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1、超大尺寸的医学图像浏览器开发超大尺寸的医学图像浏览器开发开题报告开题报告班级：计算机科学与技术 0313 班 姓名： 学号：一一课题的来源及意义课题的来源及意义随着信息时代的到来，数字化、标准化、网络化作业已经进入医学影像界, 并以奔腾之势迅猛发展, 计算机与医学影像相结合，产生了许多新的医疗技术，同时也将一些实用技术从计算机领域引入了医学领域，推动医学研究和应用的发展。伴随着一些全新的数字化影像技术陆续应用于临床, 如 CT（计算机断层扫描） 、MRI（核磁共振） 、DSA（数字减影血管造影） 、PET（正电子体层成像） 、CR（计算机放射摄影）等，医学影像存档与通讯系统（picture a
2、rchiving and communication systems , PACS） 和医学影像诊断报告系统应运而生并得到了快速发展, 使整个放射科发生着巨大变化。CAD（Computer Aided Diagnosis，计算机辅助诊断）能帮助医生检查医学图像中的病灶信息，提高了阅片质量和效率。计算机图像虚拟现实技术广泛的应用于手术培训、手术模拟仿真、临床诊断、远程干预、医学教学等各个环节。影像学科在临床医学中的地位和作用越来越高。医学图像浏览终端是现代医疗系统中重要的组成部分。图像浏览软件负责完成图像浏览的工作，包括基本的图像浏览功能与图像的后处理。可以根据用户的定义和精确设定使图像得到最佳
3、显示, 图像功能模块可以对图像进行裁剪、放缩、滤波、降噪、对比度调节、旋转、RGB 分通道处理，图像的垂直或水平翻转、加网格、负片处理、定量测量及文字等；图像可以转换为其他的图像格式，例如 JPEG，多帧 TIFF 等；同时软件还提供了相应的图像管理手段（例如，类似 Windows 资源管理器的管理方式） ，让用户能方便的对图像进行归档整理。近几年摄影成像技术迅猛发展，通过数字方式获取的图像的质量有了极大的提高，同时也伴随着图像尺寸的急剧增大。仅普通的家用数码相机拍摄的画面就能达到 38722592 的分辨率，其存储空间占用到了 10MB 以上，而高精度医学图像的尺寸还要超过这个数字。但是目前
4、主流的显示设备分辨率远远不能达到这种层次，一张图片不可能以原始的尺寸和分辨率显示在我们的终端设备上，更多时候用户浏览的是改变了分辨率的局部图片。所以针对超大尺寸图像开发其专用的浏览软件，提供更好的浏览效果和用户体验的工作是必要的。同时，大存储体积的图像给 PACS 的网络应用带来了一个问题。例如浏览终端请求存储在服务器端的一张 10MB 的图像，普通的方式是一次性将数据下载到终端然后由终端的浏览软件显示给用户。这种处理方式对带宽的消耗相当大，甚至可以说是不负责任的消耗通讯资源，同时也增加了用户的等待时间，消耗终端大量的内存资源（本人编写的 C# 多帧 TIFF 格式显示库的测试结果表明，一张存
5、储大小为 50MB 的非压缩的 14 帧 TIFF图像，维持该 TIFF 对象将消耗大约 60MB 的内存空间） 。为此我们有必要对这样的传输显示方式做出改进。在远程医疗的实际应用中，医生只对图像中很小一部分感兴趣，就是所谓的感兴趣区域。在对某器官、组织医学成像时，很难避开周围的组织和器官，一幅医学图像中既有医生需要观察和诊断的病灶区域(即 ROI)，也包含了对诊断没有价值但不可避开的背景区域，而且病灶区域通常只占一幅图像较小部分，而多数区域都是背景或仅供参考的信息。因此，在医学图像系统中设计图像的解析和显示方式时可以充分利用医学图像的这一重要特征。本课题的目的便在于构建应用于医学图像浏览终端
6、的超大尺寸医学图像浏览器，为二维的超大尺寸的医学图像提供良好的浏览功能和用户体验。课题要解决上述的一些问题，包括按照用户需求显示图像，图像的简单后处理，图像的存储和格式转换，局部图像浏览的优化，图像数据显示方式的改良（类似 Google Earth 的“渐进”式显示方式）等等，以满足医学图像浏览工作中的实际需求，为医生阅片和诊断提供良好的解决方案。二二国内外基本研究概况国内外基本研究概况ACR 和 NEMA 联合组成委员会，在参考了其他相关国际标准的基础上，推出了医学数字图像存储与通信标准，即 DICOM 标准。它从最初的 1.0版本到 1988 年推出的 2.0 版本，到 1993 年发布的
7、 DICOM 标准 3.0，发展为医学影像信息学领域的国际通用标准。DICOM 标准中涵盖了医学数字图像的采集、归档、通信、显示及查询等几乎所有信息交换的协议。国内外现有的多数的医学图像浏览系统都是针对 DICOM 标准的图像的解析和显示，例如开源的 ezDICOM medical viewer，基于 Java 的 DICOM 浏览器ImageJ，Linux 下的免费 DICOM 显示和分析软件 AMIDE，以及 Macintosh平台上的 Madena 等。现有的三维医学影像浏览软件能依照连续的二维切片图像，使用体绘制法、等值面法、立体切片法等算法，重建三维立体图像，同时提供从横断面、冠状面
8、和矢状面方向显示每张切片。医生用三维医学影像浏览软件打开病人的 CT 或 MRI 数据文件，不但可以用鼠标调整二维图像的对比度、显示任意角度的二维图像，还可以进行三维重建，可从各个角度去观察感兴趣的部位，如头部、手足、胸部和髋部等人体各个部位。目前流行的二维医学图像浏览器大多能完成以下功能：窗位/窗宽调节功能，用户自定义及精确设定窗宽窗位，使图像得到最佳显示；缩放功能，支持区域放大，中心点放大，放大倍数可调；旋转及翻转功能，方便用户从多方向观察图像；多幅显示功能，可以在一台或多台显示器上按用户自定义的图像显示数量显示多幅图像；标注功能，支持多种标注方式，通过这些标注可以大大提高医生的工作效率；
9、目标测量功能，用于图像目标的长度测量；滤镜功能，包括图像平滑、图像模糊、图像锐化和边缘检测等；图像处理功能，可对图像进行亮度和对比度的调整，以达到最佳观察效果，还可对图像进行伪彩和负片操作，支持多种格式的图像。主流的医学图像浏览器对图像的处理均为“流线型” ，数据按照读取，传输，解码，显示的流程运作，缺乏双方交互。这种处理方式没有充分利用医疗图像数据的特性。多帧式 TIFF 实际上属于比较老的标准，扫描、出版界传统上习惯用TIFF 格式，所以将多页 TIFF 作为电子文档的一种标准格式，国内部分省市先行制定的电子档案管理相关规定也曾要求用多页 TIFF 作为扫描电子文件的存储格式。但是多帧式
10、TIFF 专门于图像存储和显示的应用并不多见。能妥善处理多帧 TIFF 图像的现成软件十分少见，包括 Adobe Photoshop，Google Picasa 这样的主流应用也只是能显示多帧 TIFF 图像的第一帧图像。三三预期达到的目标预期达到的目标本系统预期达到的目标是运行在 32 位兼容 Windows 平台下的 MDI 式医学图像浏览器，能正确地对以多帧式 TIFF 格式存储的大尺寸医学图像进行存储、读取、解析和显示，并实现渐进式的数据传输和显示。四四使用的关键理论和技术使用的关键理论和技术TIFF（Tagged Image File Format，标记图像文件格式）由 Aldus
11、和 Microsoft 公司为扫描仪和台式计算机出版软件开发。虽然其历史较长，但现在仍是使用最广泛的行业标准位图文件格式。TIFF 位图可具有任何大小的尺寸和分辨率。在理论上它能够有无限位深。TIFF 格式能对灰度、J 健、CMYK 模式、索引颜色模式或 RGB 模式进行编码。它能被保存为压缩和非压缩的格式。压缩方法（LZW）是非损失性的（图像的数据没有减少，即信息在处理过程中不会损失） ，能够产生大约 2：1 的压缩比。 TIFF 格式现在的版本支持高分辨率颜色，它把一幅图像的不同部分分成数据块。其优点是支持 TIFF 格式的软件只需读取当前要显示在屏幕上的那部分图像，而没有在屏幕上显示的图
12、像部分等到需要时才装入内存。当处理一幅超大尺寸的高分辨率图像时，这一特性就非常重要。我们系统的处理对象是多帧 TIFF 图像。就存储效率而言，多页式 TIFF 文件并不节约存储空间，但多页式文件可以反映多幅图像的高度关联性。渐进传输（Progressive Transmission） ，就是通常所说的“渐现”特性。它先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量，让图像由朦胧到清晰显示，而不必像 JPEG 一样，由上到下慢慢显示。随着图像编码传输应用的扩大，要求单一码流提供多种质量图像的要求开始逐步增加。典型的情况就是在窄带信道传输较大尺寸的图像如果用普通的顺序扫描处理方式，接受端在看到
13、一幅完整的图像之前要等待很长的一段时间，如果最终发现得到的图像又不是所希望的图像，就白白的浪费了宝贵的时间，同时还占用了信道资源。如果有一种编码的码流能够为解码端最初只提供图像的大致内容，随着时间的增加，后续的传输逐渐改善重建图像的质量，接收端就会觉得比较适宜：当接收端发现显示的内容并不是其感兴趣的内容时，还可以立即终止编解码过程由此节约了传输信道。该系统运行在 Windows 平台。为提供良好的用户体验，图形用户界面的编写是必要的。Windows 平台上现有的 Application Framework 有MFC，.NET Framework 等，包括 Linux 下最流行的图形库 Qt 也
14、有了Windows 移植版本，以及 Borland 设计的 VCL 等其他 Application Framework 或者 GUI 库。MFC 是微软基础类，在当前的 Windows 桌面应用开发中使用得最为广泛。.NET Framework 的推出让 Windows 程序员能够更加轻松的开发强大而华丽的 Windows 桌面应用，但是 CLR 的存在限制了.NET 桌面开发的推广。Qt 虽然性能优越，功能强大，但 Windows 还没有成为它的舞台。考虑到系统的通用性和灵活性，方便部署，将使用MFC 进行程序的开发。先期的测试结果表明，Windows 现有的 API 不能正确地显示使用了压
15、缩算法（JPEG 压缩，LZW 压缩等）的多帧 TIFF 图像。这个结论是基于我自己使用 C#编写的基于.NET Framework 2.0 的多帧 TIFF 图像分帧显示程序，以及 Windows 图片和传真察看器的执行结果。可以推论 MFC 现成的类库也无法正确处理多帧 TIFF 图像，将使用开源的 CxImage 图像库来解决多帧 TIFF 图像的解析和显示问题。五五系统的组成和功能的设想系统的组成和功能的设想系统具有以下的功能（初步确认的需求）：1正确地读取，显示和存储多帧 TIFF 图像。2图形用户界面采用 MDI（多重文档界面）结构，大体上分为主视图区和文件列表栏。主视图中显示当前
16、活动的图像。文件列表栏以缩略图列表的形式列出所有已经打开的图像文件。通过点击列表项目可以实现活动图像的切换。3提供导航物件，包括缩放比例控件，移动方向控件。在图像浏览的过程中，可以对图像进行缩放，可以点击方向控件来移动图像的显示区。4在缩放图像的过程中，显示区应根据图像的缩放级别来为图像设置不同的分辨率级别（类似于 Google Earth 由粗到精分层显示的体验） 。在移动图像显示区域发生改变的时候，软件只针对用户可见的区域进行显示。5实现基本的图像处理功能，包括放缩，旋转等功能。对应于当前阶段设想的功能，系统由以下几个模块构成：1图像读取与解析模块功能：从文件中读取图像数据并解析为正确的格式。2图像显示模块功能：按照缩放比例确定图像显示的分辨率，确定显示的图像块，将这些信息反馈到图像读取与解析模块，等待数据并将接收到的数据显示到主视图。3图像处理模块功能：完成图像的放缩，旋转。4导航控制模块功能：用于确认用户输入的显示区域和显示比例并通知图像显示模块。5GUI 模块功能：显示用户操作界面，接收输入并分发消息。注：在
