数字医学图像的获取的论文Word格式文档下载.docx
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PACS系统的目标是实现影像管理的自动化和无胶片化，主要是解决医学影像的采集和数字化、图像的存储和管理、数字医学图像的告诉传输、图像的数字化处理和重现、图像信息与其他信息的集成五个方便的问题
（2）。
其中重点是图像采集处理！
因此可以看出数字医学图像的获取是进行看片诊断的不可或缺的第一步。
它的重要性体现它关系到后期图像的处理和呈现出的正常或病理状态。
数字医学图像的获取的速度的加快及其分辨率的提高对疾病的诊断至关重要。
医学图像的获取可以通过医疗器械终端进行直接捕获、视频帧的捕获和通过放射学信息系统（RadiologyInformationSystem,RIS）----医院信息系统（HospitalInformationSystem，HIS）接口传至PACS
正文：
一：
模拟图像和数字图像
医学图像按照存储方式可分为模拟图像和数字图像两大类。
模拟图像（又称光学图像）是指空间坐标和明暗程度都连续变化的、计算机无法直接处理的图像，它属于可见图像。
数字图像是指被计算机存储、处理和使用的图像，是一种空间坐标和灰度均不连续的、用离散数学表示的图像，它属于不可见图像。
胶片是这种图像记录和显示的唯一载体胶片是这种图像记录和显示的唯一载体，影像一旦产生,其图像质量就不能再进一步改善,不便于用计算机处理，也不便于图像的储存、传输，已不能适应现代医学发展的需要。
在对全膝关节增生照片时分别进行二位模拟图像成像和三维数字图像成像的结果对比时，发现三维数字图像具有更多优点：
如更精准。
但统计学上没有显示出特别大的优势，所以还需要继续研究。
因此需要把模拟图像转变为数字图像（这也包含在数字医学图像的获取中。
他们的相互转换的一个需要A/D转换器）。
其转变的过程为：
算机的图象是以数字的方式存储与工作的，它把图像按行与列分割成m×
n个网格，然后每个网格的图像表示为该网格的颜色平均值的一个像素，亦即用一个m×
n的像素矩阵来表达一幅图像，m与n称为图像的分辨率.显然分辨率越高,图像失真越小。
也是因为计算机中只能用有限长度的二进制位来表示颜色的缘故，每个像素点的颜色只能是所有可表达的颜色中的一种，这个过程称为图像颜色的离散化。
颜色数越多，用以表示颜色的位数越长，图像颜色就越逼真（3）。
二：
数字医学图像的获取技术
数字医学图像的获取的最基本的方式是直接从众多的医疗器械终端中采集。
这些医疗器械包括包括CT，核磁，超声，各种X光机，各种红外仪、显微仪等设备产生的图像通过各种接口[模拟，DICOM（DigitalImagingandCommunitioninMedicine），网络]以数字化的方式海量保存起来，当需要的时候在一定的授权下能够很快的调回使用，同时增加一些辅助诊断管理功能（4）。
现在简要介绍电子计算机X射线断层扫描技术、核磁成像技术、超声成像技术、视频捕获技术，单光子发射计算机断层成像术（Single-PhotonEmissionComputedTomography，SPECT）另外还简要介绍下获取到医学图像后是如何接入到PACS中的！
电子计算机X射线断层扫描技术：
CT种功能齐全的病情探测仪器。
它根据人体不同组织对X线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量，然后将测量所获取的数据输入电子计算机，电子计算机对数据进行处理后，就可摄下人体被检查部位的断面或立体的图像，发现体内任何部位的细小病变。
其原理是X射线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digital
converter）转为数字，输入计算机处理。
图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel）。
扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵（digital
matrix），数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。
经数字/模拟转换器（digital/analog
converter）把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即象素（pixel），并按矩阵排列，即构成CT图像（5）。
所以，CT图像是重建图像。
每个体素的X线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。
核磁成像技术：
利用人体组织中氢原子核（质子）在磁场中受到射频脉冲的激励而发生核磁共振生磁共振信号，经过电子计算机处理，重建出人体某一层面的图像的成像技术。
又称核磁共振成像技术简称为MRI（6）。
MRI在临床上主要用于以下部位：
①头部。
可清晰分辨脑灰质和白质，对多发性硬化等一类脱髓鞘病优于CT。
对脑外伤、脑出血、脑梗塞、脑肿瘤等同CT类似，但可显示CT为等密度的硬膜下血肿。
脑梗塞或脑肿瘤的早期，CT不能查出，而MRI有可能显示。
对钙化和脑膜瘤显示不好。
脑干及小脑病变的MRI图像由于没有伪影是首选检查方法（7）。
②脊柱。
不需要造影剂就能清晰区分脊髓、硬膜囊和硬膜外脂肪。
对肿瘤、脊髓空洞症、脱髓鞘病变等均有较高诊断价值。
显示骨折或脱位不如常规X射线或CT，但能观察脊髓损伤情况。
显示椎间盘较好，可以分辨纤维环和髓核，特别是矢状面图像可以同时显示多个椎间盘突出。
③四肢。
对骨质本身病变显示不如常规X射线或CT。
对软组织及肌肉病变包括肿瘤及炎症都能清晰显示，特别是对早期急性骨髓炎，是一种灵敏度很高的检查方法。
也是检查膝关节半月板病变的首选方法。
④盆腔。
对直肠及泌尿生殖系统优于CT，无辐射损害，特别适用于孕妇及胎儿检查。
⑤胸部。
对肺的检查不如常规X射线，对纵隔检查则优于CT，不用造影剂即可分辨纵隔血管和肿物，也是一项有价值的心血管检查技术。
⑥腹部。
主要用于肝、胰、脾、肾等实质脏器（8）。
超声成像技术：
超声（Ultrasound，简称US）医学是声学、医学、光学及电子学相结合的学科。
凡研究高于可听声频率的声学技术在医学领域中的应用即超声医学。
包括超声诊断学、超声治疗学和生物医学超声工程，所以超声医学具有医、理、工三结合的特点，涉及的内容广泛，在预防、诊断、治疗疾病中有很高的价值（9）。
基本原理：
波能够在听觉器官引起声音感觉的波动称为声波。
人类能够感觉的声波频率范围约在20-20000HZ。
频率超过20000HZ，人的感觉器官感觉不到的声波，叫做超声波（10）。
声波的基本物理性质如下1.的频率、周期和速度，声源振动产生声波，声波有纵波、横波和表面波三种形式。
而纵波是一种疏密波，就像一根弹簧上产生的波。
用于人体诊断的超声波是声源振动在弹性介质中产生的纵波。
2.抗声波在媒介中传播，其传播速度与媒质密度有关。
在密度较大介质中的声速比密度较小介质中的声速要快。
在弹性较大的介质中声速比弹性较小的介质中要快。
束射性:
超声波具有束射性。
这一点与一般声波不同，而与光的性质相似，即可集中向一个方向传播，有较强的方向性，由换能器发出的超声波呈窄束的圆柱形分布，故称超声束。
反射和折射:
当一束超声波入射到比自身波长大很多倍的两种介质的交界面上时，就会发生反射和折射。
反射遵循反射定律，折射遵循折射定律。
散射与衍射:
超声波在介质内传播过程中，如果所遇到的物体界面直径大于超声波的波长则发生反射，如果直径小于波长，超声波的传播方向将发生偏离，在绕过物体以后又以原来的方向传播，此时反射回波很少，这种现象叫衍射。
超声波的衰减:
超声波在介质中传播时，入射超声能量会随着传播距离的增加而逐渐减小，这种现象称作超声波的衰减（11）。
衰减有以下两个原因：
（1）超声波在介质中传播时，声能转变成热能，这叫吸收；
（2）介质对超声波的反射、散射使得入射超声波的能量向其他方向转移，而返回的超声波能量越来越小。
阵列声场延时叠加成像是超声成像中最传统，最简单的，也是目前实际当中应用最为广泛的成像方式。
在这种方式中，通过对阵列的各个单元引入不同的延时，而后合成为一聚焦波束，以实现对声场各点的成像（12）。
视频捕获技术：
原理是将每个输出通道的画面连接到显示器或拼接单元，利用多个规整的现实单元进行多画面显示或是利用多台投影仪，通过多投影画面的集合校正和颜色校正技术来生产大尺寸、高分辨率的无缝画面（13）。
其中包括基于Windows环境下的视频捕捉技术、基于VFW实现时视频捕获技术（14）和基于DirectShow的视频捕捉技术（15）。
摄像头的视频捕获能力是用户最为关心的功能之一，很多厂家都声称最大30帧/秒的视频捕获能力，但实际使用时并不能尽如人意。
目前数字摄像头的视频捕获都是通过软件来实现的，因而对电脑的要求非常高，即CPU的处理能力要足够的快，其次对画面要求的不同，捕获能力也不尽相同。
现在数字摄像头捕获画面的最大分辨率为640×
480，在这种分辨下没有任何数字摄像头能达到30帧/秒的捕获效果，因而画面会产生跳动现象。
比较现实的是在320×
240分辨率下依靠硬件与软件的结合有可能达到标准速率的捕获指标，所以对于完全的视频捕获速度，只是一种理论指标。
因而用户应该根据自己的切实需要，选择合适的产品以达到预期的效果。
帧数是每秒钟动画的运行的次数多了自然连贯一些动画一般24高清电影30。
单光子发射计算机断层成像技术：
基本本成像原理是为，γ照相机探头的每个灵敏点探测沿一条投影线（Ray）进来的γ光子，其测量值代表人体在该投影线上的放射性之和。
在同一条直线上的灵敏点可探测人体一个断层上的放射性药物，它们的输出称作该断层的一维投影（Projection）。
图中各条投影线都垂直于探测器并互相平行，故称之为平行束，探测器的法线与X轴的交角θ称为观测角（View）（16）。
γ照相机是二维探测器，安装了平行孔准直器后，可以同时获取多个断层的平行束投影，这就是平片。
平片表现不出投影线上各点的前后关系。
要想知道人体在纵深方向上的结构，就需要从不同角度进行观测。
可以证明，知道了某个断层在所有观测角的一维投影，就能计算出该断层的图像。
从投影求解断层图像的过程称作重建（Reconstruction）。
这种断层成像术离不开计算机，所以称作计算机断层成像术（ComputeredTomography，CT）。
CT设备的主要功能是获取投影数据和重建断层图像。
所有仪器在捕获到图片后是如何接入到PACS中的呢？
要实现PACs，首先要实现图像的数字化。
由于较早使用的影像设备，其输出的信号有模拟和数字之分，且无标准的DICOm．0接口。
而各厂家影像的数字格式和压缩方式不同，不能直接采集数字信号与PACS连接。
目前的cr、心、DSA、CR、DR以及一些超声成像等已是数字成像，通过采集接口模块或设备就可将数字化图像信息从主机中取出，并构成数据文件到存储设备中去，供显示或传输（17）。
而大量x射线成像系统仍处于非数字化图像阶段，通常需购置数字化仪将它们数字化，无论是直接采集的非标准数字信号，还是通过模数转换后的数字信号，以及通过胶片扫描转换后的数字信号，都需按DI—com．0标准的要求转换标准格式，PACS才能接收。
先举一例来说明:
仪超生仪器为例，前提条件是：
超声仪器为数值化超声仪。
其图像支持国际医学图像标准如DICOM或其他标准。
开发支持对应格式的图像存储、显示灯软件。
这种法师实现起来比较简单，他是超生图像采集的最终方式，只是超声仪通过网络和图像存储设备连接即可；
但他要求超声仪器基本配置支持DICOM或其他标准。
同样，CT、MRI、DSA、CR及ECT灯设备如果满足上述条件，数字化图像信息也可以直接采集并输入PACS（18）。
三：
数字医学图像获取的发展历史
随着现代医学的发展，医疗机构的诊疗工作越来越多依赖医学影像的检查（X线、CT、MR、超声、窥镜、血管造影等）。
传统的医学影像管理方法（胶片、图片、资料）诸此大量日积月累、年复一年存储保管，堆积如山，给查找和调阅带来诸多困难，丢失影片和资料时有发生。
已无法适应现代医院中对如此大量和大范围医学影像的管理要求。
采用数字化影像管理方法来解决这些问题已经得到公认。
随着计算机和通讯技术发展，为数字化影像和传输奠定基础。
目前国内众多医院已完成医院信息化管理，其影像设备逐渐更新为数字化，已具备了联网和实施影像信息系统的基本条件，实现彻底无胶片放射科和数字化医院，已经成为现代化医疗不可阻挡的潮流。
数字医学图像的获取和其获取技术的发展是息息相关的。
从通过X线获得模拟图像X线片到通过MR获得MRI并实现实施成像显示层面影像，甚至3D、4D等后处理影像及MR透视，都昭示着数字医学图像的获取的途径的拓广及技术的精良。
医学影像学起源于1895年德国物理学家威廉·
康拉德-伦琴（WimehKonradRontgen）在实验室内的伟大发现一x线。
通过x线，人类第一次透过皮肤看到了体内骨骼。
随着x一线的发现、放射线照相术（radiography）的建立以及影像学设备的研发，临床医师拥有了在活体上观察组织器官的技术平台。
临床诊断产生了革命性的变化，促进了基础医学和临床医学的发展。
但是，由于人体内有些器官对X线的吸收差别极小，因此X射线对那些前后重叠的组织的病变就难以发现。
于是，美国与英国的科学家开始了寻找一种新的东西来弥补用X线技术检查人体病变的不足。
1963年，美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同，在研究中还得出了一些有关的计算公式，这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础。
1967年，英国电子工程师亨斯菲尔德（Hounsfield）在并不知道科马克研究成果的情况下，也开始了研制一种新技术的工作。
首先研究了模式的识别，然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置，即后来的CT，用于对人的头部进行实验性扫描测量。
后来，他又用这种装置去测量全身，获得了同样的效果。
1971年9月，亨斯菲尔德又与一位神经放射学家合作，在伦敦郊外一家医院安装了他设计制造的这种装置，开始了头部检查。
10月4日，医院用它检查了第一个病人。
患者在完全清醒的情况下朝天仰卧，X线管装在患者的上方，绕检查部位转动，同时在患者下方装一计数器，使人体各部位对X线吸收的多少反映在计数器上，再经过电子计算机的处理，使人体各部位的图像从荧屏上显示出来。
这次试验非常成功。
1972年4月，亨斯菲尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果，正式宣告了CT的诞生。
这一消息引起科技界的极大震动，CT的研制成功被誉为自伦琴发现X射线以后，放射诊断学上最重要的成就。
因此，亨斯菲尔德和科马克共同获取1979年诺贝尔生理学或医学奖。
而今，CT已广泛运用于医疗诊断上。
1978年底，第一套磁共振系统在位于德国埃尔兰根的西门子研究基地的一个小木屋中诞生。
1979年底，当系统终于可以工作时，它的第一件"
作品"
是辣椒的图像。
第一张人脑影像于1980年3月获得，当时的数据采集时间为8分钟。
1983年，西门子在德国汉诺威医学院成功安装了第一台临床磁共振成像设备。
借助这台油冷式、场强0.2特斯拉的磁共振设备，HeinzHundeshagen教授和他的同事为800多位患者进行了成像诊断（10）。
当时，完成一次检查需要一个半小时。
同年，首台超导磁体在美国圣路易斯的Mallinckrodt学院成功安装。
超导磁体技术的问世，在加快图像生成速度、简化安装的同时，极大地提高了图像质量。
然而，第一台超导磁体重达8吨、长达2.55米。
交付时，随同磁体还有12个装满了电子器件的机柜，用于对系统进行控制和将采集的数据重建为图像。
今天，场强1.5特斯拉的西门子MagnetomSonata或者MagnetomSymphony磁共振系统只有3个计算机柜，占地面积仅为30平米。
1993年MagnetomOpen产品的问世，标志着西门子成为全球第一个能够生产开放式磁共振成像系统的制造商，使患有幽闭症的患者同样可以受益于磁共振技术。
1999年，西门子推出可自动进床的MagnetomHarmony和Symphony系统，为磁共振技术带来新的突破。
从此，对大型人体器官/部位（例如脊椎）进行全面检查时再也无需对病人进行重新定位。
今天，在功能性磁共振成像（fMRI）技术的帮助下，BOLD（血氧依赖水平）效应可用于获取人脑不同区域的组织结构和功能信息，这使神经科医生、心理医生和神经外科医生可深入了解脑部功能甚至代谢过程。
另外，由于磁共振图像能够显示人脑的健康组织在多大程度上取代了退化脑组织的功能，因此使中风患者获得新的康复疗法（11）。
针对超高场强磁共振应用，西门子推出了两款场强3特斯拉的扫描设备——可对病人进行从头到脚全身检查的MagnetomTrio系统和专用于人脑检查的MagnetomAllegra系统\。
这进一步增强了磁共振成像技术的优势，尤其是在外科手术成像领域。
举例来说，在手术过程中，磁共振成像能够对脑部肿瘤进行精确描绘。
这样，在手术过程中医生就能将肿瘤完全切除。
在心脏病诊疗应用中，磁共振成像技术开辟了新的途径——利用所谓的自动门控心血管磁共振（CMR）技术，从图像数据中提取周期性信号以取代心电图信号使图像数据与心脏运动实现同步，此时同样无需在病人身体上布设电缆和电极。
20世纪50年代建立，70年代广泛发展应用的超声诊断技术，总的发展趋势是从静态向动态图像（快速成像）发展，从黑白向彩色图像过渡，从二维图像向三维图像迈进，从反射法向透射法探索，以求得到专一性、特异性的超声信号，达到定量化、特异性诊断的目的\。
20世纪70年代末80年代初，超声、放射性核素、MR-CT和数字影像设备与技术逐步兴起。
20世纪80年代推出了数字减影血管造影（DSA）和计算机X线摄影（CR）成像设备和技术，气候有推出数字X线设备（DR）。
20世纪90年代推出更新、更强的核医学影像设备ECT，包括PET、SPECT等设备。
21世纪现代医学影像技术将获得更快的发展。
近三十年来，医学超声诊断技术发生了一次又一次革命性的飞跃，80年代介入性超声逐渐普及，体腔探头和术中探头的应用扩大了诊断范围，也提高了诊断水平，90年代的血管内超声、三维成像、新型声学造影剂的应用使超声诊断又上了一个新台阶。
其发展速度令人惊叹，目前已成为临床多种疾病诊断的首选方法，并成为一种非常重要的多种参数的系列诊断技术。
国内外很多研究人员从事这超声的研究，使得超声成像技术从不成熟发展到成熟的数字医学图像获取技术，即数字声束形成技术；
从低帧率成像扩展到高帧率成像；
从二维成像扩展到三维成像；
从线性技术发展到非线性技术；
以适应临床不同的需求。
四：
国内现状
现如今在中国数字医学图像的获取大多是从X线摄片、CT、磁共振，超声成像。
其中X线摄片、CT、磁共振成像可称为三驾马车，三者有机地结合，使当前影像学检查既扩大了检查范围，又提高了诊断水平。
X线、CT、MRI、超声成像等目前的使用已经在数字医学成像获取的发展历史中说过的。
当然随着工艺水平、计算机技术的发展，CT得到了飞速的发展\。
目前的多排螺旋CT投入实用的机型已经发展到了320排，同时各个厂家也在研究更先进的平板CT。
现在CT与PET相结合的产物PET/CT在临床上得到普遍运用，特别是在肿瘤的诊断上更是具有很高的应用价值。
磁共振成像技术的持续发展开辟了新的应用领域\。
例如，人体肠内"
虚拟内窥镜"
甚至能够对很小的息肉进行检测。
及时除去这些息肉能够大大降低肠癌发生的几率。
磁共振成像的另一个应用领域就是特殊肿瘤的诊断，例如：
用于早期胸部肿瘤X射线透视的磁共振导向活组织检查和用于前列腺病变检查的肿瘤分期观察。
现行医疗设备的70％。
80％以上是90年代以前购置的，由国内外多个厂家生产，具有多种接口，其接口大多是由视频接口、复合视频接口的和数字化的非DIc0M接口构成（19）。
这样一大批巨大资产的陈旧设备除极少数需更换外，国家也不可能拿出那么多的资金予以全部更新换代。
所以这一部分设备如何进行电子化、智能化的改造和升级，以拓展升级设备功能，延长其使用寿命，是当前最现实的大问题；
②医院管理大多是在“三甲”评审导向下，结合各类医院的实际实行各种管理模式，PACS如何适应医院管理程序与影像学科室的工作流程，满足多层次、多种用户的需求也是问题之一；
④如何使各医院信息科的工程技术力量和全院医生的计算机知识水平与PAcs系统的高技术相适应。
⑤更重要的是价格与性能比如何适应各类、各层次用户医院的承受能力等。
除上述第4条件，其余的问题均是国外公司难以解决的。
所以，建成适合中国国情的PACs系统，是我国网络、影像、管理专家义不容辞、刻不容缓的职责与义务。
五：
国外现状
美国、德国等发达国家在数字医学图像的获取发面都是跑在领先的地位。
通过在医学设备上花上大量的人力、物力及财力，各种字影像设备、X线计算机体层成像设备、磁共振成像设备、超声成像设备、核医学成像设备等都能获得目前满意的图像。
然后其它不够资金的医院、研究所或者某些国家还没有随随便便得就能买好设备的就可以选择翻新的医学设备。
在过去的几年中诊断图像设备的使用量呈上升趋势，由此导致全球对医用图像设备需求的上升，欧洲的情况也一样。
虽然有些成像设备在欧洲的某些国家中开始有饱和迹象，但还是有一些国家面临高质量成像设备短缺的状况。
这些国家由于正面临财政上的困难，所以延缓了他们在新的医学成像设备方面的投资。
在此情况，翻新设备就成了一个被接受的解决办法，因为翻新设备的价格比新设备低，又能和新设备一样可以得到同样的保修证书（20）。
翻新的设备是二手设备，它由各种各样的经纪人、翻新厂商或由原生产商自己进行翻新，使其达到原有技术指标。
一些部件用新的取代，从而使机器达到该品牌机原先的技术指标。
和制造新设备一样，翻新过程也包括质检检测其是否达到原标准。
设备达到原标准后就投人市场，但需明确地标明它是翻新的产品。
用新产品的价格取决于它的外貌，有时也看它最初的出厂时间。
这些产品的主要顾客是私营医疗机构，因为私营医院一般没有足够的钱买新设备。
虽然翻新设备恢复到了原有的技术指标，还有一年的保修证书，但让医院接受还是有相当难度的。
标明是“二手货”就会使顾客想到，这些设备是旧的，它们的质量情况还是能满足要求的。
三家主要的原生产商GE、飞利浦和西门子在市场上有他们自己的翻新设备品牌。
六：
展望
随着现代医学的发展，医疗机构的诊疗工作越来越多依赖医学影像的检查（X线、CT、MR、超声、窥镜、血管造影等）。
传统的医学影像管理方法（胶片、图片、资料）诸此大量日积月累、年复一年存储保管，堆积如山，给查找和调阅带来诸多困难，丢失影片和
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