邱元陽

編者按：信息技術(shù)在社會(huì)生活中的應(yīng)用已經(jīng)滲透到各個(gè)行業(yè)，對(duì)于現(xiàn)在的我們來說早已司空見慣。如果時(shí)間往前再推二十年，也許我們只是在銀行和醫(yī)院才能看到信息化的應(yīng)用。在醫(yī)療領(lǐng)域中，信息化技術(shù)和手段應(yīng)用較早并且較普遍，醫(yī)療機(jī)構(gòu)的信息管理系統(tǒng)和信息網(wǎng)絡(luò)傳輸甚至要早于超市基于條碼掃描的購物結(jié)算系統(tǒng)，尤其是醫(yī)學(xué)成像部分，我們很早就已經(jīng)接觸到。目前，遠(yuǎn)程醫(yī)療、影像中心也逐漸走進(jìn)人們的視野。主持人和嘉賓將分兩期對(duì)這一問題進(jìn)行探討，也歡迎您積極參與。

● 醫(yī)學(xué)成像的分類

醫(yī)學(xué)成像是借助于某種介質(zhì)與人體的相互作用，把人體內(nèi)部組織、器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)、密度、功能等以圖像的方式表達(dá)出來，從而對(duì)人體健康狀況進(jìn)行判斷的技術(shù)。

我們?nèi)メt(yī)院拍片時(shí)，會(huì)遇到各種各樣的術(shù)語，如DR、CT、MRI等，它們決定了用什么機(jī)器，通過什么方式來對(duì)我們的身體進(jìn)行掃描和成像。

從成像過程來說，醫(yī)學(xué)成像大致由能量發(fā)射源、效應(yīng)組織、探測(cè)器、處理和顯示設(shè)備幾部分組成（如圖1）。

從成像的目的功能上看，醫(yī)學(xué)圖像又可分為結(jié)構(gòu)圖像、功能圖像和其他類型圖像。但比較常見的還是從技術(shù)特點(diǎn)上進(jìn)行分類，這也是我們平時(shí)見到的類別。

1.X射線成像（X-ray）

X射線能夠穿透人體組織，常用于胸部透視和四肢骨骼檢查，是最早應(yīng)用和使用最普遍的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，在臨床診斷上價(jià)值很高。根據(jù)穿透組織后的X射線強(qiáng)度，可以分辨組織厚度及密度差異，顯示病變部位形狀。采用數(shù)字技術(shù)，在計(jì)算機(jī)控制下直接進(jìn)行數(shù)字化X射線攝影的成像技術(shù)則稱為DR（Digital Radiography），如圖2所示。DR成像速度快，X射線輻射低，圖像可進(jìn)行后期處理，并且方便網(wǎng)絡(luò)傳輸。

2.計(jì)算機(jī)X射線斷層掃描（CT）

用X射線束對(duì)人體某部位一定厚度的層面進(jìn)行掃描，由探測(cè)器接收透過該層面的X射線，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽夂?，由光電轉(zhuǎn)換變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)過數(shù)字化輸入計(jì)算機(jī)處理。斷層掃描所得的每個(gè)點(diǎn)的信息排列成矩陣，經(jīng)數(shù)字化后轉(zhuǎn)換為灰度像素點(diǎn)，再按矩陣排列CT圖像。CT圖像是重建圖像，可顯示被檢查部位的斷面或立體的圖像，發(fā)現(xiàn)體內(nèi)任何部位的細(xì)小病變，常用于腦部、胸部掃描。在傳統(tǒng)CT的基礎(chǔ)上，還誕生了螺旋CT（如下頁圖3），它采用滑環(huán)技術(shù)，使X射線管和探測(cè)器沿人體長(zhǎng)軸連續(xù)勻速旋轉(zhuǎn)，掃描床同步勻速遞進(jìn)，掃描軌跡呈螺旋狀前進(jìn)，可快速、不間斷地完成容積掃描，得到真正的三維重建圖像，并能實(shí)時(shí)成像。

3.核磁共振成像（MRI）

生物體中的原子核在外加磁場(chǎng)的作用下接受特定射頻脈沖時(shí)會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，把這種共振用圖像表達(dá)出來，可以反映人體組織中質(zhì)子狀態(tài)的差異，揭示組織形態(tài)和生理、生化信息。通過磁場(chǎng)的改變，就能獲得各種斷面的體層圖像，如腦和脊髓的立體圖像。肌肉、骨骼系統(tǒng)也適于做核磁共振成像（如圖4）。

4.核醫(yī)學(xué)成像（RNI）

核醫(yī)學(xué)成像又稱放射性核素成像，用圖像信號(hào)反映體內(nèi)放射性核素的濃度分布，顯示形態(tài)學(xué)信息和功能信息。這種影像取決于組織的血流、細(xì)胞功能和數(shù)量、代謝活性、排泄引流情況等因素，而不是組織的密度變化，因而是一種功能性影像，其清晰度取決于臟器或組織的功能狀態(tài)，可以反映出由病變而引起的形態(tài)學(xué)改變，具有較高早期診斷價(jià)值。

5.超聲波成像（USG）

超聲波具有良好的指向性和明顯的反射、折射、衰減規(guī)律及多普勒效應(yīng)等，因而可通過超聲回波反映人體組織的聲學(xué)特性，信號(hào)經(jīng)處理后可動(dòng)態(tài)顯示器官的大小和形狀，方便直觀地對(duì)疾病做出診斷。最常見的是B型超聲成像，簡(jiǎn)稱B超，常用于腹部軟組織結(jié)構(gòu)顯像。

6.多普勒成像（DFI）

聲波都具有多普勒效應(yīng)，當(dāng)聲源與反射體之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，回聲的頻率有所改變，稱之為頻移。超聲頻移診斷法，即D超，包括脈沖多普勒、連續(xù)多普勒和彩色多普勒血流圖像。彩色多普勒超聲（即彩超）一般是用自相關(guān)技術(shù)進(jìn)行多普勒信號(hào)處理，把獲得的血流信號(hào)經(jīng)彩色編碼后實(shí)時(shí)地疊加在黑白B超的二維圖像上，形成彩色多普勒超聲血流圖像。彩超既具有二維超聲結(jié)構(gòu)圖像的優(yōu)點(diǎn)，又提供了血流動(dòng)力學(xué)的豐富信息，在臨床上可實(shí)現(xiàn)“非創(chuàng)傷性血管造影”。

以上這些技術(shù)，實(shí)際上都?xì)w屬于四類，即X射線成像、核磁共振成像、核醫(yī)學(xué)成像和超聲波成像，它們的應(yīng)用最為廣泛，被稱為四大醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。此外，還有阻抗成像、熱成像、微波成像、光學(xué)成像、γ閃爍成像、發(fā)射體層成像等多種成像技術(shù)。

醫(yī)學(xué)成像技術(shù)是物理學(xué)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、工程數(shù)學(xué)、材料科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)等多種學(xué)科和技術(shù)相互滲透的結(jié)果，在臨床應(yīng)用和數(shù)據(jù)交換的復(fù)雜性上，需要一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行規(guī)范。

● DICOM的誕生

說到醫(yī)學(xué)成像，不能不提DICOM。

上述各種醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，它們所使用的設(shè)備、實(shí)現(xiàn)原理、成像方法、圖像輸出方式、數(shù)據(jù)交換格式、信息傳輸模式等各不相同，如果沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來定義能滿足臨床需要的可用于數(shù)據(jù)交換的醫(yī)學(xué)圖像格式，在PACS（圖像歸檔和傳輸系統(tǒng)）和HIS（醫(yī)院信息系統(tǒng)）等系統(tǒng)中就無法方便地利用，遠(yuǎn)程會(huì)診和檔案調(diào)閱更是無法實(shí)現(xiàn)。

這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，最常見的就是DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine），即醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信，是醫(yī)學(xué)圖像和相關(guān)信息的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 12052）。

隨著以CT為代表的數(shù)字成像診斷設(shè)備在臨床上的廣泛應(yīng)用，為推動(dòng)不同制造商的設(shè)備間數(shù)字圖像信息通信標(biāo)準(zhǔn)的建立，為不同診斷設(shè)備創(chuàng)建統(tǒng)一的診斷信息數(shù)據(jù)庫并與其他醫(yī)院信息系統(tǒng)進(jìn)行交互，美國(guó)放射學(xué)院（ACR）和國(guó)家電氣制造協(xié)會(huì)（NEMA）在1983年成立了一個(gè)聯(lián)合委員會(huì)ACR-NEMA，并于1985年發(fā)布了最初DICOM的1.0版本，1988年推出2.0版本。1993年，DICOM標(biāo)準(zhǔn)3.0發(fā)布并沿用至今，成為醫(yī)學(xué)影像信息學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)。

DICOM標(biāo)準(zhǔn)中涵蓋了醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像的采集、歸檔、通信、顯示及查詢等幾乎所有信息交換的協(xié)議，以開放互聯(lián)的架構(gòu)和面向?qū)ο蟮姆椒ǘx了一套包含各種類型的醫(yī)學(xué)診斷圖像及其相關(guān)的分析、報(bào)告等信息的對(duì)象集，定義了用于信息傳遞、交換的服務(wù)類與命令集，以及消息的標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)，詳述了唯一標(biāo)識(shí)各類信息對(duì)象的技術(shù)，提供了應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（OSI或TCP/IP）的服務(wù)支持，結(jié)構(gòu)化地定義了制造廠商的兼容性聲明（Conformance Statement）。

有了DICOM，昂貴的醫(yī)療診斷設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的共享，診斷圖像的輸出更為方便，醫(yī)生能隨時(shí)隨地調(diào)閱這些醫(yī)學(xué)圖像，實(shí)現(xiàn)無膠片診斷，甚至是遠(yuǎn)程會(huì)診。在RIS（放射學(xué)信息系統(tǒng)）和PACS（圖像歸檔和傳輸系統(tǒng)）的配合下，這些圖像數(shù)據(jù)還能與HIS（醫(yī)院信息系統(tǒng)）完美對(duì)接，形成完善的醫(yī)療診斷系統(tǒng)。

● DICOM的文件格式

DICOM規(guī)范下的醫(yī)學(xué)圖像的文件格式一般以“.dcm”為擴(kuò)展名。要顯示和打印DCM文件，就需要讀取這種文件的格式。

DCM文件的文件頭最前面是128字節(jié)的導(dǎo)言，然后是4個(gè)字節(jié)的4個(gè)字符“DICM”，用來表明這是一個(gè)DCM文件。后面才是數(shù)據(jù)元素，多個(gè)數(shù)據(jù)元素一直排到文件的結(jié)尾（如圖5）。

每段數(shù)據(jù)元素以4個(gè)字節(jié)的標(biāo)識(shí)符（tag）開始，類似于數(shù)據(jù)庫的字段定義，可以用來表明元信息長(zhǎng)度、標(biāo)題、文本編碼、協(xié)議名稱、成像時(shí)間、檢查日期、成像儀器、設(shè)備廠商、病人姓名、影像編號(hào)、像素采樣、圖像模式、窗位窗寬、數(shù)據(jù)起點(diǎn)等多種信息。而值表示法（VR）則用2個(gè)字節(jié)定義數(shù)據(jù)類型，數(shù)據(jù)元素的后部才是數(shù)據(jù)，由Len來指定它的長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)值采用記錄每個(gè)像素值的方式來描述圖像，這有些類似于BMP位圖，為程序讀取文件中的影像部分提供了便利。

需要注意的是，DCM文件的像素?cái)?shù)據(jù)部分是用12級(jí)灰度來定義的，這么豐富的灰度級(jí)別我們一般不能全部用上，而是只取需要的部分，即所謂的“窗寬”，這個(gè)范圍的上下界就是“窗位”。上界以上的部分全部視為白色，下界以下的部分全部視為黑色，這樣根據(jù)不同的需要，就可以有不同的窗位窗寬，用8位灰度（256級(jí)）就可以表示出來了。當(dāng)然，由原來全部信息的12位灰度變?yōu)椴糠中畔⒌?位灰度，做一下簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)映射即可。

在一般的電腦上，如果要查看DCM文件，可以使用DICOM圖像瀏覽器（如Sante DICOM Viewer、DICOM Medical Image Viewer、ezDICOM等），或者使用DICOM文件格式轉(zhuǎn)換工具（如MRI Convert、 Dicom Digital Jacket、DICOM to Video等），把DCM文件轉(zhuǎn)換成圖片或視頻格式進(jìn)行查看。

DCM文件不是一般的圖片，信息比較豐富，如果需要更多的功能，如對(duì)DICOM格式文件進(jìn)行編輯，對(duì)圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)換壓縮和處理，或者進(jìn)行3D重建、窗位變換以及PACS系統(tǒng)定制開發(fā)，就需要用到專業(yè)的DICOM開發(fā)工具包了。

● DICOM的網(wǎng)絡(luò)傳輸

DICOM定義了DCM格式的文檔，用來保存和交換醫(yī)學(xué)成像信息，這些信息需要遵循DICOM協(xié)議，實(shí)現(xiàn)從醫(yī)療設(shè)備到數(shù)據(jù)中心之間的傳輸。

網(wǎng)絡(luò)軟件的架構(gòu)有C/S模式（Client/Server，客戶端/服務(wù)器）和B/S模式（Brower/Server，瀏覽器/服務(wù)器）。B/S模式架構(gòu)建立在廣域網(wǎng)上，適應(yīng)范圍廣，只要有操作系統(tǒng)和瀏覽器就行，對(duì)安全的控制能力相對(duì)較弱，面向的是不可知的用戶群。而C/S模式架構(gòu)建立在專用網(wǎng)絡(luò)上，一般是小范圍的局域網(wǎng)環(huán)境，通過專門的服務(wù)器提供連接和數(shù)據(jù)交換服務(wù)，對(duì)信息安全的控制能力很強(qiáng)，可用于高度機(jī)密的信息系統(tǒng)。DICOM一般建立在醫(yī)療機(jī)構(gòu)內(nèi)部，因此多采用C/S模式進(jìn)行服務(wù)和數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)然它也可以使用B/S模式架構(gòu)。

在C/S模式下，DICOM中的Server稱為SCP（Service Class Provider，服務(wù)類提供者），Client稱為SCU（Service Class User，服務(wù)類用戶），連接則稱為Association（對(duì)應(yīng)于OSI模型中的Connection）。要建立DICOM連接，客戶端SCU會(huì)向服務(wù)端SCP發(fā)送Association連接請(qǐng)求消息，描述此次連接的目的和設(shè)置，服務(wù)端接收到請(qǐng)求信息后，確認(rèn)自己是否支持相關(guān)服務(wù)并給出響應(yīng)信息（Response Message）。如果服務(wù)端支持客戶端請(qǐng)求的某些服務(wù)，就會(huì)發(fā)送確認(rèn)信息（Association Acknowledge），表明此次連接完成，否則就發(fā)送拒絕信息（Association Reject），通知客戶端連接失敗。連接成功建立后，客戶端和服務(wù)端就可以進(jìn)行11類信息的交互（如圖6）。

例如，門診醫(yī)生要查閱相關(guān)病人的CT圖像，他所使用的電腦和上面安裝的相關(guān)軟件就屬于SCU，查閱請(qǐng)求會(huì)發(fā)送到醫(yī)院數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上，服務(wù)器及其上面的軟件和數(shù)據(jù)庫就屬于SCP，會(huì)響應(yīng)醫(yī)生發(fā)來的請(qǐng)求，查詢到相關(guān)信息后反饋到醫(yī)生的電腦上，在客戶端軟件的界面上顯示出來。這些請(qǐng)求不僅可以是查詢、顯示請(qǐng)求，也可以是歸檔、打印輸出請(qǐng)求，打印請(qǐng)求一般由DICOM協(xié)議的打印服務(wù)器軟件來協(xié)調(diào)。

● DICOM的打印輸出

很多時(shí)候DICOM圖像還是需要打印輸出的，特別是需要病人留存的時(shí)候。

醫(yī)學(xué)影像的打印輸出可以分為兩種：一種是醫(yī)療機(jī)構(gòu)的打印，另一種是個(gè)人打印方式。部分診所限于系統(tǒng)功能，也會(huì)采用個(gè)人打印方式。醫(yī)院里打印各種圖像一般是通過成像設(shè)備與打印設(shè)備連接，或者成像設(shè)備通過DICOM連接到局域網(wǎng)上來進(jìn)行打印的。

一般大醫(yī)院里都是DICOM支持下的打印輸出，基于RIS或HIS系統(tǒng)，在PACS系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下，打印輸出只是醫(yī)療管理的一部分，在相應(yīng)的管理軟件中都已集成了這些功能。而小型醫(yī)院的打印，常常是依靠支持DICOM協(xié)議的打印機(jī)，或者是在DICOM打印服務(wù)器的支持下進(jìn)行。

個(gè)人方式的打印，是從電腦上查看和打印DCM文件，完全可以像普通圖片那樣進(jìn)行打印輸出。

根據(jù)醫(yī)學(xué)成像和類別，打印輸出的介質(zhì)也有所不同。心電圖常常是用墨水式繪圖儀輸出到坐標(biāo)紙上，B超和彩超則是激光打印機(jī)打印到普通的復(fù)印紙上，而DR、CT、MRI則需要輸出到膠片上，可以使用噴墨打印機(jī)或激光打印機(jī)來打印膠片，而在數(shù)字化之前，卻可能是專門的感光設(shè)備來生成膠片。

醫(yī)學(xué)成像技術(shù)是現(xiàn)代醫(yī)療診斷的重要手段，其技術(shù)發(fā)展也引導(dǎo)著臨床診斷的進(jìn)步和變革。隨著醫(yī)院信息化和現(xiàn)代化水平的提升，醫(yī)學(xué)成像已進(jìn)入了全新的數(shù)字時(shí)代。而DICOM標(biāo)準(zhǔn)的推出與應(yīng)用，極大簡(jiǎn)化了醫(yī)學(xué)影像信息的交換，推動(dòng)了遠(yuǎn)程醫(yī)療、現(xiàn)代放射學(xué)、圖像管理與通信系統(tǒng)（PACS）的科研進(jìn)步，其開放性與互聯(lián)特點(diǎn)也使得它獨(dú)步醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域，并積極與其他醫(yī)學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)集成。下一期，我們將繼續(xù)討論DICOM的點(diǎn)滴應(yīng)用。