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1、医学图像传输与处理医学图像传输与处理教学目标第一章 医学图像存储与传输 第一节 绪 论 医院信息系统的最终目的就是要全面实现医院各类信息（文字、图像、语音）的现代化管理，满足各类医务人员的需要。在医院种类繁多的信息中，医学图像信息最为庞大，约占整个医院信息的80以上。该类信息的数字化管理和通讯是关键所在，也是医院现代化操作运行的重要标志。医院信息系统主要包括PACS和HIS系统。实现医院信息化带来的好处1. 引入新思想、新观念。2. 对病人服务更加周到，医患关系更加密切。3. 及时准确全面地为临床医生提供病人信息。4. 加强了医院质量管理，增强医疗质量意识。5. 更有效地管理和利用资源。6.

2、信息资源发掘将给医院带来不可估量的财富。7. 为临床循证管理决策提供科学数据。 医院信息系统的组成 PACS全称医院影像存储与通讯系统：通过软件和硬件连接不同的医院影像设备，以处理相关医学图像为主，存储与管理图像；图像库的再利用和后处理，侧重硬件配备。主要应用与信息处理与传输。HIS全称医院信息管理系统：通过相关软件和硬件，以处理医院整体信息管理为主，侧重软件支持。主要应用与信息的管理。PACS全称医学影像存储与传输系统 即医学影像的存储和传输系统，它是放射学、影像医学、数字化图像技术、计算机技术及通信技术的结合，它将医学图像资料转化为计算机数字形式，完成对图像信息的采集、存储、管理、处理及传

3、输等功能。PACS利用多种软件模块和硬件设备连接不同的医院影像设备，以处理相关医学图像为主，存储与管理图像；图像库的再利用和后处理，侧重硬件配备。HIS 系统基本构成 1. 病人管理 ADT & Patient Administration。2. 医嘱输入 Physician Order Entry。3. 电子病历系统 Computer-based Patient Record。4. 药物物资系统 Pharmacy/supply management。5. 资源与预约系统 Resource & Scheduling。6. 放射信息系统 RIS。7. 实验室信息系统 LIS。8. 账单结算系统

4、Billing System。9. 危重监护系统 Critical /Intensive Care Unit。10. 图像存档与传输系统 PACS。11病人转诊系统 Patient Referral。 超声信息系统（UIS）超声信息系统（UIS）是医院信息化过程中最终产物，即与HIS系统和PACS系统相融合的产物。超声信息系统具体应用包括：超声科室管理、超声报告书写、超声图像存储与分析、超声信息共享、支持教学与科研等。UIS是医院HIS系统的重要组成部分，同时又与医院PACS系统紧密相连，使得超声科室产生的信息能对全院共享，而超声科室所需的信息也能通过HIS系统和PACS系统得到。随着医院之间

5、的网络互联与资源共享，超声信息共享的规模会越来越大。Health Level Seven (HL7) Health Level Seven (HL7) 是医疗机构为完善信息交换系统而制订的医疗信息交换标准。（Standard）该标准是规范医院内部应用系统（Application software）之间的信息交换标准。为完善医院内部各系统之间以及医院内部系统与外部系统之间的联动提供便利条件。信息系统在临床实际工作中的主要作用规范图文报告和图像记录,统一实现质控要求 1、利用信息系统工作站可以有效地保存、管理报告和图像资料。按照质控要求规范报告系统，统一专业术语表述，提高报告诊断准确性，减少和避免

6、医疗纠纷和事故的发生。 2、利用系统所具备的多种检索方法，根据医师需要进行分类检索。 3、提供病例随访记录功能，分别记录病例的临床诊断、手术情况和病理诊断等资料。信息系统在临床实际工作中的主要作用提高效率，降低成本，缩小存储空间 1、卫生部医疗机构病历管理规定中要求病历资料保存期限不少于15年。 2、传统的图文报告方式及存储方法，占用一定的空间，保存成本高，检索查找困难。 3、信息系统工作站可以移动存储材料，极大地降低了存储成本，缩小了存储空间。例如，一张650M的光盘至少可以保存数千张高清晰度的图像。 4、不同形式的统计结果可以使得科室管理更加有效、合理和透明。信息系统在临床实际工作中的主要

7、作用健全科室科研和教学工作 1、利用存档数字图文资料，可以方便进行科内、院内和医院之间的病例讨论。 2、根据需要随时对存储的图文资料查阅和打印。 3、通过对存储报告的测量数字和图像进行统计学分析，便于撰写并发表论文和科学著作。 4、全数字图像可以方便地制作教学幻灯片，便于学术交流。 5、保留的动态图像能真实地再现检查过程。信息系统在临床实际工作中的主要作用查阅与随访 1、医师接诊患者时，根据需要可以检索出患者的历史检查记录，并对所获得的即时图像与保存的历史图像进行同步对比，以评价诊断的正确性和评估治疗效果。 2、对于疑难病例或当出现医疗纠纷时，可以利用工作站的采集记录图像进行验证。提供的原始图

8、文资料便于多次复查对比和提供必要的法律证据。 信息系统在临床实际工作中的主要作用远程会诊，提高诊断率，缩短确诊时间，降低成本 1、利用大城市优越的医疗资源和网络、图文系统工作站，可以对边远地区疑难病例进行远程会诊，可以提高诊断准确率，缩短确诊时间。 2、远程会诊利用资源共享，可以降低患者就诊成本，及时制订出有效的治疗方案。第二节 医学图像存档与传输一、医学图像的分类与格式 1、分类 静态图像和动态图像 2、格式 常用静态图像格式包括BMP,JPG,TIF和DICOM； 常用动态图像格式包括AVI,MPGE4和DICOM。 3、其中，DICOM格式属于原始数据格式（未压缩），保留图像真实信息，没

9、有任何失真。其他格式采用不同数据压缩方式，造成一定信息的丢失，但不影响诊断质量。DICOM标准介绍DICOM是由兼容设备所遵循的一系列协议组成的。可以使用这些协议的命令和语法语义。DICOM标准从属于医学信息学领域。在这个领域内，它负责医学成像系统和设备之间数字信息的交换。因为医学成像设备可以与其他的医学设备互操作，标准的范围需要与医学信息学领域的其他部分重叠。DICOM标准介绍DICOM标准的目的： 1、它规定了命令和关联数据的语义，促进了声明兼容性设备的互操作性； 2、促进了在网络环境中的操作，不需要网络接口单元的特殊要求； 3、支持已经存在的国际标准，符合国际标准的文档准则，促进了未来医

10、学成像应用。DICOM 3.0标准的文档组成部分第一部分：介绍和概述 简要介绍了DICOM的概念及其组成。第二部分：兼容性 精确定义了声明DICOM要求制造商对其产品的DICOM兼容性的描述。它包括信息对象、服务类型、数据编码方法等。每一个用户都可以从制造商处得到一份符合DICOM要求的声明。第三部分：信息对象定义 利用面向对象的方法，定义了两类信息对象：普通型和复合型。DICOM 3.0标准的文档组成部分第四部分：服务类规范 说明了服务类，详细论述了作用与信息对象的命令及其产生的结果。第五部分：数据结构和语义学 描述了怎样对信息对象类和服务类进行构造和编码。第六部分：数据字典 描述了所有信息

11、对象是由数据元素组成的，数据元素是对属性值的编码。DICOM 3.0标准的文档组成部分第七部分：信息交换 定义了进行消息交换通讯的医学图像应用实体所用到的服务和协议。第八部分：信息交换的网络通讯支持 说明了在网络环境下的通讯服务和支持DICOM应用进行信息交换的必要的上层协议。第九部分：信息交换的点对点通讯支持 说明了与ACR-NEMA2.0兼容的点对点通讯的服务和协议。DICOM 3.0标准的文档组成部分第十部分：用于介质交换的介质存储和文件格式 说明了一个在可移动存储介质上医学图像信息存储的通用模型。提供了在各种物理存储介质上不同类型的医学图像和相关信息进行交换的框架，以及支持封装任何信息

12、对象定义的文件格式。第十一部分：介质存储应用卷宗 用于医学图像及相关设备信息交换的兼容性声明。给出了心血管造影、超声、CT、磁共振等图像的应用说明和CD-R格式文件交换的说明。DICOM 3.0标准的文档组成部分第十二部分：用于介质交换的物理介质和介质格式 它提供了在医学环境中数字图像计算机系统之间信息交换的功能。这种交换功能将增强诊断图像和其他潜在的临床应用。 这部分说明了在描述介质存储模型之间关系的结构以及特定的物理介质特性及其相应的介质格式。具体说明了各种规格的磁、光盘，PC机上使用的文件系统和1.44M软盘，以及CD-R可刻写光盘。DICOM 3.0标准的文档组成部分第十三部分：点对点

13、通信支持的打印管理 定义了在打印用户和打印提供方之间点对点连接时，支持DICOM打印管理应用实体通信的必要的服务和协议。 点对点通信卷宗提供了与第八部分相同的上层服务，因此打印管理应用实体能够应用在点对点连接和网络连接。 点对点打印管理通信也使用了低层的协议，与已有的并行图像通道和串行控制通道硬件硬拷贝通信相兼容。DICOM 3.0标准的文档组成部分第十四部分：说明了灰度图像的标准显示功能 这部分仅提供了用于测量特定显示系统显示特性的方法。这些方法可用于改变显示系统以与标准的灰度显示功能相匹配，或用于测量显示系统与标准灰度显示功能的兼容。第十五部分：安全措施第十六部分：标准内容参考资源14种D

14、ICOM服务类证实服务类存储服务类查询、检索服务类检查内容通知服务类患者管理服务类检查管理服务类结果管理服务类打印管理服务类媒质存储服务类存储责权管理服务类基本工作列表管理服务类队列管理服务类灰度软拷贝表达状态存储服务类结构化报告存储服务类DICOM标准各个部分的关系DICOM标准中涉及超声的部分DICOM3.0标准的第三部分： 信息对象定义中分别规范了： （1）超声图像信息对象定义； （2）超声多帧图像信息对象定义。DICOM图像格式简介DICOM规格中，使用了资料结构来表述影像学检查方法：定义了Patient,Study,Series,Image 4个层面来存储检查信息。 （1）Patie

15、nt中包含了患者的所有基本资料（姓名、性别、年龄等）和医师指定的检查Study； （2）Study中包含了检查种类（X线摄片、CT、MR、US等）和指定检查的Series; （3）Series中包含了检查的技术条件（KV，MAS，层厚等）和图像Image; （4）Image中包含了医学影像格式和信息。DICOM中的目标导向DICOM将影像包裹成一个物件IOD(Information object definition).每个IOD分成2个部分：像素数据（PIXEL DATA)和影像属性。 （1）像素数据通过单纯表述图像上每个像素点的数值来组合成一个医学影像； （2）影像属性包含了该图像所描述患

16、者的资料信息，如：患者名称、检查日期、CT号、扫描条件、图像层厚等，甚至包含了医嘱信息。DICOM的服务功能对（SOP）DICOM的影像对象（IOD）只是服务对象，包括了如CT、MR、X-RAY等；DICOM还对影像对象的服务进行了定义，如：Storage,Verification,Query/Retrieve等；影像对象加服务就构成了服务功能对（SOP-Service-Object Pair).SOP组成了DICOM最基本的运作单元。如某一设备支持MR image Storage SOP Class,就表示它可以存储MR图像。如果一台CT要支持DICOM存储，则它必须支持 CT image

17、Storage Class.SCU/SCPSCU/SCP (Server Class User/Server Class Provider)普通计算机网络采用Client/Server的概念。提供服务的一方称为Server，接受服务的一方称为Client。一个Server可以允许多个Client进行访问，从而提高了资源利用率。DICOM也采用这一概念。SCP是负责提供对影像资料的各种服务（Server）；SCU是使用这些服务的（Client）。DICOM的工作过程一、DICOM工作首先要进行通信起始的设定 如，A系统要以DICOM方式和B系统通信，首先要向B系统发出一个起始信息。 起始信息要包

18、含以下内容： 1、A系统本身所能支持的SOP有哪些？ DICOM的整体范畴非常庞大，没有哪一个系统可以支持所有的DICOM服务，每台设备只针对他们最需要的部分提供支持。 如：某台CT提供CT Image Storage (SCU)这一SOP服务，则该CT仅可发送CT DICOM图像供SCP存储。DICOM的工作过程（续） 2、针对每个支持的SOP，A系统必须说明它是如何编码压缩这些资料的。即说明所采取的资料格式。 3、说明在SCU/SCP的角色扮演上，A系统可以扮演什么角色。即说明是供应商还是顾客。 B系统接收到这些初始信息后，就知道了A系统支持的DICOM服务部分。然后与B系统本身所支持的部

19、分做对照，整理出AB两个系统共同的SOP（服务类）和资料格式，再将所有对应部分打包反馈给A系统，一般AB系统能根据相通的部分进行信息交换。DICOM的工作过程（续）二、信息交换 通信起始设定后，AB系统就可以进行信息交换。 假设A系统是一台影像设备，在完成一次检查后，将资料送到影像服务器B中，进行如下流程： 1、A系统将图像打包成DICOMIOD，再加上所需的STORAGE SERVICE（存储服务）部分，封装为网络通信信息，经过网络向B系统发出服务申请：“请将图像资料存于你的系统中”。DICOM的工作过程（续） 2、B系统收到信息后，打开封包，先判读命令部分（服务类），再将图像资料读出(格式

20、），并将资料存入硬盘。 3、B系统完成存储任务后，必须向A系统发回一个回应信息，告诉A系统所需要的服务已经完成，待A系统收到信息后才算完成整个信息流程。DICOM网络结构OSI七层协议OSI的7层从上到下分别是 7、应用层 6、表示层 5、会话层 4、传输层 3、网络层 2、数据链路层 1、物理层 其中高层，既7、6、5、4层定义了应用程序的功能，下面3层，既3、2、1层主要面向通过网络的端到端的数据流。 DICOM网络结构（续）（1）应用层：与其他计算机进行通讯的一个应用，它是对应应用程序的通信服务的。例如，一个没有通信功能的字处理程序就不能执行通信的代码，从事字处理工作的程序员也不关心OS

21、I的第7层。但是，如果添加了一个传输文件的选项，那么字处理器的程序员就需要实现OSI的第7层。示例：telnet，HTTP,FTP,WWW,NFS,SMTP等。 （2）表示层：这一层的主要功能是定义数据格式及加密。例如，FTP允许你选择以二进制或ASII格式传输。如果选择二进制，那么发送方和接收方不改变文件的内容。如果选择ASII格式，发送方将把文本从发送方的字符集转换成标准的ASII后发送数据。在接收方将标准的ASII转换成接收方计算机的字符集。示例：加密，ASII等。 DICOM网络结构（续）（3）会话层：他定义了如何开始、控制和结束一个会话，包括对多个双向小时的控制和管理，以便在只完成连

22、续消息的一部分时可以通知应用，从而使表示层看到的数据是连续的，在某些情况下，如果表示层收到了所有的数据，则用数据代表表示层。示例：RPC，SQL等。 （4）传输层：这层的功能包括是否选择差错恢复协议还是无差错恢复协议，及在同一主机上对不同应用的数据流的输入进行复用，还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。 DICOM网络结构（续）（5）网络层：这层对端到端的包传输进行定义，他定义了能够标识所有结点的逻辑地址，还定义了路由实现的方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质，网络层还定义了如何将一个包分解成更小的包的分段方法。示例：IP,IPX

23、等。 （6）数据链路层：他定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的歌种介质有关。示例：ATM，FDDI等。 DICOM网络结构（续）（7）物理层：OSI的物理层规范是有关传输介质的特性标准，这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。连接头、针、针的使用、电流、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有细节的定义。示例：Rj45，802.3等。 OSI分层的优点： （1）人们可以很容易的讨论和学习协议的规范细节。 （2）层间的标准接口方便了工程模块化。 （3）创建了一个更好的互连环境。 （4）降低了复杂度，使程序更容易修改，产品开发的速度更快。 （5）

24、每层利用紧邻的下层服务，更容易记住个层的功能。 DICOM网络结构（续）DICOM的网络构成: 1、DICOM协议定义在上三层： （1）应用层（服务类） （2）表示层（格式） （3）会话层（通信起始设置） 2、DICOM底层部分符合TCP/IP结构： DICOM设备相当于网络上的一个节点。这种构成形式保证了与现有网络的绝对兼容，工作过程不会影响到其他网络设备，也不会被影响。三、PACS系统实例以超声系统工作站为例，介绍PACS的工作过程包括： 1、超声图像的采集； 2、超声图像的存储与调阅； 3、超声图像的输出； 4、超声图文工作站与PACS系统的接口。超声图像的采集超声仪器的图像输出接口：

25、视频输出口（AV端子） 图像信号由亮度信号（Y）、色度信号（C）和包含图像信息的信号构成，多为视频信号。 优点：连接简单方便 缺点：Y、C信号在同一信号线上传输，信号间会发生串色等干扰。超声图像的采集（续）超声仪器的图像输出接口： S端子（分离端子）：是一种5芯接口，由两路视频亮度信号、两路视频色度信号和一路公共屏蔽地线组成，避免了混合视频讯号输出时色度和亮度的相互干扰。 优点：色度和亮度的串色干扰小 缺点：信号由于分离（亮度信号和色度信号分离进行传输）-混合（亮度信号和色度信号混合进行显示）处理，会产生一定的失真。超声图像的采集（续）超声仪器的图像输出接口：RGB接口（三原色端子） 使用四根

26、接口线分别连接RGB三原色和一个同步信号线，可以达到极高的图像质量。 DICOM接口 输出全数字信号图像，包括原始信息存储，没有任何信息丢失，可以达到最高的图像质量。DICOM接口1.DICOM图像存档与传输 超声图文工作站使用一个称为Dicom网关的软件部件来实现DICOM图像的接收，它使用特定的端口接收来自超声仪器的图像发送请求并接收存储超声仪发送过来的DICOM图像。2. 模拟图像存档与传输 模拟图像，是指在超声图文工作站上，使用视频采集卡，通过直接连接超声仪器的图像输出端口使用视频采集卡的图像抓取功能捕捉到的静态或动态图像；由于超声仪器图像不同输出端口的模拟信号精度不同，所抓取的图像质

27、量也有所不同。 3.模拟图像与DICOM图像的对比模拟图像的优点：(1) 是实时图像；而DICOM图像需要通过网络发送到工作站上，为非实时图像。(2) 使用计算机通用图像格式存储（JPG，BMP），方便后处理和交流。(3) 录相时间长度只受到存储空间的限制，模拟图像录像时间不受限制；而DICOM的动态图像有帧数限制。(4) 模拟图像使用的存储空间较小。在超声图文工作站中接收并浏览图像（续） 模拟图像的缺点：(1) 模拟图像文件本身并不含有病人的相关信息；(2) 模拟图像的图像质量受到仪器图像输出端子类型的影响，图像质量低于DICOM图像。 (3) 由于超声仪器输出视频模拟信号的限制，模拟图像的

28、分辨率较低；Dicom图像的分辨率可以达到更高的分辨率。超声图像的存储和备份 根据医院实际工作需要，理想的超声图像应该存储在超声信息系统控制服务器上，各个超声图文工作站仅仅起到采集、编辑和查阅图像功能。考虑到存储图像的安全性，最好在服务器上对图像数据存储部分进行双硬盘同步备份存储。由于超声同时存在静态和动态图像存储，而动态图像又占有较大的存储空间。建议定期对存储的动态、静态图像文件进行备份数据迁移。超声图文工作站功能介绍 超声图文工作站是一个基于数据库的应用程序，它集成了数据录入（登记）模块，报告书写，图像采集，科室行政管理等功能模块，以辅助超声科室实现日常工作的数字化和无纸化。超声图文工作站

29、登陆界 超声图文工作站报告书写界面 超声报告模板方案 典型病例模板： 是根据诊断疾病名称直接调出特定疾病超声描述术语的模板方式，特点是纯文字模板，使用简单，但是需要超声诊断医师完成超声检查作出诊断后方可开始调用。向导式模板： 由一系列的标准脏器模板组成，包括符合超声质控的描述文字、填空框和下拉选项框所组成，它采用向导的方式，让报告医生根据超声仪器所见的回声情况和检查步骤逐步填入模板内容，并可以根据所填或所选项调出相应诊断条目。特点是向导式使用，自动调出诊断内容，可极大地提高医师的工作效率。超声报告向导式模板界 超声报告书写界面 医院信息化的现状及存在的问题现状 信息化建设发展快，系统开发（特别

30、是适合国情的软件）形成了一定的产业规模。问题 1、信息化建设的应用面较窄； 2、标准化和规范化制约了医院信息化建设的发展； 3、医院信息的利用率不够高； 4、管理和业务流程不够规范； 5、技术人员奇缺。医院信息化建设的发展方向 随着医学影像技术质控标准的不断完善，医院信息化也趋于成熟、严谨和规范。 医院信息化今后的发展方向主要集中在：.规范的检查文字和图像记录 .节省成本、减少保存空间 .科研和教学工作.为病人提供复查对比资料和法律证据： 超声图文工作站的发展方向（1）操作简单化，模板智能化，能够极大程度上减轻超声医师的劳动强度，提高工作效率。（2）功能多样化，集成业务模块，行政管理模块，医学

31、科研模块等。（3）实现多语言界面，能够提供并输出多语言报告。未来中国PACS标准的制定目标实现PACS的DICOM标准服务类。图像处理方法与标准。PACS图像显示质量标准。PACS/RIS流程标准。PACS存储实现标准。PACS安全性标准。基于IHE的系统PACS/HIS整合标准。DICOM 3.0中文版以及国际接轨。中国PACS的技术壁垒。名词解释PACS系统医学影像存档与通讯系统（Picture Archiving and Communication Systems）HIS系统医院信息系统 （ Hospital Information System, HIS ）RIS系统放射信息管理系统 （ Radiology Information System, RIS ）LIS系统实验室数据传输系统（ laborary inf