DICOM學(xué)習(xí)筆記分析

1、 DICOM 關(guān)文慧uDICOM標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展uDICOM的組成uDICOM文件格式uDICOM與PACS內(nèi)容提要全稱：Digital Imaging Communication in Medical。由美國放射學(xué)院（ACR）和美國國家電子制造協(xié)會（NEMA）共同制定，包括數(shù)字醫(yī)學(xué)影像成像和通訊傳輸兩個方面.DICOM的發(fā)展起因： 二十世紀(jì)七十年代以來，計算機斷層成象技術(shù)（CT）和其他數(shù)字成象技術(shù)飛速發(fā)展，很多廠商都研制了具有計算機的成象設(shè)備，制定了各自不同的圖像格式。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的普及及其在醫(yī)學(xué)上的廣泛應(yīng)用，在不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備之間交換圖像和相關(guān)的信息的需求日趨迫切，而缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)成為圖像交

2、換的主要障礙。 發(fā)展：發(fā)展：DICOM以開放式連結(jié)系統(tǒng)（OSI）參考模式定下的7層協(xié)議為基礎(chǔ)，為影像、公用信息、應(yīng)用服務(wù)及通訊協(xié)議提供了標(biāo)準(zhǔn)模式，允許醫(yī)學(xué)圖像在檢查儀器、電腦和醫(yī)院之間進行交換，醫(yī)學(xué)影像設(shè)備采用此標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)接口后，其圖像可通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)存儲和傳輸。 1982年美國聯(lián)合成立委員會，制定DICOM標(biāo)準(zhǔn)，1985 - 公布1.0版本，1988 - 公布2.0版本 DICOM在持續(xù)更新中，目前是DICOM 3.0 2004版目標(biāo)： 促進數(shù)字圖像設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化，而不論設(shè)備的開發(fā)商是誰。有助于開發(fā)和推廣圖像存檔和傳輸系統(tǒng)（PACS），并能與其它醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)聯(lián)系。建立有價值的診斷信息數(shù)據(jù)

3、庫，它能處理地理上分散的不同設(shè)備間的請求。意義 DICOM標(biāo)準(zhǔn)的推出與實現(xiàn)，大大簡化了醫(yī)學(xué)影像信息交換的實現(xiàn)，推動了遠程放射學(xué)系統(tǒng)、圖像管理與通信系統(tǒng)（PACS）的研究與發(fā)展，并且由于DICOM的開放性與互聯(lián)性，使得與其它醫(yī)學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)（HIS、RIS等）的集成成為可能。 DICOM 3.0標(biāo)準(zhǔn)隨著技術(shù)的發(fā)展，不斷地進行更新，目前由18部分組成：第一部分：引言與概述。簡要介紹了DICOM的概念及其組成。 第二部分：兼容性。定義了要求制造商精確地描述其產(chǎn)品的DICOM兼容性，即構(gòu)造一個該產(chǎn)品DICOM兼容性聲明，它包括選擇什么樣的信息對象、服務(wù)類、數(shù)據(jù)編碼方法等，每一個用戶都可以從制造商處得到這樣

4、一份聲明。DICOM3.0的組成第三部分：信息對象的定義。定義了兩類信息對象類：普通性、復(fù)合型。第四部分：服務(wù)類規(guī)范。說明了許多服務(wù)類，服務(wù)類詳細論述了作用與信息對象上的命令及其產(chǎn)生的結(jié)果。第五部分：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼。描述了怎樣對信息對象類和服務(wù)類進行構(gòu)造和編碼。第六部分：數(shù)據(jù)字典。描述了所有信息對象是由數(shù)據(jù)元素組成的，數(shù)據(jù)元素的屬性及涵義。第七部分：消息交換。定義了進行消息交換通訊的醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用實體所用到的服務(wù)和協(xié)議。第八部分：消息交換的網(wǎng)絡(luò)通訊支持。說明了在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的通訊服務(wù)和支持DICOM應(yīng)用進行消息交換的必要的上層協(xié)議。第九部分：消息交換的點對點通訊支持。說明了與ACR-NEMA2.0

5、兼容的點對點通訊的服務(wù)和協(xié)議。第十部分：用于介質(zhì)交換的介質(zhì)存儲和文件格式。該部分說明了在可移動存儲介質(zhì)上醫(yī)學(xué)圖像信息存儲的通用模型。提供了在各種物理存儲介質(zhì)上交換不同類型的醫(yī)學(xué)圖像的框架，支持封裝任何信息對象定義的文件格式。 第十一部分：介質(zhì)存儲應(yīng)用框架。用于醫(yī)學(xué)圖像及相關(guān)設(shè)備信息交換的兼容性聲明。給出了心血管造影、超聲、CT、核磁共振等圖像的應(yīng)用說明和CD-R格式文件交換的說明。 第十二部分：用于介質(zhì)交換的物理介質(zhì)和介質(zhì)格式。提供了在醫(yī)學(xué)環(huán)境中數(shù)字圖像計算機系統(tǒng)之間信息交換的功能。這種交換功能將增強診斷圖像和其它潛在的臨床應(yīng)用。這部分說明了在描述介質(zhì)存儲模型之間關(guān)系的結(jié)構(gòu)以及特定的物理介質(zhì)特

6、性及其相應(yīng)的介質(zhì)格式。具體說明了各種規(guī)格的磁光盤，PC機上使用的文件系統(tǒng)和1.44M軟盤，以及CD-R可刻寫光盤。第十三部分：點對點通信支持的打印管理。定義了在打印用戶和打印提供方之間點對點連接時，支持DICOM打印管理應(yīng)用實體通信的必要的服務(wù)和協(xié)議。點對點通信框架提供了與第8部分相同的上層服務(wù)，因此打印管理應(yīng)用實體能夠應(yīng)用在點對點連接和網(wǎng)絡(luò)連接。點對點打印管理通信也使用了低層的協(xié)議，與已有的并行圖像通道和串行控制通道硬件硬拷貝通信相兼容第十四部分：說明了灰度圖像的標(biāo)準(zhǔn)顯示功能。這部分僅提供了用于測量特定顯示系統(tǒng)顯示特性的方法。這些方法可用于改變顯示系統(tǒng)以與標(biāo)準(zhǔn)的灰度顯示功能相匹配或用于測量顯

7、示系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)灰度顯示功能的兼容程度。第十五部分：安全措施 第十六部分 內(nèi)容映射資源(contentmapping resource)定義了標(biāo)準(zhǔn)使用的模板和上下文組。第十七部分 說明信息第十八部分 由WEB接入DICOM持久對象 這幾部分文檔是既相關(guān)又相互獨立的。其中規(guī)定了Patient、Study、Series、Image 四個層次的醫(yī)學(xué)圖像信息結(jié)構(gòu)，以及由它們組成的信息對象（Information Object）；采用服務(wù)類客戶/服務(wù)類提供者（Service Class User/Service Class Provider）概念組成的服務(wù)對象對（ServiceObject Pair）；支持

8、點對點（PPP）和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。DICOM3.0DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)特點和主要特點標(biāo)準(zhǔn)特點和主要特點DICOM3.0 協(xié)議是一種基于 TCP/IP 的上層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議DICOM 數(shù)據(jù)編碼的特點擁有完整、龐大的數(shù)據(jù)字典通過“服務(wù)類”(Service Class)概念實現(xiàn)應(yīng)用層功能離線媒體支持不同級別的一致性聲明(Conformance Statement)DICOM標(biāo)準(zhǔn)體系的主要結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)庫1.醫(yī)學(xué)影象數(shù)據(jù)庫的概念層次結(jié)構(gòu)醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的架構(gòu) DICOM在現(xiàn)實世界的模型DICOM協(xié)議結(jié)構(gòu)DICOM網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系構(gòu)架 DICOM3.0中的基本定義中的基本定義屬性:一個屬性有名字和值

9、，名字和值與任何編碼表獨立。命令:DICOM命令是通過一個界面或網(wǎng)絡(luò)來操作信息對象的一般方法。命令元素:命令的一個參數(shù)的編碼，用來傳達參數(shù)值。命令流:對一系列使用DICOM編碼方案的DICOM命令元素進行編碼的編碼結(jié)果。兼容性聲明:與DOCOM標(biāo)準(zhǔn)的一個特殊實現(xiàn)命令相關(guān)的正式聲明。包括服務(wù)種類信息種類和支持的通信協(xié)議等。信息對象:真實信息實體(如CT影像、研究等)的抽象，它遵照一個或更多的DICOM命令行事。 信息對象類:信息對象的正式描述，包括它的用途和它擁有的屬性，但不包括屬性值。 信息對象實例:一個現(xiàn)實世界實體的表達，它包括實體所屬信息對象類的屬性值。 消息:在兩個協(xié)作的DICOM應(yīng)用實

10、體之間交換“消息交換協(xié)議”的一個數(shù)據(jù)單元，由命令流加上可選數(shù)據(jù)流組成。 服務(wù)類別:一個結(jié)構(gòu)化的服務(wù)描述，被協(xié)作的DICOM應(yīng)用實體使用特定的DICOM命令支持，是一類特殊的信息對象。數(shù)據(jù)字典:DICOM數(shù)據(jù)元素的注冊處，它分配一個唯一的標(biāo)簽名字、值屬性和語義給每一個數(shù)據(jù)元素。 數(shù)據(jù)元素:一個信息單元，在一個數(shù)據(jù)字典中由一個單獨的條目定義。數(shù)據(jù)集合:交換信息，這些信息直接或間接與信息對象相關(guān)的屬性值的結(jié)構(gòu)化集合組成。在數(shù)據(jù)集合中，每一個屬性的值是作為一個數(shù)據(jù)元素表達。 數(shù)據(jù)流:使用DICOM編碼方案(被數(shù)據(jù)字典指定的數(shù)據(jù)元素號和表示法)對數(shù)據(jù)集進行編碼的結(jié)果。 DICOM3.0主要符號和縮寫:

11、ACSE:聯(lián)合控制服務(wù)元素 CT:計算X射線斷層造影術(shù) DICOM:醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信 HIS:醫(yī)院信息系統(tǒng) NIU:網(wǎng)絡(luò)接口單元 OSI:開放系統(tǒng)互聯(lián) PACS:影像歸檔和傳輸系統(tǒng) RIS:放射學(xué)信息系統(tǒng)TC P/IP:傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第二部分：DICOM文件DICOM文件主要由文件頭和文件結(jié)構(gòu)像素數(shù)據(jù)兩大部分組成。文件頭分為文件引言和數(shù)據(jù)集兩部分DICOM文件格式DICOM文件結(jié)構(gòu)圖DICOM 文件包含的四級屬性，patient(病人），study（檢查），series（序列），SOP（影像）。每一級別需要具有能夠唯一標(biāo)識這個等級屬性的鍵值，類似關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的主鍵。病人對應(yīng)的為Pa

12、tient id, 檢查 study instance UID, 序列 Series Instanceuid,影像 SOP Instance UID. DICOM數(shù)據(jù)集合是由DICOM數(shù)據(jù)元素按照一定的順序排列組成的 DICOM數(shù)據(jù)元素由四部分組成：標(biāo)簽，VR，數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)域DICOM最基本的結(jié)構(gòu)單元數(shù)據(jù)元素標(biāo)簽：（組號，元素號）所有雙數(shù)組編號提供DICOM數(shù)據(jù)字典的供標(biāo)準(zhǔn) 數(shù)據(jù)使用，所有單數(shù)組編號供私用數(shù)據(jù)使用。VR：表示該數(shù)據(jù)元素中的數(shù)據(jù)是什么形式的，可查 閱DICOM標(biāo)準(zhǔn)第五部分的24頁。VR是可選的，取決于協(xié)商的傳輸數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)長度：所有DICOM數(shù)據(jù)元素都應(yīng)該為偶數(shù)長度，若為奇數(shù)，

13、追加空格或空NULL數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)元素元素 DICOMDICOM文件中最基本的單元是數(shù)據(jù)元素文件中最基本的單元是數(shù)據(jù)元素(Data Element)(Data Element)。DICOMDICOM數(shù)據(jù)集合就是由數(shù)據(jù)集合就是由DICOMDICOM數(shù)據(jù)元素按照一定的順序排列組數(shù)據(jù)元素按照一定的順序排列組成成的。由四個部分組成由四個部分組成: : 標(biāo)簽、數(shù)據(jù)描述標(biāo)簽、數(shù)據(jù)描述 (VR(VR， Value Representation)Value Representation)、數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)域、數(shù)據(jù)長度和數(shù)據(jù)域 第一步：跳過128個字節(jié)（00H）導(dǎo)言部分，讀取“DICM”4個字節(jié)，確認(rèn)是DICOM格式文

14、件 第二步：讀取重要的數(shù)據(jù)元素，如傳輸語法等。其中，0002組描述設(shè)備通訊，0008組描述特征參數(shù)，0010組描述患者信息，0028組描述圖像信息參數(shù)如何解讀DICOM文件 第三步：讀取普通的TAG，直到搜尋到(7FE0,0010) 。存儲圖像數(shù)據(jù)，像素數(shù)據(jù)的存儲順序，從左到右，從上到下如何解讀DICOM文件 DICOM中的傳輸語法（確定字節(jié)排序、VR是隱式還是顯式） DICOM對象內(nèi)部所有數(shù)據(jù)元素必須按照（組，元素）標(biāo)簽編號來排序：幫助校驗數(shù)據(jù)完整性，在DICOM對象中一個接一個地讀取元素時，如果發(fā)現(xiàn)讀取的下一個數(shù)據(jù)元素標(biāo)簽編號比前一個還小，那么說明DICOM對象損壞了。 找到對應(yīng)IOD的模

15、塊，根據(jù)表中的Usage確定需要的所有模塊 找到相應(yīng)模塊，根據(jù)數(shù)據(jù)元素的類型（表中的Type）確定需要的TAG 查閱數(shù)據(jù)字典（第六部分）確定TAG的數(shù)據(jù)類型，填充數(shù)據(jù) DCMTK中插入數(shù)據(jù)元素的函數(shù)putAndInsertString()如何制定自己的DICOM文件通信和傳輸 DICOMDICOM通信通信過程分析過程分析關(guān)聯(lián)建立和關(guān)聯(lián)協(xié)商 1. 連接協(xié)商的目的 2. 連接協(xié)商的內(nèi)容 3.協(xié)商過程所提供的協(xié)議數(shù)據(jù)單元 PDU 數(shù)據(jù)傳輸關(guān)聯(lián)終止 結(jié)構(gòu)流程圖實際設(shè)計中采用客戶-服務(wù)器工作模式進行了軟件設(shè)計來模擬實際的傳輸過程。 DICOM醫(yī)學(xué)圖像傳輸和處理功能的設(shè)計醫(yī)學(xué)圖像傳輸和處理功能的設(shè)計和和實

16、現(xiàn)實現(xiàn)通信模型DICOM 通信實例 例如:主機A要以DICOM方式和主機B通信，則它必須要發(fā)出一個起始信息，其中包含以下內(nèi)容: .主機A所能支持內(nèi)容; .主機A的編碼方式; .主機A是客戶端還是服務(wù)器端; 通信起始設(shè)定后，主機A和主機B之間就可以通信了。 假設(shè)主機A是一臺醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，主機B影像服務(wù)器醫(yī)學(xué)檢查后，必須將患者的影像送到主機B保存，其流程: .主機A向主機B發(fā)出服務(wù)請求，然后將醫(yī)學(xué)影像X封裝成DICOM -IOD,再加上所需的Storage Service部分，打包為網(wǎng)絡(luò)通信信息包，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸給主機B; .主機B收到信息包后，解析出命令部分，讀出影像X，并將它保存在硬盤中; 主機B完成存儲操作后，向主機A發(fā)送一個響應(yīng)的信息，說明服務(wù)己經(jīng)完成，主機A收到信息后完成整個通信流程。第四部分：PACSPACS是Picture Archiving and Communication Systems的縮寫，意思為影像歸檔和通信系統(tǒng)。PACS是一個涉及放射醫(yī)學(xué)、影像醫(yī)學(xué)、數(shù)字圖像技術(shù)(采集和處理)、計算機與通訊、C/S體系結(jié)構(gòu)的多媒體DBMS系統(tǒng)，涉及軟件工程、圖形圖像的綜合及后處理等多種技術(shù)，是一個技術(shù)含量高、實踐性強的高技術(shù)復(fù)雜系統(tǒng)。 PA