（计算机应用技术专业论文）基于DICOM的医学图像系统研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 医学影像存档与通讯系统p a c s 是医院信息系统中的一个重要组成部分， 一个完整的p a c s 系统由医疗影像的产生、获取、归档、处理和传输等几部分 组成。d i c o m 是医学影像存档与通讯系统p a c s 的国际性标准，d i c o m 标准作 为被绝大多数医学影像设备和信息系统提供商遵从的国际标准规范，是医学 影像设备系统间开放性互连及影像互操作性的根本保证，在p a c s 的建设中处 于核心地位。 本文首先介绍了d i c 嘣标准及基于d i c o m 标准的p a c s 的发展背景、形成 历史和体系结构，分析了d i c 0 m 的实体一关系信息模型。 对d i c o m 医学影像文件进行处理的首要问题就是d i c o m 文件进行解析， 本文对d i c o m 文件格式与数据编码方法进行了详细的研究，在此基础上，探 讨了d i c o m 医学图像的空间变换、窗宽和窗位调节、伪彩色变换、灰度交换 等处理。由于d i c o m 文件不能直接在通用计算机上进行处理，现实中往往需 要在d i c o m 和通用图像格式之间进行相互转换，本文对d i c o m 图像格式和通 用图像文件格式b i t m a p 的相互转换进行了研究，深入分析了两者的文件格式 和编码方法，总结了转换实现的流程和处理方法，并实现了d i c 0 m 图像格式 到b i t m a p 格式的转换。 本文分析研究了p a c s 与h i s r i s 的集成和协同，总结了一种将p a c s 与 h i s r i s 集成起来的信息模型，并分析了其工作流和接口，在此基础上，论 文设计了一种在通用计算机上实施的b s 结构p a c s 系统方案，充分考虑了与 h i s r i s 的集成。针对b s 结构客户端用户界面交互能力弱，功能过于简单 的特点，本文提出了基于j a v aa p p l e t 的p a c s 浏览器方案，并实现了d i c 0 l 图像在j a v aa p p l e t 中的解析显示和处理，可以在通用计算机上对d i c o m 文 件进行查看和进行窗宽和窗位调节、放大缩小、伪彩色变换、灰度变换等处 理。 关键字：d i c o m ；p a c s ：医学影像；格式转换；b s 模式 西南交通大学硕士研究生学位论文第| i 页 a b s t r a c t w i mt h ef a s td e v e l o p m e n to fi n f o m a t i o nt e c h n 0 1 0 9 ya n dm e d i c a li m a g i n g t e c h n o l o gy ，p a c s ( p i c t w ea r c l l i v i n ga n dc o m m u n i c a t i o ns y s t c m s ) b a s e do n d i c o ms t a n d 盯di st h ei m p o r t a l l tp a r to fr e a l i z i n gm e d i c a li m a g ei n f o n n a t i o n m a n a g e m e n t ，i tc a nd i g i t i z em ed a t a 丘o mt h ec o l l e c t i o n ，d i s p l a y is t o r a g e ， e x c h a n g ea i l do u t p u to fm e d i c a li m a g e s d i g i t a lh n a g i n ga n dc o m m u n i c a t i o ni n m e d i c i n e ( d i c o m ) s t a n d a r d ，w h i c hh a sb e e nd e v e l o p e db ya c r a i l dn e m a ， h a sb e e nt h ei n t e m a t i o n a ls t a l l d a r di nm e d i c a li m a g ef i e l d ，i tp r o v i d e sa no p e n d a t a e x c h a n g es t a n d a r d a n dm a k e s“ p o s s i b l e t o u i f y t h e s t o r a g ea n d c o m m 咖c a t i o no fi m a g e sp r o d u c e db yd i f f e r e n te q u i p m e n t s f i r s t l y ，t h e t h e s i s r e s u m p t i v e l yi n t m d u c e st h ed i c o ms t a n d a r d a 1 1 d i n f o 衄a t i o nm o d e l ，p r e s e n t st h ec o m m o no p e r a t i o n so fm e d i c a li m a g e s ，l i k e z o o m ，c o n t r a s t ，n i p ，p s e u d oc o l o rt r a n s f b m a t i o n s e c o n d ly ，t h et h e s i sa n a l y s e s t h ef o m a t i o na n ds t l l l c t u r eo fd i c o m 矗l e ，t oc x c h a n g ew i mu n i v e r s a li m a g e f o h n a ti np r a c t i c eo c c a s i o n s ，l i k eb i t m a pf o m a t ，t h et h e s i sd e v e l o par o u t et o m a k ec o n v e nb e t w e e nt 7 0t y p e s ，a n dk e yr e a l i z a t i o nc o d ei sp r e s e n t e d t h et h e s i sw o r ko v e rt h ei n t e g r a t i o nb e t w e e np a c sa i l dh i s r i s ，p r e s e m s t h em o d e lo ft h ei n t e g ra _ t i o n ，a n dr e d e s i g n e dt h ew o r k n a wa 1 1 di n t e r f a c e s t h e r e a r et w om o d e l si np a c sd e v e l o p m e n ta n dd e p l o y m e n t ，t h i st h e s i sd e s i g n e da p a c sb a s e do nb sm o d e l ，b sm o d e li sp o p u l a r b u tt r a d i t i o n a lb sm o d e l s m i n c l i e n tf e a t u r em a d es y s t e m1 a c ko fm n c t i o n s ，t h i st h e s i sd e v e l o p e daj a v a a p p l e tp a c sv i e w e rt oa v o i db ss h o r t c o m i n g s ，w h i c hc a np a r s ed i c o m 矗l e a n dd i s p l a yi m a g ei nb m w s e r ，h o w e v e r ，c a ns u p p o r tc o m m o np a c sf i l n c t i o n s 1 i k ec o n t r a s t ，n i p ，z o o m ，e t c k e yw o r d s ：d i c o m ；m e d i c a li m a g e ；p a c s ；f o m a tc o n v e r s i o n ；b r o w s “s e r v e r 西南交通大学硕士研究生学位论文第v 页 论文中出现的缩略语及解释 d i c o m ：d i g i t a li m a g i n gc o n i c a t i o n s i l lm e d i c i n e 医学影像成像及通讯标准 p a c s ：p i c t l l r ea r c h i v i n ga i l dc o 衄u n i c a t i o ns y s t e m 医学影像存档与通讯系统 d i m s e ：d i c o mm e s s a g es e r v i c ee l e m e n t sd i c o m 消息服务元素 i o d ：i n f o 珊a t i o no b j e c td e f i n i t i o n 信息对象定义 u i d ：u n i q u ei d e n t i f i e r 统一标识 h i s r i s ：h o s p i t a li n f o r m a t i o ns y s t e m r a d i 0 1 0 9 yi n f o 衄t i o ns y s t e m 医院信息系统放 射科信息系统 h l 7 ：h e a l t hl e v e l7 医院信息系统电子数据交换的标准 v r ：、，a l u er e p r e s e n t a t i o n 数值表示值 e r ；e n t i t y r e l a t i o n s h i p 实体一关系模型 d i m s e ：d i c o mm e s s a g es e r v i c ee l e m e n td i c o m 消息服务元素 s o p ；s e r 、r i c eo b j e c tp a i r 服务对象对 i e ：i n f o m a t i o ne n t i i y 信息实体 c t ：c o n 甲u t 既t o 蝣g r a p h y 计算机断层扫描 p e t ：p o s i t r o ne m i s s i o nt 0 m o g r 印h y 正电子发射断层扫描 m r i ：m a g n e t i cr _ e s o n a n c ei m a g i n g 核磁共振成像 c s ；b sc l i e n t s e r v e rb r o w s e “s e r v e r 客户端服务器浏览器服务器模式 j n d i ：j a v an 锄i n ga n dd i r e c t o r yi n t e r f a c ej a v a 命名和目录接口 e j b ：e n t e r d r i s ej w ab e a n 企业版j a v ab e a n a d t ； a d m i s s i o n 、d i s c h a r g e 、t r a n s f e r 病人入院、出院、转院 m w l ：m o d a l 时w o r k l i s td i c o m 工作表服务 m p p s ：m o d a l 时p e f f o r m e dp r o c e d u r es t e pd i c o m 设备进程通告 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 医学影像存档和通讯系统 2 0 世纪7 0 年代，c t ( c o m p u t e rt o m o g r a p h y ) 技术在医学临床中的成功 应用开创了影像医学的新纪元，使得对人体进行无创检查以及诊断成为现实。 2 0 世纪8 0 年代，核磁共振m r i ( m a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g ) 、正电子发 射断层扫描p e t ( p o s i t r o ne m i s s j o nt o m o g t a p h y ) 、单光子发射计算机断层 扫描s p e t ( s i n 9 1 ep h o t o ne m i s s i o nc o m p u t e r i z e dt o m o g r a p h y ) 等先进的 影像技术在医学临床上的成功应用更使得影像医学得以迅速发展。目前的医 学图像包括b 超扫描图像、彩色多普勒超声图像、核磁共振m r i 图像、c t 图 像、x 射线透视图像、各种电子内窥镜图像、显微镜下病理切片图像等，同 时更清晰、更有诊断价值的高质量医学图像正在不断发展中。 随着现代医学的发展，医院的诊疗工作越来越多地依赖现代化的检查结 果。象x 光检查、c t 、m r i 、超声、胃肠镜、血管造影等影像学检查的应用越 来越普遍。在传统的模拟式医学影像系统中，影像的存储介质是胶片、磁带 等，这在使用中存在诸多问题。如：图像存储介质所占的空间不断增加，给 存储和检索带来了严重的问题：各种不同检查的图像分别存放，临床医生要 同时参考同一病人不同检查所产生的影像时往往借阅困难 传统图像存储和 管理的独占性使得图像的丢失概率增加、利用率下降、异地会诊困难等。因 此，传统的医学影像管理方法已经无法适应现代医院中对如此大量和大范围 医学影像管理的要求，必须采用数字化影像管理方法来解决这些问题已经成 为共识。 医学影像存档与通讯系统p a c s ( p i c t u r ea r c l l i v i n ga n dc o m m u n i c a t i o n s y s t e m ) 是数字化医院的重要组成部份，是使用计算机和网络技术对医学影像 进行数字化处理的系统，其目标是用来替代现行的模拟医学影像体系。它主 要解决医学影像的采集和数宇化、图像的存储和管理、数字化医学图像的高 速传输、图像的数字化处理和重现、图像信息与其它信息的集成五个方面的 问题，涉及到医学影像学、数字图像处理、网络通讯、数据库技术等诸多领 域技术。 p a c s 的概念提出于8 0 年代初。建立p a c s 的想法主要是由两个主要因素 引起的：一是数字化影像设备，如c t 设备等的产生使得数字化医学影像能够 直接从检查设备中获取；另一个是计算机技术的发展，使得大容量数字信息 直接从检查设备中获取；另一个是计算机拉术的发展，使得大容量数字信息 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 影像研究的学者、厂商及行业团体的重视。 2 0 世纪8 0 年代以来，为了利用网络在不同的设备和医疗诊断系统之间 交换图像数据和诊断信息，国外已经开始着手制订专门针对医学信息通讯的 协议。1 9 8 3 年，美国放射协会( a c r a m e r i c a nc 0 1 1 e g eo f r a d i o l o g y ) 和美国 国家电器制造协会( n e m a n a t i o n a le 1 e c t r i c a lm a n u f a c t u r e r sa s s o c i a t i o n ) 认 识到，迫切需要制定相关的国际标准使不同厂商生产的设备、产生的影像遵 循标准的格式以便在资源的高效利用、影像的传输、医学技术的交流等方面 标准化和制度化。a c r 和n e m a 在1 9 8 3 年成立了一个委员会，开发出了一 套医学图像的通讯标准，旨在： 提供与生产厂商无关的数字图像及其相关信息的通讯。 更有助于开发和推广图像存档和传输系统p a c s ，并能与其他医学信 息系统联系。 建立有价值的诊断信息数据库，它能处理地理上分散的不同设备间的 请求，提供一个广泛的、分布式的诊断信息查询库 在此宗旨指导下，1 9 9 3 年该工作组发布了标准的第三版，定名为 d i c o m 3 0 ( d i g i t a li m a 西n gc o m m u n i c a t i o n si nm e d i c i n e ) 医学数字成像与通 讯标准协议。 1 9 9 8 年、1 9 9 9 年、2 0 0 0 年先后对3 0 版本进行了增补、完善，目前最 新版本是d i c o m3 o2 0 0 0 版。( 注：本文如无特殊说明，标准均指d i c o m 3 0 2 0 0 0 年版) 。 d i c o m 3 o 标准隶属于医疗信息领域，在该领域其作用于影像设各 x 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 1 3h l 7 标准简介 hl7标准，即医习塑 鄹州明赫舷睡誊年龄璃惭鞴；饼墨茸爸麟酱枣叠磊呸墨淄罹嵋曙西滔；颈焉 涮濑：强痛潮：；砖崔瓣浠顸j 髫萋舔谛猢矽蜘鳎d ， 至耄鲴瓤蠢削事菲严到秘牙囊2 舞停朝县侄梯壁一哩艘瞪馐峨i 搿 惜罐濑；j ：；| 谜弭曩暴姚付予槊摹l 乎所 有的信息技术应用领域都使用了面向对象的分析方法。建立e r 模型的目的 就是得到一个面向对象的模型：实体就是对象，用属性来描述对象。 类似影像、报告、病人这样的实体在di c o m 中被称为信息对象，因为 它们的功能就在于承载信息。对于信息对象构成的定义在d i c o m 中被称为 信息对象定义( 1 0 d ) 。信息对象定义的实质就是一个属性列表，这些属性分成 必要属性，可选属性和条件属性，对描述信息对象细微的差别有重大的意义。 信息对象定义类似于一张包含很多空白字段的表格。象病人姓名、病历号这 样的信息片断都可以当作一个属性。即使一个空白表格，也代表了一定的信 息结构意义。当表格中的空白被填满，属性被赋予数值，对象就有了具体的 实际意义它可能代表一个病人，一幅影像或其它实体。这个填表的过程，也 就是为属性分配数值的过程就是所谓的创建信息对象实例。d i c o m 标准中 的信息对象定义就是d i c o m 信息模型中定义的实体，实体通过对象的属性 来描述。一个信息对象定义是信息实体的集合，而信息实体是信息有关成分 的组合。每个实体包含有关现实世界单个条目信息，如病人、图像等，成为 属性，每个属性描述了信息的某一特性，如病人姓名等。 相互关联的属性组合到信息对象模块中。模块以数据集的形式出现，可 以应用于不同的i o d 中。这些模块具有属性的语义描述，可以组合到一起。 在d i c o m 中，个i o d 可以由单个信息实体( 普通i o d ) 或多个信息实体( 复 合i o d ) 组成。实现管理功能的服务类使用普通i o d ，而处理图像数据流的 复杂服务类使用复合i o d 。 d i c o m标准的第三部分附录定义了在医学环境中所需的大部分信息对 象，详细规定了这些对象的组成格式、要求、相互之间的关系等内容，如病 人、c t 、磁共振、核医学、超声等等。 在d i c o m的信息模型上主要有四个层次，分别是病人( p a t i e n t ) 、研究 西南交通大学硕士研寒慧学位论文 繁2 页 雾羹墓霎| 薹蠢薹篓蓁粪羹囊囊冀 塞。i 翼：蠢| 萋至差j 薹羹囊慧粪 委簪掇憎氟藁缔甘经萃篓i 鬻豢；i ? 是i 雾l l 薹臻l ；融瀚蟮尚正稀筒i ! i l 础冤工作在毯戋休吧t 雾羹蓥拦墼盟召麓能磐签掣叠娶珊婀澎懂洹 囔濒i 冀垂：鼙暮玺自：g 簸每澎潺塑雾戮鞋歪堡i ? 雾瑟醛鋈茹缝誊萼髑籍嫠蓠! 觎嶷器戮繇蜀夏善墓霪疑鞭二 ! ! ! 问虱 9 0 年代拐麓基经袋续建交起一些实霸 的p a c s 。 我园的医院在过去的1 0 多年间，引：i 藏了大批先进的医学网像设备，使 医生w 以方便地获取包含多样化信息的各种医学图像，包括b 趣扫描图像、 超声图像、核磁共振图像( m r i ) 、c t 图像、x 射线透视图像、务张电子内窥 镜霆像、显擞镶下瘸毽锈慧图缘等，这在缀大程度上薅提褰诊鞭求乎起囊了 重要的疆极作蘑。毽蠢予多方瑶静原嚣，大多数医学圈豫设备郝没有图像静 存储和通讯功能，图像的驻示与诊断也很一般，更多的只是配鼹一部打印机 或用x 光胶片做图像记黎，医生通过肉眼观察仪器屏幕的图像进行诊断。 传统的放射科工作模式，是医师通过阅读胶片来进行诊断。胶片图像是 在感光缀上进行曝光、洗片等获取的，然爱睡师获取图像后农灯耱上进行读 冀，黎要懿嚣袋长，甏纛瓣豫一量爨存奁黢冀上裁无法送行谲节，只女翼在蠡 箱上敬变灯的亮度来调节驻示效果。胶片本身昂贵，且胶片瀚翔档管理占用 较大的空间，查找困难，对于一张胶片，不能多个医师同时使用，在传递过 程中经常出现胶片的遗必以及损毁，加上胶片自身的老化，暖师难以及时获 取图像，效率较低。 p 矗c s 的出现正是要解决上述运题，p a 懋的曩标是实臻暇学强缳在医夔 痰外魏还速传递彝分发，宅将各秘影像竣蠢垒或的蓬像骧数字形式僳存在鼹 务器上，使医生或病人本人能随时随地获驳所需的医学图像。p a c s 是实现医 学影像信息化管理的重要德径，它对医学图像的采集、显示、存储、交换和 输出进行数字化处理，最终实现图像的数字化存储与传输。 此外，通过对医学蹦像和信息进行计冀机智能化处理詹，可使图像诊断 攥雾臻绫熬亵疆鼹察霸主黢爨瑟。氆劲诗冀壤技术，可鞋对瑟像熬豫素熹送 行分手斤、计冀、处理，德国相关静完整数据，为医学诊断提供羹客双的信息。 西南嶷滋大学硕士研究擞攀位论文第8 页 准将图像通 哩噎噬；蝎饕鼹彰鬲引羹嚣羹i 忻 铋骅螽嚣 耋j 每矍i 。掣鬻蟛滔爆邂 噶器鬟鞲娶隈崩囊婆鹭卜渐瘸醚参。燕蠹萋裙孽酾莱军 寝簧秭荤在嬉攀彰 磋，醚翻矧锄翻割害r 电葡谟蔼黼撼。餐燃匝鼋蹬涩闱霪谩j 嶝攫嘴趸国璺 广： 趔雹嗡；嚣抽酾馥自 研究开发形成了个热点。 当今p a c s 的研究和应用中，美、日、欧处于领先地位，亚洲的韩国和 中国台湾地区近些年发展也比较快，国内这几年也呈现出较快发展的趋势。 根据资料显示，由于各项技术的成熟，标准趋于完善，p a c s 正呈现加 速发展态势。2 0 0 0 年在美国1 7 0 0 家医院及影像中心( 不包括诊所，社区医 院) 中，约有2 实现了基本无胶片化，预期到2 0 1 0 年，将达到7 0 8 0 。 在国内，数字化医院的发展可分为三个阶段：管理数字化阶段、医疗数 字化阶段和远程医疗阶段。 我国自2 0世纪7 0 年代开始就开始了医院数字化建设。到目前为止，我 国9 0 的大型医院已经实现了科室的数字化管理，近4 0 的大中型医院正在 建设全院的数字化管理信息系统。目前已有应用信息系统的医院中，约有l o 的医院正在尝试各类医疗数字化的信息系统建设。从国外医院的数字化建设 的历程来看，咀远程医疗为特色的数字化医院将是数字化医院发展的中长期 目标。 p a c s 系统担负着医学影像信息系统中的获取、存储、处理、传输任务， 而di c o m 作为医学影像信息集成的规范在信息一体化过程中扮演了极其重 要的角色。对于医院信息化过程的各个阶段各个层面都有其举足轻重的地位。 自19 9 0 年后，国内众多研究机构和医院从不同角度、层面逐步开始了在 这一领域上的研究和实践。随着卫生部“金卫工程”的启动，中国卫生信息 标准化委员会正式成立和全国卫生信息化2 0 0 3 2 0 1 0 发展规划纲要、医 院信息系统基本功能规范等一系列文件的出台，我国医疗信息化正在加速 发展。北京天坛医院、上海瑞金医院、南京军区福州总院等一批信息化建设 较好，条件成熟的单位率先实现了符合d i c o m 规范的p a c s 系统。 1 2d l c 0 m 标准简介 早期的数字化医学影像设备所产生的数字图像格式都是由各个设备生产 厂商自己确定的专有格式，别人无法利用，给图像的存储、传输、处理带来 很大 薖a c s 的发展，这引起了广大致力于医学 麟南交通必学硕研究生学位论文第9 页 第瓣章：获度蚕豫的标准显示功能( g r a y s c 或es t a n d a r dd i s p l a y f u n c t i o n ) 。详细说明了灰度图像的标准履示功能，提供了一些用于测量特定 攫示系统照示特性的方法，这魑方法可蹋予调搜鼹示系统以与据准魄灰度显 示功能相甑配或用予测量显永系统与标准灰度显示功能的兼容程度。 第十五窜；安全策略概述( s e c u r i t y p r o f i l e s ) 。说明了具体应用应遵循安全 策略麴一致性方式。 图2 - id i c o m 标准体系的童要结构 d i e 0 馘标准各端分之闻穗对猛立，毽氇有部分章节鞠曩关联，如图2 1 所示。本文主要研究了第二章到第六章、第十章和第十一濑。 2 。3d i c o m 标准的信息模毅 在d i c o m 橱糖的第三章中，鳃确蕊详细蛉提出了d l e o m 鲍倍感模型。 这个模鍪旋用了面向对象分斩的方法，将客观对象抽象出来，描述了对象之 间的各种关联关系，提出了医学图像棚关的实体及关系( e n t i t y r e l a l i o n s h i p 嚣辩交遴大学矮士磷究懋学位论文第 2 页 瘸人1 0 d 封装了谈瘸人相关的入口学信息。如病人姓名、性别、年龄、 身离簿信息。 检查层次 检查层次是在信息模型中最重要的艨次。一个礤究是巢个特定类型捡查 请求豹缝栗。在医学影豫零分簸有活动黎黧绕蓑疆变魏歪旗楚灌嚣尽兴。在 研究艨次上，保持着檬识信息，并可以包含与该研究有关的暇浣管理信息系 统( h i s ) 中的信息引用。 序列层次 在研究层次下收集了所有的图像序列。序列层次标识了生成图像的形态 类熬、i | 莘到生成鲍基期、检查类型戆细节酾使鼹戆设备。序列蹙来鑫菜一设 备炎鬃有关图豫豹集会，图像缝合羁彦颡巾豹方式取决予狳滚瘸途。 图像层次 信息模型的最低艨次是图像层次，每个图像包含附加获取信息以及图像 数据本身。图像层次包禽有一幅( 单幅) 、龋幅( 双屏) 或某些设备采集的运动 圈像。 2 4q e o m 标准的意义 d i c o m 标准的目标是幕解决在不同地方、不同设备制遮商、不同国家 复杂的网络环境中的医学图像存储和传输的问题。 d l c o a 耋标准的最震要的意义裁是尽霹辘明确选定义了影像传输过程中 涉及戮豹寒语谲汇翻模毽。并量傈| 歪接浚藏耱议懿覆户熊够方便经爱这些定 义。谯比较高层面的邋讯中( 比如用户之阐的通讯) ，对术语谪汇的认同非常 重要。不论实在放射科内部还是在放射科与其他学科交流中，明确的术语定 义魁保证沟通准确的前掇。举例来说，对于“中间”和“侧筒”的不准确理 解，对于一个基于放射科报告作出诊断的外科医生来说会煮接导致灾难性的 嚣暴。 簇学癌惠纯领壤怒一个不断发震，不灏丰富的领域，魏j 墩，d i c 0 m 标 准从诞生之目起就是一个开放的标准，它不断进行着自我完善、扩充和演化。 d 1 c o m 标准采用了广义的信息对象定义1 0 d 概念，将医学图形、图像、检 查、搬告等都定义为广义的对象，并通过唯一标识u i d 的方式在网络环境下 唯一撼确定这些信息对苏。在此基础上，d i c o m 标准还将备秘不同的服务 功黪定义舞大量不藏酌激务类( s e 捧i e ec a s s ) 。由藏，在篡疗设备及其各耱 嚣南交淹夫拳磙士研究整学位论文第缁贾 数据更新时，通过修改或定义新的i o d ，便可使得标准与之相适应并得以扩 充；瑟薅予凝壤懿功戆，剿可鑫逶过定义麓魏骚务类来竞或。这撵裁这到了 不需要对d i c o m 标准的熬体架构进行修改的情况下，完成标准本身的进 化。也就是滋，d i e o m 橡准可以在不断的吸收赣特性豹同时，像抟与爨先 版本的兼容性。 随着d i c o m 标准定一及规范内容和范围的扩展，d i c o m 椽准不仅仅应 嗣予医学影像学领域，已经逐步向整个医院信息化应用领域延伸，如d i c o m 标准定义的m o d a l i t yw o r k l i 8 t s t r u c t u r er 凹o r t 等s o p 和s e r v i c e 已经被列入 壬 i s 壤i s 系统流程审静标壤灌麸要求。献熬势丽害，d k o m 标准无疑会成为 医疗信息化发展中最重要的标准规范。 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 第3 章d lc o m 图像处理 医学图像处理是应用现代图像处理技术，为医生更好的浏览和观察图像 服务的，它主要用于医生图像工作站，为医生诊断提供更加方便、灵活的图 像操作工具，主要功能包括：图象的解析转换、图像的增强变化、特征参数 测量等等。 3 1d i c o m 文件解析 d i c o m 标准是要解决在不同地方、不同设备制造商、不同国家复杂的网 络环境中的医学图像存储和传输的问题，要实现信息的准确无歧义交换，存 在许多技术上的问题，最基本的问题是语义和语法的问题。 语义的问题是指交换信息的具体含义。在d i c o m 中专门定义了自己的 “语法”和“词汇”，d i c o m 中的“词汇”是用一对整数表示的，称为标签 ( t a g ) ，标签的含义在数据词典里给出了详细的定义和解释，并用u i d 的方 法给出唯一标识。 语法则是指信息组成的规则。在d i c o m 中，数据种类相当多，被分成各 个层次，有信息对象定义( i o d ) 、消息( m e s s a g e ) 、命令集、数据集、数据元 素、传输语法等。只有通信双方按约定的统一的方法组织数据，才可能正确 地获得对方传输的信息。 3 1 1d i c 0 m 数据结构 d i c o m 标准是一个庞大而复杂的体系，目前国内尚无中文版的译著，很 多术语没有规范统一的中文译名，下面介绍d i c o m 的数据结构中常用的概念 和术语。 ( 1 ) 唯一标志符u i d ：这个标识可被用在世晃上不同地点的多制造商环 境中。为保证每个标识的全球的唯一性，使用了下面的字符串( 称为唯一标 识符或u i d ) 产生机制： 。根部分是由权威部门确定的，它保证 没有其他人或机构再使用这个根标识。这个数值由标准化组织分配给设备提 供商或医院，同时保证在内部网络中也是唯一的。通过使用一个唯一的系统 标识，每个系统在世界范围内有一个唯一的根。后缀是由系统在产生实例时 随机产生的，如“i2 8 4 0 1 1 3 6 1 9 2 1 6 1 1 2 0 9 4 0 4 8 1 2 8 3 2 6 l ，表示g e 的心血管造影系统产生的一个u i d 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 文件头前同步码为1 2 8 个字节，它的存在是为了提供与一些通用的计算 机文件格式的兼容性，用于应用简介或具体实现，通常为o o h 。文件序言的 大小是固定的，不需要构造为带有标签和长度的d i c o m 数据元素。在文件序 言中可以放入一些通用图像文件格式信息( 如图像的存储方式、图像数据在 文件中的偏移位置、图像大小等) ，可以方便地从d i c o m 文件中访问到存储 在数据集中的图像和有用的数据元素。 由于文件序言中可以含有便于多媒体应用程序从d i c o m 数据集中访问 图像的信息，所以同一个d i c 0 f 【文件能以两种方式访问：1 、由能使用文件 序言中信息的多媒体应用程序访问；2 、无论文件序言中是否有信息，d i c o m 标准应用程序都将忽略文件序言，直接访问文件。如果文件序言中没有信息， 那么1 2 8 字节都设置为r o o h 。 d i c 0 m 前缀占4 个字节，内容是大写字母的字符串“d i c m ”，在文件中 为十六进制的“4 44 9 4 34 d ”，这4 个字节没有被构造为带有标签和长度 的d i c o m 数据元素，可以用来判断是否为d i c o m 文件。 在文件序言和d i c o m 前缀的后面是d i c o m 元元素，d i c o m 元元素带有 标签和长度。d i c o m 元元素包括组长度( g r o u pl e n g t h ) 、文件元信息版本 ( f i l em e t ai n f o r m a t i o nv e r s i o n ) 、媒体存储s o p 类( m e d i as t o r a g es o p c 1 a s s ) 、媒体存储s o p 类实例u i d ( m e d i as t o r a g es o pi n s t a n c eu i d ) 、 传输语法u i d ( t r a n s f e rs y n t a xu i d ) 、实现类u i d ( i m p l e m e n t a t i o nc l a s s u i d ) 、实现版本名称( i m p l e m e n t a t i o nv e r s i o nn a m e ) 、源应用实体标题 ( s o u r c ea p p n c a t i o ne n t i t yt i t l e ) 、私有信息建立者u i d ( p r i v a t e i n f o r m a t i o nc r e a t o ru i d ) 和私有信息( p r i v a t ei n f o r m a t i o n ) 。 数据表示v r 占用两个字节，规定了数据元素的数据类型和格式，d i c o m 定义了2 6 种内部数据类型，表3 2 总结了d i c 0 m 中不同v r 值代表的数据类看霖袈鞋錾震驰。 x 西南藏通大学硕士磷究生攀位论文 第2 3 页 对于一个像素值，d i c o m 称为采样值( p i x e ls a m p l ev a l u e ) 。d i c o m 医 学图像中像素数据的编码分为两种类型，种是按字( w o r d ) 来编码存储，v r 值为o w ，另一种为按字带( b y t e ) 来编码存储，v r 值为o b 。每一个像素由一 个或纛多个像素采样馕( s a 礤p l ev a l u e ) 缀戏。采样谴的攒述方法惩三个数 摇元爨绘出：分琵霞数国i t sa l i o e a t e 国罐懑了该采群篷存键瓣二遂裁整 数，d i c 嘶标准焉t a g ( 2 8 ，0 1 ) 来表示 存储位数( b i t ss t o r e d ) 指实际 占用的位数，d i c o m 标准用t a g ( 0 0 2 8 ，0 1 0 1 ) 浓表示：最高位位鼹( h i 曲b i t ) 指明该值最高位在分配的存储单元中的位置，d i c o m 标准用t a g ( 0 0 2 8 ，o 1 0 2 ) 来袭示。一个像素单元( p i x e lc e l l ) 是一个像素采样值和附加位的容器， 每一个像素单元的太小凌分配谴( b i t sa l l o e a t e d 熬大小寐袈示，每一个 采梯稳麓位数壶存储位( b i t ss t o r e d ) 慕淡示，存绩谴静大，l 、瘦该不超过 分配能的大小，采样值谯像素单元中的存储位置由高位( h i 曲b i t ) 来描述。 如果像素数据由多个采样值组成，那么由像索采样数( s a m p l e sp e r p i x e l ) 的值涞表示，多个像素单元按照传输语法的骚求顺次排列。通常情况下分配 位大予8 的像包编码会按字编码来进行，禽低字节的先后顺序受转输语法的 裁终，褥分配使等予或髫，l 、予8 懿蘧按照字繁绫璃，字节稳宠藤黻痔不受簧 输语淡的制约。 原始医学图像占用存储量大，在传输与存储过程中效率较低，必须使用 压缩的方法来减少图像中的冗余信息，以达到在不损失图像信息成少损失的 情况下，减少图像存储所满要的字节数，对于缩短通信传输时间，减少存储 空阋都楚卡分必要的。 簇缩方法努为无损惩缀秘有损压臻嚣争争方法。无按压缩方濂可敬将覆数 据艨瓣不动地恢复，丽脊损压缩则是不可逆的过程，不能恢复到原来的情况。 无损臌缩由于对还原的约束，其压缩比较小，一般为2 1 0 ：1 。而有损压 缩则w 达到较大的压缩比，一般可以达到1 0 2 0 0 ：1 ，甚至可以达到3 0 0 ： 1 以上。根据被压缩对象的特点，无损压缩遗仑于对文本类的滕缭，因茭文 本售纛矮失爱不麓表达感缀采戆塞义。瑟鸯镄压续逶会于诱裔、嚣豫一类熬 多媒体信怠，这些信意国人类的听觉帮视激器官所感受，有缀大静冗余度， 适当的损失对信息的理解并无损害，可以以此来达到较高的联缩比。 光损压缩使用的方法生要有游程编码( r u nl e n g t he n c o d e ，r l e ) 和霍夫 曼( h u f f m a n ) 编码。有损聪销的方法常用的怒变换压缩，即将傣患变换到另 一个袭示域申，利用在不阉瓣域中蛉分布特点，去除冗余。铡如遗过傅立时 变换燮羧弱菝城，缳存辫像戆羝叛鼙分，激羧炎一些缨繁实凌蒸缝。秀毪麴 匿南嶷溪大学硕士研究熊掌位论文第2 4 贾 通过小波变换将图像变换到不同的尺度，僳存不同区域不同尺度下的变换 值，可以实现较高的压缩比。 出于涉及到医疗责任和法律的原因，谬方医疗界对医学图像的有损压缩 采取了相当谨慎的态度。反映在d i c 勰标壤中，主要推荐使用露按压缡的方 法：麓蕈麴餮l 嚣无撰舔缭或j p g 一澄标准豹秃损压绩算法。 游程编码r l e 有徽多形式，在d i c 洲巾采用的编码算法如下： 对重复字节，用 代替。 对非重复字节，用 代替。 采用r l e 压缩方式的u i b 为1 2 8 4 0 1 0 0 0 8 。l 。2 。5 。 j p e g 是嚣蔻缓蘧爨广戆霪像压缝稼壤。在j p s 标准中，惫台了套摸压 缩帮涎损压缩静多辩方浚。弦e g 噩缩的鏊本过程是被压缩黼豫分割成8 8 的方格，先进行差分编醐以减小码长，再用耩夫曼或算术编码谶行无损压缩， 或者用离散余弦编码进行有损压缩。j p e g 标准实现的压缩比商，并且也能 实现凭损压缩，采用j p e g l s 无损压缩的u i d 为1 2 8 4 0 1 0 0 0 8 1 2 4 7 0 。 3 2d l e 0 赫图豫的处理 医学图像处理是威用现代图像处理技术，为医生更好的浏臆和观察图像 中的瘸灶区或重要的对象提供各种辅助的阕像处理功能，包掇参数测量、特 ，征撼取、图像识别、= 维酾三维重建、髫像壤强、几 霉变换等处理按术。医 掌瓣僚楚理是p 矗e s 熬关键技零之一，主簧疲矮子翟生工终懿，为医生诊薮 提供更加方便、灵活的图像操作工具，使鼷生能够更加清晰、有效地观察和 分析图像。 3 2 ，1 蜜宽和蛮位的调节 蹶学图像分辨率较离，像素灰酚值邋常不低于1 2 b i t 4 瀚6 级，两普通显 示器豳于动态范围有限，并受到操作系统限制，只能提供8 b i t 2 5 6 it4瀚6级，两普通显示器豳于动态范围有限 ，并受到操作系统限制，只能提供8 b i t 2 5 6 级灰度，国外通常采用医学图像 专用显示器来处理，这种显示器价格昂煮，通常占到整个p a c s 系统投资的6 070，此外，由于各种组织有相对稳定的取值，医 西南变通大学硕士研究生举位论文 第2 5 页 下进行耀片，瑟为准确鄹迅速地佟出诊断。一般丽言，该功能遇过调节鬻宽 和窗像实现，诵节窗宽靳窗位是噻学图像熊毽中用隘虢察不同密度的缀级 结构成病变的一种显示搜术。 鬻宽窑使调整的技术原理翔下：在不影嚷褫觉效莱的翦掇下将离精度 图像的灰度级邂段映射为窗宽为2 5 6 级的获度值，例如，对于像素灰阶深度 为1 2 b i t 的图像，如霆3 3 所示，将4 0 9 6 个灰度级分段殃射戈2 弱级灰发， 使4 0 9 6 个灰寝级的图像信息在2 5 6 个灰度级的显示鬻宽上褥到逐段显示。 显示灰麦校 p ( 帮口位置) 4 。竹图像获度级 踅3 3 鬻窕鞠塞袋调节示意鋈 窗宽窗位处理是对图像的像索灰度进行线性变换，主要涉及两个数据 元素，密霞并i 托d 。we e n t e r ) 羁褰燕( 霉i n d o w 嚣i d 镰) 。窑塞表示豫素蓬豹取 值直径，即窗的宽度；谢位表示取值直径的中心点，即窗的中心位置。同样 的窗宽，由于搿位不同，其取值撼围的像素值也有差异。两者共同确定需要 显示瓣像素篷瓣取篷菠阑。该菠辫的诗算公式懿下： 篡竺淼：三窭嚣妨 ， 熨巍确露= 一弼锄如w 黻癣女一弦乐沪强 、。 根据式3 1 ，要实现窗宽和密位的调节，方法如下：设x 为输入的灰度 毽，y 为浚密鹣获疫毽，黼戈塞宽，碾隽褰霞，霖鬻像串缳素懿获褒蕊最 嚣鸯交通大攀硕士研究生学位论文 第2 7 页 圈3 4 b 调节窑宽密位后的殴图像 3 2 2 伪彩色变换 对于二维平面嬲像，人暇只能识别大约1 6 个灰度级，却能准礁识裂出 大约l 释颜色，旗至更高。丽星疗瀚豫都是获度图像，受入疆对灰度的 敏感度影像，医生在阆片时搬容易漏诊戚很难确诊病灶，特别对于最有希望 派愈的早麓癍变，遮撵的情猿疆可能发生。因为人浆对灰发徽弱递交酶敏感 裰度远远小于对色彩变纯的敏感程度。所以，利髑入眼对彩色具有较高的敏 感度，将一幅灰度图像按照特定的彩色编码表进行伪彩色变换，这样就可以 爨列图像鬟热糖细熬维搴每，垮受毒裂予蒺生送学诊錾，更蠢稳予瘸入送行渗 汀。 伪彩甑技术( p s o u d oc 0 1 0 r ) 就是通过灰度值与颜色的映射，将获度图像 激彩色豹形式显示爨寒。一蔽，要凑获度图像送行篱彩卺交接，可叛采矮一 个2 5 6 色的调色板，即伪彩色编码表，蕻中定义了每种灰度对应颜色的r g b 德，也即提供了一个从灰度德到颜色的映射。静多个这样的伪彩色编码表， 耍羹：誊凌窳瘦编玛表