医学图像存储与传输

医学影像存储与传输

一：医学图像成像

从显微镜到1895年的X线的发明，近100多年的历史证明，医学图像成像技术的每一重大进展都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，则进一步扩大了医学图像的应用范围。

经由计算机的医学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（吸收、衰减、核磁扰动等）的二维、三维分布，并产生图像。

由于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），从结构到功能，从静态到动态等多个领域和方式，目前的各种医学成像设备只能反映人体某一方面的信息，且对人体内大到组织、小到分子原子各有不同的灵敏度和分辨率，因而有着各自的适用范围和局限性。下面介绍几种主要的医学图像。

1：X线图像及成像设备

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，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，挖掘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线曝光及信息读出处理，形成数字式平片图像。

数字X线摄影(digital radiography，DR）是在X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入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 radiography，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，将造影剂注入前后的数字化X线图像进行相减操作，获得两帧图像的差异部分——被造影剂充盈的血管图像。目前DAS有时间减影（temporal subtraction）、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：X线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。

与传统的X线检查手段相比，CT具有以下优点：能获得真正的断面图像，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。

螺旋CT机是目前世界上最先进的CT设备之一，其扫描速度快，分辨率高，图像质量优。用快速螺旋扫描能在15秒左右检查完一个部位，能发现小于几毫米的病变，如小肝癌、垂体微腺瘤及小动脉瘤等。其功能全面，能进行全身各部检查，可行多种三维成像，如多层

面重建、CT血管造影、器官表面重建及仿真肠道、气管、血管内窥镜检查。可进行实时透镜下的CT导引穿刺活检，使用快捷、方便、准确。

3：磁共振MRI图像

磁共振图像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）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RF 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MRI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，功能性MRI的出现进一步扩大了磁共振影像的临床应用范围。磁共振血管造影(Magnetic Resonance Angiography，MRA)的研究也取得了重要进展，利用MRA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(Magnetic Resonance Spectroscopy，MRS)亦是MRI技术研究的热门课题，借助MRS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MRS与MRI进行图像融合,能够获得更多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型显示、M型显示、断层图像的B型显示和多普勒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

放射性核素成像技术是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。

按照放射性核素种类的不同，放射性核素图像可以分为单光子发射成像(Single Photon Emission Tomography，SPECT)和正电子发射成像(Positron Emission Tomography，PET)。因为SPECT和PET都是对从病人体内发射的γ射线成像，所以统称为ECT。

二：医学影像存储与传输的背景

随着现代医学的发展，医院的诊疗工作越来越多地依赖现代化的检查结果。象Ｘ光检查、ＣＴ、ＭＲＩ、超声、胃肠镜、血管造影等影像学检查的应用也越来越普遍。在传统的医学影像系统中，影像的存储介质是胶片、磁带等，这在使用中存在诸多问题。例如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，异地会诊困难等。因此，传统的医学影像管理方法已经无法适应现代医院中对如此大量和大范围医学影像管理的要求。

由于医学图像数据量大，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，高昂的费用曾经是建立PACS的主要障碍。随着计算机技术的发展，计算机和通讯设备的性能价格比迅速提高，高性能的计算机设备的价格已经可以逐步为一些经济条件较好的医院所接受。这为数字化医学影像存储和传输奠定了基础。在经济上和医疗质量上不断增长的要求下，使医院对PACS的需求也不断提高。

三：存储格式

1：选择合适的色彩模式

影像色彩能否逼真地还原直接影响到医学影像的真实性和影像的质量。目前大多数图像处理软件所支持的图像类型(按色彩模式划分) 有黑白模式、灰度模式、索引色彩模式、RGB 色彩模式、CM Y K 色彩模式等。每种模式都有其特殊的应用背景和场合, 所表达的影像的信息也有所不同, 下面探讨这些色彩模式的特点和适用场合。

1.1黑白模式

在黑白模式的图像中, 每个像素由一个数据位构成, 即黑色或是白色。介于黑白之间的灰色调是通过黑白两种颜色来模拟的, 这种图像类型主要用于表现黑白对比非常鲜明的图像, 如一些简单的黑白图形, 在文字模式识别中使用普遍。一些书本中绘制的黑白医学图形选择该模式最能还原图形的本来面目, 而且文件占用的存储空间也最少。

1.2灰度模式

在灰度模式的图像中, 每个像素都以8 位或16 位表示, 即占用1 个字节或2 个字节, 因此, 每个像素介于黑色与白色之间的256 或64K 种灰度中的一种。灰度图像中只有灰度颜色而没有彩色, 各灰度级之间的过渡是平滑的, 在医学影像中, 这种模式的图像主要用于表现不需要彩色的图像, 如CT 影像、核磁影像、X 线影像等。当把一个彩色图像转换为灰度模式的图像时, 彩色图像里的色度(H) 、饱和度( S) 等信息被消除, 只留下亮度( B) 。如果再将灰度图像转换回彩色图像时, 原有的部分色彩将会丢失, 因此将彩色图像转换成灰度图像时, 一定要注意把原彩色图像进行备份, 避免遗憾。

1. 3 索引色彩模式

为了减小图像文件占据的存储空间, 人们设计了索引色彩模式( Indexed Color ) 。将一幅图像转换为索引色彩模式后, 系统将从图像中获取256 种典型的颜色作为代表颜色, 如果图像的颜色超过256 种, 系统将从代表颜色表中找出近似的颜色来模拟。因此将图像转换成该种模式时, 存在一定程度的失真, 很可能会在原本平滑的图像边缘出现锯齿, 对色彩要求不高的图像, 转成索引色彩模式比较合适。另外索引色彩模式的图像, 在一些图像处理软件如Pho to shop, 一些滤镜和渐变功能都无法使用, 使图像的再加工与处理受到一定的局限性。由于医学影像的特殊作用, 建议不要选择该模式来存储原始的医学影像。对于大多数图像来说, 索引色彩模式与RGB 色彩模式在显示器显示效果上相差无几, 而索引模式下图像占据的空间只是RGB色彩模式的1/3, 因此在制作多媒体文件时, 索引色彩模式类型的图像比较受欢迎。

1. 4 RGB 色彩模式

由于三原色各自具有256个亮度级别, RGB模式又叫加色算法模式, 因为三种颜色叠加就能形成256 *256 *256=16777216 种颜色, 也就是我们常说的真彩色。一幅RGB 色彩模式的图像中, 每个像素可表达16777216 种颜色之一, 该类型的图像文件所保存的图像信息最多, 所以该类型是编辑和存储彩色图像最好的数据类型, 是利用一些图像处理软件( 如Pho to shop) 处理彩色图像时首选的色彩模式, 该模式也是Pho to shop 等图像处理系统默认的色彩模式。另外, 扫描仪、数码相机、显示器、投影设备的输入以及显示设备都是通过RGB 这种加色模式来表达颜色的, 因此RGB 色彩模式能够有效保证彩色图像的信息在通过不同设备的转换、传递过程中, 色彩能够得以逼真还原, 失真最小, 从而保证同一图像的色彩从输入到显示再到输出达到与原图像色彩匹配、和谐一致的效果。因此, 该模式是存储彩色医学影像最好的色彩模式, 最大化保证了影像的清晰与细腻, 但是占用的存储空间也相对较大。由于RGB 色彩模式提供的有些颜色已经超过了打印机的打印颜色的范围, 因此, 用打印机重现RGB 色彩模式的图像时, 如果不经过色彩模式的转换, 就会因损失部分颜色信息, 特别是那些比较鲜艳的颜色最容易丢失, 而造成打印出的彩色图像效果不佳, 因此又引入了CMYK色彩模式。

1. 5 CMYK色彩模式

CMYK色彩模式与印刷界所用的模式是相同的, 其中C、M 、Y、K 分别代表青色、洋红色、黄色与黑色, 由于CMYK表达的颜色是由打印油墨吸收的光的颜色决定的, 因此又称为减色模式。CMKY 色彩模式是最佳的打印模式, 打印机的输出设备也都是依赖于该模式再现色彩的。由于显示器采用的是RGB色彩模式, 因此在对彩色图像处理加工时, 要采用RGB色彩模式, 当确信图像完全处理后, 再转化为CM Y K 模式图像, 即遵

守RGB模式编辑处理, CMYK模式显示打印的原则, 同时注意最好留一个RGB 模式的图像作为备份, 因为从长期保留图像的角度考虑, 以RGB 模式保留彩色图像是比较理想的, 这样将来在档案库中检索的RGB 模式的图像可以用在不同的输出设备上。另外对于同样的图像, RGB 模式下只需处理红( R) 、绿( G) 、蓝( B) 三种色彩元素, 而对于CMYK模式却要处理青色( C ) 、洋红色(M ) 、黄色( Y) 、黑色( K ) 四种色彩元素, 图像处理速度和效率要低一些, 处理图像的质量也要差一些。结合以上分析, 选择适当的色彩模式存储医学影像, 对于提高影像的保真度, 方便日后处理影像, 贴近实际需求都有着重要的意义, 那么实际使用中, 色彩模式选择要考虑以下因素:

( 1) 对于不需色彩的医学图形或影像可选用黑白模式或者灰度模式。

( 2) 对于色彩不丰富的影像或者当需要使用256 种颜色时, 可选择索引色彩模式, 以降低数据文件存储空间和提高处理、传输速度。

( 3) 编辑、保存彩色医学影像可选择RGB 模式。

( 4) 打印输出彩色医学影像时, 在对医学影像做完处理后,需要将其转化为CM Y K 模式后, 再打印或印刷。只有选择合适的色彩模式, 我们才能在实际应用中合理把握医学影像的质量, 保证医学影像在存储与利用上的双丰收。

2 选择合适的文件格式

当我们使用扫描仪、数码相机、视频采集卡等设备将医学影像转化为数字文件时, 或者利用一些制图软件( 如Window画图、AUTOCAD,3DMAX3DS 等) 直接绘制平面或立体数字影像时, 在对影像输入、编辑、处理完毕存储时, 都面临对保存影像指定文件格式的问题。

目前, 影像文件存在以下特点:

( 1) 结构性强: 影像文件是由特定的结构组成的, 每一种影像文件都有各自组织影像数据的方式。

( 2) 格式多样: 许多软件都有自己的存储和压缩标准, 并且随着影像处理技术的发展, 还将出新的影像文件格式, 当前各种软件的影像格式有数十种, 如BM P、PCX、TGA、TIFF、JPG、GIF、A VI、M PEG、DICOM 等等。

( 3) 数据量大: 影像文件包含了影像的色彩数据。随着影像处理技术的日益提高, 获取影像数据的手段也日趋先进, 所获得的数据越来越复杂, 数据量不断增大。

( 4) 压缩: 由于图形影像文件包含的数据量大, 会给存储器的存储容量、通信干线信道的宽带以及计算机处理速度等方面增加极大的压力。因此, 绝大多数影像文件都使用经过压缩编码的影像数据格式。

影像以文件形式存储, 其文件格式分两大类, 一类是静态影像文件格式, 一类是动态影像文件格式。静态影像文件格式有: BMP、PCX、TGA、TIFF、JPEG、GIF、PCD、DICOM 等;动态影像文件格式有A VI、M PEG 等。由于各种影像处理软件使用自己的文件格式保存图像, 形成了目前多种影像文件共存的局面, 而各种影像文件格式从质量、灵活性、效率等各个方面综合起来评价, 很难准确评价孰优孰劣, 以下就我们在日常工

作中经常遇到的几种影像文件格式加以讨论。

2. 1 GIF 格式

GIF格式是当前较受欢迎的一种公用标准的图像文件格式, 最多只能显示256 色, 是互

联网中应用最广泛的两种格式之一( 另一个是JPEG 格式) 。文件扩展名为. g if。GIF 图像有一个非常突出的优点: 它支持在图形的透明区域中构造颜色的能力, 当把GIF 图像放到一个背景上时, 人们能透过图像看到

这个背景。另外它还能同时存储若干静态图像进而形成连续的动画, 目前互联网上大量采用的彩色动画文件多为这种格式的文件。需要强调的是, GIF格式最多只能支持256色, 不能将颜色丰富的彩色影像存储为G IF 格式, 否则, 将会失去大量的影像信息, 让人们感到影像粗糙、有斑点。

2. 2 TIFF 格式

所有的文字处理器、画图程序、图像编辑器和页面排版应用程序都支持TIFF, TIFF 是一种应用程序和计算机平台相互独立的图像标准。所有的桌面扫描仪都能够产生TIFF 图像。能够创建TIFF 图像的应用程序, 一般都允许采用RGB色彩模式, CMYK 色彩模式或灰度模式在一定的图像分辨率设置范围内保存TIFF 图像。TIFF 格式采用无损压缩方案, 确保图像的质量不受影响, 但较其他格式占的存储空间大。往往用于存储色彩丰富、构思非凡或者非常重要的图像文件, 兼容性强, 它能将3DS 、苹果机操作系统与Window s 系统有机地结合在一起。TIF F 格式的特点:

( 1) 支持多种压缩方法, 灵活性强, 适用范围广。

( 2) 可在一个文件中保存多幅图像。

( 3) 支持任何尺寸的图像, 这一点很重要, 如可以保存高清晰度的大幅面图像。

( 4) 独立于计算机自身结构、操作系统和图形硬件, 移植性好, 能更好地交换信息。

2. 3 JPEG 格式

JPE G 超越了GIF 的256 种颜色限制, 最大支持16777216 种颜色。JPEG 格式号称是所有压缩格式中最优秀的, 因为在对图形进行压缩之前, 用户可以选择压缩后图像的质量, 采取适合的压缩比, 即JPEG 支持可变的压缩率, 这样可以有效地控制因压缩图像而损失的图像信息, 文件通常都比GIF 文件小。因此在Web 上发布高质量的影像时, JPEG 格式是最受欢迎的, 医学影像的专题网站通常都采用该格式来存储

影像, 以获得影像质量和传输速度的完美结合。

JPEG 格式的特点:

( 1) 它用有损压缩方式去除冗余的图像和彩色数据, 能够在获得极高的压缩率的同时展现十分丰富生动的影像。因此,在空间资源有限时, 选择该格式存储医学影像是比较理想的。

( 2) 具有调节影像质量的功能, 允许用不同的压缩比对同一文件进行压缩, 也就是说获得的文件可大可小, 对同一个影像来说, 大文件下的影像质量要优于小文件。

( 3) JPEG 格式文件尺寸较小, 传输下载速度快。

2. 4 PNG 格式

PN G 格式的目的在于提高GIF 文件格式的性能, 文件扩展名为. png。PNG 格式成功地组合了GIF 和J PEG 的优点。PNG 能够比GIF 更好地支持压缩, 而且它能像JPEG 格式一样支持数百万种颜色。与JPEG 不同的是, PNG 压缩属于无损压缩, 因此在压缩过程中不会丢失任何颜色信息, 这一点与以牺牲图像品质来换取高压缩率的JPE G 格式有所不同。PNG 格式是目前保证最不失真的格式, 它吸取了G IF 和JPE G 二者的优点, 存储形式丰富, 兼有G IF 和JPE G 的色彩模式。其次, 它能够把图像文件压缩到极限以利于网络传输, 显示速度快, 另外, PNG 支持透明图像制作, 可以让图像和背景很和谐地融合在一起。

3存储介质

医学影像存储方式选择影像资料信息大存储于磁盘库，光盘库以及磁带库。这些存储介

质，由于他们各自具有不同的性能和特点，因此适用于不同的应用方式。

3.1 磁盘阵列

其原理是利用数组方式来作磁盘组，配合数据分散排列的设计，提升数据的安全性。磁盘阵列是由很多稳定性较高、速度较慢磁盘，组合成一个大型的磁盘组，利用个别磁盘提供数据所产生的加成效果来提升整个磁盘系统的效能。用磁盘阵列存储影像资料的优点是容量大、速度快、稳定。

3.2 蓝光光盘库

适合存储不经常更改的医疗影像资料，作为二级存储设备。有了蓝光光盘库就可以把经常访问的数据存放在磁盘阵列上，不经常访问的数据放在超大容量的蓝光光盘库中，由此得到数百TB的总存储容量，但付出的代价是同等容量磁盘的15%左右。使设备同时拥有庞大的数据空间、低廉的价格、存储的易用性。

3.3 磁带库

磁带库它能够提供同样的基本自动备份和数据恢复功能，它的存储容量可达到数百PB，可以实现连续备份、自动搜索磁带，也可实现智能恢复、实时监控和统计。但是当浏览医学影像时，需要将磁带上的数据迁移到服务器的缓存中，需要一定的时间。所以，磁带库只适用于存档及备份。

三：图像传输

分布存储是指在PACS系统中将图像数据分数据库、分服务器、分网络存储，以改善图像调阅速度。据调查，90%以上的调阅需求是对近期图像的，将近期图像与远期图像分开存储，能满足大部分的需求。在医院里，门急诊对调阅速度的要求显然高于住院，因此也有PACS 系统将门急诊图像与住院图像分布存储。后台调阅是为解决一次调阅大量图像而设计的。对要调阅一个有几千幅图像的检查的情况，在第一组图像调入本地时，即可开始显示和处理，同时后台仍继续调阅。用户还可以标记重要的图像，下次重复调阅时可以选择只调阅标记过的图像。这样，大大减少了用户的等待时间，也可减轻网络负担。预约调阅是指在病人入院，或挂号后，PACS系统自动将该病人的历史图像从远期存储处调到近期存储处。或者是复诊病人的图像产生后，PCAS自动将其传送到调阅初诊图像的用户终端上。

四：图像存档与通信系统

图像存档与通信系统(Picture Archiving and Communication System)，简称PACS。本节将介绍PACS概念。

4.1 PACS的作用

PACS系统是利用计算机信息技术，将不同型号、类别、地点的设备产生的图像，在统一的数字图像格式标准下，进行存储，按用户需求检索、调阅，用户可以在自己的终端上对图像作各种处理，辅助诊断和治疗。图像保存的传统介质采用的是胶片、照片或纸张等，其缺点是成本高，效率低；保存场地需不断增加，保管不易；需防蛀、霉变、丢失；图像复制、传递不便，历史图像检索困难。PACS彻底改变了传统的图像保存和传递方式，数字图像保存在磁盘、磁带、光盘上，占地小，成本低，保存时间长。利用计算机信息技术可以高速、高效的检索、复制、传递图像，真正实现了医学图像信息资源的共享。图像的跨科室、医院、地区流动，减少了等待检查结果的时间，方便了医生检索相关图像，有利于迅速诊断和治疗，无损、高效的图像传输，提高了远程会诊的质量。计算机强大的图像处理功能，可以在读片终端上对图像做各种处理，进行更细致的观察，具有更多的图像显示方式：三维重建、虚拟内窥镜、图像融合等等，提供了更多的信息。将人类在利用医学图像诊断和治疗上的知识积

累，转变为计算机软件，使医学图像诊断治疗技术走向更深的层次。在图像信息越来越多的今天，让计算机成为图像的第一读者，也将成为可能。

4.2PACS系统的组成

一个PACS系统，主要包括的内容有图像采集、传输存储、处理、显示以及打印。硬件主要有接口设备、存储设备、主机、网络设备和显示系统。软件的功能包括通讯、数据库管理、存储管理、任务调度、错误处理和网络监控等。

4.2.1图像采集

图像采集是本系统的“根”，是系统能够正常运行的基本点。只有采集到图像后，才能进行后续的显示、处理等工作，采集的图像质量决定PACS系统是否可用以及是否具有实际意义。

图像的采集可分为两种类型，一是静态图像，主要是单帧图片，例如腹部超声发现的结石图像；二是动态图像，为一段或多段连续的图像系列，如心脏超声可以采集一个或多个心动周期的图像。根据超声仪器的特点，决定了其图像采集的方式，目前大体有两种方式：数字图像以及视频图像的采集。

数字图像直接通过网络实现图像采集。以超声仪器为例，该方式的前提：一是超声仪器为数字化超声仪，二是其图像支持国际医学图像标准如DICOM（Digital Imaging and Communication in Medicine）或其它标准，三是开发支持对应格式的图像存贮、显示等软件。该方式实现起来比较简单，只要超声仪通过网络与图像存贮设备例如图像存贮工作站连接即可。该方式要求超声仪器本身支持DICOM或其它标准，但它是超声图像采集的最终方式，将来很可能是超声仪器的基本配置。

视频图像的采集是将超声仪器输出的视频信号通过计算机转化为数字信号。具体是通过图像采集卡将超声仪器的图像采集到工作站，然后保存到存贮设备中。该方式目前基本满足于所有的仪器，实现的条件也比较成熟。

4.2.2传输存储

图像的传输存储过程是将采集到的位于超声工作站上的图像按一定的格式、一定的组织原则存贮到物理介质上，如服务器、光盘等，以备使用。必须考虑的问题：存贮格式、存贮空间、存贮介质等问题。可以使用的存贮格式为：TIF、TGA、GIF、PCX、BMP、A VI、MPEG、JPEG、DICOM，我们选择比较通用的A VI格式或DICOM格式。

图像压缩方法很多，但医学图像必须保证图像能完全还原为原图式样。也就是说，必须为无失真压缩（或称无损压缩，相对于有失真压缩）。目前几种实用标准为ISO（国际标准化组织）和ITU（国际电信联盟）制定的如下三种：JPEG、H.261以及MPEG等。

常用存储介质：（1）硬磁盘——用于临时存贮采集的图像或显示的图像，在图像采集工作站上或者专门的图像服务器上皆配备该设备。（2）光盘存储器——即CD-R盘片，一张盘片存贮量可达到650MB或更大，多张光盘可组成光盘塔、光盘阵，以实现大量数据的存贮。（3）流磁带（库）。

4.2.3、显示，处理，打印

图像的显示必须满足(1)不依赖于硬件，也就是说通过软件实现图像显示；(2)动态图像可以动态显示，也可以静态显示；(3)图像方便地在院区网的工作站（如医生工作站）上显示，采集的图像能充分共享，以达到图像采集的目的。

图像处理目前包括图像放大缩小、灰度增强、锐度调整、开窗以及漫游等，图像面积、周长、灰度等的测量。

生成规范的、包括图像的超声诊断报告单。图像打印时用户可以选择一到四幅图像，呈方阵排列，如果配备彩色激光或喷墨打印机则可打印非常漂亮、艳丽、基本满足医学需要的报告单。

4.3PACS目前存在的问题

标准化技术的应用在PACS建立过程中关系重大，它关系到PACS与其他系统信息交换和各个不同厂商设备的连入。当前，有美国的ACR和NEMA两个组织共同制定DICOM标准已经成为业界实际采用的工业标准。这个标准使得各个医疗影像仪器生产厂的数字化检查设备能够容易地连接在一起。

由于医学影像系统中图像的质量关系到诊断和治疗的准确性，因此系统应该对图像质量有很高的要求，对图像质量产生较大影像的主要因素是胶片图像的采集过程。在诊疗中，通常对X胶片的影像质量、图像的几何分辨率、光密度、噪声等都有较高的要求，需要使用专用的胶片激光扫描仪进行图像的采集，而目前在很多远程医疗系统使用普通办公用扫描系统采集的图像往往达不到要求。

当前计算机技术的发展为PACS建设提供了技术基础。大容量的磁盘已经大大降低了图像存储的费用。使用CD-R、光盘柜、光盘塔等设备，使系统的离线存储非常可靠与方便，同时费用也能够为广大医院所接受。

不同检查所产生的医学影像，在图像分辨率、光密度等方面有非常大的差别。我们应该认识到，大多数种类的检查影像是中低分辨率的。这些影像能够使用常用的通用微机设备进行处理和显示，只有少数种类的影像需要高分辨率的设备来处理。我们可以充分利用这个特点，在PACS建设中分阶段实施，逐步实现医院影像处理的自动化和无胶片化。

4.4PACS的发展趋势

PACS是临床医学、医学影像学、数字化图像技术与计算机技术、网络通讯技术结合的产物。它将医学影像资料转化为计算机能识别处理的数字形式，通过计算机及网络通讯设备，完成对医学影像信息及其相应信息（资料）的采集、存储、处理及传输等功能，使医学信息资源共享，并得到充分的利用。从临床医师的角度，PACS也可理解为多媒体（电子）病案管理系统的主要组成部分。

在确定PACS发展模式时，应根据实际情况制定总体规划，循序渐进，分步实施；遵循DICOM 3.0标准，并基于Internet 的浏览器/服务器体系，采用模块化结构去建设PACS及探讨PACS的发展模式和实施策略。

在制订医院信息系统（HIS）总体规划时，应将PACS作为HIS的重要组成部分去考虑，特别是网络平台建设应考虑是否有足够的带宽满足PACS的需求，由于基于以太网的TCP/IP 协议已成为Internet的标准，1998年6月又制订了千兆以太网标准，网络设备厂商先后将其千兆以太网设备投放市场，网络配置和升级都十分方便，多用性好，提供多种选择去构筑有足够带宽的网络平台。

因此，从经济性、延续性、易扩展、易维护的角度出发，建议首选千兆以太网，其次为ATM（异步传输模式）

选择基于浏览器/服务器（B/S）体系的模块化结构组建PACS，在于充分利用WWW技术设计PACS。B/S体系结构，从分布式数据库管理系统角度来说，它是Client/Server（C/S）模式的扩展，是基于超链接Hyperlinks、HTM描述语言的多级C/S体系结构，易于解决跨平台问题，通过标准浏览器访问多个平台。

B/S的客户端为标准的浏览器，环境单一，界面统一，易学易操作，易提高工作效率，版本更新易维护。由于B/S体系结构的代码分布不象C/S结构那样，要分布在客户端和服务器端，B/S结构在版本更新时，只需考虑服务器端代码，降低运行成本和软件开发的工作压力。

同时B/S可便于实现业务的分布式处理与代码的集中式维护，以利于目前医院缺乏高质素计算机技术人员的条件下，建立集中管理的网络中心，对医学信息系统的各种应用系统的服务器群、网络核心交换设备、网络使用情况的监控设备，以及有关医院管理和临床诊疗信息的海量存取系统等，进行及时而全面的维护和管理，以提高医院信息系统的实用性，以及

对付突发事件的应变能力。

五：医学数字图像通讯（DICOM）标准

DICOM是Digital Imaging and Communications in Medicine的英文缩写，即医学数字成像和通信标准。它以开放式连结系统（OSI）参考模式为基础定下七层协议。DICOM是一种应用标准，存在于七层之间（最上一层）。

DICOM标准以计算机网络的工业化标准为基础，为影像、公用信息、应用服务及通讯协议提供了一种标准模式。它能帮助更有效地在医学影像设备之间传输交换数字影像，这些设备不仅包括CT、MR、核医学和超声检查，而且还包括CR、胶片数字化系统、视频采集系统和HIS/RIS信息管理系统等。

从1995年开始，医学影像设备的生产商（主要是美国电子制造业协会NEMA的会员）与DICOM标准的潜在用户（主要是美国放射学会ACR的会员）就联合起来着手建立起这个标准，在这个过程中他们还得到了全球范围内其他标准化组织和保健机构的参与支持，这种广泛的合作最终保证了DICOM标准的成功。

目前，世界医学影像设备的主要供应商都宣布支持DICOM标准。无论在提高医疗诊断水平方面，还是在提高与医学影像及其信息有关的经济效益方面，DICOM标准的出现为医疗机构带来全新的机会。

DICOM基于开放式互联参考模型，这是一种世界范围的通讯标准，定义了七层协议模型，分别是物理层、数据链、网络、传输、会议层、表达层、应用层。DICOM属于第七层即应用层范围，也就是同Email软件或文件传送（ftp）等软件一样，属于一种软件范畴的东西。

因此，DICOM接口与设备中其它的接口（如高压注射器接口）是有区别的。其它设备的接口包括一些硬件，当然也有相应的软件，但软件必须基于特定的硬件才能实现其功能。而DICOM则是一种纯软件的标准，不管在任何设备的计算机上，只要嵌入了DICOM软件，就能实现DICOM功能（即拥有的DICOM接口）。

在DICOM的环境中，可以按照是提供服务或者是使用服务而把设备分为DICOM服务提供者和DICOM服务使用者，如CT，MRI，DSA等即为服务使用者，激光相机是服务提供者，也有既是服务者又是使用者的设备，如影像工作站。

DICOM标准是图像格式的标准，也是图像通讯的标准，DICOM2.0它适用于点到点环境，DICOM3.0则适用于WEB形式的网络环境。符合DICOM标准的设备能够作为独立的节点连入PACS网络，与其它符合DICOM标准的节点进行信息交换。

然而在我国，由于历史的原因，各医院里真正符合DICOM 3.0标准的影像设备只占所有影像设备的一部分（尽管这个比例越来越大）。大量的老式影像设备往往只能输出胶片，或者只有普通的视频输出，或者使用专用的图像格式。因此，目前在建设PACS的时候必须考虑到这一点。为了使现有的大量不符合DICOM的影像设备进入PACS网络，需要使用一个通用的DICOM格式转换工具包。

DICOM标准文件内容概要：

第一部分：引言与概述，简要介绍了DICOM的概念及其组成。提供了整个DICOM标准的综述。包括历史、范围、目标和标准的结构，对标准的各部分都有简要的描述。

第二部分：兼容性，精确地定义了声明DICOM要求制造商精确地描述其产品的DICOM 兼容性，即构造一个该产品的DICOM兼容性声明，它包括选择什么样的信息对象、服务类、数据编码方法等，每一个用户都可以从制造商处得到这样一份声明。

第三部分：利用面向对象的方法，定义了两类信息对象类：普通型、复合型。普通型的信息对象种类只包括那些现实中实体表现出的固有的属性。复合的信息对象种类可以扩展的

包括那些与现实中实体相关的但不是固有的属性。

第四部分：服务类，说明了许多服务类，服务类详细论述了作用与信息对象上的命令及其产生的结果。一个服务类通过一个或多个命令控制一个或多个信息对象。服务种类规范声明了命令元的需求以及应用于信息对象的命令执行结果。服务种类规范既声明了供应者的需求又声明了通讯服务使用者的需求。

第五部分：数据结构及语意，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，描述了所有信息对象是由数据元素组成的，数据元素是对属性值的编码。

第七部分：消息交换，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：消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 应用进行消息交换的必要的上层协议。

第九部分：消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 标准还在不断地更新，目前已有14部分及许多补充部分。表3-1显示了DICOM 标准的组成部分图。

实验

第一部分:概述 第二部分:兼容性

第四部分: 服务类说明 第十一部分:介 质存储应用概览 第三部分: 信息对象 第五部分:数据结构和语义 第六部分:数据字典 第七部分:消息交换 （网络操作） 第八部分: 网络支持 TCP/IP&OSI 第九部分: 点对点

第十部分:介质存储和文件格式 其余部分 特殊媒质格式 和 物理介质 DICOM 组成部分图

实验名称：压缩比与压缩时间是否相关

实验平台：

1：Windows XP系统

2：MA TLAB2012a

实验步骤：

1：记录开始时刻

2：选择压缩模式和压缩比

3：进行100，取平均值

4：记录结束时刻

实验结果：

实验分析

由上图可见，压缩时间并不由压缩比减小而减小，所以可以认为压缩时间与压缩比是不相关的。但在这里也并不是时间一样，这可能和程序或操作系统的运行相关，由于上次调入内存而减小下次调入内存时间。这可能和内存替换相关以及和当前操作系统运行的程序有关。由于多次运行，所以时间稳定，说明与压缩比无关，和压缩模式相关。实验程序

m=0.0;%记录压缩时间

for n=1:100%进行100次压缩

c1=clock;

I = imread('2.bmp');

J = imresize(I, 0.0625,'bicubic'); %选定压缩比和压缩模式

%figure, imshow(I), figure, imshow(J)

c2=clock;

temp=c2-c1;

m=m+temp;

end

m=m/100.0