医学成像与通信协议DICOM基础知识

DICOM簡介壹.DICOM是甚麼？貳.DICOM的應用範圍在那裡？參.為什麼要用DICOM？肆.設計DICOM的是誰？伍.DICOM的工作原理為何？陸.DICOM是終極解決方案嗎？壹.DICOM是甚麼？DICOM是DigitalImagingandCOmmunicationsinMedicine的縮寫。由字面上來解釋，第一、DICOM的發展背景完全是針對醫學應用領域來開發的。第二、適用的對象是數位化的醫學影像。第三、整個DICOM規格的核心主要在於「通訊」這個觀念上。綜合以上，我們可以簡單的將DICOM定義為：『醫學影像儀器和系統軟體間共通的通訊規格』換言之，DICOM其實是儀器和電腦用的共同語言。貳.DICOM的應用範圍在那裡？醫學影像是輔助醫療診斷的重要參考工具─只要有醫學影像的地方，就適用DICOM。透過DICOM整合各科各種醫學影像儀器。在DICOM環境中，結合原有的醫院資訊系統(HIS)，那麼病歷報告的呈現將不再是一成不變的白底黑字，而是可隨醫師需求擷取病患各種影像，以為觀察及診斷之依據。結合發展蓬勃的網際網路，將DICOM推廣到醫院對外的應用。不論遠距會診、學術研究、教育訓練，都能發揮莫大的效益。參、為甚麼要用DICOM？以醫院管理的角度來說，在整體醫療院所建構一DICOM化的環境。再依各部門的需求，建構不同特色子系統，以適應各科醫師喜好。如此作法在醫院擴充或添置新儀器時，將有一簡單的統一規格可循。真正做到隨插隨用的理想，將節省許多人力物力的成本支出。換個角度以科室為考量，視各科室需求而個別建立獨立資訊系統。在此種架構下，DICOM更是獨一無二的選擇。否則在未來發展或各獨立系統相互連接時，將面臨嚴重的不相容危機。在DICOM架構下，病患可縮短候診時間；醫師可輕易擷取醫療影像，以為學術研究或教學討論應用。二十一世紀將是DICOM的世紀，在醫療的範疇中，沒有DICOM就會失去競爭優勢。肆、設計DICOM的是誰？1982─TheAmericanCollegeofRadiology(ACR)andTheNationalElectricalManufacturersAssociation(NEMA)formajointcommittee.(calledACR/NEMA)1985─PublicationofACR/NEMA1.01988─PublicationofACR/NEMA2.01993─PublicationofDICOM3.01998─DICOM981999─DICOM99Today─ContinuousdevelopmentonDICOM伍、DICOM的工作原理為何？1.DICOM資料結構2.DICOM影像物件；IOD(InformationObjectDefinition)3.DICOMSOP(Service-ObjectPair)4.SCU/SCP(ServiceClassUser/Provider)5.DICOM網路架構6.ConformanceDocument7.影像資料壓縮1.DICOM資料結構在DICOM資料結構中，訂出四個層級來管理病患影像資料。分別為：A.病患層(PatientLevel)B.檢查層(StudyLevel)C.系列層(SeriesLevel)D.影像層(ImageLevel)例：一個病患(PatientL.)到醫院就診，醫師根據症狀會指定不同的檢查(StudyL.)，檢查的儀器會產生一系列(SeriesL.)的數張影像(ImageL.)。我們有不同需求可經不同層級(Level)很輕易的來調閱我們需要的影像。2.DICOM影像物件(IOD)DICOM的影像儲存方式，引入了「物件導向」的觀念。像素資料(PixelData)+影像屬性(attribute)=影像物件(InformationObjectDefinition)傳統資訊系統在處理影像資料時，完全只專注於資料本身的排列方式。而DICOM則不同，它將每個影像包裹成一個物件IOD。每個IOD分兩大部分；像素資料(pixeldata)、影像屬性(attribute)。所謂像素資料和傳統方法一般，單純描述每個點的值，組成一個影像。而影像屬性部分，則包括了上面提到的資料結構中摘要的資訊。如病患姓名、病歷號碼、檢查項目、日期、檢查儀器…等等。一方面方便資料庫在搜尋資料的過程，另一方面可以將這些資訊轉換為影像的一部份，在日後調閱影像時提供重要參考。３.DICOMSOP(Service-ObjectPair)IOD+serviceoperation=SOPclassDICOM開發之初，便將其應用範圍定位在網路的溝通上。對這樣一個致力於通訊規格化的協定而言，只單純定義資料的儲存方式是無法滿足規格的需求，必須再加上一些功能性的規範才會完美，即軟體與軟體間在DICOM這個大環境下能被允許做那些動作。舉例來說，與影像相關的動作，包括Verification、Storage、Query和Retrieve等，就必須與影像型態(CT、MR、US、SC…等)相結合，組成一個SOPclass(Service-ObjectPair)。這樣一個兼具軀殼及靈魂的組合，才構成了DICOM最基本的運作單元。4.SCU/SCP(ServiceClassUser/Provider)SCU/SCProles：ClientiscalledSCU(ServiceClassUser)ServeriscalledSCP(ServiceClassProvider)在DICOM規格中，也採用了Client/Server這種概念。所謂SCP，是負責提供有關影像資訊的各種服務，扮演的是Server的角色；而SCU則是使用這些服務的一方，也就相當於Client的地位。SCUSCP1stage:StoremyImageXonyoursystem2stage:StorageofImageX3stage:DonesuccessfullyImageX通訊起始設定(Communication)兩個不同的電腦系統在正式開始溝通前，必須經過起始訊息的接觸，以確定彼此的語言相通。進一步在龐大的DICOM規格中，挑出一條雙方都能接受的溝通管道，以進行DICOM資訊的交換。假設A系統想要嘗試以DICOM語言與B系統通訊，則它必須發出一個起始訊息，其中包括幾個部分：1.A系統本身支援的SOP型態有那些。2.上述SOP，A系統必須列舉如何編碼(壓縮)這些資料(transfersyntax)3.對SCU/SCP的相對關係而言，A系統可以扮演什麼樣的角色。4.其他必要的訊息。B系統收到起始訊息後，迅速整理出兩系統共通的SOP和TransferSyntax，再將所有對應部分包裝成一個訊息回應給A系統，以後兩者只能根據相通的部分來進行訊息交換。如此算是完成一個起始的動作。5.DICOM網路架構DICOMApplicationMessageExchange&UpperLayerProtocolTCP/IPPhysicalLayerETHERNET,ATM,etc.MedicalImagingApplicationApplicationEntityTitleListenPortIPAddressNetworkedEnvironment6.ConformanceDocument在一個支援DICOM的儀器或軟體系統完成後，DICOM規格中明確規範，產品提供者同時必須附上一份ConformanceDocument。其中必須列舉該系統所支援的SOP和TransferSyntax、簡單工作流程和設計者自訂(非DICOM)的部分。要挑選一個支援能力最強大，彈性最好的DICOM系統軟體，就要從產品的ConformanceDocument著手。詳閱文件中列舉之規格，確定系統軟體支援DICOM項目與現有儀器完全相容後，再經實際上線測試，方能確認DICOM整體的適用性。7.影像資料壓縮在DICOM規格中，目前是以JPEG的格式為壓縮的方法。選擇JPEG的理由，一方面是因其壓縮效率較高，另一方面則是因其可以支援失真與非失真兩種壓縮型態。所謂非失真的壓縮，表示影像資料在壓縮前後完全不會有差異。既享受壓縮的諸多優點，又無損醫學判斷的準確性。而失真壓縮有可能造成影像品質的損失，檔案壓的越小，影像品質越差。然而，失真壓縮可以得到更大的壓縮比例，將儲存空間作更有效的利用。影像壓縮的優點：*節省影像儲存空間*減少網路傳輸時間*延長影像系統壽命陸、DICOM是終極解決方案嗎？NO！DICOM規格太複雜而且還在持續發展中，沒有任何一個系統可以支援完整的DICOM規格。規劃DICOM系統的廠商，如果只是單純以個案方式設計，不能對DICOM規格的演進作適時的研發與支援，則此DICOM系統將很快的被淘汰而無用。唯有本土化且對DICOM有豐富研發經驗與技術的廠商，透過持續的研究發展及隨時保持版本更新，才能跟上DICOM規格不斷進化的腳步。