医学图像存档与通信系统PACS课件.ppt
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- 医学 图像 存档 通信 系统 PACS 课件
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1、第八章第八章 医学图像存档与通信系统医学图像存档与通信系统(PACSPACS)主讲:刘利军主讲:刘利军E-mail:CloneIQE-mail:CloneIQ生物医学工程系生物医学工程系2006级级医学影像PACS系统主要内容主要内容一、医学影像一、医学影像PACSPACS系统概述系统概述二、医学图像成像回顾二、医学图像成像回顾三、三、PACSPACS的作用的作用 四、医学影像系统的发展历史概况四、医学影像系统的发展历史概况五、五、PACS PACS 建设目标建设目标六、六、PACSPACS的相关标准的相关标准七、七、PACSPACS的组成及功能的组成及功能八、八、PACSPACS的效益和实施
2、基本条件的效益和实施基本条件九、九、PACSPACS类型及特征类型及特征十、十、PACSPACS系统管理结构模式系统管理结构模式十一、十一、PACSPACS目前存在的问题目前存在的问题十二、十二、PACSPACS的发展趋势的发展趋势一、医学影像PACS系统概述(1)v 医学影像系统医学影像系统 PACS(Picture Archiving and Communication Systems)PACS(Picture Archiving and Communication Systems)中文全称为图中文全称为图像存档及通信系统,它是专门为图像管理而设计的包括图像存档、检索、传像存档及通信系统,
3、它是专门为图像管理而设计的包括图像存档、检索、传送、显示、处理和拷贝或打印的硬件和软件的系统。送、显示、处理和拷贝或打印的硬件和软件的系统。v PACS系统目标系统目标 有效的管理和利用医学图像资源有效的管理和利用医学图像资源v 解决的问题解决的问题 医学影像的采集和数字化医学影像的采集和数字化 图像的存储和管理图像的存储和管理 数字化医学图像的高速传输数字化医学图像的高速传输 图像的数字化处理和重现图像的数字化处理和重现 图像信息与其它信息的集成图像信息与其它信息的集成一、医学影像PACS系统概述(2)v 数字化影像的精度等级数字化影像的精度等级 影像做为医疗诊断的主要依据时,数字化后的影像
4、必须反映原始图像的影像做为医疗诊断的主要依据时,数字化后的影像必须反映原始图像的精度;精度;医疗一般参考时,数字化影像可进行压缩,减少信息资源占用;医疗一般参考时,数字化影像可进行压缩,减少信息资源占用;教学参考时,数字化影像保留影像中教学所需部分内容,允许对数字化教学参考时,数字化影像保留影像中教学所需部分内容,允许对数字化的影像有比较大幅度的有损压缩。的影像有比较大幅度的有损压缩。v 不同的医学影像对数字化的精度要求不同的医学影像对数字化的精度要求 对对光胸片、乳腺片影像光胸片、乳腺片影像,几何精度要求为以上,灰阶分辨率为,几何精度要求为以上,灰阶分辨率为10241024级至级至40964
5、096级;级;对对、影像、影像,几何精度为,几何精度为512512512512,灰阶分辨率为,灰阶分辨率为40964096级;级;对超声、内窥镜影像对超声、内窥镜影像,几何精度为,几何精度为320320级级-512-512级,灰阶为级,灰阶为256256级彩色影像,级彩色影像,这类影像还需要是这类影像还需要是16301630幅幅/秒连续的动态影像;秒连续的动态影像;对病理影像对病理影像,几何精度为,几何精度为512512512512或或1K1K1K1K,具有灰阶分辨率为,具有灰阶分辨率为256256级的级的彩色图像彩色图像一、医学影像PACS系统概述(3)v 医院诊疗依赖性医院诊疗依赖性 医院
6、的诊疗工作越来越多地依赖现代化的检查结果。象光检查、医院的诊疗工作越来越多地依赖现代化的检查结果。象光检查、超声、胃肠镜、血管造影等影像学检查的应用也越来越普遍。、超声、胃肠镜、血管造影等影像学检查的应用也越来越普遍。v 传统医学影像的存储介质是胶片、磁带等,存在诸多问题。传统医学影像的存储介质是胶片、磁带等,存在诸多问题。图像存储介质所占的空间不断增加,给存放和查找带来了严重的问题;图像存储介质所占的空间不断增加,给存放和查找带来了严重的问题;各种不同检查的图像分别存放,临床医生要同时参考同一病人不同检查所产生各种不同检查的图像分别存放,临床医生要同时参考同一病人不同检查所产生的影像时往往借
7、阅困难;的影像时往往借阅困难;传统图像存储和管理的独占性使得图像的丢失概率增加,利用率下降,异地会传统图像存储和管理的独占性使得图像的丢失概率增加,利用率下降,异地会诊困难。诊困难。v 传统医学影像管理方法无法适应现代医院中对大量和大范围医学影像管理的要求。传统医学影像管理方法无法适应现代医院中对大量和大范围医学影像管理的要求。v 解决办法:解决办法:采用数字化影像管理方法采用数字化影像管理方法v 主要障碍:主要障碍:医学图像数据量大,需要大容量的存储设备,高性能的显示设备和高医学图像数据量大,需要大容量的存储设备,高性能的显示设备和高速的计算机网络,高昂的费用速的计算机网络,高昂的费用。v
8、数字化医学影像存储和传输的基础:数字化医学影像存储和传输的基础:计算机和通讯设备的性能价格比迅速提高计算机和通讯设备的性能价格比迅速提高。二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(1)v 人体生命现象特殊的复杂性和多样性,医学图像涉及人体生命现象特殊的复杂性和多样性,医学图像涉及 从分子到人体(微观到宏观),从分子到人体(微观到宏观),从结构到功能,从结构到功能,从静态到动态等多个领域和方式从静态到动态等多个领域和方式v 医学成像设备的局限性医学成像设备的局限性 各种医学成像设备只能反映人体某一方面的信息各种医学成像设备只能反映人体某一方面的信息 对人体内大到组织、小到分子原子各有不同的灵敏
9、度和分辨率对人体内大到组织、小到分子原子各有不同的灵敏度和分辨率 适用范围和局限性适用范围和局限性二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(2)二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(3)1.X1.X线图像及成像设备线图像及成像设备X线图像:线图像:利用人体器官和组织对利用人体器官和组织对X X线的衰减线的衰减不同,透射的不同,透射的X X线的强度也不同这一性质,检测出线的强度也不同这一性质,检测出相应的二维能量分布,并进行可视化转换,从而相应的二维能量分布,并进行可视化转换,从而可获取人体内部结构的图像。可获取人体内部结构的图像。与常规胶片图像的形成过程相比与常规胶片图像的形成过程相比
10、(1)形成数字图像所需的)形成数字图像所需的X线剂量较少线剂量较少(2)能用较低的)能用较低的X线剂量得到清晰图像线剂量得到清晰图像(3)可利用计算机图像处理技术对图像进行)可利用计算机图像处理技术对图像进行处理,改善图像的清晰度和对比度等性能处理,改善图像的清晰度和对比度等性能(4)挖掘更多的可视化诊断信息)挖掘更多的可视化诊断信息二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(4)v 计算机计算机X线摄影(线摄影(computed radiography,CR)是是X线平片数线平片数字化比较成熟的技术。字化比较成熟的技术。CR系统是使用可记录并由激光读出系统是使用可记录并由激光读出X线成像信息
11、的成像板(线成像信息的成像板(imaging plate,IP)作为载体,经)作为载体,经X线曝光及线曝光及信息读出处理,形成数字式平片图像。信息读出处理,形成数字式平片图像。二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(5)数字数字X线摄影线摄影(digital radiography,DR)是在是在X线影像增强器电视系统的基础上,线影像增强器电视系统的基础上,采用模采用模/数转换器将模拟视频信号转数转换器将模拟视频信号转换成数字信号后送入计算机系统中换成数字信号后送入计算机系统中进行存储、分析、显示的技术。进行存储、分析、显示的技术。v 数字数字X线摄影包括:线摄影包括:硒鼓方式硒鼓方式 直
12、接数字直接数字X线摄影(线摄影(direct digital radiography,DDR)电荷藕合器件(电荷藕合器件(charge coupled device,CCD)摄像)摄像机阵列方式机阵列方式 二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(6)v 数字减影血管造影(数字减影血管造影(Digital Subtraction Angiography,DSA)是是利用数字图像处理技术中的图像几何运算功能,利用数字图像处理技术中的图像几何运算功能,将造影剂注入前后的数字化将造影剂注入前后的数字化X线图像进行相减线图像进行相减操作,获得两帧图像的差异部分操作,获得两帧图像的差异部分被造影剂被造
13、影剂充盈的血管图像。充盈的血管图像。DAS有:有:时间减影(时间减影(temporal subtraction)能量减影(能量减影(energy subtraction)混合减影(混合减影(hybrid Subtraction)数字体层摄影减影(数字体层摄影减影(digital tomography subtraction)二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(7)v 2.X-CT图像图像(Computerized TomographyComputerized Tomography,CTCT)是以测定是以测定X X射线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,经过在人
14、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,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,实现建立断层图像的现代医学成像技术。分布,实现建立断层图像的现代医学成像技术。v X X线线CTCT图像的本质是衰减系数成像。图像的本质是衰减系数成像。与传统的与传统的X X线检查手段相比,线检查手段相比,CTCT具有以下优点:具有以下优点:能获得真正的断面图像能获得真正的断面图像具
15、有非常高的密度分辨率具有非常高的密度分辨率可准确测量各组织的可准确测量各组织的X X线吸收线吸收衰减值衰减值通过各种计算进行定量分析通过各种计算进行定量分析二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(8)二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(9)螺旋螺旋CTCT机是世界上最先进的机是世界上最先进的CTCT设备之一,其扫描速度快,设备之一,其扫描速度快,分辨率高,图像质量优。分辨率高,图像质量优。用快速螺旋扫描能在用快速螺旋扫描能在1515秒左秒左右检查完一个部位,能发现小右检查完一个部位,能发现小于几毫米的病变,如小肝癌、于几毫米的病变,如小肝癌、垂体微腺瘤及小动脉瘤等。垂体微腺瘤及小动
16、脉瘤等。功能全面,能进行全身各部功能全面,能进行全身各部检查,可行多种三维成像,如检查,可行多种三维成像,如多层面重建、多层面重建、CTCT血管造影、器血管造影、器官表面重建及仿真肠道、气管、官表面重建及仿真肠道、气管、血管内窥镜检查。可进行实时血管内窥镜检查。可进行实时透镜下的透镜下的CTCT导引穿刺活检,使导引穿刺活检,使用快捷、方便、准确。用快捷、方便、准确。二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(10)二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(11)磁共振血管造影磁共振血管造影(Magnetic Resonance(Magnetic Resonance AngiographyAn
17、giography,MRA)MRA)的研究也取得了重要进展,的研究也取得了重要进展,利用利用MRAMRA可以发现血管的疾病,与三维显示技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术相结合能够为诊断提供更多的可视化立体信息。信息。l3.3.磁共振图像(磁共振图像(Magnetic Resonance ImagingMagnetic Resonance Imaging,MRIMRI)系统通过对处在静磁场中的人)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,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
18、发生磁共振现象,当中止当中止RFRF脉冲后,氢原子在驰豫过程中发射出射频信号而成像的。目前脉冲后,氢原子在驰豫过程中发射出射频信号而成像的。目前MRIMRI成像技术成像技术的进一步研究仍主要集中在如何提高成像速度方面。另外,的进一步研究仍主要集中在如何提高成像速度方面。另外,功能性功能性MRIMRI的出现进一步的出现进一步扩大了磁共振影像的临床应用范围。扩大了磁共振影像的临床应用范围。磁共振波谱分析磁共振波谱分析(Magnetic Resonance(Magnetic Resonance SpectroscopySpectroscopy,MRS)MRS)亦是亦是MRIMRI技术研究的热门技术研
19、究的热门课题,借助课题,借助MRSMRS技术,有可能在获得病人解剖技术,有可能在获得病人解剖结构信息的同时又得到功能信息,将结构信息的同时又得到功能信息,将MRSMRS与与MRIMRI进行图像融合进行图像融合,能够获得更多的有价值的诊断能够获得更多的有价值的诊断信息。信息。二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(11)v 4.4.超声超声USUS图像图像 频率高于频率高于2000020000赫兹的声波称为超声赫兹的声波称为超声波。超声成像波。超声成像(Ultrasound(Ultrasound System,US)System,US)就是利用超声波在人体内就是利用超声波在人体内部传播时组织
20、密度不连续性形成的回部传播时组织密度不连续性形成的回波进行成像的技术。波进行成像的技术。依据波束扫描方式和显示技术的不同,依据波束扫描方式和显示技术的不同,超声图像可分为:超声图像可分为:A A型显示、型显示、M M型显示、型显示、断层图像的断层图像的B B型显示和多普勒型显示和多普勒D D型显示型显示等。等。可能会给医学影像领域带来巨大影响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,是三维超的新的超声成像技术研究,是三维超声成像。声成像。三维超声影像具有图像立体感强、可三维超声影像具有图像立体感强、可以进行以进行B B超图像中无法完成的三维定超图像中无法完成的三维定量测量、能够缩
21、短医生诊断所需的时量测量、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间等特点,是一种极具发展前景的超声成像技术。声成像技术。二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(12)v 5.5.放射性核素图像放射性核素图像 通过将放射性示踪药物引入人体通过将放射性示踪药物引入人体内,使带有放射性核的示踪原子内,使带有放射性核的示踪原子进入要成像的组织,然后测量放进入要成像的组织,然后测量放射性核素在人体内的分布来成像射性核素在人体内的分布来成像的一种技术。放射性核素成像技的一种技术。放射性核素成像技术能够反映人体内的生理生化过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程,能
22、够反映器官和组织的功能状态,可显示动态图像,是一种状态,可显示动态图像,是一种基本无损伤的诊断方法。基本无损伤的诊断方法。按照放射性核素种类的不同,放按照放射性核素种类的不同,放射性核素图像可以分为射性核素图像可以分为:单光子发射成像单光子发射成像(Single Photon(Single Photon Emission TomographyEmission Tomography,SPECT)SPECT)正电子发射成像正电子发射成像(Positron(Positron Emission TomographyEmission Tomography,PET)PET)。SPECTSPECT和和PET
23、PET都是对从病人体内发都是对从病人体内发射的射的射线成像,所以统称为射线成像,所以统称为ECTECT。二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(13)v 6.医用红外图像医用红外图像 人体是天然热辐射源,利用红外线探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,测器检测人体热源深度及热辐射值,并将其转变为电信号,送入计算机进并将其转变为电信号,送入计算机进行成像。红外图像用来诊断与温度有行成像。红外图像用来诊断与温度有关的疾病。关的疾病。系统根据正常异常组织区域的热辐射系统根据正常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差,得出细胞新陈代谢相对强度分布图,即功
24、能影像图,用于对浅表部位图,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肿瘤、乳腺癌及皮肤伤痛等疾病的诊断。断。二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(14)v 7.7.内窥镜图像内窥镜图像 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。光纤内窥镜使用的纤维束有两种学诊断装置。光纤内窥镜使用的纤维束有两种:传递光源以照明视场的导光束;传递光源以照明视场的导光束;回传图像的传像束。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,电子内窥镜的发明为内窥镜影像的临床应用提供了
25、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。产生逼真的立体图像。二、医学图像成像回顾(二、医学图像成像回顾(15)v 8.8.显微图像显微图像 显微图像一般是指利用显微镜显微图像一般是指利用显微镜光学系统获得的关于细胞、组织光学系统获得的关于细胞、组织切片的二维影像。切片的二维影像。目前处理和分析显微图像的主要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、计算机技术和形图像处理技术、计算机技术和形态计量学方法,实现对细胞、组态计量学方法,实现
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