DICOM标准及医学影像设备.docx

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DICOM标准及医学影像设备

DICOM标准

1.定义

DICOM（DigitalImagingandCommunicationsinMedicine）即医学数字成像和通信，是医学图像和相关信息的国际标准（ISO12052）。

它定义了质量能满足临床需要的可用于数据交换的医学图像格式。

2.历史

在1970年代，随着以CT为代表的数字成像诊断设备在临床得到广泛应用，美国放射学院（ACR）和国家电气制造协会（NEMA）在1983年成立了一个联合委员会，以制定相应规范。

ACR-NEMA联合委员会于1985年发布了最初的1.0版本（ACR-NEMAStandardsPublicationsNo.300-1985），又分别于1986年10月和和1988年1月发布了校订No.1和校订No.2。

1988年该委员会推出2.0版本（ACR-NEMAStandardsPublicationsNO.300-1988），到1993年发布的DICOM标准3.0，已发展成为医学影像信息学领域的国际通用标准。

3.目的

（1）推动不同制造商的设备间数字图像信息通信标准的建立。

（2）促进和扩展图片归档及通讯系统（PACS），使它可以与其它医院信息系统进行交互。

（3）允许广泛分布于不同地理位置的诊断设备创建统一的诊断信息数据库。

4.意义

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;以开放互联的架构和面向对象的方法定义了一套包含各种类型的医学诊断图像及其相关的分析、报告等信息的对象集;定义了用于信息传递、交换的服务类与命令集，以及消息的标准响应;详述了唯一标识各类信息对象的技术;提供了应用于网络环境（OSI或TCP/IP）的服务支持;结构化地定义了制造厂商的兼容性声明。

DICOM标准的推出与实现，大大简化了医学影像信息交换的实现，推动了远程放射学系统、图像管理与通信系统（PACS）的研究与发展，并且由于DICOM的开放性与互联性，使得与其它医学应用系统（HIS、RIS等）的集成成为可能。

5.DICOM数据结构和文件格式

DICOM定义了数据集（DataSet）来保存信息对象定义（IOD），数据集又由多个数据元素（DataElement）组成。

每个数据元素描述一条信息，它由对应的标记（8位16进制数，如（0008，0016），前4位是组号（GroupNumber），后十位是元素号（ElementNumber）唯一确定DICOM数据元素分为两种，即:

标准（Standard）数据元素，组号为偶数，含义在标准中已定义。

私有（Private）数据元素，组号为奇数，其描述信息的内容由用户定义。

6.特点

（1）它对于一个网络环境是可用的。

前几个版本只在点对点的环境中可用;对于在网络环境中的操作，需要一个网络接口单元（NIU）。

DICOM版本3.0支持在网络环境中使用标准的网络协议的操作，如OSI和TCP/IP。

（2）它详细说明了声称与标准兼容的设备如何对命令做出应答和数据如何被交换。

前面几个版本在传输数据上受到限制，但DICOM3.0通过服务类别的概念，指定了命令和相关数据的语义。

（3）它详述了兼容性的等级。

前面的版本指定了兼容性等级的最小集合。

DICOM3.0清楚地描述了一个实现者必须如何构造一个与所选的特殊选项兼容的声明。

（4）它按照多部分的文档结构来组织。

通过简化新特性的增加，这种结构使标准在迅速发展的环境中的演变更为容易。

ISO指示--定义如何去构造多部分文档--已经加入到DICOM标准的构造中。

（5）它提出了明确的信息对象，并不只是针对图象和图形，还有研究、报告等。

（6）它为唯一地识别任何信息对象指定了一个确定的技术。

这促进了在网络上运作的信息对象之间的关系的明确定义。

一、X线

1）原理

X线是一种电磁波，具有一定的波长和频率，具有波粒二重性，X线成像利用了它与物质相互作用时发生能量转换，突出了微粒性。

2）分类

X线检查可以分为普通X线检查、造影检查、数字X线检查三个方面。

3）普通X线检查

1．透视

定义：

利用X线的荧光作用，将被检病人位于荧光屏（或影像增强器）和X线管之间，X线穿过人体之后在荧光屏上形成影像。

特点：

经济、省时、动态观察。

但影像细节显示不够清晰，不利于防护。

2.普通X线摄影

定义：

将人体放在X线管和屏-片组合之间，X线穿过人体之后在胶片上形成潜影，胶片再经冲洗得到照片影像。

所得到的照片称平片。

是最常用的X线检查方法。

优点：

1.照片影像空间分辨力较高，图像清晰。

2.对于厚度较大的部位以及厚度和密度差异较小的部位病变容易显示。

3.照片作为永久记录，可长期保存，利于复查对比观察和会诊。

4.病人接受的X线剂量较少，利于X线防护。

缺点：

1.照片是一个二维图像，在前后方向上组织结构互相重叠，为立体观察病灶，一般需要作互相垂直的两个方位摄影或加摄斜位。

2.照片仅是瞬间影像，不能实时动态观察器官的功能情况。

4）造影检查

定义：

指人工地将对比剂引入人体内，摄片或透视以显示组织器官的形态及功能的检查技术。

普通平片影像的产生依赖于人体各组织器官的密度或厚度不同，对X线的吸收程度的差异，即自然对比。

但是人体内很多器官和组织缺乏自然对比，平片很难显示，造影检查扩大了X线的诊断范围，提供了平片所不具备的信息。

优缺点：

造影检查最大的优点是使人体内很多缺乏自然对比的器官和组织如血管、肾盂、输尿管等于造影后形成明显对比，扩大了X线的诊断范围。

不足之处是造影剂对少数病人有副反应。

5）数字X线检查技术

1.分类：

数字X线检查技术包括计算机X线摄影（CR）、数字X线摄影（DR）、数字减影血管造影（DSA）。

2.CR：

应用影像板（IP）替代胶片吸收穿过人体的X线信息，记录在IP上的影像信息经激光扫描读取，然后经过光电转换，把信息经过计算机处理，形成数字影像。

3.DR：

又称直接数字X线摄影，是指采用一维或二维X线探测器直接将X线转换为数字信号进行数字化摄影的方法。

X线穿过人体后以平板探测器（FPD）探测，并通过平板探测器后面的电路把模拟信号直接数字化形成数字影像。

4.DSA：

将注入对比剂前后的图像分别经影像增强器增强，摄像机扫描而矩阵化，再经A/D转换成数字矩阵贮存于计算机，两者相减，再经D/A转换成模拟减影影像。

二、CT

1）定义

CT是用X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/数字转换器转为数字，输入计算机处理。

2）优点

1、密度分辨力高，可直接显示X线检查无法显示的器官和病变。

2、检查方便、迅速而安全，可对急症在短期内重复检查。

3、克服了传统X线平片影像重叠，相邻器官组织密度差异不大而不能形成对比图像，软组织构成器官不能显影或显影不佳等缺点。

和核素扫描及超声图像相比，CT图像清晰，解剖关系明确，病变显示好。

5、可进行图像处理，使图像的密度或灰度调节到适合观察某种组织或病变，而X线照片各部影像密度是不能调节的。

6、必要时可以加做增强扫描，使图像更为清晰。

3）缺点

1.辐射剂量较普通X线机大，故怀孕妇女不能做CT检查。

2.有些部位骨骼伪影太多，影响其周围软组织结构的显示。

（伪影：

伪影指不能真实反映组织结构，同时可能影响诊断的影像。

）

3.受呼吸运动的影响，容易漏诊小的病状，如肺、肝脏等。

4）适应症状

1、神经系统病变：

如颅脑外伤、脑梗塞、脑肿瘤、炎症、变性病、先天畸形等，

2、心血管系统：

可用于心包肿瘤、心包积液等的诊断。

3、胸部病变：

对肺部创伤、感染性病变、肿瘤等均匀有很高的诊断价值。

4、腹部器官：

对于实质性器官肝脏、胆囊、脾脏、胰腺、肾脏、肾上腺等器官显示清晰，对于肿瘤、感染及创伤能清晰的显示解剖的准确部位病变程度。

5、盆腔脏器：

已成为卵巢、宫颈和子宫、膀胱、精囊、前列腺和直肠肿瘤的诊断，临床分期和放射治疗设计的重要手段。

7、肝脏病变：

慢性肝炎、肝硬化并存在可疑病变或肝癌的患者。

三、核磁共振成像（MRI）

1）定义

是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引起氢原子核共振，并吸收能量。

在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫做核磁共振成像。

2）优点

1．MRI对人体没有电离辐射损伤；

2．MRI能获得原生三维断面成像而无需重建就可获得多方位的图像；

3．软组织结构显示清晰，对中枢神经系统、膀胱、直肠、子宫、阴道、关节、肌肉等检查优于CT。

4．多序列成像、多种图像类型，为明确病变性质提供更丰富的影像信息。

3）缺点

1．和CT一样，MRI也是影像诊断，很多病变单凭MRI仍难以确诊，不像内窥镜可同时获得影像和病理两方面的诊断；

2．对肺部的检查不优于X线或CT检查，对肝脏、胰腺、肾上腺、前列腺的检查比CT优越，但费用要高昂得多；

3．对胃肠道的病变不如内窥镜检查；

4．对骨折的诊断的敏感性不如CT及X线平片；

5．体内留有金属物品者不宜接受MRI。

6.危重病人不宜做

7.妊娠3个月内者除非必须，不推荐进行MRI检查

8.带有心脏起搏器者不能进行MRI检查，也不能靠近MRI设备

9.多数MRI设备检查空间较为封闭，部分患者因恐惧不能配合完成检查

10.检查所需时间较长

4）适应症状

1、神经系统病变：

如脑梗塞、脑肿瘤、炎症、变性病、先天畸形、外伤等。

2、心血管系统：

可用于心脏病、心肌病、心包肿瘤、心包积液以及附壁血栓、内膜片的剥离等的诊断。

3、胸部病变：

纵隔内的肿物、淋巴结以及胸膜病变等。

4、腹部器官：

肝癌、肝血管瘤及肝囊肿的诊断与鉴别诊断，腹内肿块的诊断与鉴别诊断，尤其是腹膜后的病变。

5、盆腔脏器；子宫肌瘤、子宫其它肿瘤、卵巢肿瘤，盆腔内包块的定性定位，直肠、前列腺和膀胱的肿物等。

6、骨与关节：

骨内感染、肿瘤、外伤的诊断与病变范围，尤其对一些细微的改变如骨挫伤等有较大价值，关节内软骨、韧带、半月板、滑膜、滑液囊等病变及骨髓病变有较高诊断价值。

7、全身软组织病变：

无论来源于神经、血管、淋巴管、肌肉、结缔组织的肿瘤、感染、变性病变等，皆可做出较为准确的定位、定性的诊断。

四、B超

超声：

人耳的听觉范围有限度，只能对20-20000赫兹的声音有感觉，20000赫兹以上的声音就无法听到，这种声音称为超声。

1）原理

和普通的声音一样，超声能向一定方向传播，而且可以穿透物体，如果碰到障碍，就会产生回声，不相同的障碍物就会产生不相同的回声，人们通过仪器将这种回声收集并显示在屏幕上，可以用来了解物体的内部结构。

利用这种原理，人们将超声波用于诊断和治疗人体疾病。

2）优点

1、B超检查是超声检查是一种无放射性损伤的检查，这是和CT相比最大的优点，属于无创性检查技术。

2、由于超声的探头能够随意放置，因此能取得多种方位的断面图像，并能根据声像图特点对病灶进行定位和测量。

3、超声检查能够立即得到检查结果，还可以反复多次重复观察。

4、B超检查的设备相对CT等比较轻便、易操作，对危重患者可行床边检查。

5、价格低廉。

3）缺点

1.B超在清晰度、分辨率等方面，明显弱于CT等设备。

2、B超检查一般不能作为单一确诊某疾病的证据。

3、声像图显示的是某局部断面，对病灶整体的空间位置和构型很难在一幅图上清晰显示。

另外，如果病变过小或声阻抗差不大，不引起反射，则很难在声像图上显示。

4、B超对肠道等空腔器官病变易漏诊。

5、气体对超声影响很大，患者容易受到患者肠气干扰等多方面因素影响检查结果。

6、B超检查肝脏结果的准确性与超声设备的性能以及检查人员的操作技术和经验有很大关系，为操作人员依赖性技术。

4）适应症状

B超比较适用于肝、胆肾、膀胱、子宫、卵巢等多种脏器疾病的诊断。

五、核医学成像

1）定义

核医学影像是向人体注射放射性核素示踪剂，使带有放射性核素的示踪原子进入人体内要成像的脏器或组织，使它们变成射线源，然后通过测量放射性核素在人体内的分布来成像。

2）原理

在进行脏器显像和/或功能测定时，医生根据检查目的，给病人口服或静脉注射某种放射性示踪剂，使之进入人体后参与体内特定器官组织的循环和代谢，并不断地放出射线。

这样我们就可在体外用各种专用探测仪器追踪探查，以数字、图像、曲线或照片的形式显示出病人体内脏器的形态和功能。

3）与其他影像学成像的区别

核医学成像系统又称放射性核素成像（RNI）系统，所检测信号是摄人体内的放射性核素所放出的射线，图像信号反映放射性核素的浓度分布，显示形态学信息和功能信息。

核医学成像与其他影像学成像具有本质的区别，其影像取决于脏器或组织的血流、细胞功能、细胞数量、代谢活性和排泄引流情况等因素，而不是组织的密度变化。

它是一种功能性影像，影像的清晰度主要取决于脏器或组织的功能状态，由于病变过程中功能代谢的变化往往发生在形态学改变之前，故核医学成像也被认为是最具有早期诊断价值的检查手段之一。

4）优点

1、核医学成像方法简单、灵敏、无创伤性、安全（病人所受辐射剂量低于一次X摄片所受剂量）、易于重复、结果准确、可靠。

1、核医学成像是以脏器内、外，或脏器内各部分之间的放射性浓度差别为基础，显示的静态和动态图像，该图像不仅反映了人体组织、脏器和病变的位置、形态、大小，而且还提供了包括整体或局部组织功能，以及脏器功能的每个微小局部变化和差别。

2、核医学成像具有多种动态成像方式。

由于脏器对放射性药物的摄取、吸收、排泄等作用，使脏器、病变的血流和功能情况得以动态且定量地显示出来，同时提供多种功能参数以反映机体及组织的血流功能、代谢和受体等方面的信息。

3、一些放射性核素具有向脏器或病变的特异性聚集，由此而获得的核素成像具有较高的特异性，可显示不同组织类型的肿瘤、各种神经受体、炎症、转移灶等组织器官的影像。

而这些单靠形态学检查常常难以实现。

5）缺点

1.核医学的空间分辨率低于其他影像学方法。

2.成像时间长，有时达到1小时或更长。

3.放射辐射的危险性比较高。

4.应用有局限性，由于核医学特殊的程序需要放射性药物和专业医师,而这些并不是每个医院都具备的。