設備相當于網(wǎng)絡上的一個節(jié)點。

這種構(gòu)成形式保證了與現(xiàn)有網(wǎng)絡的絕對兼容，工作過程不會影響到其他網(wǎng)

絡設備，也不會被影響。

三、PACS系統(tǒng)實例

以超聲系統(tǒng)工作站為例，介紹PACS的工作過程

包括：

1、超聲圖像的采集；

2、超聲圖像的存儲與調(diào)閱；

3、超聲圖像的輸出；

4、超聲圖文工作站與PACS系統(tǒng)的接口。

超聲圖像的采集

超聲儀器的圖像輸出接口：

視頻輸出口（AV端子）

圖像信號由亮度信號（Y）、色度信號（C）和包含圖像信息的信號構(gòu)成,

多為視頻信號。

優(yōu)點：連接簡單方便

缺點：Y、C信號在同一信號線上傳輸，信號間會發(fā)生串色等干擾。

超聲圖像的采集（續(xù)）

超聲儀器的圖像輸出接口：

S端子（分離端子）：是一種5芯接口，由兩路視頻亮度信號、兩路視頻

色度信號和一路公共屏蔽地線組成，避免了混合視頻訊號輸出時色度和亮

度的相互干擾。

優(yōu)點：色度和亮度的串色干擾小

缺點：信號由于分離（亮度信號和色度信號分離進行傳輸）-混合（亮

度信號和色度信號混合進行顯示）處理，會產(chǎn)生一定的失真。

超聲圖像的采集（續(xù)）

超聲儀器的圖像輸出接口：

RGB接口（三原色端子）

使用四根接口線分別連接RGB三原色和一個同步信號線，可以達到極高

的圖像質(zhì)量。

DICOM接口

輸出全數(shù)字信號圖像，包括原始信息存儲，沒有任何信息丟失，可以達

到最高的圖像質(zhì)量。

DICOM接口

1.DIC0M圖像存檔與傳輸

超聲圖文工作站使用一個稱為Dicom網(wǎng)關的軟件部件來實現(xiàn)DICOM圖像

的接收，它使用特定的端口接收來自超聲儀器的圖像發(fā)送請求并接收存儲

超聲儀發(fā)送過來的DICOM圖像。

2.模擬圖像存檔與傳輸

模擬圖像，是指在超聲圖文工作站上，使用視頻采集卡，通過直接連接

超聲儀器的圖像輸出端口使用視頻采集卡的圖像抓取功能捕捉到的靜態(tài)

或動態(tài)圖像；由于超聲儀器圖像不同輸出端口的模擬信號精度不同，所抓

取的圖像質(zhì)量也有所不同。

3.模擬圖像與DICOM圖像的對比

模擬圖像的優(yōu)點：

(1)是實時圖像；而DICOM圖像需要通過網(wǎng)絡發(fā)送到工作站上，為非實時

圖像。

(2)使用計算機通用圖像格式存儲(JPG,BMP),方便后處理和交流。

(3)錄相時間長度只受到存儲空間的限制，模擬圖像錄像時間不受限制；

而DICOM的動態(tài)圖像有幀數(shù)限制。

(4)模擬圖像使用的存儲空間較小。

在超聲圖文工作站中接收并瀏覽圖像(續(xù))

模擬圖像的缺點：

(1)模擬圖像文件本身并不含有病人的相關信息；

(2)模擬圖像的圖像質(zhì)量受到儀器圖像輸出端子類型的影響，圖像質(zhì)量低

于DICOM圖像。

(3)由于超聲儀器輸出視頻模擬信號的限制，模擬圖像的分辨率較低；

Dicom圖像的分辨率可以達到更高的分辨率。

超聲圖像的存儲和備份

根據(jù)醫(yī)院實際工作需要，理想的超聲圖像應該存儲在超聲信息系統(tǒng)

控制服務器上，各個超聲圖文工作站僅僅起到采集、編輯和查閱圖像功能。

考慮到存儲圖像的安全性，最好在服務器上對圖像數(shù)據(jù)存儲部分進行雙硬

盤同步備份存儲。由于超聲同時存在靜態(tài)和動態(tài)圖像存儲，而動態(tài)圖像又

占有較大的存儲空間。建議定期對存儲的動態(tài)、靜態(tài)圖像文件進行備份數(shù)

據(jù)遷移。

超聲圖文工作站功能介紹

超聲圖文工作站是一個基于數(shù)據(jù)庫的應用程序，它集成了數(shù)

據(jù)錄入(登記)模塊，報告書寫，圖像采集，科室行政管理等功能模塊，

以輔助超聲科室實現(xiàn)日常工作的數(shù)字化和無紙化。

超聲圖文工作站登陸界

超聲圖文工作站報告書寫界面

超聲報告模板方案

典型病例模板：

是根據(jù)診斷疾病名稱直接調(diào)出特定疾病超聲描述術語的模板方式，

特點是純文字模板，使用簡單，但是需要超聲診斷醫(yī)師完成超聲檢查作出

診斷后方可開始調(diào)用。

向?qū)侥０?

由一系列的標準臟器模板組成，包括符合超聲質(zhì)控的描述文字、填

空框和下拉選項框所組成，它采用向?qū)У姆绞?，讓報告醫(yī)生根據(jù)超聲儀器

所見的回聲情況和檢查步驟逐步填入模板內(nèi)容，并可以根據(jù)所填或所選項

調(diào)出相應診斷條目。特點是向?qū)绞褂?，自動調(diào)出診斷內(nèi)容，可極大地提

高醫(yī)師的工作效率。

超聲報告向?qū)侥０褰?/p>

超聲報告書寫界面

醫(yī)院信息化的現(xiàn)狀及存在的問題

現(xiàn)狀

信息化建設發(fā)展快，系統(tǒng)開發(fā)（特別是適合國情的軟件）形成了一定

的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。

問題

1、信息化建設的應用面較窄；

2、標準化和規(guī)范化制約了醫(yī)院信息化建設的發(fā)展；

3、醫(yī)院信息的利用率不夠高；

4、管理和業(yè)務流程不夠規(guī)范；

5、技術人員奇缺。

醫(yī)院信息化建設的發(fā)展方向

隨著醫(yī)學影像技術質(zhì)控標準的不斷完善，醫(yī)院信息化也趨于成熟、

嚴謹和規(guī)范。

醫(yī)院信息化今后的發(fā)展方向主要集中在：

1.規(guī)范的檢查文字和圖像記錄

2.節(jié)省成本、減少保存空間

3.科研和教學工作

4.為病人提供復查對比資料和法律證據(jù)：

超聲圖文工作站的發(fā)展方向

（1）操作簡單化，模板智能化，能夠極大程度上減輕超聲醫(yī)師的勞動強

度，提高工作效率。

（2）功能多樣化，集成業(yè)務模塊，行政管理模塊，醫(yī)學科研模塊等。

（3）實現(xiàn)多語言界面，能夠提供并輸出多語言報告。

未來中國PACS標準的制定目標

實現(xiàn)PACS的DICOM標準服務類。

圖像處理方法與標準。

PACS圖像顯示質(zhì)量標準。

PACS/RIS流程標準。

PACS存儲實現(xiàn)標準。

PACS安全性標準。

基于II1E的系統(tǒng)PACS/HIS整合標準。

DICOM3.0中文版以及國際接軌。

中國PACS的技術壁壘。

名詞解釋

PACS系統(tǒng)----醫(yī)學影像存檔與通訊系統(tǒng)（PictureArchivingand

CommunicationSystems）

HIS系統(tǒng)---醫(yī)院信息系統(tǒng)（HospitalInformationSystem,HIS）

RIS系統(tǒng)放射信息管理系統(tǒng)(RadiologyInformationSystem,RIS)

LIS系統(tǒng)實驗室數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)(laboraryinformationsystem,LIS)

OCR系統(tǒng)----處方傳輸系統(tǒng)(OrderCommunicationSystem,OCS)

IHE---醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)集成規(guī)范(IntegratingtheHealthEnterprise)

HL7——醫(yī)療信息交換標準(HealthLevel7)

第二章數(shù)字醫(yī)學圖像處理

醫(yī)學圖像的基本概念

數(shù)字醫(yī)學圖像處理的基本方法

第一節(jié)緒論

一、基本概念

1、圖像

圖像是指應用各種觀測系統(tǒng)以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得

的，可以直接或間接作用于人眼并產(chǎn)生視覺的實體表達形式。

分為模擬和數(shù)字圖像兩種形式，現(xiàn)實世界中都是模擬圖像。

2、醫(yī)學圖像

醫(yī)學圖像是指利用各種醫(yī)學影像設備，通過物理方法，采集到人體組織

的信號，并通過一定方法所形成的可視畫面。包括靜態(tài)圖像和動態(tài)圖像兩

種形式

第一節(jié)緒論

3、數(shù)字醫(yī)學圖像

數(shù)字圖像是指能夠用數(shù)值表達的圖像信息。

數(shù)字圖像的基本單元稱為像素。

模擬圖像信號在空間分布是連續(xù)變換的；而數(shù)字圖像信號在空間的分布

是離散的。

4、數(shù)字醫(yī)學圖像的產(chǎn)生

傳統(tǒng)醫(yī)學利用膠片或監(jiān)視器，獲得連續(xù)變化的模擬圖像信號。這種信號

不易于各種變換處理。

利用計算機技術，通過各種探測器和接收方法，獲得離散的數(shù)字圖像信

號(如DR,CR,CT),可以通過計算機處理實現(xiàn)各種變換，從而達到改善成

像質(zhì)量的目的。

第一節(jié)緒論

二、數(shù)字醫(yī)學圖像的研究內(nèi)容

數(shù)字醫(yī)學圖像主要涉及圖像數(shù)字化、標準化和處理等方面的內(nèi)容。

1、圖像數(shù)字化

(1)是指將一幅圖像從模擬轉(zhuǎn)換成數(shù)字表達形式的處理過程。

(2)采用掃描、采樣和量化三個步驟。

(3)數(shù)字化設備一般由采樣孔、圖像掃描設備、光傳感器、量化器和

輸出存儲體5個部分組成。

(4)工作原理是將模擬圖像經(jīng)過掃描、采樣、量化，從而離散化為整

數(shù)數(shù)據(jù)。

第一節(jié)緒論

掃描

是對一幅圖像內(nèi)給定位置尋址的過程。被尋址的最小單元是像素。像素

的大小表示空間位置劃分的精細程度，不表示該點信號的大小。要注意像

素和像素值的區(qū)別。如10位像素，表示將一定區(qū)域劃分成1024等份。每

一等份中像素值可以不同，如677、15677等，表示該點的灰度(信號大

小)

第一節(jié)緒論

采樣

是在一幅圖像的每個像素位置上測量灰度值的過程。通常利用傳感器將

光信號轉(zhuǎn)換成電信號，轉(zhuǎn)換過程要求是線性的，即成比例轉(zhuǎn)換。

量化

是將測量的灰度值用一個整數(shù)表示的過程。采樣后的電壓值是非整數(shù)表

示，量化后，將電壓值變成無量綱的整數(shù)。

第一節(jié)緒論

2、數(shù)字圖像標準化

(1)數(shù)字圖像的壓縮標準：

靜態(tài)圖像：JPEG

動態(tài)圖像：MPEG

(2)數(shù)字醫(yī)學圖像標準：

1985年發(fā)布了數(shù)字醫(yī)學成像與通信標準(DIC0M).

涵蓋了數(shù)字醫(yī)學圖像的采集、存檔、通信、顯示及查詢等信息交換協(xié)議。

第一節(jié)緒論

3、數(shù)字圖像處理

(1)數(shù)字圖像處理指利用計算機設備將一幅圖像變成另外一幅經(jīng)過改

進的圖像的過程。

(2)數(shù)字圖像處理內(nèi)容包括對圖像進行去除噪聲、信號增強、復原、

分割、特征提取等。

(3)通過圖像處理，可以提高圖像的視感質(zhì)量；通過對圖像數(shù)據(jù)的變

換、編碼和壓縮處理，便于圖像的存儲和傳輸。

(4)數(shù)字醫(yī)學圖像處理涉及影像增強和邊緣提取、組織特征描述、醫(yī)

學圖像管理等技術。

第一節(jié)緒論

4、數(shù)字圖像識別

(1)數(shù)字圖像識別是指對圖像進行特征提取，如抽出圖像的邊緣、輪

廓，進行區(qū)域分割等，利用識別理論和方法對圖像進行分類。

(2)圖像識別方法主要有統(tǒng)計決策法、結(jié)構(gòu)模式識別、模糊模式識別

和人工神經(jīng)網(wǎng)絡識別等。

(3)圖像識別由圖像分割、特征提取和分類3個主要階段組成。

(4)圖像識別在臨床診斷上具有重要的應用價值，如細胞分類計數(shù)、

計算機輔助診斷等。

第一節(jié)緒論

5、數(shù)字圖像檢索

(1)數(shù)字圖像檢索是指根據(jù)用戶的要求，從圖像數(shù)據(jù)庫中找到相關圖

像的過程。

數(shù)字圖像檢索是圖像數(shù)據(jù)庫的核心技術。

(2)基于內(nèi)容的圖像檢索是對圖像信息從低層到高層進行處理、分析

和理解，獲取內(nèi)容信息并根據(jù)信息進行檢索?？梢蕴峁┽t(yī)學圖像的內(nèi)容查

詢，對臨床醫(yī)生的圖像診斷提供參考幫助。

第一節(jié)緒論

三、數(shù)字醫(yī)學圖像的研究方法

數(shù)字醫(yī)學圖像涉及統(tǒng)計學、數(shù)字測量、圖像重建、數(shù)據(jù)挖掘等研究方

法。

1、統(tǒng)計學方法

(1)統(tǒng)計學方法是將概率論與數(shù)據(jù)統(tǒng)計理論與方法用于隨機數(shù)據(jù)的收

集、整理與分析，并據(jù)此作出推論的方法。醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)屬于隨機數(shù)據(jù)，

可以用統(tǒng)計學方法進行分析處理。

(2)常用的統(tǒng)計方法有直方圖、聚類分析等

第一節(jié)緒論

2、數(shù)字測量

(1)數(shù)字測量是指利用數(shù)學測量技術對數(shù)字醫(yī)學圖像進行量化，以掌

握人體組織、器官的形態(tài)和位置數(shù)據(jù)的一種方法。

(2)數(shù)字醫(yī)學圖像測量包括人體組織、器官和病變組織長度、角度、

面積、體積等數(shù)據(jù)。通過測量數(shù)據(jù)的分、比較，可以明確臨床診斷，也是

疾病自動診斷的數(shù)據(jù)基礎。

第一節(jié)緒論

3、數(shù)據(jù)挖掘

(1)數(shù)據(jù)挖掘又稱為知識發(fā)現(xiàn)，是人工智能技術的一個分支。它是從

數(shù)據(jù)集合中自動地發(fā)現(xiàn)和抽取隱藏在數(shù)據(jù)中有用信息的過程。融合了數(shù)據(jù)

庫技術、智能技術、知識獲取、模式識別和統(tǒng)計學等多學科領域的知識和

方法，形成的完整理論和方法。其目的是從數(shù)據(jù)集中發(fā)現(xiàn)有效模式。

(2)圖像數(shù)據(jù)挖掘的研究主要集中在兩個方面：一是提取圖像的有效

特征，以適合圖像數(shù)據(jù)的挖掘過程，二是發(fā)現(xiàn)圖像的一般模式，以表達人

們能夠理解的圖像特征。

第一節(jié)緒論

4、圖像重建

(1)數(shù)字醫(yī)學圖像重建是指利用獲得的數(shù)據(jù)來建立新的圖像表示。如

利用多組一維數(shù)據(jù)建立二維圖像；或利用多幅二維圖像建立三維立體圖

像。

(2)由于數(shù)字醫(yī)學圖像的重建都是投影的結(jié)果，常用的重建方法包括

傅里葉投影重建法、卷積逆投影重建法和代數(shù)重建法等。廣泛應用與CT

圖像和MRI圖像的建立。

第一節(jié)緒論

4、數(shù)字醫(yī)學圖像在臨床診斷和治療中的應用

(1)數(shù)字醫(yī)學圖像與臨床圖像存儲

(2)數(shù)字醫(yī)學圖像與臨床影像診斷

(3)數(shù)字醫(yī)學圖像與臨床自動診斷

(4)數(shù)字醫(yī)學圖像與臨床治療中的參考作用

第二節(jié)數(shù)字圖像的獲取

現(xiàn)代數(shù)字醫(yī)學圖像獲取是指利用一定的設備采集人體圖像數(shù)據(jù)的過

程。涉及成像原來、成像設備、成像系統(tǒng)等問題。

數(shù)字醫(yī)學圖像獲取設備有數(shù)字X線攝影、計算機斷層攝影、磁共振成像、

數(shù)字減影血管造影、超聲成像、核醫(yī)學成像、醫(yī)學紅外成像、內(nèi)窺鏡成像

等。

第二節(jié)數(shù)字圖像的獲取

1、計算機斷層成像

(1)X線掃描數(shù)據(jù)的收集和轉(zhuǎn)換

(2)掃描數(shù)據(jù)處理和圖像重建

(3)圖像的顯示與存儲

2、磁共振成像

(1)激發(fā)產(chǎn)生磁共振信號并測量脈沖序列數(shù)據(jù)

(2)確定信號空間位置的編碼方式

(3)利用測量的信號數(shù)據(jù)及位置信息重建MRI圖像

(4)圖像的存儲與傳遞

第二節(jié)數(shù)字圖像的獲取

3、數(shù)字X線攝影技術

包括CR、DR、數(shù)字融合技術等

(1)CR

IP板接收入射X線形成潛影

激光掃描IP板產(chǎn)生數(shù)字影像

數(shù)字圖像處理

顯示與存儲

第二節(jié)數(shù)字圖像的獲取

(2)DR

平板探測器接收入射X線產(chǎn)生數(shù)字圖像信號

數(shù)字圖像處理

顯示與存儲

(3)數(shù)字融合

多個方向分別獲取數(shù)字信號(DR)

對多組投影數(shù)據(jù)進行融合處理

獲得不同層面的斷層數(shù)字影像

第二節(jié)數(shù)字圖像的獲取

4、傳統(tǒng)膠片圖像數(shù)字化

(1)利用影像膠片產(chǎn)生模擬圖像

(2)利用數(shù)字化儀掃描膠片影像，產(chǎn)生數(shù)字影像

(3)數(shù)字圖像處理

(4)顯示、存儲和傳遞

不同與普通掃描儀，數(shù)字化儀要求：

(1)高光學分辨力：2700DPI以上

(2)高灰度分辨力：30位以上，動態(tài)范圍大于3.0

第二節(jié)數(shù)字圖像的獲取

5、核醫(yī)學成像

(1)注入放射性藥物

(2)接收V射線信號

(3)觀察放射性藥物在人體中循環(huán)、擴散、聚集、排出的過程，得到

藥物分子的圖像。

6、超聲圖像

(1)接收人體組織發(fā)射超聲信號

(2)獲得數(shù)字聲像

(3)數(shù)字圖像處理

(4)顯示與存儲

第二節(jié)數(shù)字圖像的獲取

7、紅外成像

(1)利用紅外裝置接收人體表面的紅外線輻射

(2)經(jīng)過光-電信號轉(zhuǎn)換產(chǎn)生數(shù)字圖像

8、內(nèi)窺鏡成像

(1)通過插入人體的光學系統(tǒng)獲得人體內(nèi)腔表面形態(tài)圖像

(2)取代傳統(tǒng)的纖維內(nèi)窺鏡，現(xiàn)代的CCD攝像頭可以獲得高分辨力的

數(shù)字圖像

第三節(jié)數(shù)字醫(yī)學圖像標準

以DICOM為主要內(nèi)容，研究數(shù)字醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)組織、傳輸、壓縮的標準問

題。

一、數(shù)字醫(yī)學圖像的數(shù)據(jù)組織標準

1、文件結(jié)構(gòu)

DICOM標準允許將數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)保存成數(shù)字醫(yī)學圖像文件的形式。

典型的數(shù)字醫(yī)學圖像文件格式：

導言前綴數(shù)據(jù)元素…數(shù)據(jù)元素

每個數(shù)據(jù)元素包括：

標簽數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)長度數(shù)據(jù)

第三節(jié)數(shù)字醫(yī)學圖像標準

數(shù)字醫(yī)學圖像文件通常由3部分組成：

(1)導言：共128個字節(jié)，包括文件的有關說明

(2)前綴：4個字節(jié)，規(guī)定為D\I\C\M共4個字符，用此前綴來判斷該

文件是否為DICOM文件。

(3)數(shù)據(jù)元素：包括很多組數(shù)據(jù)元素，每個數(shù)據(jù)元素對應一個IOD(信

息對象)的屬性。由標簽、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)4個部分組成。

其中，導言和前綴組成頭文件，存放患者信息和圖像的總體指標。數(shù)據(jù)元

素是醫(yī)學數(shù)據(jù)元的有序結(jié)合。包含設備類型、病人信息、圖像存儲參數(shù)、

像素數(shù)據(jù)等內(nèi)容。

第三節(jié)數(shù)字醫(yī)學圖像標準

DICOM文件格式提供了將數(shù)據(jù)集合信息存儲成為文件的方法。

每個DICOM文件只能存放一個信息對象類。

每個文件包括2個部分，首先是存放文件元信息；其后是代表信息對象類

的數(shù)據(jù)信息。多個文件組成文件集合。

DICOMDICOMDICOMDICOM

文件元信息數(shù)據(jù)集合文件元信息數(shù)據(jù)集合

包含DICOM格式文件的文件集合

第三節(jié)數(shù)字醫(yī)學圖像標準

2、數(shù)據(jù)編碼規(guī)則

DICOM文件依據(jù)數(shù)據(jù)元素結(jié)構(gòu)和順序進行數(shù)據(jù)編碼和壓縮，采用唯一標

識符來標識各種信息。

（這部分內(nèi)容不做詳細介紹。）

第三節(jié)數(shù)字醫(yī)學圖像標準

二、數(shù)字醫(yī)學圖像的數(shù)據(jù)通信標準

前面介紹了DICOM為醫(yī)學圖像及其它數(shù)字信息在各種醫(yī)療設備之間的傳

輸定義出統(tǒng)一的規(guī)范，是一個開放的標準。

1、醫(yī)學圖像網(wǎng)絡通信基本概念

為了實現(xiàn)不同醫(yī)療設備之間的互聯(lián)，DICOM定義了基于TCP/IP網(wǎng)絡模式

的通信協(xié)議和信息交換機制。

DICOM協(xié)議包括7層，通過其應用層（上層）的服務完成信息交換和數(shù)

據(jù)傳輸。

第三節(jié)數(shù)字醫(yī)學圖像標準

2、醫(yī)學圖像網(wǎng)絡通信運行機制

客戶機服務器

請求建立關聯(lián)允許建立關聯(lián)

請求存儲服務收到圖像命令和

和要保存的圖像數(shù)據(jù)

發(fā)送圖像數(shù)據(jù)存儲服務響應

請求解除關系解除關系

第三節(jié)數(shù)字醫(yī)學圖像標準

3、醫(yī)學圖像通信模型的設計與實現(xiàn)

依據(jù)醫(yī)學圖像通信協(xié)議體系結(jié)構(gòu)和運行機制，針對TCP/IP網(wǎng)絡模型,

抽象出醫(yī)學圖像標準通信模型（見下圖）。

第三節(jié)數(shù)字醫(yī)學圖像標準

四、數(shù)字醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)壓縮標準

1、數(shù)字醫(yī)學圖像壓縮要求

PACS系統(tǒng)的兩個重要參數(shù)圖像質(zhì)量和查閱方便程度。

評價壓縮效果的3項指標：壓縮比、壓縮算法、恢復效果。

(1)壓縮效率

醫(yī)學圖像要有較高的壓縮效率，可以提高圖像傳輸速率，縮短傳輸時間,

節(jié)省存儲空間，降低應用系統(tǒng)成本。

第三節(jié)數(shù)字醫(yī)學圖像標準

(2)計算速度

軟件壓縮占用一定的計算時間，實時效果較差；

硬件壓縮速度較快，但會增加系統(tǒng)成本。

(3)可靠性

確保醫(yī)學圖像壓縮后的高保真度是醫(yī)學圖像壓縮首先需要考慮的要素。

對醫(yī)學圖像往往采用無損壓縮，保證醫(yī)學診斷的可靠性。

第三節(jié)數(shù)字醫(yī)學圖像標準

2、數(shù)字醫(yī)學圖像壓縮算法

(1)壓縮方法可分為無損壓縮和有損壓縮。

常用的無損壓縮方法有差分脈沖預測編碼、多級內(nèi)插方法等；

常用的有損壓縮方法有離散余弦變換、重疊正交變換、自適應預測編碼

和神經(jīng)網(wǎng)絡法等。

(2)DICOM標準圖像數(shù)據(jù)的傳輸目前支持JPEG壓縮算法，對于數(shù)據(jù)源的

壓縮沒有限制。

第三節(jié)數(shù)字醫(yī)學圖像標準

(3)JPEG壓縮算法特點

2000年公布的JPEG壓縮標準算法具有以下優(yōu)點：

1)在較高的壓縮比下可以保持較好的圖像質(zhì)量；

2)具備有損和無損壓縮的可選擇性；

3)能實現(xiàn)漸進傳輸：先傳輸圖像的輪廓，然后逐步傳輸圖像數(shù)據(jù)，使

圖像由朦朧到清晰顯示；

4)可以任意指定圖像上部分區(qū)域壓縮。

第三節(jié)數(shù)字醫(yī)學圖像標準

(3)JPEG壓縮算法

JPEG2000編碼過程：

譯碼器：

原始圖像離散小波變換量化爆編碼碼流

解碼器：

碼流燃編碼量化離散小波變換重建圖像

第三節(jié)數(shù)字醫(yī)學圖像標準

3、醫(yī)學圖像的壓縮標準

(1)醫(yī)學圖像壓縮標準及性能

DIC0M標準協(xié)議中包含了圖像壓縮的內(nèi)容，其基礎是JPEG標準。

目前DIC0M標準圖像壓縮格式主要有3