ACR-NEMA300标准

第六节ACR-NEMA300标准一、ACR-NEMA300标准PACS在20世纪80年代初有较大的发展。但由于各成像设备厂家所用数据格式不一，因而影响了它们之间的信息交换、互连与通信，并阻碍了PACS本身的发展。所有这些促使美国放射设备的用户：美国放射协会（americancollegeofradiology，简称ACR）和设备制造商有关组织电气制造商协会（nationalelectricalmanufacturesassociation，简称NEMA）于1983年联合成立了一个联合委员会，开发“数据成像与通信”标准ACR-NEMA300，其宗旨是：（1）促进数字图像信息间的通信，而不管提供这些信息的设备由何厂制造，也不管信息以何种数据格式来表达。（2）便于进一步开发和扩展PACS系统，使与医院中的其它信息系统连接。（3）建立一诊断信息数据库，让分布在各地的各种设备访问共享。联合委员会于1985，1988年先后推出了ACR-NEMA300-85，ACR-NEMA300-88二个版本（俗称ACR-NEMA1.0和ACR-NEMA2.0，统称ACRNEMA）。以后于1993年推出NEMAPS3：“医学数据成像与通信（DICOM）”，简称DICOM3.0。这里先讨论ACR-NEMA标准。ACR-NEMA标准规定了：①硬件接口包括物理层的电气规范、信号的电气特性、插座各脚定义、插座的机械尺寸，信号定时规范；②最少软件命令组；③成像设备与网络接口单元（NIU）间或两成像设备间通信的统一的数据格式集。图6-174网络环境下ACR-NEMA标准接口示意在网络环境下，接口的一边是成像装置，另一边为网络接口单元NIU（图6-174）。该NIU实为一个网关，其性质由所使用的网络来决定。它应提供相当于一台PC的本地处理能力。则是在不使用网络时，ACR-NEMA接口在两个支持ACR-NEMA标准的仪器设备之间的位置图6-175。这里一个设备是成像装置，另一设备可能是打印机或工作站。图6-175两成像装置与ACR-NEMA标准接口二、ACR-NEMA模型与ISO-OSI模型比较ACR-NEMA也采用分层模型，各层的命名与功能划分均参考ISO-OSI参考模型，但两者不完全相同。兹将它们的比较列于图6-176。由图可见，不同于OSI的七层结构体系，在ACR-NEMA中将传输与网络层合并为传输／网络层，因而减为六层。两层合并原因在于ACR-NEMA标准定义了一个点对点的接口，所以原来网络层功能以及它的路由控制部分无存在的必要了。兹将各层功能简述于后：图6-176OSI与ACR-NEMA分层比较(一)物理层本层包括硬件规格，接口访问与字交换协议，它定义了相互关连的信号时序，使数据能经由接口传输。数据链路层通过本层发送数据，进行流量控制与错误检测。(二)数据链路层本层与ISO-OSI数据链路层相应，它的功能是把来自传输／网络层的数据加上控制字组装成帧，通过物理层发出去。在从物理层接收数据时应去掉帧控制字，检查传输错误并将数据送到传输／网络层。帧结构如图6-177（a）所示。帧内第一个字为帧描述符字，最后一个字是帧校验序列。(三)传输／网络层如前所述，在ACR-NEMA标准中，由于它定义了一个点对点的接口，类似于ISOOSI中的网络层以及与之有关的路由控制部分是不需要的。因此以网络/传输层概括了ISO-OSI中的网络层与传输层的功能。本层的功能是将上一层来的报文分成每块不超过2048字的数据块，随后在加上分组（包）序列号与描述头后进行分组，再传给下一层--数据链路层。在接收数据时，则将来自数据链路层的分组重组成报文后发送至上层（会话层）。如果某一装置欲利用这一接口通过外部网络进行连接，则需要明白地知道源与目的地址。这些地址参数是在建立通道时由会话层所提供的。地址信息必须与虚拟通道号一起给出并予存储以支持虚拟通道的服务。其所以要规定块序列号是为了保证报文中的数据块能准确地重组。图6-177帧结构、数据分组与分组描述符字结构示意图6-177（b）为数据分组结构。它从分组描述符字开始。分组描述符字包括一通道号，分组类型和一服务类字段，如图6-177（c）所示。第二个字是所需的数据块序列号包括15位二进制数与表示最后一个数据块的标志位（1位）。第3个字是报文数据块，其长度在0到2048字之间。每一分组有一8位的通道号。在传输／网络层功能中有一个保留通道--“0”通道。它专门用来提供两个端-端应用进程中处理ACR-NEMA报文的连接，以避免多通道的服务。“0”通道及其提供的联接在系统启动或两个端一端进程工作后即被建立。(四)会话层在ISO-OSI参考模型中，会话层是应用程序和通信协议的接口层。在ACR-NEMA中会话层定义了用来建立与断开同其它装置的应用程序作端-端连接的协议。上面所述的各层协议提供了通向物理接口、完成帧差错控制以及经由规定的接口平面来建立的虚拟通道的约定。由于使用这一接口的装置可能担负着许多任务，并涉及到外部网络，故需要一个协议，以便利用虚拟通道来建立端到端的报文连接。会话层协议中还有一些附加服务。可能有三类装置要利用本接口：①主成像装置；②专用成像装置；③网络接口单元（NIU）。当数据出入传输／网络层时，这三类装置对数据的处理是各不相同的。1.主成像装置主成像装置要求会话层通过应用层软件发出并接收各种报文及命令。它必须组合成报文，选择目的地，并以特定的格式与结构将这一信息送至正在发送的传输／网络层。会话层及应用服务还应确定对所收到的报文的处置并构成命令来响应。另外此类服务或传输／网络层须负责将数据块排序。2.专用成像装置专用成像装置指打印机，数字化仪等，它们能接收或发出图像数据并对这些数据进行特定的操作。数据接收器要求会话层有一些专门服务将这些数据通过默认的“0”通道分送到指定的应用地点。产生数据的装置的会话层将利用默认的目的地形成一个连接。若这类装置安装在与外部网络相连的系统上，则与它相连的网络接口单元必须提供一个默认的目的地以便分送报文。3.网络接口单元这类设备常与成像装置相连。它的主要功能是为成像装置提供与外部网络的接口或数据通路。我们不指望该设备提供会话层到应用层的服务，而只能提供翻译或中继服务。它负责解释所包含的连接控制数据与目的地的地址，并将之传到目的地。如果NIU支持一默认地址的成像装置，则它必须能接受默认的识别号及相应的网络地址以便建立连接。(五)表示层和应用层这是ACR-NEMA标准体系中的最高二层。ACR-NEMA标准通过报文格式来描述它们。表示层的功能是：建立报文（完成建组并加以组合）。表示层把通过应用层程序进图6-178报文传送示意入设备的数据按ACR-NEMA的标准重新组织成组和元素。ACR-NEMA标准还提供一些命令来调用某些操作，后者只在与另一设备联接的情况下才行。下面简述数据发送与接收的过程：图6-178说明，表示层与应用层中的报文在进入会话层后加上与“目的地连接请求”传到传输／网络层。在该层中报文被分割成0～2048字的数据块，加上数据描述符字和块序列号成为分组，并传到数据链路层，再加上帧描述符字和帧校验序列，组成一帧，然后经由物理层的电缆通过接口来发送出去。三、报文格式(一)报文与组为了解释图像，应提供有关图像的最起码的信息。这些信息可分成图像的识别、患者、图像采集装置、图像表示与显示等信息、覆盖（overlay），图像像素数据等若干类。图像（或其它数据）、与之相关的信息以及相关的指令应包含在一个报文（message）中。该报文应由代表上述各类信息的“组”（group）来构成。每一“组”再进一步分成若干数据“元素”（element）。ACR-NEMA1.0和2.0版本均规定了24个组。组号、相应的信息类型以及大致内容如表6-29所示。每一组中有一些数据元素是必选（required）的，一些元素是任选（optional）的。必选元素应提供显示图像和解读图像所必需的数据。任选数据元素则必须提供附加信息。各“组”在报文中按从0000H开始的序号排列，每一“组”在报文中最多出现一次。组号是一个无符号整数。偶数组号属ACR-NEMA标准来使用，奇数号组留作制造商或用户来使用。奇数组号中比标准组号大1号的组称为阴影组（shadowgroups）。表6-29标准组的识别号及其内容组号（16进制）信息类型内容0000命令为两成像装置间的端-端通信能力提供信息0008识别为用户提供唯一的图像识别参数0010患者与患者有关的信息0018采集提供与图像采集装置及成像过程有关的信息0020关系提供图像在患者体内的位置信息以及同其他相关图像间的关系信息0028图像表示提供能以统一、可重复的方式进行图像表示与显示的信息4000文本ASCII文本6000-601E的偶数号覆盖将图像的像素数据覆盖的信息7FE0像素数据图像像素数据信息阴影组留作制造商或用户填入数据元素。其信息与标准组属于同一类别。若某一数据元素在标准组中定义为“必选”，则以某种方式将它放在阴影组中的事确实不会影响对它在标准组中的情况。阴影组用来传输那些被标准略去的信息或补充标准规定的数据。组0000H定义为命令组，它含有报文中拟利用的那些数据的有关信息。组0001H就是组0000H的阴影组。其它的各组被定义为数据组。所有数据组的集合被定义为数据集。(二)数据集类型表6-30各数据集类型组的分类数据集组0008H00101H0018H0020H0028H4000H6000H-601EH中的偶数号7FE0H私人组（奇数号）图像（IMAGE）ROORO文本（TEXT）ORNNO图形（GRAPHICS）OORNO其他（OTHER）ONNNO识别符（IDENTIFIER）ONNNN空集（NULL）NNNNNR：必选；O：任选；N：禁用各数据集类型应由它们所包含的组来规定。对于一给定的数据集类型其包含的组可分为必选、任选、或禁用等分组。表6-30为各数据集类型中组的分类。由表可见任何含有组7FE0H的数据集根据定义为图像（IMAGE）类的数据集。这样，组7FE0H不可用于其它数据集类型。文本（TEXT）类数据集总是含有组4000H。图形（GRAPHICS）类数据集至少包含6000H-601EH（偶数）中的一组。其它（OTHER）类数据集被用来作为那些无法被归之于图像、文本或图形各类的数据集。识别符（IDENTIFIER）类和空集（NULL）均是其它（OTHER）数据集的一种特殊类别。空集类中不包含任何组，它用在报文中只含有命令组（0000H）的情况下。除表6-30所示的数据集外，标准定义了3个附加的数据集类型。它们是IMAGE，TEXT和GRAPHICS的阴影数据集：PRIVATEIMAGE，PRIVATETEXT及PRIVATEGRAPHICS。(三)数据元素每一“组”被分为若干“数据元素”，后者含有信息段，数据元素的成份包含在四个字段中，它们依次是：组号、数据元素号、长度和值（Value）。ACR-NEMA标准中，在某指定组中的某一特定数据元素被称为元素名（组号，数据元素号），数据元素号为一无符号整数字。组号和数据元素号的一个特定组合在报文中最多出现1次。各组中数据元素号0000H为第1个数据元素。它的值是一个二进制数，表示从它自己值的字段结束至下一组开头的字节数。所有各组不管是标准、阴影、用户或特定制造商等分组必须有这个元素。标准规定具有相同组号的所有数据元素必须放在一起并根据数据元素号按序来排列。在阴影组中，数据元素0001H至7FFFH留作制造商使用，而8000H至FFFFH间的元素号留作用户使用。(四)长度长度字段为一双字（32bits），是无符号二进制整数，代表从该长度字段结束至下一数据元素开头的字节数（若该元素为最后一个元素则为至下一个可能字段的字节数）。这一二进制数必须是一偶数。(五)值数据元素的“值”应是偶数字节数。除非另有规定，一般这个“值”是ASCII字符串。当一个字由2个ASCII字符构成时，则第一个字符相应于该字的低字节，例如某个“值”表示为4344