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数字医学影像2009年,曲原飞,传统医学影像,都是有连续的各种不同颜色亮度点所组成。 如：1.传统X光的胶片，X线透视。 2.普通X线电视透视。 3.X线电影摄影。 4.X线荧光摄影。,数字医学影像,是指能够用数值表达的图像信息，通过计算机来完成图像的存储、重建、测量、识别、处理。 1.CT 2.MR 3.CR 4.DR 5.DSA,数字医学图像处理的定义,数字医学图像处理是指对图像数据的运算、压缩或重建,灰度变换、空间变换、频域变换、代数运算、滤波、锐化、特征提取等,有损、无损压缩,二维、三维重建,通过数字医学成像设备或其它设备所获得的数字化的医学图像,高分辩率、高灰阶值,数字医学图像数据的存放格式,(1)DICOM格式(dcm) (2)位图格式(bmp) (3) JPEG格式( jpeg) (4)PNG格式(png) (5)TIFF格式(tif) (6)GIF格式(gif),医学数字图像标准,1.标准的提出：PACS研究会提出（DICOM）标准。 2.DICOM的发展： 3.数据通信标准： 4.数据组织标准： 5.数字医学图像的显示与转换：,DICOM标准简介,DICOM标准制定的原因,英文全称和中文名称？,DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine) 医学数字成像和通信标准。 DICOM标准规定了医学图像信息 在PACS的不同医学成像实体间交换信息时的数据格式和通信协议。,DICOM标准简介,DICOM标准制定的原因？ ？ 1 随着各种医学数字成像设备的发展 2 临床应用的需求 3数字医学图像处理技术的发展、计算机技术和网络技术的发展 使标准的制定成为可能,DICOM标准的发展历史,1983年，ACR和NEMA联合成立了一个委员会，制定DICOM标准原型；,1985年，公布ACR-NEMA标准1.0版；,1988年，公布ACR-NEMA标准2.0版；,1989年，开始同HIS/RIS系统连接的网络工作，名字改称DICOM，以示与原先的标准有本质区别；,1991年，发布DICOM标准的第18章，规定了DICOM通信和数据编码的主要内容；,1992年，北美放射年会（RSNA）发布了对DICOM标准的第18章的测试结果 。,DICOM标准的发展历史,1993年，批准DICOM的1-9部分成为正式标准，在北美放射年会（RSNA）上展示了全部9各部分；,1996年，进行了的三次修订，更名为DICOM3.0，并发布96版，采用服务器/客户端的网络架构，使用面向对象方式进行分析和设计；,1994年，增加了第10章（媒体存储和文件格式）；,1995年，增加了第11、12、13章和其它部分补充内容；,1998年， DICOM3.0 98版，进行了若干明确的规定，对一些错误进行了修正，增加了二次采集图像；,DICOM标准的发展历史,1999年， DICOM3.0 99版，增加了化验室设备的定义，考虑转向三层结构，为同HIS系统进行更多的信息共享做准备 ；,2003年，DICOM 2003版，对标准的某些错误进行了修正，并淘汰了标准的某些内容。对标准名称作了进一步简化，直接称作DICOM, 将标准内容分为十六部分。,2001年， DICOM3.0 2001版，增加了结构化报告、波形数据、网络安全概述以及软拷贝显示状态；,现在，最新的标准是 DICOM 2008版，2008年12月公布。标准共分为十八部分，其中，第九、十三部分被淘汰。,DICOM的总体结构和主要内容,完整的DICOM 2008标准由18部分构成，各部分是相互关联的独立文件，虽然某些部分的内容在不断补充和完善之中，但总体框架已经最终确定：,(1) 介绍与概况(Introduction and Overview)。,(2) 一致性(Conformance)。,(3) 信息对象定义(Information Object Definitions, IOD)。,(4) 服务类规范(Service Class Specifications)。,(5) 数据结构和编码(Data Structure and Encoding)。,(6) 数据字典(Data Dictionary)。,(7) 信息交换(Message Exchange)。,(8) 网络通信支持的信息交换(Network communication support for message exchange)。,DICOM的总体结构和主要内容,(9) 淘汰(Retired)。,(10) 用于数据交换的媒体存储和文件格式(Media Storage and File Format for Data Interchange)。,(11) 媒体存储的应用描述(Media Storage Application Profiles )。,(12) 用于交换的媒体格式和物理媒体(Media Formats and Physical Media for Media Interchange)。,(13) 淘汰(Retired)。,(14) 灰阶值的标准显示函数(Grayscale Standard Display Function)。,(15) 安全和系统管理描述(Security and System Management Profiles)。,(16) 内容映射资源(Content Mapping Resource)。,(17) 说明性信息(Explanatory Information)。,(18) DICOM对象的网络访问(Web Access to DICOM Persistent Objects)。,DICOM的文件结构,DICOM数据集,DICOM数据集由一系列的数据元素(data element)组成。每个数据元素由唯一数据元素标识符tag来表示，在数据集中数据元素按照标识增加的顺序进行排列。,DICOM数据集,DICOM 数据集结构如下图：,组编号,成员编号,数字医学图像处理的应用,（1）辅助医生诊断 （2）PACS （3）远程医疗 （4）脑功能和结构的研究 （5）数字解剖模型 （6）虚拟切割 （7）手术教学训练 （8）制订手术规划 （9）手术导航与术中监护 （10）虚拟内窥镜 （11）放射治疗,CR工作原理,1.基本组成：计算机X线摄影（computed radiography，CR） a.信号采集 b.信号转换 c.信号处理 D.存储和记录 2.工作原理： A.氟卤化钡晶体(微量二价铕离子)活化剂 B.衰减时间0.8MS,DR工作原理,数字摄影（digital radiography，DR）是20世纪80年代、90年代开发的数字X线机 1.类型: A.非晶硒 B.非晶硅 C.CCD 2.原理:,DSA工作原理,数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）、 1.类型： A.影像增强器 B.数字平板 2.原理： 3.发展：目前，正向快速旋转三维成像实时减影方向发展，从而扩大了血管造影的应用范围。后者具有减少曝光量和宽容度大等优点，更重要的是可作为数字化图像纳入图像存储与传输系统,介入放射学自20世纪60年代兴起，于70年代中期逐步应用于临床，近年来尤以介入治疗进展迅速。因其具有安全、简便、经济等特点，深受医生和病人的普遍重视与欢迎，现仍处于不断发展和完善的过程之中。90年代倍受人们青睐的立体定向放射外科学设备，由于它可以不作开颅手术而治疗一些脑疾患，很受欢迎，全世界都在积极开发和应用这种高新设备。介入放射学设备与立体定向放射外科学设备，都是通过医学影像设备来引导或定位的，所以也属于医学影像设备的范畴。,1972年，英国工程师汉斯菲尔德（G.N.Hounsfield）首次研制成功世界上第一台用于颅脑的X线计算机体层摄影（x-ray computed tomography，X-CT）设备，简称为X-CT设备，或CT设备。 CT设备是横断面体层，无前后影像重叠，不受层面上下组织的干扰；同时由于密度分辨力显著提高，能分辨出0.1%0.5% X 线衰减系数的差异，比传统的X线检查高1020倍；还能以数字形式（CT值）作定量分析。,CT的问世，是1895年X射线发现以来医学影像设备的革命性的进步，近30年来，CT设备更新了5代，扫描时间由最初的3-5分钟缩短至0.5秒，空间分辨率也提高到0.1mm量级。在颅脑、肝、胆、胰后腹膜腔、肾脏等病变部位的影像诊断中占主导地位。 20世纪80年代后期开发的超高速CT（UFCT）、螺旋CT（SCT）、多层螺旋CT（2-64层）设备得到了广泛的普及，功能有了进一步的扩展。,平板探测器CT设备目前尚在开发阶段，一旦技术成熟，从机器设计、信息模式、成像速度、射线剂量到运行成本都会有根本性的改变，将会引起CT设备的又一次革命。,20世纪80年代初用于临床的磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）设备，简称为MRI设备。它是一种新的非电离辐射式医学成像设备。MRI设备的密度分辨率高，通过调整梯度磁场的方向和方式，可直接摄取横、冠、矢状层面和斜位等不同体位的体层图像，这是它优于CT设备的特点之一。迄今，MRI设备已广泛用于全身各系统，其中以中枢神经、心血管系统、肢体关节和盆腔等效果最好。,中场超导（0.7T）开放型MRI设备进一步普及，它便于开展介入操作和检查中监护病人，克服了幽闭恐惧病人和不合作病人应用MRI检查的限制。双梯度场技术可在较小的范围内达到更高的梯度场强，有利于完成各种高级成像技术，如功能成像、弥散成像等。降噪措施和成像专用线圈也都有了较大的进步，如功能成像线圈和肢体血管成像线圈等。腹部诊断效果已接近和达到CT设备水平，脑影像的分辨力在常规扫描时间下提高了数千倍，而显微成像的分辨率达到5010m，现已成为医学影像诊断设备中最重要的组成部分。,生物体磁共振波谱分析（magnetic resonance spectroscopy，MRS）具有研究机体物质代谢的功能和潜力，今后如能实现MRI设备与MRS结合的临床应用，将会引起医学诊断学上一个新的突破。,（二）MRI设备 MRI设备通过测量构成人体组织中某些元素的原子核的磁共振信号，实现人体成像。20世纪40年代发现了物质的磁共振现象，20世纪80年代MRI设备应用于临床。 MRI影像的空间分辨率一般为0.51.7mm，不如X-CT；但它对组织的分辨远远好于X-CT，在MRI影像上可显示软组织、肌肉、肌腱、脂肪、韧带、神经、血管等。此外，它还有一些特殊的优点： MRI剖面的定位完全是通过调节磁场，用电子方式确定的，因此能完全自由地按照要求选择层面； MRI对软组织的对比度比X-CT优越，能非常清楚地显示脑灰质与白质； MRI信号含有较丰富的有关受检体生理、生化特性的信息，而X-CT只能提供密度测量值； MRI能在活体组织中探测体内的化学性质，提供关于内部器官或细胞新陈代谢方面的信息； MRI无电离辐射。目前，尚未见到MR对人体危害的报道。,（四）核医学设备 核医学设备通过测量人体某一器官（或组织）对标记有放射性核素药物的选择性吸收、储聚和排泄等代谢功能，实现人体功能成像。主要有相机、单光子发射型CT（single photon emission CT，SPECT）和正电子发射型CT（positive emission CT，PET）。 相机既是显像仪器，又是功能仪器。临床上可用它对脏器进行静态或动态照相检查。动态照相主要用于心血管疾病的检查。因为SPECT具有相机的全部功能，又具有体层功能，所以明显提高了诊断病变的定位能力；加上各种新开发出来的放射性药物，从而在临床上得到日益广泛的应用。SP