CN113538253B - 一种医疗影像的处理方法、介质及ct装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种医疗影像的处理方法、介质及CT装置，所述医疗影像的处理方法包括：获取一包含多层图像文件的医疗影像文件序列；获取所述医疗影像的元信息数据；提取各层所述图像文件中的图像数据；对各所述图像数据进行去噪处理，获得对应的去噪图像；对各所述去噪图像进行压缩，获得对应的压缩图像；将多层所述压缩图像和所述元信息数据打包至一个数据文件。所述医疗影像的处理方法能够实现医疗影像的高效存储和传输。
Description
技术领域
本发明属于医学图像处理技术领域，涉及一种医疗影像的处理方法，特别是涉及一种医疗影像的处理方法、介质及CT装置。
背景技术
CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)是利用精确准直的X线束、γ射线、超声波等，与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描从而获得多层图像文件的技术，可用于多种疾病的检查。正常情况下，CT影像数据包括了平扫期、静脉期和动脉期三期的数据，每期影像的扫描间隔一般为5mm。现有医疗系统中通常采用DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine，医学数字成像和通信)文件存储获得的CT数据。然而，DICOM文件中含有大量重复的元数据信息数据，图像信息取值范围过大且没有经过压缩算法，致使文件的体积过大，在实际的生成环境中不利于文件的传输和存储。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种医疗影像的处理方法、介质及CT装置，用于解决现有技术中用于存储CT数据的文件体积过大的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种医疗影像的处理方法，其特征在于，所述医疗影像的处理方法包括：获取一包含多层图像文件的医疗影像文件序列；获取所述医疗影像的元信息数据；提取各层所述图像文件中的图像数据；对各所述图像数据进行去噪处理，获得对应的去噪图像；对各所述去噪图像进行压缩，获得对应的压缩图像；将多层所述压缩图像和所述元信息数据打包至一个数据文件。
于本发明的一实施例中，对各所述图像数据进行去噪处理的实现方法包括：扫描各所述图像数据中的所有像素点；如果所述像素点对应的CT值大于第一阈值则将所述像素点的CT值设置为a；如果所述像素点对应的CT值小于第二阈值则将所述像素点的CT值设置为b；其中，a>b。
于本发明的一实施例中，对各所述去噪图像进行压缩的实现方法包括：使用LZ77算法对各所述去噪图像进行压缩；和/或使用哈夫曼编码和压缩技术对各所述去噪图像进行编码和压缩。
于本发明的一实施例中，所述数据文件为HID类型文件；所述HID类型文件包括文件头和文件体；所述文件头包括：导言，不包含任何数据；前缀，位于所述导言后，用于对所述数据文件进行标识；所述文件体位于所述文件头后，用于存储多层所述压缩图像和所述元信息数据，所述文件体包括：元数据表述区，用于存储所述元信息数据；压缩数据元素区，位于所述元数据表述区后，用于存储多层所述压缩图像。
于本发明的一实施例中，所述压缩数据区中存储的多层所述压缩图像以断层射线扫描矩阵的形式存储。
于本发明的一实施例中，所述导言为128字节；所述前缀为3字节，字节内容为HID。
于本发明的一实施例中，所述医疗影像包括平扫期、静脉期和/或动脉期的图像文件。
于本发明的一实施例中，所述包含多层图像文件的医疗影像为DICOM格式的医疗影像文件。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被调用时执行本发明所述的医疗影像的处理方法。
本发明还提供一种CT装置，所述CT装置包括：扫描台，用于对受检者进行扫描并获得扫描数据；数据收集单元，与所述扫描台通信相连，用于对所述扫描数据进行收集和模数转换，获得数字扫描数据；图像重建单元，与所述数据收集单元相连，用于对所述数字扫描数据进行图形重建，并生成统一的CT影像数据文件；所述统一的CT影像数据文件为HID类型文件；显示单元，与所述图像重建单元相连，用于显示所述图形重建的结果并为用户提供相关GUI交互界面；存储单元，与所述图像重建单元相连，用于存储一计算机程序和所述图像重建的结果；中央控制单元，与所述扫描台、所述数据采集单元、所述图像重建单元、所述显示单元和所述存储单元分别相连，用于调用所述计算机程序时执行本发明所述的医疗影像的处理方法。
如上所述，本发明所述的医疗影像的处理方法、介质及CT装置，具有以下有益效果：
所述医疗影像的处理方法包括对多层图像数据的去噪处理，去除了CT数据中大量冗余的背景噪音数据，减少了需要存储的数据量；
所述医疗影像的处理方法还包括对图像数据的无损压缩，能够在不丢失图像信息的前提下缩小图像文件的体积，提升了传输和存储效率；
所述医疗影像的处理方法中每个数据文件包含多个压缩后的图像数据和一个元信息数据，从而实现不同图像数据对元信息数据的复用，避免为每个图像数据单独存储一个元信息数据，减少了需要存储的元信息数据的数量。
附图说明
图1显示为本发明所述医疗影像的处理方法于一实施例中的DICOM文件格式示例图。
图2显示为一实施例中云端影像数据存储和诊断服务方式架构图；
图3显示为本发明所述医疗影像的处理方法于一实施例中的流程图。
图4显示为本发明所述医疗影像的处理方法于一实施例中步骤S14的流程图。
图5显示为本发明所述医疗影像的处理方法于一实施例中的数据文件格式示例图。
图6显示为本发明所述CT装置于一实施例中的结构图。
元件标号说明
500 CT装置
510 扫描台
520 数据收集单元
530 图像重建单元
540 显示单元
550 存储单元
560 中央控制单元
S11～S16 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
现有医疗系统中往往采用DICOM格式的文件存储CT数据。请参阅图1，DICOM是目前最广泛使用的CT文件存储格式，一般由一个DICOM文件头和一个DICOM数据集合组成。在DICOM文件头包含了标识数据集合的相关信息，每个DICOM文件都必须包括一个文件头，该文件头包括：(1)文件导言，由128个字节组成；(2)DICOM前缀，为一4个字节的字符串，实际应用中根据该字符串是否等于“DICM”来判断该文件是不是DICOM文件；(3)文件元信息元素。DICOM数据集包含多个数据元，每个数据元由四部分组成：DICOM TAG，用于存储该数据元的标识；值表示(Value Representation，VR)，用于存储描述该数据元的数据类型；(3)值长度(value length)，用于存储描述该项目的数据长度；(4)值域(value)，用于存储描述该数据元的数据值。在采用DICOM文件存储CT数据时，每个病例的三期影像数据大约由200-300个文件组成，这些文件中存在大量重复的元信息元素，且其数据元中包含大量冗余且重复的背景噪音数据。对于医学图像数据来说，有损压缩可能带来图像信息的丢失，因此DICOM文件无法通过简单的压缩来减小文件的体积。
此外，随着云计算、医疗影像大数据和医学人工智能技术的发展，越来越多的医疗研究机构采用“云企端”的三层架构技术来解决医院信息化系统(Hospital InformationSystem，HIS)的建设问题，从而避免信息化资源浪费、同时也节约运营成本。医学影像存储和传输系统(Picture Archiving and Communication Systems，PACS系统)作为医院最主要的几种数据存储方式之一，常用于和放射学信息系统(Radiology Information System，RIS)、造影设备(CT、MR等)实现共同协同工作和无缝连接。同时由于医院CT数据采集量和图像信息存储量非常大、数据的存储成本高且利用效率较低下等问题，医院开始逐渐推广并采用云端影像数据存储和诊断的服务方式，建立医疗影像云的方式将自身采集的大量数据分流到云端存储，并使用第三方的云端诊断技术，从而实现对资源配置的最优化。然而，医学影像数据具备单笔数据量大、存储期长等特点，使得带宽和存储空间问题成为制约医疗影像系统的重要因素。请参阅图2，显示为上述云端影像数据存储和诊断服务方式的架构图。
针对上述问题，本发明提出了一种医疗影像的处理方法，所述医疗影像的处理方法包括：获取一包含多层图像文件的医疗影像文件序列；获取所述医疗影像的元信息数据；提取各层所述图像文件中的图像数据；对各所述图像数据进行去噪处理，获得对应的去噪图像；对各所述去噪图像进行压缩，获得对应的压缩图像；将多层所述压缩图像和所述元信息数据打包至一数据文件。本发明包括对图像数据的提取、去噪以及无损压缩，从而在保证不会产生信息丢失的前提下缩小了数据文件的体积，便于医疗系统的存储和传输。
请参阅图3，于本发明的一实施例中，所述医疗影像的处理方法包括：
S11，获取一包含多层图像文件的医疗影像文件序列。所述医疗影像文件序列通常包含多个文件，该文件可以从相应医学成像设备直接获得，所述医学成像设备例如CT机，也可以从相应的医疗影像数据库中获取。
S12，获取所述医疗影像的元信息数据。所述医疗影像来源于所述医疗影像文件序列中的文件；所述元信息数据包含所述医疗影像的相关信息，例如：医院信息、病例信息等。
S13，提取各层所述图像文件中的图像数据。所述图像数据为所述图像文件中包含的病例数据，所述病例数据是指由相关医学设备采集到的相关数据，例如：CT值。
S14，对各所述图像数据进行去噪处理，获得对应的去噪图像。
S15，对各所述去噪图像进行压缩，获得对应的压缩图像。优选地，所述压缩为无损压缩，从而避免信息丢失。
S16，将多层所述压缩图像和所述元信息数据打包至一个数据文件。
于本实施例中，通过对图像数据进行去噪处理能够去除图像文件中存储的无效背景噪声，通过对去噪图像进行压缩进一步缩小了图像数据的体积，有利于实现医疗影像的存储和传输。
于本发明的一实施例中，所述医疗影像包括一个病例的多期扫描数据。具体地，所述医疗影像包括一个病例平扫期、静脉期和/或动脉期的扫描数据。其中，每一期都有100个左右的DICOM文件，所述DICOM文件存储于PACS系统中。
于本发明的一实施例中，所述医疗影像通过DICOM3.0标准接口，HTTP接口和SMB(Server Message Block，服务器信息块)协议从医院的PACS系统中获取。其中，PACS系统是一种应用在医院影像科室的系统，主要的任务就是把日常产生的各种医学影像(包括核磁，CT，超声，各种X光机，各种红外仪、显微仪等设备产生的图像)通过各种接口(模拟，DICOM，网络)以数字化的方式海量保存起来，当需要的时候在一定的授权下能够很快的调回使用，同时增加一些辅助诊断管理功能。
于本发明的一实施例中，所述元信息数据可以由相关人员自定义，用于记录检查的相关信息。本实施例中一种可用的元信息数据的数据结构为：
于本发明的一实施例中，对各所述图像数据进行去噪处理的实现方法包括：扫描各所述图像数据中的所有像素点；如果所述像素点对应的CT值大于第一阈值则将所述像素点的CT值设置为a；如果所述像素点对应的CT值小于第二阈值则将所述像素点的CT值设置为b；其中，a>b。
请参阅图4，于本实施例中，对于任一图像文件中的图像数据进行去噪处理的实现方法包括：
逐一扫描所述图像文件中的所有像素点；对于任意像素点，判断其CT值是否大于所述第一阈值；若像素点的CT值大于所述第一阈值，将该像素点的CT值设置为a；若该像素点的CT值小于所述第二阈值，将该像素点的CT值设置为b；若该像素点的CT值既不大于所述第一阈值又不小于所述第二阈值，则该像素点的CT值保持不变。
通过上述去噪处理的过程即可获得去噪处理后的去噪图像。优选地，所述第一阈值为800Hu，所述第二阈值为-800Hu；优选地，a＝1000Hu，b＝-1000Hu。
于本发明的一实施例中，对各所述去噪图像进行压缩的实现方法包括：使用LZ77算法对各所述去噪图像进行压缩；和/或使用哈夫曼编码和压缩技术对各所述去噪图像进行编码和压缩。所述LZ77算法和所哈夫曼编码技术均为无损压缩技术，能够在不丢失数据的前提下实现对图像数据的压缩。
LZ77是一种基于字典的算法，它将长字符串(也称为短语)编码成短小的标记，用小标记代替字典中的短语，从而达到压缩的目的。LZ77算法属于现有压缩算法，其具体实现方法此处不再赘述。哈夫曼编码是可变字长编码的一种，该方法完全依据字符出现概率来构造异字头的平均长度最短的码字。哈夫曼编码属于现有编码及压缩算法，其具体实现方法此处亦不再赘述。
于本发明的一实施例中：首先对所述图像数据进行去噪处理，在所述去噪处理中选取所述第一阈值为800Hu，所述第二阈值为-800Hu，a＝1000Hu，b＝-1000Hu；然后采用LZ77算法对所述去噪图像进行压缩。于本实施例中，通过上述步骤能够对64.5％以上的像素进行有效压缩，从而减少需要存储的数据。
对于医学图像数据而言，如果对图像尺寸进行简单的减少可能会导致图像失真等问题，对医学图像数据进行简单的有损压缩可能导致图像信息的丢失。针对这一问题，请参阅图5，于本发明的一实施例中，所述数据文件包括文件头和文件体。所述文件头包括：导言，不包含任何数据；前缀，位于所述导言后，用于对所述数据文件进行标识；所述文件体位于所述文件头后，用于存储多层所述压缩图像和所述元信息数据，所述文件体包括：元数据表述区，用于存储所述元信息数据；压缩数据元素区，位于所述元数据表述区后，用于存储多层所述压缩图像数据。于本实施例中，所述压缩数据元素区能够存储40到100张左右的CT数据。
传统DICOM文件中，每个文件只包含一层CT图像数据；要存储多层CT图像数据需要建立多个DICOM文件，而每个DICOM文件中均包含一个元信息元素。于本实施例中，通过对医疗影像中图像数据的提取、去噪以及压缩、打包，能够将多层CT图像数据压缩后放入一个数据文件的压缩数据元素区。对于每个数据文件，其包含的多层CT压缩图像数据共用一个元数据表述区。一方面，所述数据文件存储的是压缩后的图像数据，而DICOM文件中的数据元均为未压缩数据；另一方面，所述数据文件能够实现多层CT数据共用同一个元数据表述区，而DICOM文件不同层CT数据均需要一个元信息元素。
相较可知，本发明所述数据文件格式使得所述数据文件能够存储多期医学数据，且不包含传统医学图像存储中多余的冗余信息，从而减少对存储空间的需求，便于传输和存储。
于本发明的一实施例中，所述压缩数据区中存储的多层所述压缩图像以断层射线扫描矩阵的形式存储。
于本发明的一实施例中，所述导言为128字节，该部分内容为空；所述前缀为3字节，其内容为“HID”三个字符，用于标识文件格式。
于本发明的一实施例中，所述医疗影像包括平扫期、静脉期和/或动脉期的图像文件。
于本发明的一实施例中，所述包含多层图像文件的医疗影像为现有DICOM格式的医疗影像文件。
于本发明的一实施例中，所述医疗影像的处理方法的实现过程包括：
通过DICOM3.0标准接口和SMB协议从PACS系统获取医疗影像数据；
获取每一层图像的数据并进行去噪处理；经分析，CT数据中Hu值在800至1000范围和-1000至-800范围的像素点多为CT机在扫描时产生的噪音，对人体器官的影响分析没有用处，因此所述去噪处理的实现方法包括：将CT值大于800的像素点CT值规整到1000，将CT值小于-800的像素点CT值规整到-1000；
对去噪后获得的图像数据采用LZ77算法进行数据压缩，通过本步骤能够实现对64.5％以上的像素点进行压缩；
使用哈弗曼编码和压缩技术对上述压缩数据进行再次压缩处理，生成压缩图像；
生成所述医疗影像的元信息数据；
对上述元信息数据和压缩图像进行打包处理，生成完整的数据文件，并形成新的文件格式，所述新文件格式的结构如图5所示。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被调用时执行本发明所述的医疗影像的处理方法。
请参阅图6，本发明还提供一种CT装置600，所述CT装置包括600：扫描台610，用于对受检者进行扫描并获得扫描数据；数据收集单元620，与所述扫描台610通信相连，用于对所述扫描数据进行收集和模数转换，获得数字扫描数据；图像重建单元630，与所述数据收集单元620相连，用于对所述数字扫描数据进行图形重建，并生成新的统一的CT影像数据文件-HID类型文件；显示单元640，与所述图像重建单元630相连，用于显示所述图形重建的结果并为用户提供相关GUI交互界面；存储单元650，与所述图像重建单元640相连，用于存储一计算机程序和所述图像重建的结果；中央控制单元660，与所述扫描台610、所述数据采集单元620、所述图像重建单元630、所述显示单元640和所述存储单元650分别相连，用于调用所述计算机程序时执行本发明所述的医疗影像的处理方法。
于本发明的一实施例中，所述扫描台610用于对受检者进行X射线扫描获得受检者的CT数据。所述数据收集单元620收集所述CT数据并对其进行模数转换，从而获得数字扫描数据。所述图像重建单元630获取所述数字扫描数据进行图像重建，并生成新的统一的CT影像数据文件-HID类型文件；所述图像重建的方法例如：直接矩阵变换法、直接反投影法、滤波反投影法等，通过图像重建所述图像重建单元630能够获得受检者的CT图像并将其存储到所述存储单元650和/或通过所述中央控制单元660在所述显示单元640上显示。所述显示单元640用于为用户提供相应的操作界面和显示界面，所述操作界面用于实现用户与所述CT装置的交互，所述显示界面用于显示相应的CT图像。所述存储单元650用于存储本发明所述医疗影像的处理方法的计算机程序，并存储有医疗影像处理过程中的数据和信息；具体地，所述存储单元650存储有步骤S15用到的压缩算法和对应的解压缩算法以及步骤S16用到的打包算法。所述中央控制单元660用于根据所述存储单元650存储的计算机程序执行步骤S11～步骤S16所述的医疗影像的处理方法。
本发明所述的医疗影像的处理方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。
本发明还提供一种CT装置，所述CT装置可以实现本发明所述的医疗影像的处理方法，但本发明所述的医疗影像的处理方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的大CT装置的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。
本发明所述医疗影像的处理方法包括对图像文件中有效图像数据的提取，并对提取得到的图像数据进行去噪处理，能够去除图像中的噪音点；
本发明所述医疗影像的处理方法能够实现对图像文件中的有效图像数据进行无损高效的压缩，减少了需要存储的数据量；
本发明所述医疗影像的处理方法能够对多个DICOM文件中的元信息数据进行提取，并将所述元数据作为一个独立的数据存储，从而实现不同CT数据对同一元信息数据的复用，减少了需要存储的元信息数据的数量；
本发明所述医疗影像的处理方法中，各层图像数据中的有效部分先经过压缩，其后将多层压缩数据与一个元信息数据统一打包成一个数据文件
因此，本发明所述医疗影像的处理方法既保留了医学图像原有的诊断准确性，又提高了压缩比。本发明能够实现一种在压缩性能、诊断性能、传输性能上适用于远程医疗信息系统的可选择的无损图像压缩方法，使得医学图像能够达到较大的压缩比，同时不对其诊断性能产生破坏以致于发生由于图像失真而带来的误诊，具有良好的网络传输性能。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种医疗影像的处理方法，其特征在于，所述医疗影像的处理方法包括：
获取一包含多层图像文件的医疗影像文件序列；
获取所述医疗影像的元信息数据；
提取各层所述图像文件中的图像数据；
对各所述图像数据进行去噪处理，获得对应的去噪图像；
对各所述去噪图像进行无损压缩，获得对应的压缩图像；
将多层所述压缩图像和所述元信息数据打包至一个数据文件，多层所述压缩图像共用一个元数据表述区并复用同一元信息数据，所述数据文件包括文件头和文件体；所述文件头包括：导言，不包含任何数据；前缀，位于所述导言后，用于对所述数据文件进行标识；所述文件体位于所述文件头后，用于存储多层所述压缩图像和所述元信息数据，所述文件体包括：元数据表述区，用于存储所述元信息数据；压缩数据元素区，位于所述元数据表述区后，用于存储多层所述压缩图像。
2.根据权利要求1所述的医疗影像的处理方法，其特征在于，对各所述图像数据进行去噪处理的实现方法包括：
扫描各所述图像数据中的所有像素点；如果所述像素点对应的CT值大于第一阈值则将所述像素点的CT值设置为a；如果所述像素点对应的CT值小于第二阈值则将所述像素点的CT值设置为b；其中，a>b。
3.根据权利要求1所述的医疗影像的处理方法，其特征在于，对各所述去噪图像进行压缩的实现方法包括：
使用LZ77算法对各所述去噪图像进行压缩；和/或
使用哈夫曼编码和压缩技术对各所述去噪图像进行编码和压缩。
4.根据权利要求1所述的医疗影像的处理方法，其特征在于，所述数据文件为HID类型文件。
5.根据权利要求2或3所述的医疗影像的处理方法，其特征在于：所述压缩数据元素区中存储的多层所述压缩图像以断层射线扫描矩阵的形式存储。
6.根据权利要求5所述的医疗影像的处理方法，其特征在于：所述导言为128字节；所述前缀为3字节，字节内容为HID。
7.根据权利要求1所述的医疗影像的处理方法，其特征在于：所述医疗影像包括平扫期、静脉期和/或动脉期的图像文件。
8.根据权利要求1所述的医疗影像的处理方法，其特征在于：所述包含多层图像文件的医疗影像为DICOM格式的医疗影像文件。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被调用时执行权利要求1-8任一项所述的医疗影像的处理方法。
10.一种CT装置，其特征在于，所述CT装置包括：
扫描台，用于对受检者进行扫描并获得扫描数据；
数据收集单元，与所述扫描台通信相连，用于对所述扫描数据进行收集和模数转换，获得数字扫描数据；
图像重建单元，与所述数据收集单元相连，用于对所述数字扫描数据进行图形重建，并生成统一的CT影像数据文件；所述统一的CT影像数据文件为HID类型文件；
显示单元，与所述图像重建单元相连，用于显示所述图形重建的结果并为用户提供相关GUI交互界面；
存储单元，与所述图像重建单元相连，用于存储一计算机程序和所述图像重建的结果；
中央控制单元，与所述扫描台、所述数据收集单元、所述图像重建单元、所述显示单元和所述存储单元分别相连，用于调用所述计算机程序时执行权利要求1-8任一项所述的医疗影像的处理方法。
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