第一篇 基础篇 第七章 计算机技术在核医学中的应用

1、 作者 ： 刘亚强单位 ： 清华大学第七章 计算机技术在核医学中的应用第一节 核医学设备中的计算机系统其次节 核医学图像处理第三节 与核医学相关的医院数据系统第四节 帮助诊断技术与人工智能诊疗重点难点熟悉了解掌握计算机技术在核医学领域的最新应用核医学设备中的计算机技术及系统；DICOM标准的根本意义和作用；PACS系统的根本功能计算机在核医学常规图像采集、处理的应用核医学设备中的计算机系统第一节核医学第9版数据采集工作站与图像处理工作站嵌入式计算机系统核医学数字化显像设备核医学第9版采集工作站主要作用：让设备按指定的流程进展原始数据采集，并进展肯定的数据校正与处理。操作人员通过图像采集终端软件

2、设定采集规程参数并下发至采集处理工作站，从而启动采集规程。采集工作站运行数据采集效劳器软件，软件依据采集规程掌握机电运动与数字化电子学进展采集，数字化电子学将数字信号传输至采集处理工作站与数据采集效劳器软件进展处理，生成图像及其他统计信息，进一步传输至采集主控机进展显示和存储，并用于图像存储与进一步的分析。核医学第9版图像处理工作站主要作用：针对被检查人员的诊断图像，实现图像处理和分析。SPECT的主要处理步骤如下选择待处理患者的相关图像，可以全选，也可以选择局部资料。系统自动依据扫描器官类型选择对应的处理规程运行处理流程针对不同器官有其特有的处理流程。患者图像的打印和报告生成，保存处理结果。

3、将处理结果向PACS工作站中传输符合DICOM 3.0标准格式。定期做处理结果的删除和数据光盘备份。核医学第9版数据采集工作站与图像处理工作站嵌入式计算机系统核医学数字化显像设备核医学第9版嵌入式计算机系统嵌入式系统：专用计算机系统核医学影像设备。以应用为中心。 以计算机技术为根底。软硬件可裁减。适应实际应用。组成微处理器、存储器、传感器等一系列微电子器件。嵌入在存储器中的微型操作系统和应用软件。功能：实时掌握、监视、治理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。应用：信号采集模块、网络通信模块、触摸屏和LCD液晶显示模块、运动掌握模块和工作环境监测等。核医学第9版数据采集工作站与图像处理工作

4、站嵌入式计算机系统核医学数字化显像设备核医学第9版传统核医学影像链构造核医学第9版数字化SPECT探头影像链构造核医学图像处理其次节核医学第9版图像重建技术图像显示核医学图像处理技术核医学第9版数据存储规章投影平片或正弦图格式：对采集到的大事进展累积、压缩和重组。表模式数据：每次大事具体的位置、能量准时间信息全部按肯定规章的表单进展存储。图像重建技术核医学第9版图像重建算法滤波反投影。最大似然估量迭代重建。带有惩办项的最大后验估量迭代重建。图像重建技术核医学第9版图像重建技术迭代过程给断层图像赐予初始估量值。将理论投影值与实际投影值进展比较。依据肯定的计算法则对初始值进展修正。从修正过的图像估

5、量值计算理论投影值。与实测值比较并再次修正断层图像估量值。循环迭代，直至相邻两次估量值的差足够小为止。核医学第9版图像重建技术图像显示核医学图像处理技术核医学第9版核医学图像的数字化与计算机显示核医学图像代表患者相应部位的放射性药物浓度。数字化图像图像空间被分割成nn的像素。每个像素的值代表了像素空间内的放射性药物衰变次数计数。核医学一般承受6464、128128和256256的图像矩阵。矩阵越大图像越清晰，区分率越好。过大的矩阵，每个像素的光子计数很少，统计涨落将很严峻。像素尺寸应不超过核医学成像设备空间区分率的1/3。各个像素的平均计数应在4050以上。核医学第9版图像重建技术图像显示核医

6、学图像处理技术核医学第9版核医学图像处理技术噪声消退邻域平均法也称均值滤波、多图平均法、中值滤波法以及在频域中使用低通滤波器或带阻滤波器。比照度增加按肯定的规章逐点修改图像每一像素的灰度，从而转变图像灰度的动态范围，使图像中正常组织和病灶组织之间的比照度提高。线性变换、分段线性变换、非线性变换等几种。锐化突出目标边界、增加图像细节。在空间域对图像进展微分处理；在频域中则是运用高频提升滤波技术。核医学第9版核医学图像处理技术图像分割边缘检测：微分算子法、数学形态学法、模糊检测法、小波变换法、神经网络法。区域分割：阈值分割、聚类、区域生长和分裂合并。图像配准将核医学图像与对应的一样的生理学解剖位置

7、标记出来。将实际采集的图像与标准医学图像匹配。基于像素的配准方法、基于特征的配准方法、基于模型的配准方法。感兴趣区技术像素：X、Y坐标和计数值。直线：计算两点之间的直线距离、画剖面曲线profile。感兴趣区region of interest，ROI：统计ROI中的总像素数、总计数值、平均计数总计数值/总像素数、最大计数和最小计数计数值最大和最小的像素值。边界识别设定阈值或计时边界限。图像分割算法生成ROI。与核医学相关的医院数据系统第三节核医学第9版DICOM标准DICOMdigital imaging and communications in medicine3.0：医学数字图像和相关

8、信息的构成、存贮方式和文件格式、信息交换和效劳等方面的标准。为数字图像的交换及患者姓名、手术缘由和使用的器械等关联信息建立了一种单一的语言。PS 3.1： Introduction and Overview引言和概述PS 3.2： Conformance全都性PS 3.3： Information Object Definitions信息对象定义PS 3.4： Service Class Specifications效劳类标准PS 3.5： Data Structure and Encoding数据构造和编码规定PS 3.6： Data Dictionary数据字典PS 3.7： Messag

9、e Exchange信息交换PS 3.8： Network Communication Support for Message Exchange信息交换的网络通讯支持PS 3.9： Point-to-Point Communication Support for Message Exchange信息交换的点对点通讯支持PS 3.10： Media Storage and File Format for Data Interchange便于数据交换的介质存储方式和文件格式PS 3.11： Media Storage Application Profiles介质存储应用框架PS 3.12： Sto

10、rage Functions and Media Formats for Data Interchange便于数据交换的存储方案和介质格式PS 3.13： Print Management Point-to-Point Commucation Support打印治理的点对点通讯支持核医学第9版PACS系统PACSpicture archiving and communication systems即图像存储与通信系统，是医院用于治理医疗设备如CT、MR等产生的医学图像的信息系统。PACS是实现医学图像信息治理的重要条件，它对医学图像的采集、显示、储存、交换和输出进展数字化处理，最终实现图像的数

11、字化储存和传送。PACS的目标是实现医学图像在医院内外的快速传递和分发，使医生或患者本人能随时随地获得需要的医学图像。核医学第9版PACS系统核医学第9版PACS系统PACS是影像设备、诊断工作台、读片台、大型存储系统以及计算机网络的集成。PACS在医学信息领域的功能在诊断、报告、会诊和远程工程站上观看医学图像。依据图像的性质，把图像储存在适于短期或长期保存的存储介质中。利用局域网、广域网和公共通讯设施进展诊断、报告、会诊和远程工程站上观看医学图像。向用户供给个集成信息系统。核医学第9版RIS与HIS系统放射学信息系统radiology information system，RIS其根本功能有

12、患者登记、检查预约、患者跟踪、数据分析、文字处理、报告生成、账单计费、胶片治理、档案治理等。进一步包括模板和报告自动生成功能、口述报告功能、统计功能、影像分析功能、与其他系统的接口等。医院信息系统hospital information system，HIS包括患者临床信息系统patient care information system，PCIS、医院经济核算系统、医院决策支持系统、院务治理系统等。其中图像存档和传输系统是患者临床信息系统PCIS的重要组成局部。帮助诊断技术与人工智能诊疗第四节核医学第9版帮助诊断技术计算机帮助诊断computer aided diagnosis，CAD通过影

13、像学、医学图像处理技术以及其他可能的生理、生化手段，结合计算机的分析计算，帮助觉察病灶，提高诊断的准确率。图像的处理过程预处理：把病变从正常构造中提取出来。图像征象的提取特征提取或图像特征的量化过程。数据处理过程：将其次步获得的图像征象的数据资料输入人工神经元网络等各种数学或统计算法形成CAD诊断系统。核医学第9版人工智能诊疗近年来人工智能AI和深度学习的快速进展，利用人工智能来实现帮助诊断技术成为当前的关注焦点。大数据分析+人工智能的机器学习和计算方法=人工智能诊断智能诊断在癌症领域的应用有效确定乳腺癌细胞的位置谷歌大脑与Verily公司开发一款诊断乳腺癌的人工智能产品。提高肺癌诊断的准确率利用两千多张肺癌基因图谱和相应的数据库训练计算机软件程序，可以确定肉眼难以观看到的癌症特异性特征。利用智能诊断技术提高皮肤癌诊断的准确率利用深度神经网络技术对皮肤病专家的诊断水平进展分类。大型人工智能企业IBM：Watson机器人。腾讯、阿里、百度。本章主要介绍了计算机技术在核科学中的应用，包括核医学设备中