1、医学图像传输与处理.txt 对的时间遇见对的人是一生幸福；对的时间遇见错的人是一场心伤；错的时间遇见对的人是一段荒唐；错的时间遇见错的人是一声叹息。医学图像传输与处理教学目标第一章 医学图像存储与传输第一节 绪 论医院信息系统的最终目的就是要全面实现医院各类信息（文字、图像、语音）的现代化管理，满足各类医务人员的需要。在医院种类繁多的信息中，医学图像信息最为庞大，约占整个医院信息的 80以上。该类信息的数字化管理和通讯是关键所在，也是医院现代化操作运行的重要标志。医院信息系统主要包括 PACS 和 HIS 系统。实现医院信息化带来的好处1. 引入新思想、新观念。2. 对病人服务更加周到，医患关
2、系更加密切。3. 及时准确全面地为临床医生提供病人信息。4. 加强了医院质量管理，增强医疗质量意识。5. 更有效地管理和利用资源。6. 信息资源发掘将给医院带来不可估量的财富。7. 为临床循证管理决策提供科学数据。 医院信息系统的组成 PACS 全称医院影像存储与通讯系统：通过软件和硬件连接不同的医院影像设备，以处理相关医学图像为主，存储与管理图像；图像库的再利用和后处理，侧重硬件配备。主要应用与信息处理与传输。HIS 全称医院信息管理系统：通过相关软件和硬件，以处理医院整体信息管理为主，侧重软件支持。主要应用与信息的管理。PACS 全称医学影像存储与传输系统即医学影像的存储和传输系统，它是放
3、射学、影像医学、数字化图像技术、计算机技术及通信技术的结合，它将医学图像资料转化为计算机数字形式，完成对图像信息的采集、存储、管理、处理及传输等功能。PACS 利用多种软件模块和硬件设备连接不同的医院影像设备，以处理相关医学图像为主，存储与管理图像；图像库的再利用和后处理，侧重硬件配备。HIS 系统基本构成 1. 病人管理 ADT （3）Series 中包含了检查的技术条件（KV，MAS，层厚等）和图像 Image;（4）Image 中包含了医学影像格式和信息。DICOM 中的目标导向DICOM 将影像包裹成一个物件 IOD(Information object definition).每个
4、IOD 分成 2 个部分：像素数据（PIXEL DATA)和影像属性。（1）像素数据通过单纯表述图像上每个像素点的数值来组合成一个医学影像；（2）影像属性包含了该图像所描述患者的资料信息，如：患者名称、检查日期、CT 号、扫描条件、图像层厚等，甚至包含了医嘱信息。DICOM 的服务功能对（SOP）DICOM 的影像对象（IOD）只是服务对象，包括了如 CT、MR、X-RAY 等；DICOM 还对影像对象的服务进行了定义，如：Storage,Verification,Query/Retrieve 等；影像对象加服务就构成了服务功能对（SOP-Service-Object Pair).SOP 组成
5、了 DICOM 最基本的运作单元。如某一设备支持 MR image Storage SOP Class,就表示它可以存储 MR 图像。如果一台 CT 要支持 DICOM 存储，则它必须支持 CT image Storage Class.SCU/SCPSCU/SCP (Server Class User/Server Class Provider)普通计算机网络采用 Client/Server 的概念。提供服务的一方称为 Server，接受服务的一方称为 Client。一个 Server 可以允许多个 Client 进行访问，从而提高了资源利用率。DICOM 也采用这一概念。SCP 是负责提供对
6、影像资料的各种服务（Server） ；SCU 是使用这些服务的（Client） 。DICOM 的工作过程一、DICOM 工作首先要进行通信起始的设定如，A 系统要以 DICOM 方式和 B 系统通信，首先要向 B 系统发出一个起始信息。起始信息要包含以下内容：1、A 系统本身所能支持的 SOP 有哪些？DICOM 的整体范畴非常庞大，没有哪一个系统可以支持所有的 DICOM 服务，每台设备只针对他们最需要的部分提供支持。如：某台 CT 提供 CT Image Storage (SCU)这一 SOP 服务，则该 CT 仅可发送 CT DICOM 图像供 SCP 存储。DICOM 的工作过程（续）
7、2、针对每个支持的 SOP，A 系统必须说明它是如何编码压缩这些资料的。即说明所采取的资料格式。3、说明在 SCU/SCP 的角色扮演上，A 系统可以扮演什么角色。即说明是供应商还是顾客。B 系统接收到这些初始信息后，就知道了 A 系统支持的 DICOM 服务部分。然后与 B 系统本身所支持的部分做对照，整理出 AB 两个系统共同的 SOP（服务类）和资料格式，再将所有对应部分打包反馈给 A 系统，一般 AB 系统能根据相通的部分进行信息交换。DICOM 的工作过程（续）二、信息交换通信起始设定后，AB 系统就可以进行信息交换。假设 A 系统是一台影像设备，在完成一次检查后，将资料送到影像服务
8、器 B 中，进行如下流程：1、A 系统将图像打包成 DICOMIOD，再加上所需的 STORAGE SERVICE（存储服务）部分，封装为网络通信信息，经过网络向 B 系统发出服务申请：“请将图像资料存于你的系统中” 。DICOM 的工作过程（续）2、B 系统收到信息后，打开封包，先判读命令部分（服务类） ，再将图像资料读出(格式） ，并将资料存入硬盘。3、B 系统完成存储任务后，必须向 A 系统发回一个回应信息，告诉 A 系统所需要的服务已经完成，待 A 系统收到信息后才算完成整个信息流程。DICOM 网络结构OSI 七层协议OSI 的 7 层从上到下分别是 7、应用层 6、表示层5、会话层
9、4、传输层3、网络层2、数据链路层1、物理层 其中高层，既 7、6、5、4 层定义了应用程序的功能，下面 3 层，既 3、2、1 层主要面向通过网络的端到端的数据流。 DICOM 网络结构（续）（1）应用层：与其他计算机进行通讯的一个应用，它是对应应用程序的通信服务的。例如，一个没有通信功能的字处理程序就不能执行通信的代码，从事字处理工作的程序员也不关心OSI 的第 7 层。但是，如果添加了一个传输文件的选项，那么字处理器的程序员就需要实现OSI 的第 7 层。示例：telnet，HTTP,FTP,WWW,NFS,SMTP 等。 （2）表示层：这一层的主要功能是定义数据格式及加密。例如，FTP
10、 允许你选择以二进制或 ASII 格式传输。如果选择二进制，那么发送方和接收方不改变文件的内容。如果选择ASII 格式，发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的 ASII 后发送数据。在接收方将标准的 ASII 转换成接收方计算机的字符集。示例：加密，ASII 等。 DICOM 网络结构（续）（3）会话层：他定义了如何开始、控制和结束一个会话，包括对多个双向小时的控制和管理，以便在只完成连续消息的一部分时可以通知应用，从而使表示层看到的数据是连续的，在某些情况下，如果表示层收到了所有的数据，则用数据代表表示层。示例：RPC，SQL 等。（4）传输层：这层的功能包括是否选择差错恢复协议还是无差
11、错恢复协议，及在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用，还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。 DICOM 网络结构（续）（5）网络层：这层对端到端的包传输进行定义，他定义了能够标识所有结点的逻辑地址，还定义了路由实现的方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质，网络层还定义了如何将一个包分解成更小的包的分段方法。示例：IP,IPX 等。 （6）数据链路层：他定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的歌种介质有关。示例：ATM，FDDI 等。 DICOM 网络结构（续）（7）物理层：OSI 的物理层规范是有关传输介质的特性标
12、准，这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。连接头、针、针的使用、电流、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。示例：Rj45，802.3 等。 OSI 分层的优点： （1）人们可以很容易的讨论和学习协议的规范细节。 （2）层间的标准接口方便了工程模块化。 （3）创建了一个更好的互连环境。 （4）降低了复杂度，使程序更容易修改，产品开发的速度更快。 （5）每层利用紧邻的下层服务，更容易记住个层的功能。 DICOM 网络结构（续）DICOM 的网络构成:1、DICOM 协议定义在上三层：（1）应用层（服务类）（2）表示层（格式）（3）会话层（通信
13、起始设置）2、DICOM 底层部分符合 TCP/IP 结构：DICOM 设备相当于网络上的一个节点。这种构成形式保证了与现有网络的绝对兼容，工作过程不会影响到其他网络设备，也不会被影响。三、PACS 系统实例以超声系统工作站为例，介绍 PACS 的工作过程包括：1、超声图像的采集；2、超声图像的存储与调阅；3、超声图像的输出；4、超声图文工作站与 PACS 系统的接口。超声图像的采集超声仪器的图像输出接口：视频输出口（AV 端子）图像信号由亮度信号（Y） 、色度信号（C）和包含图像信息的信号构成，多为视频信号。优点：连接简单方便缺点：Y、C 信号在同一信号线上传输，信号间会发生串色等干扰。超声
14、图像的采集（续）超声仪器的图像输出接口：S 端子（分离端子）：是一种 5 芯接口，由两路视频亮度信号、两路视频色度信号和一路公共屏蔽地线组成，避免了混合视频讯号输出时色度和亮度的相互干扰。优点：色度和亮度的串色干扰小缺点：信号由于分离（亮度信号和色度信号分离进行传输）-混合（亮度信号和色度信号混合进行显示）处理，会产生一定的失真。超声图像的采集（续）超声仪器的图像输出接口：RGB 接口（三原色端子）使用四根接口线分别连接 RGB 三原色和一个同步信号线，可以达到极高的图像质量。DICOM 接口输出全数字信号图像，包括原始信息存储，没有任何信息丢失，可以达到最高的图像质量。DICOM 接口1.D
15、ICOM 图像存档与传输超声图文工作站使用一个称为 Dicom 网关的软件部件来实现 DICOM 图像的接收，它使用特定的端口接收来自超声仪器的图像发送请求并接收存储超声仪发送过来的 DICOM 图像。2. 模拟图像存档与传输模拟图像，是指在超声图文工作站上，使用视频采集卡，通过直接连接超声仪器的图像输出端口使用视频采集卡的图像抓取功能捕捉到的静态或动态图像；由于超声仪器图像不同输出端口的模拟信号精度不同，所抓取的图像质量也有所不同。 3.模拟图像与 DICOM 图像的对比模拟图像的优点：(1) 是实时图像；而 DICOM 图像需要通过网络发送到工作站上，为非实时图像。(2) 使用计算机通用图
16、像格式存储（JPG，BMP） ，方便后处理和交流。(3) 录相时间长度只受到存储空间的限制，模拟图像录像时间不受限制；而 DICOM 的动态图像有帧数限制。(4) 模拟图像使用的存储空间较小。在超声图文工作站中接收并浏览图像（续） 模拟图像的缺点：(1) 模拟图像文件本身并不含有病人的相关信息；(2) 模拟图像的图像质量受到仪器图像输出端子类型的影响，图像质量低于 DICOM 图像。 (3) 由于超声仪器输出视频模拟信号的限制，模拟图像的分辨率较低；Dicom 图像的分辨率可以达到更高的分辨率。超声图像的存储和备份根据医院实际工作需要，理想的超声图像应该存储在超声信息系统控制服务器上，各个超声
17、图文工作站仅仅起到采集、编辑和查阅图像功能。考虑到存储图像的安全性，最好在服务器上对图像数据存储部分进行双硬盘同步备份存储。由于超声同时存在静态和动态图像存储，而动态图像又占有较大的存储空间。建议定期对存储的动态、静态图像文件进行备份数据迁移。超声图文工作站功能介绍超声图文工作站是一个基于数据库的应用程序，它集成了数据录入（登记）模块，报告书写，图像采集，科室行政管理等功能模块，以辅助超声科室实现日常工作的数字化和无纸化。超声图文工作站登陆界 超声图文工作站报告书写界面 超声报告模板方案 典型病例模板：是根据诊断疾病名称直接调出特定疾病超声描述术语的模板方式，特点是纯文字模板，使用简单，但是需
18、要超声诊断医师完成超声检查作出诊断后方可开始调用。向导式模板：由一系列的标准脏器模板组成，包括符合超声质控的描述文字、填空框和下拉选项框所组成，它采用向导的方式，让报告医生根据超声仪器所见的回声情况和检查步骤逐步填入模板内容，并可以根据所填或所选项调出相应诊断条目。特点是向导式使用，自动调出诊断内容，可极大地提高医师的工作效率。超声报告向导式模板界 超声报告书写界面 医院信息化的现状及存在的问题现状信息化建设发展快，系统开发（特别是适合国情的软件）形成了一定的产业规模。问题1、信息化建设的应用面较窄；2、标准化和规范化制约了医院信息化建设的发展；3、医院信息的利用率不够高；4、管理和业务流程不
19、够规范；5、技术人员奇缺。医院信息化建设的发展方向随着医学影像技术质控标准的不断完善，医院信息化也趋于成熟、严谨和规范。医院信息化今后的发展方向主要集中在：.规范的检查文字和图像记录 .节省成本、减少保存空间 .科研和教学工作.为病人提供复查对比资料和法律证据： 超声图文工作站的发展方向（1）操作简单化，模板智能化，能够极大程度上减轻超声医师的劳动强度，提高工作效率。（2）功能多样化，集成业务模块，行政管理模块，医学科研模块等。（3）实现多语言界面，能够提供并输出多语言报告。未来中国 PACS 标准的制定目标实现 PACS 的 DICOM 标准服务类。图像处理方法与标准。PACS 图像显示质量
20、标准。PACS/RIS 流程标准。PACS 存储实现标准。PACS 安全性标准。基于 IHE 的系统 PACS/HIS 整合标准。DICOM 3.0 中文版以及国际接轨。中国 PACS 的技术壁垒。名词解释PACS 系统医学影像存档与通讯系统（Picture Archiving and Communication Systems）HIS 系统医院信息系统 （ Hospital Information System, HIS ）RIS 系统放射信息管理系统 （ Radiology Information System, RIS ）LIS 系统实验室数据传输系统（ laborary informa
21、tion system，LIS）OCR 系统处方传输系统（Order Communication System, OCS）IHE医疗卫生系统集成规范（Integrating the Health Enterprise）HL7医疗信息交换标准（Health Level 7）第二章 数字医学图像处理医学图像的基本概念数字医学图像处理的基本方法第一节 绪 论一、基本概念1、图像图像是指应用各种观测系统以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可以直接或间接作用于人眼并产生视觉的实体表达形式。分为模拟和数字图像两种形式，现实世界中都是模拟图像。2、医学图像医学图像是指利用各种医学影像设备，通过物理方法，采集到人体组织的信号，并通过一定方法所形成的可视画面。包括静态图像和动态图像两种形式第一节 绪 论
