第1章绪论
1.1课题背景
医疗设备不断地发展产生了大量医学影像数据,这些影像所包含的信息在诊断治疗中有巨大的价值。医学影像可视化使用计算机和图像处理技术充分挖掘医学影像的信息,为医生诊断、治疗、手术等提供有力的支持。目前,主流医学影像可视化平台大致可分为两类:一种是客户端医学影像数据可视化平台,这种平台经过几十年的发展,现己非常成熟,功能也十分完善,各大商业公司和开源社区都有大量软件的提供。例如,GE公司的GE Healthcare己向全球100多个国家的医疗专业人士及其患者提供服务,开源软件中的Osirix[il也被广泛地使用在各个科研机构之中;另一种是基于浏览器插件(平台相关)或者虚拟化桌面的医学影像数据可视化平台,主要是由商业公司提供。这类平台的发展日趋完善,在功能上逐步接近并替换纯客户端,包括高端影像工作站领域,例如,TeraRecon。以上介绍的两种医学影像可视化平台依赖于操作系统或者与平台相关的插件,如果要实现跨平台访问,甚至移动设备的访问,所需要软件移植成本过于庞大。
因此,一些商业公司和幵源社区开始探索与平台无关,纯面向浏览器的医学影像数据的可视化平台。Raster image公司开发的Oviyam己实现了与平台无关的Web医学影像可视化系统。它主要包含了 Web客户端配置、查询患者列表、图像信息查看、DICOM信息查看、图像的放大、缩小和移动、多巾贞图像的动态显示等功能。但是Oviyam主要作为二维影像的浏览工具,其还没有支持三维影像的绘制。此外,Oviyam利用WADO协议传输DICOM影像,这限制了系统提供定制的服务功能。
1.2本文的主要工作
本文研究实现了一种全新的移动医学影像数据可视化和分析系统,它基于HTML5 和最新的 Web 技术,面向现代浏览器(Firefox4+、Chrome 10+、Safari4+)。该系统无需安装任何插件,便可运行在不同桌面及平台的浏览器上,实现了二维图像的实时浏览、搜索和交互功能,以及Web端的三维直接体绘制的交互显示。
根据自定义的传输协议和数据格式,系统可向用户提供定制的服务功能。在设计完成的系统之中,针对活体肝移植手术的术前规划己经成功加入肝脏血管分割模块。..................
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第2章背景介绍
2.1医学影像学
随着数字成像技术的开展,医学影像数量猛增,而传统的医学影像管理办法己无法顺应现代医院中对如此大量和大范围医学影像管理的请求,采用数字化的医学影像管理办法则得到了公认。医学影像学也称医学成像,医学影像学(Medical Imaging)泛指通过X光成像(X-ray),核磁共振成像(MRI),电脑断层扫描(CT),超声成像(ultrasound),脑电图(EEG),正子扫描(PET),脑磁图(MEG),穿颜磁波刺激(TMS),眼球追踪(eye-tracking)等现代成像技术检查人体无法用非手术手段检查的部位的过程。这其中与本文系统相关的两种成像技术为MRI和CT。此外,本节还将对医学图像的成像和通信标准,医学影像存储与通信系统和医学领域的窗技术做简要的介绍。
2.1.1核磁共振成像
核磁共振成像(Nuclear Magnetic Resonance Imaging),又称自旋成像(SpinImaging),也称磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,简称MRI)。它利用核磁共振(nuclear magnetic resonnance,简称NMR)原理,依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减,通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波,即可得知构成这一物体原子核的位置和种类,据此可以绘制成物体内部的结构图像。
将这种技术用于人体内部结构的成像,就产生出一种革命性的医学诊断工具。快速变化的梯度磁场的应用,大大加快了核磁共振成像的速度,使该技术在临床诊断、科学研宄的应用成为现实,极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。
2.1.2 X射线计算机断层成像
X射线计算机断层成像(X-Ray Computed Tomography,简称X-CT)是一种利用数位几何处理后重建的三维放射线医学影像。由于人体不同的组织对X射线的吸收能力各不相同,该技术通过单一轴面的X射线旋转照射人体并且利用电脑的三维技术重建出断层面影像。断层影像经窗宽、窗位处理后,可以突出显示特定组织,而立体影像则是由断层影像层层堆栈形成。
自从20世纪70年代起,X射线计算机断层成像在医学影像领域己经变成一个重要的工具。虽然价格昂贵,但它至今依然是诊断多种疾病的主要准则。
X射线计算机断层成像技术尽管对软组织的对比度显示较差,但是它可以提供很高的空间分辨率(0.5rnm)。当诊断对软组织对比度要求较高时,核磁共振影像技术(MRI)要优于X射线计算机断层成像技术。.....................
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第3章系统设计...............................25
3.1功能设计....................................25
3.2技术规划...................................25
3.3系统架构..................................26
3.4内存管理规划...........................27
笫4章技术算法实现........................29
4.1医学影像管理............................29
4.1.1医学影像信息的管理.............29
4.1.2医学影像数据的请求..............30
4.2 二维影像交互 ..........................31
4.2.1窗宽窗位的调整.....................31
4.2.2旋转、平移和缩放...................32
4.2.3测量工具...............................32
4.3三维数据体绘制...........................33
4.4自定义功能模块...................36
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总结
本文提出的基于HTML5的医学影像可视化平台利用了当下一些新兴的Web技术实现了跨浏览器、跨平台地对用户提供服务,它不依赖于任何平台以及与平台相关的插件。此系统作为基础医学影像可视化平台,可以根据用户不同的需求来定制相应的服务功能,在移动及远程医疗中很有发展前景。这种方式突破了传统面对面的医疗模式,医生在外地就可以通过Web技术传递信息和医治病人,使得高水平的医疗服务能够普及到更广发的区域。
当然本系统还可以进一步研究和改进。一方面,在与临床医生的交流过程中,发现医生更为关注二维图像的传输速度,因此在网络条件一般的情况下如何进一步提高图像的传输效率便成本文下一步要研宄的一个主要问题。另一方面,由于移动设备的硬件条件相对落后,系统需要在不同的移动设备上测试其性能并针对移动平台改进算法与交互的方式。最后,除了肝移植模块,还需要开发更多的定制功能模块,满足医疗影像需求。
本章对系统的界面和各个功能模块的实验结果做了介绍和分析。主要分析了医学影像数据请求的速度,展示了二维交互功能的结果。此外,本文还对三维直接体绘制的前后端绘制结果做了简要的分析并用了两组数据验证了其在技术路线上的可行性。最后,实验还分析了自定义功能模块中的肝脏血管分割及其面绘制的效果。
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