附錄C 圖像格式

譯者： Synge

發表時間：2012-05-03瀏覽量：1604評論數：0挑錯數：0

翻譯：xiaoqiao

在fMRI的早期，由於大多數據都用不同研究脈沖序列采集，然後離線大量重建，而且各研究中心文件格式各不相同、大多數的分析軟件也都是各研究單位內部編寫運用。如果這些數據不同其他中心交流，數據的格式不影響他們的使用。因此圖像格式就像巴別塔似的多式多樣。隨著fMRI領域的不斷發展，幾種標準的文件格式逐漸得到了應用，數據分析軟件包的使用促進了這些文件格式在不同研究中心和實驗室的廣泛運用，直到近期仍有多種形式的文件格式存在。這種境況在過去的10年裏隨著公認的NIfTI格式的發展和廣泛認可而優化。該附錄就fMRI資料存儲的常見問題以及重要的文件格式做一概述，

3.1 數據存儲

正如第2章所述，MRI數據的存儲常采用二進制數據格式，如8位或16位。因此，磁盤上數據文件的大小就是數據圖像的大小和維度，如保存維度128 ×128×96的16位圖像需要25,165,824位 (3 兆字節)。為了保存圖像的更多信息，我們希望保存原始數據，即元數據。元數據包含了圖像的各種信息，如圖像維度及數據類型等。這點很重要，因為可以獲得二進制數據所不知道的信息，例如，圖像是128 ×128×96維度的16位圖像采集還是128 ×128×192維度的8位圖像采集。在這裏我們主要討論不同的圖像格式保存不同的數量及種類的元數據。

MRI的結構圖像通常保存為三維的資料格式。fMRI數據是一系列的圖像采集，可以保存為三維格式，也可以保存為四維文件格式（第4維為時間）。通常，我們盡可能保存為四維數據格式，這樣可以減少文件數量，但是有些數據分析軟件包不能處理四維數據。

3.2 文件格式

神經影像的發展中出現了很多不同圖像格式，常見的格式見表1.在這裏我們就DICOM、Analyze和NIfTI最重要的三種格式做一討論。

3.2.1 DICOM格式

現今大多MRI儀器采集後的重建數據為DICOM格式。該數據格式源於美國放射學協會（ACR）和國際電子產品制造商協會（NEMA）。DICOM不僅僅是圖像的存儲格式，而且是不同成像系統的不同形式數據之間轉換的模式，MRI圖像只是其中一種特殊形式。目前使用的DICOM遵照1993年協議，且目前主要的MRI儀器供應商都支持該格式。

通常，DICOM把每一層圖像都作為一個獨立的文件，這些文件用數字命名從而反映相對應的圖像層數（在不同的系統有一定差異）。文件中包含文件頭信息，且必須要特定的軟件才能打開使用。在所有格式中，DICOM包含了大量的元數據信息在文件頭中，包括儀器信息、圖像采集參數以及病人信息資料。

盡管DICOM是MRI采集的標準輸出格式，但是，數據分析前往往要把DICOM格式轉化為其他分析格式，這主要是因為DICOM數據比較龐大。由於DICOM把每層圖像都存儲為獨立文件，這會導致產生大量較小的數字文件，從而堵塞文件系統，降低分析速度。有很多免費工具可以把DICOM數據轉換為其他存儲格式。*

3.2.1.1 Mosaic數據存儲格式

有些MRI的脈沖序列（特別是西門子MRI系統）把fMRI的DICOM數據存儲為Mosaic格式。這種格式中，每個圖像文件中包含1個mosaic文件，而實際是16層的圖像。該存儲格式就節約了大量的存儲空間。大多情況下，儀器生產商寧願保存為256×256，而fMRI圖像的矩陣為64×64。因此，分析前必須解壓縮mosaic圖像，使之成為三維或四維文件從而符合分析軟件需要的格式。

3.2.2 Analyze格式

最知名的曾使用過的MRI數據格式為Analyze格式，它是由梅奧臨床醫學中心使用同名的分析軟件包而得名（由於費用問題而僅用於fMRI）。

Analyze格式儲存的每組數據組包含2個文件，一個為數據文件，其擴展名為.img，包含二進制的圖像資料；另外一個為頭文件，擴展名為.hdr，包含圖像的元數據。在fMRI的早期，Analyze格式最常用的格式，但現在逐漸被NIfTI格式所取代。Analyze格式主要不足就是頭文件不能真正反映元數據。

3.2.3 NIfTI格式

為了減少不同研究中心及數據分析軟件共享數據後存在的問題， 2000年美國國家精神研究所、國立神經疾病與腦卒中研究所的研究小組創建了新的數據存儲格式。2004年，新的數據格式的第一個版本即NIfTI-1格式發布，它是Analyze 7.5格式的延伸且增加了相當數量的元數據。NIfTI格式最重要的特征就是能反應MRI儀器的像素指數與空間位置。如果使用得當，能幫助我們準確定向，如能幫我們確定哪邊代表的是左腦。

標準NIfTI圖像的擴展名是.nii，包含了頭文件及圖像資料。由於NIfTI格式和Analyze格式的關系，因此NIfTI格式也可使用獨立的圖像文件（.img）和頭文件（.hdr）。單獨的.nii格式文件的優勢就是可以用標準的壓縮軟件（如gzip），而且一些分析軟件包（如FSL）可以直接讀取和寫入壓縮的.nii文件（擴展名為.nii.gz）。

常見的醫學影像數據格式