实验一 CT、MRI断层影像数据的采集
（一）实验目的
1．掌握简单的CT、MRI影像数据采集；
2．掌握使用Matlab和EZDICOM进行影像显示和信息获取。
（二）实验器材与设备
CT及MRI系统、PC或图形工作站、Matlab、EZDICOM软件。
（三）实验方法与步骤
1．CT、MRI单幅影像采集 CT和MRI系统一般使用UNIX操作系统管理扫描和软件界面，部分CT和MRI生产厂商也会采用自带的操作系统和对应软件。鉴于系统使用和维护要求，建议在CT和MRI系统自己的软件界面中，采用刻录方式采集和导出DICOM影像。
将刻录影像的光盘在PC中打开，进入光盘目录。一般CT和MRI系统会按照日期或被检者编号来命名此次扫描所有图像的文件夹。打开文件夹，如被检者在一次检查过程中进行了多组扫描，则系统会为每次扫描建立多个子文件夹，如图1-7所示。本次检查共进行了一次定位和四次扫描，共有五个文件夹，同时含有一个DICOM影像集的信息文件：DICOMDIR，记录扫描细节。
进入单次扫描的子文件夹，可以显示出多个DICOM文件图标。文件是以.dcm为后缀的DICOM影像，一般编号按照扫描顺序排列。
DICOM是数字医学成像通信标准（digital imaging and communication of medicine，DICOM），它是美国放射学会（American College of Radiology，ACR）和美国电器制造商协会（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）组织制定的专门用于医学图像的存储和传输的标准名称。制定目的旨在解决医学成像设备的互联，统一图像格式和传输等问题。
符合DICOM标准的文件扩展名通常为“∗.dcm”，如图1-7所示。目前大多数的图像处理软件都不支持该格式，阅读该格式图像需要专用读图软件，如EZDICOM、DICOMview等。DICOM影像格式采用位图的方式，逐点表示出其位置上的灰度和颜色信息。对于一个像素值，DICOM称为采样值（sample value）。采样值的描述方法用三个数据元素给出，分配位数（bits allocated）指出了该采样值存储的二进制位数。存储位数（bits stored）指实际占用的位数。最高位位置（high bit）指明该值最高位在分配的存储单元中的位置。具体的DICOM格式信息将在第2章中详细讲解。
图1-7 DICOM影像图标
可以使用两种方式来打开DICOM影像，Matlab函数打开和EZDICOM软件打开。
启动Matlab软件，将工作路径current directory修改为现有DICOM影像所在文件夹；
用Dicomread读取一幅CT的DICOM影像：
显示的影像如图1-8a所示。由于DICOM影像往往具有超过两千个灰阶，因此直接在Matlab中显示，往往无法显示最合适的窗宽窗位。可以调节显示灰阶范围来改变影像显示效果。如：
显示效果分别如图1-8所示。
图1-8 CT的DICOM影像显示
a.默认灰阶参数的显示结果；b.[100 2048]的显示结果；c.[1024 2048]的显示结果
查看该DICOM影像的具体信息：
结果如下：
打开一幅MRI影像：
结果如图1-9所示。
图1-9 MRI的DICOM影像显示
查看影像信息：
结果如下：
可以看到，影像的名称、采集时间、影像尺寸、影像属性等均可以得到。更关键的是，还可以看到影像采集所使用的CT和MRI系统名称、采集条件（窗宽、窗位、层厚、层间隔）甚至系统所在医院名称。这也是DICOM影像所特有的一种信息存储方式，最大程度地保留了被检者的检查信息。
部分DICOM影像是由多幅断层影像合并存储在一个文件中，这时影像的打开需要按照三维矩阵形式打开。
我们使用函数打开一个Matlab中自带的多幅的超声DICOM影像文件，如图1-10。
查看文件信息：
图1-10 多幅的超声DICOM影像
图像来源：Matlab
为了实现更简单的DICOM图像浏览，还可以使用EZDICOM软件打开DCIOM图像。
EZDICOM是Wolfgang Krug和Chris Rorden编写的，一个小巧实用且免安装的DICOM影像浏览器，并可以查看影像细节。EZDICOM内置了简单的图像调整工具，可以快速读取和浏览DICOM影像。
启动EZDICOM软件，单击file，单击open DICOM，按照影像所在路径，选择要打开的影像。也可以多选多幅影像，一次打开。
在软件界面内，影像会以适合的尺寸和灰阶显示，如图1-11。
图1-11 用EZDICOM打开CT的DICOM影像
我们选中该幅影像，单击show/hide header图标。图像界面会切换出含该DICOM影像的具体信息的文件头，如图1-12。在文件头显示中，对该DICOM影像的信息显示更加详细。
图1-12 EZDICOM打开的DICOM影像的文件头
2．多幅影像的采集、显示 对于一个影像序列，为了便于观察其相互位置关系和三维形态，可以使用MIMICS一次性打开，并用序列形式在冠状面、横断位和矢状位观察影像。
启动MIMICS，单击file-import images，打开文件所在目录的该次扫描的所有DICOM影像，如图1-13。
图1-13 用MIMICS导入DICOM影像序列
单击next，再单击convert，然后设定图像序列方位，如图1-14。
图1-14 用MIMICS导入DICOM影像序列后选定影像序列的空间方位
单击OK，在MIMICS的主工作窗口中就会显示出影像序列，同时进行二维多平面重建，自动显示出虚拟的另两个方位的影像序列，如图1-15。
图1-15 用MIMICS导入DICOM影像序列并显示三个断面的影像
此时所得到的影像序列已经形成三维体视数据集，我们可以在软件中通过阈值分割、调整等工作，最终得到某种组织的三维表面绘制重建，如图1-16；或进行计算机辅助诊断、有限元建模等延伸工作。
图1-16 用MIMICS重建骨盆的三维影像
以上是采用不同方式对断层序列影像进行采集、读出。需要注意的是，DICOM图像允许设备生产商在一定范围内修改其格式，因此不同厂家的DICOM图像编码会存在一定程度的差异；同时由于图像采集设备不一样，DICOM图像的数据组也会有所区别，如某些数据组不填或置零等。各种DICOM读图软件对这些不同格式的DICOM图像有不同的读出范围。
（四）实验结果与分析
1．运行相关程序，存储获得的处理结果；
2．分析程序代码和函数，了解其使用的数学方法；
3．适当修改和优化上述程序代码和参数，对比处理结果。
（邱建峰 聂生东）