医学图像信息系统必修课

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1、医学图像信息系统,主讲人： 部 门：徐医附三院影像科,本章节课程教学大纲： 1、关于图像的基础知识 （1）图像的构成与显示 （了解） 第一课时 （2）图像的维度 （了解） （）医学图像设备及仪器 （掌握） （）图像处理的关键技术 （了解） 2、RIS的概述与流程 （1）RIS的概述 （了解） （2）RIS的流程 （了解 第二课时 3、图像存储与通讯系统概述 （1）PACS的概念 （熟悉） （2）PACS的发展概况 （了解） (3)PACS的设计原则 （了解） (4)PACS的类型 （熟悉）,4、PACS的体系框架 （1）图像的采集 （掌握） （2）图像的传输 （了解） 第三课时 （3）图像的显

2、示（处理） （了解） （4）医学专用显示器 （了解） （区别、分类、参数选择、维护） （5）图像的存储 （掌握） （6）PACS中心服务器的功能 （了解） 5、PACS的主要功能意义 （1）PACS的主要功能 （熟悉） 第四课时 （2）PACS子系统功能分述 （了解） 6、PACS的应用与效益 （熟悉） 7、PACS的管理与展望 （了解）,第一节 关于图像的基础知识 （1）图像的构成与显示 （了解） （2）图像的维度 （了解） （）医学图像设备及仪器 （掌握） （）图像处理的关键技术 （了解）,1.1 图像的构成与显示 图像的要素必须数字化才能够被计算机识别、储存和处理。 除了图像的表观大小外

3、， 图像可以用像素和色彩来描述。 任何一个物件都可以分解成组成它的各个部分。分解的深度或细致程度取决于我们所要研究的对象。 对于图像来说，所能分解的最小组分成为像素。我们使用的计算机显示屏可以看作是由宽X高的点矩阵，这矩阵内的每一点就是一个像素。我们平时说的计算机显示屏是800 X 600，1024 X 768，1960 X 1280，就是指相应的显示屏的宽度和高度所包含的像素。,对于同一物体，如果使用不同分辨率的成像设备，得到的图像的像素可以有很大的差别。所以像素的多少不但与成像物体大小有关，而且与成像技术设备有关。也可以说像素是图像空间分辨率的重要标志。 每一个像素的显示都可能表现为亮度和

4、色彩。而任何像素的亮度和色彩显示可以分解为三种基本色素的强弱组合。,在医学影像显示中常使用的伪彩概念很容易理解了，这是将黑白影像中的像素用彩色显示， 其原则是： 不同灰阶用不同的彩色显示。 相邻灰阶的像素用相邻的色彩。伪彩显示的黑白影橡可以帮助医生对疾病的诊断。,1.2图像的维度 所有图像都有维度。我们所在的空间是三维的，我们平常所说的平面图或立体图就是二维或三维图。二维图上的每个点有两个坐标，比如(x，刃，三维图上的每个点有三个坐标，比如(x, y, z)。类推，四维图上的每个点有四个坐标，比如(x, y, z, t)。二维和三维图可以在平面上很直观地画出来，四维以上的图就不能在平面上显示了

5、。,要注意的是，这里说的维度，可能是空间的维度，也可能是代表了别的物理量。比如医院里常常测量得到的心电图，就是以时间作为横轴，以心电压作为纵轴的二维图像，都与空间维度毫无关系。而CT扫描将身体组织的一个个截面的二维图拼成该组织的立体图，即三维图。其中的坐标就正好是空间维度。,在这个基础上，我们可以进一步来理解四维图了。设想一个身体组织在某时刻的立体图，间隔1秒钟后，它可能是另一个形态，或者另一个三维图。如果我们对这个组织有一系列的三维图，按时间顺序显示出来，这就是这个身体组织的四维图像。电影就是将一系列的用二维表述的三维图，以时间顺序放映出来，借助于人眼的视觉暂留，在观众头脑里形成的四维图像。

6、,1.3 医学图像设备和仪器 1895年X线发明，近100多年的历史证明，医学图像成像技术的进展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，则扩大了医学图像的应用范围。 计算机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的二维、三维分布，把能量的强弱转换为显示的明暗或色彩的不同，就产生了图像 。,下面介绍几种主要的医学图像： （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线的强度也不同性质，检测出相应的二

7、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X片图像的形成过程相比,X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，得到更多的可视化诊断信息。,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可由激光读出X线成像信息的成像板(imaging plate, IP)作为载体，经X线曝光并读出处理信息，形成数字式平片图像。,数字X线摄影(digital radiography, DR)是在X

8、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人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 radiograhy, DDR)和电荷藕合器件(charge coupled device,CCD)摄像机阵列方式等。,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，将造影剂注人前后的数字化X线图像进行相减操作，获得两帧图形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 ubtraction)

9、、能量减影(energy subtraction)、混合减影（hybrid subtraction)和数字体层摄影减影(digital tomography subtraction)等类型。,（2）CT图像。X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。 CT具有以下优点：能获得真正的断面

10、图像，具有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。,(3)磁共振图像。磁共振图像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，当中止脉冲后，氢原子在弛豫过程中发射出射频信号而成像。目前MRI成像技术的研究仍主要集中在如何提高成像速度方面，功能性MRI的出现扩大了磁共振影像的临床应用范围。磁共振血管造影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的可视化立体信息。磁共振波谱分析是研究的热门课题，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

11、的有价值的诊断信息。,（4）超声图像。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。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,M型、断层图像的B型和多普勒D型显示等。可能会给医学影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。放射性核素成像(NM)技术是通过将放射性示踪药物引人人体内，使带

12、有放射性核素的示踪原子进人要成像的组织，然后测量彭咱寸性核素在人体内的分布来成像的一种技本。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。,(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，送人计算机进行成像。红外图像用来诊断与温度有关的疾病。系统根据正常与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。,(7)内窥镜图像。内窥镜是一种直接插入人体的腔管内进行实时观察表面形态的光学诊断装置。光纤

13、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。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。,（8）显微图像。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、计算机技术和形态于刊氮学方法，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。,不同成像方法在一次检查中所获取的图像数量差别很大，MRI一组检查甚至可能获 得上千幅图像。不同成像方法获取的人体信息也不一样，如核医学

14、图像（NM），尽管只有 1.6万像素，但因其能获取生理学信息，常用于肾功能检查。,下表为常见医学图像的主要参数特征比较：,（4）医学图像处理的关键技术 根据以上医学图像成像原理及方法，医学成像设备可以分为以下几个主要部分： （1）传感器：也就是换能器，将一种能量的信号转换成另一种能量的信号的器件。通常最终是转换成电信号，以方便处理并输人计算机系统。如测量血压的压力传感器，测量离子浓度的离子传感器，X线传感器，超声传感器等。电极也可以看作传感器。传感器是医学成像设备的关键部件。,（2）信号预处理和采集系统： 信号预处理主要完成信号的放大、滤波、线性化以及信号的电气隔离等，将由传感器获得的信号调整

15、到适合信号采集系统的要求。信号采集就是将虚拟信号转换成能被计算机处理的数字信号。,（3）计算机系统：主要完成数字信号处理、数据管理和程序控制等工作。随着主机性能和模数转换精度的提高，很多在预处理阶段完成的工作可移到数字信号处理阶段完成，某些设备，如CT等，采用独立的信号处理设计，以进一步提高信号处理能力。,（4）人机交互系统：通常由键盘、鼠标、显示装置等组成，一般还带有网络接口，构成现代医学图像仪器的外在特征。显示装置可以显示简单的数值，也可以显示曲线甚至图像。一些医疗设备还具备记录装置和打印机等。,(5)能量发射系统：许多医疗图像设备需要向人体发射某种能量，如X线成像设备需要向人体发射X射线

16、，并接收透过人体而衰减后的射线能量进行成像。超声波设备需要向人体部位发射超声波，通过探测超声波在人体不同部位的传播形态分析人体该部位的组织情况。 (6)其他系统：如机械传动系统、定位系统、管路系统等辅助设备。,第二节 RIS的概述与功能 （1） RIS的概述 了解 （2） RIS的功能 了解,2.1 RIS的概述： 放射信息系统(radiology information system，RIS)是医院信息系统(HIS）中的一个重要组成部分。它主要负责处理文字信息，实现放射科内病人的预约、挂号，诊断报告的书写、审核、发布，工作量及疾病的统计，病人跟踪，胶片跟踪，诊断编码，科研全和管理等功能，并承担与HIS中病人信息的交换。,