核医学图象处理工作站进展

核医学图象处理工作站进展

北京海军总院 核医学科 朱家瑞 教授

中国医学科学院肿瘤医院 核医学科 吴文凯 教授

目前临床所使用的核医学显像设备由探头机架、病人检查床和核医学图像处理工作站三部分构成。如果将探头比喻为人的眼睛,那麽核医学图象处理工作站就是人的大脑。随着断层成像、符合电路和图象融合系统广泛用于临床,图像处理工作站已成为核医学显像设备中不可缺少的部分。

核医学影像的特点决定了核医学图像处理工作站必须是:

  1. 以分析功能代谢为基础。
  2. 以消除伪影和提高图像质量为方向(包括衰减和散射校正,消除移动伪影等)。
  3. 以定量图像分析为目的(包括动态图像和断层图像处理)。
  4. 以良好的数据兼容和图象网际传输为趋势(包括图像融合和远程诊断)。

一.核医学图像处理工作站硬件进展:

工作站是指具有图形和图像处理、强大的网络功能和丰富的多媒体功能的计算机系统。工作站和个人计算机(PC)之间功能的差别正在缩小,最近几年PC工作站在工作站中所占的比列越来越高。PC工作站除了具有工作站的高速处理性能和极强网络功能外,还具有PC机操作简单、支持软件丰富以及容易开发等特点。按照核医学图像处理工作站的发展可将它分成专用机,通用机加专门图像处理板和通用机三个阶段。

1.专用机:早期(1980年-1988年)核医学图像处理工作站大部分是由各生产厂家自行设计的图像处理系统,采用专门的图像处理板加速图像重建速度。用户很难在这样的图像处理系统上开发高质量核医学临床软件。由于计算机处理速度比较慢,迭代图像重建软件无法常规使用。

2.通用机加专用图像处理板:采用专用图像处理机有成本高、不利于临床开发和维护不方便等缺点。大部分ECT生产厂家开始采用通用机加上专用图像处理板的模式(1989年-1995年)。使用专用图像处理板后,又明显提高了图像重建速度。但是使用专用图像处理板对系统的维护并不理想。用户除了要掌握通用计算机操作外,还要学习专用图像处理板的维护知识。

3.通用机:通用图像处理系统是指直接在通用工作站上处理核医学图像(1996年至今)。1996年ELSCINT公司首先用PC工作站作为核医学图像处理工作站。工作站CPU时钟为300MHZ、内存为64-128MB、硬盘为1.0-4.0GB、17或21英寸的彩色监视器(分辨率为1024像素x 1028像素)、可擦写的磁光盘。最新通用机系统的图像重建速度非常快(符合成像重建速度高达30秒〕。由于与PC机的操作界面类似,用户易于操作,更易于临床软件开发,并且具有较为理想的性价比。目前GE公司率先采用通用图像工作站处理核医学图像。图像处理工作站是指在同一台计算机上能够完成图像图形处理、网络管理、多媒体和常规办公室工作的计算机。由于通用图像工作站性能飞速的提高,它已取代了小型图像处理工作站,成为现在核医学图像处理机的主流。通用图像工作站的使用为选择用户熟悉的WINDOWS NT/2000 操作系统奠定了基础。

二.核医学图像处理工作站操作系统的进展:

计算机操作系统(0PERATING SYSTEM)是配置在计算机上的核心软件,它在计算机中占据了特殊重要的地位,其它应用软件如:办公系统软件、数据库软件、网络系统软件和核医学图像处理软件,都依赖操作系统的支持。以前核医学图像工作站的操作系统大多数采用UNIX系统,该系统最大的缺点是在UNIX操作系统上使用X-Windows才能具有视窗功能,这就降低了整个系统的运行速度;在核医学图像处理系统中不能充分发挥它在大系统中的优点,反而增加了软件运行的不稳定性;它的文件格式和个人计算机Windows95/98操作系统的文件格式不兼容,明显限制了核医学资料数据的交流;它的视窗系统和现已普及的WINDOWS操作系统的视窗界面不一致,增加用户学习操作的难度。也有采用Macintosh视窗操作系统的,但因为该系统普及程度明显不如WINDOWS系统,在核医学图像处理工作站中未被广泛采用。1996年ELSCINT公司在核医学图像处理工作站上使用OS2操作系统,该系统与WINDOWS操作系统的文件格式兼容,为在核医学图像处理工作站上使用WINDOWS操作系统建立了基础。GE公司在核医学同行业中率先将Windows NT 操作系统用于核医学图像工作站,明显克服了UNIX和Macintosh这两个操作系统用于核医学图像处理工作站的缺点。微软公司已将WINDOWS NT5.0更名为WINDOWS2000,所以我们下文称WINDOWS NT 为WINDOWS 2000/NT。目前 WINDOWS视窗的用户已经在我们国内非常普及,采用WINDOWS视窗操作系统后用户能够非常容易地掌握它,而且与Windows 95/98相比,Windows 2000/NT有以下的优点:

1.更快更稳定的系统:Windows 2000/NT操作系统使用了抢先式多任务的任务调度管理模式,这样可以充分利用CPU进行多任务操作,提高了系统运行效率。使用了多线程的存储器管理模式,加速多任务操作的进行。使用了完整的“32位内核程序(WIN32)”,以加快程序的运行。拥有优良的存储器管理,在相同内存情况下,合理调用内存,大大降低了死机的几率。提供了完善的系统保护设计,防止数据出错和丢失。

2.更多更广泛的支持:支持多种CPU和多CPU系统;支持多种硬盘文件格式;支持不同的网络管理系统。

3.更强更广泛的功能、友好的界面: 先进的网络工具,包含与Internet的连接和管理;以及完整的客户软件工具;精彩的多媒体系统。与Windows 95/98一致的界面,用户易学易用。采用Windows 2000/NT操作系统后,核医学图像格式与个人计算机的格式完全相同,方便了图像和信息交流,为图像网络传输、图像融合和远程会诊提供了充分的实施环境。用户也可以采用Windows 2000/NT 支持的各种编程软件,如:Visual C、Visual B等,开发自己需要的临床应用软件。

三.核医学图像处理工作站临床应用软件进展:

最近几年,随着计算机软件和硬件系统的快速发展,核医学临床软件也有了迅速的发展。由平面和动态图像处理为主的软件发展到目前以断层图象处理和定量分析软件为主的体系。为了达到精确的定量,准确的衰减和散射校正、运动伪影消除和图象融合等技术已经成为核医学临床软件研究开发的焦点。以下我们就对一些具体软件进行简要的介绍:

1.心肌门控定量分析软件:由心肌门控断层图象计算左室功能。该软件能够通过门控心肌数据自动计算左室的EF值,动态显示左室运动功能。能够通过三维动态观察左室运动功能,确定病变范围。

2.心肌三维靶心图显示软件:通过体积加权和距离加权方法能够将三维心肌图像采用二维方法进行显示。但是,二维显示方法仍然不能全面显示心肌的完整图像。通过三维靶心图技术能够准确显示左室心肌图像。

3.图像融合软件:GE公司开发了在同一台设备上把SPECT或PET图像与CT图像融合的软件,该软件对F-511-FDG图像和单光子阳性显像图像具有重要的定位作用。虽然,通过DICOM能够将CT或MRI图像传递到核医学工作站,但是临床实现与SPECT图像精确定位并完成图像融合相当困难。GE的这套设备是目前进行SPECT与CT图像融合最准确、最方便的系统,已受到国内许多用户的认可。

4.MAG3肾脏专用软件: 用MAG3测定肾脏的有效血浆流量(ERPF),必须采用MAG3软件。

5.DISA软件: 双核素(Tc-99m-MIBI和F-18-FDG)同时采集和处理软件。该软件能够同时完成心肌血流灌注和代谢显像,并且能进行门控断层DISA显像。该软件使SPECT在心肌显像方面优于PET。

6.ECT遥控诊断功能: 通过Internet诊断ECT系统的故障,并能进行在线处理。

7.开发软件: 用Visual B或Visual C,用户能够很方便地开发临床应用软件。

8.DICOM3.0: 由美国发射学会和美国国家电器制造商协会NEMA(National Electronical Manufacturers Association)制定的医学数字影像通信DICOM3.0 (Digital Imaging and Communications in Medicine),在医学影像领域已经被普遍使用,是医学图像和资料网络化必不可少的软件。

9.Interfile: 为了使核医学图像和信息能在不同系统上共享,传递以前将各系统的文件转换成统一的文件格式(Interfile格式)。经过INTERFILE软件转换后的图象和文件,就可以在不同厂商的计算机上进行图象传递。

我们期待功能强大的图像工作站和简便快捷的影像处理软件推陈出新,使核医学影像诊断更快捷、更准确、更出色。