1、,作者 ： 刘亚强,单位 ： 清华大学,第七章,计算机技术在核医学中的应用,第一节 核医学设备中的计算机系统,第二节 核医学图像处理,第三节 与核医学相关的医院数据系统,第四节 辅助诊断技术与人工智能诊疗,重点难点,计算机技术在核医学领域的最新应用,核医学设备中的计算机技术及系统；DICOM标准的基本意义和作用；PACS系统的基本功能,计算机在核医学常规图像采集、处理的应用,核医学设备中的计算机系统,第一节,核医学（第9版）,数据采集工作站与图像处理工作站 嵌入式计算机系统 核医学数字化显像设备,核医学（第9版）,采集工作站,主要作用：让设备按指定的流程进行原始数据采集，并进行一定的数据校正与
2、处理。 操作人员通过图像采集终端软件设定采集规程参数并下发至采集处理工作站，从而启动采集规程。 采集工作站运行数据采集服务器软件，软件根据采集规程控制机电运动与数字化电子学进行采集，数字化电子学将数字信号传输至采集处理工作站与数据采集服务器软件进行处理，生成图像及其他统计信息，进一步传输至采集主控机进行显示和存储，并用于图像存储与进一步的分析。,核医学（第9版）,图像处理工作站,主要作用：针对被检查人员的诊断图像，实现图像处理和分析。 SPECT的主要处理步骤如下 选择待处理患者的相关图像，可以全选，也可以选择部分资料。 系统自动根据扫描器官类型选择对应的处理规程运行处理流程（针对不同器官有其
3、特有的处理流程）。 患者图像的打印和报告生成，保存处理结果。 将处理结果向PACS工作站中传输（符合DICOM 3.0标准格式）。 定期做处理结果的删除和数据光盘备份。,核医学（第9版）,数据采集工作站与图像处理工作站 嵌入式计算机系统 核医学数字化显像设备,核医学（第9版）,嵌入式计算机系统,嵌入式系统：专用计算机系统核医学影像设备。 以应用为中心。 以计算机技术为基础。 软硬件可裁减。 适应实际应用。 组成 微处理器、存储器、传感器等一系列微电子器件。 嵌入在存储器中的微型操作系统和应用软件。 功能：实时控制、监视、管理、移动计算、数据处理等各种自动化处理任务。 应用：信号采集模块、网络通
4、信模块、触摸屏和LCD液晶显示模块、运动控制模块和工作环境监测等。,核医学（第9版）,数据采集工作站与图像处理工作站 嵌入式计算机系统 核医学数字化显像设备,核医学（第9版）,传统核医学影像链结构,核医学（第9版）,数字化SPECT探头影像链结构,核医学图像处理,第二节,核医学（第9版）,图像重建技术 图像显示 核医学图像处理技术,核医学（第9版）,数据存储规则 投影平片或正弦图格式：对采集到的事件进行累积、压缩和重组。 表模式数据：每次事件具体的位置、能量及时间信息全部按一定规则的表单进行存储。,图像重建技术,核医学（第9版）,图像重建算法 滤波反投影。 最大似然估计迭代重建。 带有惩罚项的
5、最大后验估计迭代重建。,图像重建技术,核医学（第9版）,图像重建技术,迭代过程 给断层图像赋予初始估计值。 将理论投影值与实际投影值进行比较。 根据一定的计算法则对初始值进行修正。 从修正过的图像估计值计算理论投影值。 与实测值比较并再次修正断层图像估计值。 循环迭代，直至相邻两次估计值的差足够小为止。,核医学（第9版）,图像重建技术 图像显示 核医学图像处理技术,核医学（第9版）,核医学图像的数字化与计算机显示,核医学图像代表患者相应部位的放射性药物浓度。 数字化图像 图像空间被分割成nn的像素。 每个像素的值代表了像素空间内的放射性药物衰变次数计数。 核医学一般采用6464、128128和
6、256256的图像矩阵。 矩阵越大图像越清晰，分辨率越好。 过大的矩阵，每个像素的光子计数很少，统计涨落将很严重。 像素尺寸应不超过核医学成像设备空间分辨率的1/3。 各个像素的平均计数应在4050以上。,核医学（第9版）,图像重建技术 图像显示 核医学图像处理技术,核医学（第9版）,核医学图像处理技术,噪声消除 邻域平均法（也称均值滤波）、多图平均法、中值滤波法以及在频域中使用低通滤波器或带阻滤波器。 对比度增强 按一定的规则逐点修改图像每一像素的灰度，从而改变图像灰度的动态范围，使图像中正常组织和病灶组织之间的对比度提高。 线性变换、分段线性变换、非线性变换等几种。 锐化 突出目标边界、增
7、强图像细节。 在空间域对图像进行微分处理；在频域中则是运用高频提升滤波技术。,核医学（第9版）,核医学图像处理技术,图像分割 边缘检测：微分算子法、数学形态学法、模糊检测法、小波变换法、神经网络法。 区域分割：阈值分割、聚类、区域生长和分裂合并。 图像配准 将核医学图像与对应的相同的生理学解剖位置标记出来。 将实际采集的图像与标准医学图像匹配。 基于像素的配准方法、基于特征的配准方法、基于模型的配准方法。 感兴趣区技术 像素：X、Y坐标和计数值。 直线：计算两点之间的直线距离、画剖面曲线（profile）。 感兴趣区（region of interest，ROI）：统计ROI中的总像素数、总计
8、数值、平均计数（总计数值/总像素数）、最大计数和最小计数（计数值最大和最小的像素值）。 边界识别 设定阈值或计时边界线。 图像分割算法生成ROI。,与核医学相关的医院数据系统,第三节,核医学（第9版）,DICOM标准,DICOM（digital imaging and communications in medicine）3.0：医学数字图像和相关信息的构成、存贮方式和文件格式、信息交换和服务等方面的标准。为数字图像的交换及患者姓名、手术原因和使用的器械等关联信息建立了一种单一的语言。 PS 3.1： Introduction and Overview（引言和概述） PS 3.2： Confo
9、rmance（一致性） PS 3.3： Information Object Definitions（信息对象定义） PS 3.4： Service Class Specifications（服务类规范） PS 3.5： Data Structure and Encoding（数据结构和编码规定） PS 3.6： Data Dictionary（数据字典） PS 3.7： Message Exchange（信息交换） PS 3.8： Network Communication Support for Message Exchange（信息交换的网络通讯支持） PS 3.9： Point-to-
10、Point Communication Support for Message Exchange（信息交换的点对点通讯支持） PS 3.10： Media Storage and File Format for Data Interchange（便于数据交换的介质存储方式和文件格式） PS 3.11： Media Storage Application Profiles（介质存储应用框架） PS 3.12： Storage Functions and Media Formats for Data Interchange（便于数据交换的存储方案和介质格式） PS 3.13： Print Mana
11、gement Point-to-Point Commucation Support（打印管理的点对点通讯支持）,核医学（第9版）,PACS系统,PACS（picture archiving and communication systems）即图像存储与通信系统，是医院用于管理医疗设备如CT、MR等产生的医学图像的信息系统。 PACS是实现医学图像信息管理的重要条件，它对医学图像的采集、显示、储存、交换和输出进行数字化处理，最终实现图像的数字化储存和传送。 PACS的目标是实现医学图像在医院内外的迅速传递和分发，使医生或患者本人能随时随地获得需要的医学图像。,核医学（第9版）,PACS系统,核
12、医学（第9版）,PACS系统,PACS是影像设备、诊断工作台、读片台、大型存储系统以及计算机网络的集成。 PACS在医学信息领域的功能 在诊断、报告、会诊和远程工程站上观察医学图像。 根据图像的性质，把图像储存在适于短期或长期保存的存储介质中。 利用局域网、广域网和公共通讯设施进行诊断、报告、会诊和远程工程站上观察医学图像。 向用户提供个集成信息系统。,核医学（第9版）,RIS与HIS系统,放射学信息系统（radiology information system，RIS） 其基本功能有患者登记、检查预约、患者跟踪、数据分析、文字处理、报告生成、账单计费、胶片管理、档案管理等。 进一步包括模板和
13、报告自动生成功能、口述报告功能、统计功能、影像分析功能、与其他系统的接口等。 医院信息系统（hospital information system，HIS） 包括患者临床信息系统（patient care information system，PCIS）、医院经济核算系统、医院决策支持系统、院务管理系统等。其中图像存档和传输系统是患者临床信息系统PCIS的重要组成部分。,辅助诊断技术与人工智能诊疗,第四节,核医学（第9版）,辅助诊断技术,计算机辅助诊断（computer aided diagnosis，CAD） 通过影像学、医学图像处理技术以及其他可能的生理、生化手段，结合计算机的分析计算，辅
14、助发现病灶，提高诊断的准确率。 图像的处理过程（预处理）：把病变从正常结构中提取出来。 图像征象的提取（特征提取）或图像特征的量化过程。 数据处理过程：将第二步获得的图像征象的数据资料输入人工神经元网络等各种数学或统计算法形成CAD诊断系统。,核医学（第9版）,人工智能诊疗,近年来人工智能（AI）和深度学习的迅速发展，利用人工智能来实现辅助诊断技术成为当前的关注焦点。 大数据分析+人工智能的机器学习和计算方法=人工智能诊断 智能诊断在癌症领域的应用 有效确定乳腺癌细胞的位置（谷歌大脑与Verily公司开发一款诊断乳腺癌的人工智能产品）。 提高肺癌诊断的准确率（利用两千多张肺癌基因图谱和相应的数
15、据库训练计算机软件程序，可以确定肉眼难以观察到的癌症特异性特征）。 利用智能诊断技术提高皮肤癌诊断的准确率（利用深度神经网络技术对皮肤病专家的诊断水平进行分类）。 大型人工智能企业 IBM：Watson机器人。 腾讯、阿里、百度。,本章主要介绍了计算机技术在核科学中的应用，包括核医学设备中的计算机系统、核医学图像处理、与核医学相关的医院数据系统、辅助诊断技术与人工智能诊疗等。 自核医学诞生之日起，核医学系统就与计算机有着密不可分的关系。尤其是以计算机断层成像技术为代表的计算机算法技术，是现代核医学的基础技术之一。核医学设备的机械控制、扫描控制、数据采集、数据压缩与传输、图像重建、图像处理与显示、核医学标志性数据处理、数据存储和患者病例管理，直到当前的人工智能诊断技术，当代核医学的全过程都必须依赖计算机的参与。,
