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DICOM影像传输、显示和部分图像处理技术的开发研究

孙洪文  
【摘要】:医学影像存档与通讯系统(PACS)是计算机技术与医学影像技术结合的产物,医学数字图像通讯标准(DICOM)是在医学信息学领域中有关医学图像的国际标准,它可以使医学图像设备的制造商和用户在标准网络上实现设备互连,使医学影像有了统一的标准,是目前国际和国内研究的热点。 本文首先介绍了DICOM标准的发展背景,形成历史。简要的说明了DICOM标准的组成部分,DICOM共有16章内容,每章讲述某一方面的规范,各章较为独立但又互有联系。这样便于修改扩充。只有将所有章节紧密联系起来才能勾画出标准的体系结构和整体内容。 面向对象的方法是今后软件开发方法的主流,本文指出采用面向对象技术能大大提高软件的质量、可维护性和软件复用程度,并采用面向对象技术来设计程序。 DICOM标准的现实世界中的层次模型是分析DICOM实体之间关系重要手段,DICOM标准将现实世界中的医学图像与病人的关系抽象成为一个以病人(patient),研究(study),系列(series)、图像(image)四个层次的信息模型,这四个层次之间是相互关联的,相互依赖的。 在对符合DICOM标准的医学影像文件进行处理的时候,首要的问题是怎样去读取图像文件的信息,所以了解DICOM数据格式与文件格式是极为重要的事情。DICOM数据格式是一种数据的内部存储方式,是理解DICOM文件的基础。普通的图像处理软件都不支持医学影像文件,因此要正确理解DICOM的文件格式对于读写和处理DICOM影像文件都是十分重要的事情。 医学影像文件的传输对于PACS来说是极为重要的功能,本文还在DICOM网络的层次模型的基础上对医学影像的传输做了进一步的研究。 DICOM是医学影像系统领域中的标准,DICOM也是研究和开发具有网络连接功能,实现信息资源共享的新型医疗仪器的技术基础。其中实现医学图像的存储和通信是最主要也是最困难的。在网络通信协议的上层进行开发,可以直接应用网络协议,而不涉及到具体的硬件实现,因此与网络技术的发展保持相对独立,可以随着网络性能的提高而使DICOM系统的性能立即得到改善,可以实现医学图像可靠地高效地传送。 根据DICOM的网络层次结构设计三个层次来实现医学影像通信,上层为DICOM应用实体,中间层为DICOM服务元素和服务对象对类(SOP),底层为DICOM消息交换的通信支持类。 在确定了使用3个层次来实现医学影像通信以后,本文在实现中间层时,是以CT图像的存储服务为例来进行说明的。底层是建立在TCP/IP协议之上的,使用了套接字来进行实现。对于底层如何实现建立协商、如何进行数据传输、在传输完成之后如何进行关闭连接都进行了详细的阐述。 由于医学影像的文件通常都比较大,在传输与存储过程中效率较低,所以需要进行压缩 WP=53 以方便在网络上的传输和存储。本文介绍了各种适用于DCOM协议的压缩方法,并以游程长编码RLE为例,对压缩和解压缩进行了介绍。 医学影像是DICOM标准的核心,除了以前介绍的图像存储和图像传输外,医学影像的正确显示也是一个相当重要的内容,它涉及到医生对图像的理解和对疾病的诊断。对医学图像的有效处理,可以使突出某些有价值的内容,也可以使图像的显示效果更好,以便医生做出正确的判断。由于在计算机系统中不能直接支持DICOM医学图像文件的显示,本文利用设备无关位图(DIB)来进行对DICOM医学图像文件的显示,通过把DICOM文件在内存中转换为设备无关位图(DIB)的方式来实现。 本文对DICOM影像的编码格式进行详细的介绍,还提到了医学影像显示中需要注意的几个具体技术问题,这几个方面可以影响到医学影像的正确显示。在实现DICOM医学图像文件调窗功能时,简化了一种适用于计算机显示的调窗算法,通过线形变换,可以高效快捷地对DICOM医学图像文件进行调窗。 在对DICOM影像进行处理过程中,需要把BMP图像、JPEG图像转成DICOM格式的图像后,再存储成文件,可以方便进入PACS网络。由于通用的图像处理软件不支持DICOM医学图像文件,很多时候还需要把DICOM图像格式转换成各种通用图像格式。本文对格式转换进行了详细的说明。 数学形态学的基本算法有腐蚀(Erosion)、膨胀(Dilation)、开(Opening)和闭(Closing)。这是数学形态学中最基本的四个运算方法,可以通过他们来组合构建其他较为复杂的形态学算法。运用这些基本算法及其组合算法,可以进行图像形状和结构的分析及处理,包括图像分割、特征抽取、边界探测、图像增强等方面的工作。本文提出使用腐蚀、膨胀算法来对DICOM医学图像文件来进行处理。 在计算机技术日新月异的时代,医学影像存档与通讯系统(PACS)会更加成熟,更广泛地应用到医疗领域中。


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