书城计算机网络智能计算方法概论
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第11章 医学图像处理的基本过程(3)

对于图像分割的算法已经有很多的人进行了研究,也有很多的文献是关于图像分割算法的。为什么这个领域还在不断的发展,并且没有出现一个好的方法被大家所广泛的承认呢?主要是由于这是一个非常重要的领域,它要求精确度很高而且要求假阴性率很低。但要达到这个标准却非常不容易,所以本书也在这方面进行了一些分割算法的研究,希望对医学图像的分割有所帮助。

2.图像的识别

医学图像处理和分析的最终目的是:在图像分析的基础上理解图像内容包含信息以及解释图像所反映的原始对象。图像识别(Recognition)就是属于图像理解范畴内的工作。图像识别可以根据被识别对象的某些特征判明其属于已知类别中的哪一类,也就是分类(Classification);也可以是确定被识别对象和一个已知对象在某个方面是否相同或相似性的测度,这种相似性可以是指区域特性(由区域内像素灰度分布决定),也可以是指形状特性(由边界决定)。分类是考虑一个个体和几个群体特征相似性的测度,虽然群体是由特性相近的个体构成,但由于个体之间的差异(这在医学图像中表现得尤为突出),一般并不考虑被测个体和组成群体和各个个体的特征的相似性,而是从统计的角度分析被测个体和哪一个群体的总体特性比较接近。

3.功能图像激活区的提取

功能图像激活区的提取是随着近年来功能图像诊断学的发展和关于人类认知科学的深入研究(人类脑计划)而开始被学者们注意的。

比如我们在研究人类的认知功能时需要了解人脑在受到某一类特定的刺激(如看不同词性的词)时大脑的哪些区域处于特别的活动状态,这对于我们区分人类大脑不同功能区域具有很大的作用,这项工作采用传统的MRI等结构成像方式是不可能实现的。而这项工作又为我们从事图像处理的研究人员提出了新的课题,我们需要从一些图像序列中将大脑被激活的区域准确地提取出来,这对于我们进一步进行脑功能的研究具有很重要的作用。本书将对这一提取方法进行详细的研究。

6.5医学图像处理系统的构成

虽然我们研究的重点是医学图像处理的算法,但还是有必要对整个医学影像处理系统的结构有一定的了解。随着医院信息化的不断发展,医学图像的传输、处理和诊断均被整合到图像存档与通信系统(PACS)中了,而医学图像处理模块往往是作为其诊断子系统集成到PACS中的。而图像处理的质量好坏关系到医生做出判断的准确性。下面我们就对PACS系统的结构作一下介绍:

随着计算机网络技术与数字技术的飞速发展,全球各类医院传统的医学影像转换成数字影像,形成网络化已迫在眉睫。我们预测:受社会发展潮流影响,在未来5~10年的时间里,中国社会各级各类医院将会快速发展和普及医院影像局域网PACS系统。在此,我们分析了医院对计算机数字影像网络的主要需求和我们必须准备的基本系统构成模块。

1.局域网与PACS系统的功能与要求

PACS是图像存档与通讯系统(Picture Archiving and Communication System)的首字母缩写。近几年来,医学影像PACS技术已被学术界炒得沸沸扬扬,但在真正实用意义上,能使医院产生兴趣,并引起重视的是数字医学影像的诊断价值,以及数字影像的可储存性、可重复利用性、越来越方便的可传送、可携带特性。因此,在医院需求层次上,PACS只代表了发展医院影像局域网的一个部分,以及其中的一个比较重要的技术方面。对医院而言,建立医院影像局域网所需要达到的最主要的功能是:能依靠影像局域网集中病人在医院所作的各种影像诊断信息,方便医院对病人进行全面的病情会诊,使医院影像局域网产生诊断价值。

医院将提出的具体需求有:

(1)逐渐将所有传统的和现代的医学影像设备接入医院数字影像局域网。这里,所有医学影像包括:CT、DSA、MRI、传统X线影像及X线数字影像、ECT、B超、彩超、内镜图像、显微图像,以及最近几年兴起的CR、DR数字图像等。

(2)对传统的和现代的医学影像具有优良的数字化显示技术,通过医院影像局域网能够正确、清楚地再现医院现有的所有医学图像,并且有可能集中在同一个场地,使用现代化的显示设备与技术,将同一个病人的各种检查图像同时显示出来,供医学专家们会诊使用。

(3)由于医学影像集中了医院对病人进行各种检查的80%以上的信息量,因此,医院影像局域网必须经受住爆炸性信息容量的考验和严格的信息保存安全性考验。从这个基本点出发,医院影像PACS局域网必将对网络硬件系统的海量存储、宽带高性能、安全性、开放性、可扩展升级特性,以及要求提供优秀PACS软件产生强烈的系统需求。

2.局域网与PACS系统模块组成

医院数字影像局域网与PACS系统是一个涉及新技术较多、领域较宽、软硬件结构及环境平台均较为复杂的技术工程项目。

总体上,可区分为下述各工程模块:

(1)数字化设备上网接入模块。我们建立医院影像PACS局域网首要的一条,就是要有数字化影像数据上网,脱离这一点,所有的工作均毫无价值。目前,在国内医院中,数字化影像设备不少,但能支持数据直接上网的为数不多,而为了尽可能地发挥医院影像PACS局域网的效率,医院必须在保证影像质量的前提下,尽可能地将各种影像设备接入上网。因此,本模块包括:

①DICOM标准数字影像设备上网接入模块。随着DICOM标准的推广与普及,各级医院近一、二年引进的数字影像设备很多已支持DICOM标准,如新型X线数字影像设备DR、CR及近几年新出厂并支持上网的CT、MRI、DSA等。该模块面向国际统一标准,随着时间变迁,将越来越重要。

②非标准数字影像设备上网直接接入模块。该模块用于解决一部分带有数字网络接口,但又仅符合生产厂家内部标准的设备上网问题。以往,生产数字影像设备的众多厂家由于没有统一的上网标准,使医院相当一部分数字影像设备难以上网,因此,该模块须克服许多困难和问题,在实践中逐渐地、局部性地予以实现和完善。

③非标准数字影像设备上网间接接入模块。此模块专用于对医院过去引进的、生产厂商根本就没提供上网接口的一部分早期非标准数字影像设备,通过对影像重新A/D的方法让它们能间接上网。

(2)数字影像会诊中心模块

建立医院数字影像局域网与PACS系统,其核心的意义在于能够方便地汇集各种各类检查的数字影像,提供给专家进行综合会诊。因此,在PACS局域网的基础上,建立硬件设施过硬、图像显示清晰、显示技术优良,能同时方便地显示各种数字诊断影像的数字化影像会诊中心,在这一模块中就包含有相应的图像处理功能。图像处理能力的大小和处理质量的好坏在很大程度上将代表整个项目的临床诊断价值与水平。

(3)数字影像局域网网络工程模块

网络工程模块包括:网络服务器、数据存储与管理软硬件系统模式、网络布局与工作站分布、网络构架与布线等。此部分模块归属于计算机Intranet信息网络工程范畴,对当前医院影像局域网Intranet的软硬件性能指标及设备系统的可扩展性具有决定性的作用。

(4)各工程模块的信息流与局域网系统PACS软件模块

如果说硬件是骨架,软件就是血液。建立了良好的硬件平台以后,必须要建立合理的网络信息流向和配以优良的PACS软件系统,才能保证整个系统能够正常运行。因此,这是在建立数字影像会诊中心时,必须很好建立的又一个重要模块。

总之,医院建立数字影像局域网,并逐步过渡到最终院际广域网连接,已是21世纪医院计算机网络发展的必然趋势。