医学影像存储与传输系统-南京中医药大学试验教学网

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1、实用医学信息学 第八章 医学影像存储与传输系统 南京中医药大学 施 诚 知识点介绍 图像存档与通信系统，Picture Archiving and Communication System，简称PACS。本节将 介绍 PACS概念。 随着医学图像技术的发展和PACS的出现，需要 在同一终端上显示不同设备的图像，建立统 一的图像显示和传输标准，即DICOM标准。 本节还将介绍 PACS的关键技术及PACS系统 结构与功能。 8.1 PACS概念 8.1.1 PACS的定义 8.1.2 与PACS相关的医学图像知识 8.1.3 PACS的作用 8.1.4 PACS发展历史 8.1.1 PACS的定

2、义p138 PACS是为医学图像的存储、传输、检索、显 示、打印而设计的信息管理系统。其目的是 为了有效的管理和利用医学图像资源。 图像存档与通信系统，Picture Archiving and Communication System，简称PACS。 PACS英文含义及中文定义？ 8.1.2 与PACS相关的医学图像知识 v总结医学诊断的发展历程，只有获得了精确反映病 人状态的信息，才有可能做出正确的诊断；有了正 确的诊断，才能制定正确的治疗方案，客观的评价 治疗结果。 v人体的信息可以用数值、曲线、图像等多种形式表 示，但在大多数场合，图像所包含的信息量远远超 过数值和曲线，所以，图像的应

3、用越来越广泛。 v医学图像成像和处理是专门的研究领域，内容丰富 ，这一节仅简述与PACS相关的医学图像知识，以 帮助读者阅读理解本章内容。 医学图像成像 v从显微镜到1895年的X线的发明，近100多年的历史证明，医学图 像成像技术的每一重大进展都给医学诊断和治疗技术带来极大的 改变和发展，医学图像的成像方式也不断增加，而计算机技术和 数字图像处理技术的迅速发展和普及，则进一步扩大了医学图像 的应用范围。 v经由计算机的医学图像成像有多种方法，但它们之间的相似之处 是先用某种能量通过人体，与人体相互作用后对该能量进行测量 ，然后用数学的方法估计出该能量与人体组织相互作用（吸收、 衰减、核磁扰动

4、等）的二维、三维分布，并产生图像。 v由于人体生命现象特殊的复杂性和多样性，医学图像涉及从分子 到人体（微观到宏观），从结构到功能，从静态到动态等多个领 域和方式，目前的各种医学成像设备只能反映人体某一方面的信 息，且对人体内大到组织、小到分子原子各有不同的灵敏度和分 辨率，因而有着各自的适用范围和局限性。下面介绍几种主要的 医学图像。 光光 的的 发发 现现 者者 伦伦 琴琴 X线图像及成像设备 (1)X线图像：利用人体器官和组织对X线的衰减不同 ，透射的X线的强度也不同这一性质，检测出相应 的二维能量分布，并进行可视化转换，从而可获取 人体内部结构的图像。 与常规胶片图像的形成过程相比，X

5、线数字成像系统 形成数字图像所需的X线剂量较少，能用较低的X线 剂量得到清晰图像。可利用计算机图像处理技术对 图像进行一系列处理，从而改善图像的清晰度和对 比度等性能，挖掘更多的可视化诊断信息。 v计算机X线摄影（computed radiography，CR)是X线平片数字化的 比较成熟的技术。CR系统是使用可记录并由激光读出X线成像信 息的成像板（imaging plate ，IP）作为载体，经X线曝光及信息 读出处理，形成数字式平片图像。 v数字X线摄影(digital radiography，DR）是在X线影像增强器电 视系统的基础上，采用模/数转换器将模拟视频信号转换成数字 信号后送

6、入计算机系统中进行存储、分析、显示的技术。数字X 线摄影包括硒鼓方式、直接数字X线摄影（direct digital radiography，DDR）和电荷藕合器件（charge coupled device， CCD）摄像机阵列方式等。 v数字减影血管造影（Digital Subtraction Angiography，DSA）是利 用数字图像处理技术中的图像几何运算功能，将造影剂注入前后 的数字化X线图像进行相减操作，获得两帧图像的差异部分 被造影剂充盈的血管图像。目前DAS有时间减影（temporal subtraction）、能量减影（energy subtraction）、混合减影（

7、 hybrid Subtraction）和数字体层摄影减影（digital tomography subtraction）等类型。 (2)X线CT图像 vX线CT（Computerized Tomography，CT）是以测定 X射线在人体内的衰减系数为物理基础，采用投影图 像重建的数学原理，经过计算机高速运算，求解出 衰减系数数值在人体某断面上的二维分布矩阵，然 后应用图像处理与显示技术将该二维分布矩阵转变 为真实图像的灰度分布，从而实现建立断层图像的 现代医学成像技术。概括地说，X线CT图像的本质 是衰减系数成像。 v与传统的X线检查手段相比，CT具有以下优点：能 获得真正的断面图像，具有

8、非常高的密度分辨率， 可准确测量各组织的X线吸收衰减值，并通过各种计 算进行定量分析。1 影影 像像 成成 像像 图图 螺旋CT v 螺旋CT机是目前世界上最先进的CT设备之一，其 扫描速度快，分辨率高，图像质量优。用快速螺旋 扫描能在15秒左右检查完一个部位，能发现小于几 毫米的病变，如小肝癌、垂体微腺瘤及小动脉瘤等 。其功能全面，能进行全身各部检查，可行多种三 维成像，如多层面重建、CT血管造影、器官表面重 建及仿真肠道、气管、血管内窥镜检查。可进行实 时透镜下的CT导引穿刺活检，使用快捷、方便、准 确。 通过网络信息，了解什么是螺旋CT，它有那些特点？ 医医 学学 影影 像像 成成 像像

9、 操操 作作 (3)磁共振MRI图像 v磁共振图像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）系统 通过对处在静磁场中的人体施加某种特定频率的射频脉 冲，使人体组织中的氢原子受到激励而发生磁共振现象 ，当中止RF脉冲后，氢原子在驰豫过程中发射出射频信 号而成像的。目前MRI成像技术的进一步研究仍主要集 中在如何提高成像速度方面。另外， 功能性MRI的出现 进一步扩大了磁共振影像的临床应用范围。磁共振血管 造影(Magnetic Resonance Angiography，MRA)的研究也 取得了重要进展，利用MRA可以发现血管的疾病，与 三维显示技术相结合能够为诊断提供更多

10、的可视化立体 信息。磁共振波谱分析(Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS)亦是MRI技术研究的热门课题，借 助MRS技术，有可能在获得病人解剖结构信息的同时又 得到功能信息，将MRS与MRI进行图像融合,能够获得 更多的有价值的诊断信息。 (4)超声US图像 v频率高于20000赫兹的声波称为超声波。超声成像 (Ultrasound System,US)就是利用超声波在人体内部 传播时组织密度不连续性形成的回波进行成像的技 术。 v依据波束扫描方式和显示技术的不同，超声图像可 分为：A型显示、M型显示、断层图像的B型显示和 多普勒D型显示等。 v可能会给医学影

11、像领域带来巨大影响的新的超声成 像技术研究，是三维超声成像。三维超声影像具有 图像立体感强、可以进行B超图像中无法完成的三 维定量测量、能够缩短医生诊断所需的时间等特点 ，是一种极具发展前景的超声成像技术。 (5)放射性核素图像 v放射性核素成像技术是通过将放射性示踪药物引入人体 内，使带有放射性核的示踪原子进入要成像的组织，然 后测量放射性核素在人体内的分布来成像的一种技术。 放射性核素成像技术能够反映人体内的生理生化过程， 能够反映器官和组织的功能状态，可显示动态图像，是 一种基本无损伤的诊断方法。 v按照放射性核素种类的不同，放射性核素图像可以分为 单光子发射成像(Single Phot

12、on Emission Tomography， SPECT)和正电子发射成像(Positron Emission Tomography，PET)。 因为SPECT和PET都是对从病人 体内发射的射线成像，所以统称为ECT。 (6)医用红外图像 人体是天然热辐射源，利用红外线探测器检测人体 热源深度及热辐射值，并将其转变为电信号，送 入计算机进行成像。红外图像用来诊断与温度有 关的疾病。 系统根据正常异常组织区域的热辐射差，得出细胞 新陈代谢相对强度分布图，即功能影像图，用于 对浅表部位肿瘤、乳腺癌及皮肤伤痛等疾病的诊 断。 红外乳腺诊断仪1 2 (7)内窥镜图像 v内窥镜是一种直接插入人体的腔

13、管内进行实 时观察表面形态的光学诊断装置。光纤内窥 镜使用的纤维束有两种，一种是传递光源以 照明视场的导光束；另一种是回传图像的传 像束。 v电子内窥镜的发明为内窥镜影像的临床应用 提供了一种新的技术，具有轮廓清晰、可以 定量测量等特点，三维立体内窥镜系统还可 产生逼真的立体图像。 普通三维内窥镜成像原理 在电子镜的物镜后内置两个晶片，以秒的 时序交替发送三维图像到液晶显示屏上，操作者带上偏光眼镜 ，就可以看到真实的三维图像。 普通三维内窥镜是由柱状接力透镜内置在镜身当中，由于 摄像系统尺寸大，无法内置镜身里，只能装在镜子后端 。镜身内还需要带有导光束，镜子外径还要尽量做细，这样势 必导致图像

14、外径尺寸质量缺损。同时由于光学结构限制，左右 镜片的光轴无法调校，无法调整光学平衡，这样的三维图像使 操作者极易产生疲劳和眩晕。 日本新兴光器制作所最新研制的三维内窥镜，内置 于左右两个超小物镜后，光学信号由直接捕捉没有任何缺 损，并且左右镜片光轴可调，彻底解决传统三维内窥镜的缺点 ，镜身更细，图像更清晰稳定。即使长时间 的外科手术，医生 也不会产生疲劳感。 在微创手术中一直使用二维图像内窥镜，医生们迫切需要 图像自然、逼真的三维内窥镜，一些厂家曾尝试生产三维图像 内窥镜，但是医生在操作过程中都会产生视觉疲劳和眩晕感。 新兴光器制作所最新研制的三维立体内窥镜，是世界上第 一台镜身前端内置双的三

15、维立体内窥镜，最细内窥镜外 径mm，可使用mm的套管，图像清晰、自然、逼真， 医生在操作过程中不会产生任何不适感。 (8)显微图像 v显微图像一般是指利用显微镜光学系统获得 的关于细胞、组织切片的二维影像。目前处 理和分析显微图像的主要工具是图像分析仪 ，它应用数字图像处理技术、计算机技术和 形态计量学方法，实现对细胞、组织的定量 分析，并可进行三维重组和动态显示。 2、数字图像精度 数字图像是用许多各种明暗度的小点构成阵列矩阵，以显 示图像。小点称为像素，其明暗强度则称为该点的灰度 。灰度是将被测参量强度的模拟量转变为数字量，如X 光的透过人体后的强度。这个模拟量从0（全部吸收） 到最大值（

16、最高的X光强度）被分成许多相等的间隔。 间隔的数目越多，不同X光强度的细节在图像中保存的就 越多，若以8位二进制表示，就有256级，转化到图像显 示上，可以理解为就是图像中每一点的亮度值，也称为 灰度级L。 灰度级有一个范围，称为灰度范围Lmin,Lmax，在实际 应用中，可以把灰度范围映射到区间(0，L）上，其中0 认为是黑，L认为是白，0到L之间是由黑到白的灰度浓 淡级。由此可见，数字图像就是在空间上和亮度上都数 字化了的图像。 空间分辨力是指矩阵象素的数目（NxN，N是矩阵中行、列象 素的数目），灰度分辨力是指灰度变化范围，即Lmax。一 幅数字图像的容量以其在计算机存储的字节数表示，1个字 节(byte)是8位二进制(bite)，可表示0255个数。一幅灰度分 辨力8位（二进制1个字节，256个灰度级），空间分辨力为 512象素X512象素的图像，约需0.25M字节的存储容量。 医学成像系统产生的数字图像精度，受成像方法的技术限制 ，X线图像精度较高，通常在1024X1024X10bit以上，而CT