医学图像存储格式

目录

• 1. Dicom 格式
  • 1.1 Dicom 图像方位解析
• 2. Mosaic 数据存储格式
• 3. Analyse 格式
• 4. NIFTI 格式

最重要的三种格式：$DICOM、Analyze、NIfTI$。

名称	文件扩展名	分析软件及来源
$Analyse$	$.img/.hdr$	$Analyse$ 软件，梅奥临床医学中心
$DICOM$	$.dcm$	$ACR/NEMA$ 协会
$NIFTI$	$.nii或.img/.hdr$	$NIH$ 影像学信息工具倡议
$MINC$	$.mnc$	蒙特利尔神经学研究所( $MNI$，扩展名$NetCDF$ )
$AFNI brick$	$.BRIK$	$AFNI$ 软件，威斯康星医学中心 $(NIHM)$

1. Dicom 格式

通常，$DICOM$ 把每一层图像都作为一个独立的文件，这些文件用数字命名从而反映相对应的图像层数（在不同的系统有一定差异）。文件中包含文件头信息，且必须要特定的软件才能打开使用。在所有格式中，$DICOM$ 包含了大量的元数据信息在文件头中，包括仪器信息、图像采集参数以及病人信息资料。
尽管 $DICOM$ 是 $MRI$ 采集的标准输出格式，但是，数据分析前往往要把 $DICOM$ 格式转化为其他分析格式，这主要是因为 $DICOM$ 数据比较庞大。由于$DICOM$ 把每层图像都存储为独立文件，这会导致产生大量较小的数字文件，从而堵塞文件系统，降低分析速度。有很多免费工具可以把 $DICOM$ 数据转换为其他存储格式。

1.1 Dicom 图像方位解析

问题：

任意给定一张 $Dicom$ 图像或者 $MPR$ 重建图像，怎么解析这个图像的具体方位呢？

提示：

• $Dicom$ 图像中通常使用 $LPS$ 来表示 $X，Y，Z$ 轴正方向。
• $Dicom$ 图像中的 $tag(0020,0037)$ 表示图像 $X$ 轴与 $Y$ 轴在标准 $LPS$ 坐标系里的方位向量。

解析：

对于任意给定的方向向量 $(x,y,z)$

• $x>0$，表示该方向与 $L$ 同向；$x<0$，表示该方向与 $R$ 同向；
• $y>0$，表示该方向与 $P$ 同向；$x<0$，表示该方向与 $A$ 同向；
• $z>0$，表示该方向与 $S/H$ 同向；$x<0$，表示该方向与 $I/F$ 同向；

另外单位向量有 $x^2 + y^2 + z^2 = 1$，

• 解析 $1$ 个方向，考虑分量的绝对值大于 $\sqrt{\frac{1}{2}}$；
• 解析 $2$ 个方向，考虑分量的绝对值大于 $\sqrt{\frac{1}{3}}$；

2. Mosaic 数据存储格式

有些 $MRI$ 的脉冲序列（特别是西门子 $MRI$ 系统）把 $fMRI$ 的 $DICOM$ 数据存储为 $Mosaic$ 格式。这种格式中，每个图像文件中包含 $1$ 个 $mosaic$ 文件，而实际是 $16$ 层的图像。该存储格式就节约了大量的存储空间。大多情况下，仪器生产商宁愿保存为 $256 \times 256$，而 $fMRI$ 图像的矩阵为 $64 \times 64$。因此，分析前必须解压缩 $mosaic$ 图像，使之成为三维或四维文件从而符合分析软件需要的格式。

3. Analyse 格式

$Analyze$ 格式储存的每组数据组包含 $2$ 个文件，一个为数据文件，其扩展名为 $.img$，包含二进制的图像资料；另外一个为头文件，扩展名为 $.hdr$，包含图像的元数据。在 $fMRI$ 的早期，$Analyze$ 格式最常用的格式，但现在逐渐被 $NIfTI$ 格式所取代。$Analyze$ 格式主要不足就是头文件不能真正反映元数据。

4. NIFTI 格式

标准NIfTI图像的扩展名是 $.nii$，包含了头文件及图像资料。由于 $NIfTI$ 格式和 $Analyze$ 格式的关系，因此 $NIfTI$ 格式也可使用独立的图像文件（$.img$）和头文件（$.hdr$）。单独的 $.nii$ 格式文件的优势就是可以用标准的压缩软件（如 $gzip$），而且一些分析软件包（如 $FSL$）可以直接读取和写入压缩的 $.nii$ 文件（扩展名为 $.nii.gz$）

还有 $.tiff$ 格式的图像解析。