DICOM学习笔记

DICOM关文慧DICOM标准的发展DICOM的组成DICOM文件格式DICOM与PACS内容提要全称：DigitalImagingCommunicationinMedical。由美国放射学院（ACR）和美国国家电子制造协会（NEMA）共同制定，包括数字医学影像成像和通讯传输两个方面.DICOM的发展起因：二十世纪七十年代以来，计算机断层成象技术（CT）和其他数字成象技术飞速发展，很多厂商都研制了具有计算机的成象设备，制定了各自不同的图像格式。随着计算机网络的普及及其在医学上的广泛应用，在不同厂商生产的设备之间交换图像和相关的信息的需求日趋迫切，而缺乏统一的标准成为图像交换的主要障碍。发展：DICOM以开放式连结系统（OSI）参考模式定下的7层协议为基础，为影像、公用信息、应用服务及通讯协议提供了标准模式，允许医学图像在检查仪器、电脑和医院之间进行交换，医学影像设备采用此标准数据格式和数据接口后，其图像可通过网络系统存储和传输。1982年美国联合成立委员会，制定DICOM标准，1985-公布1.0版本，1988-公布2.0版本DICOM在持续更新中，目前是DICOM3.02004版目标：促进数字图像设备的网络化，而不论设备的开发商是谁。有助于开发和推广图像存档和传输系统（PACS），并能与其它医学信息系统联系。建立有价值的诊断信息数据库，它能处理地理上分散的不同设备间的请求。意义DICOM标准的推出与实现，大大简化了医学影像信息交换的实现，推动了远程放射学系统、图像管理与通信系统（PACS）的研究与发展，并且由于DICOM的开放性与互联性，使得与其它医学应用系统（HIS、RIS等）的集成成为可能。DICOM3.0标准随着技术的发展，不断地进行更新，目前由18部分组成：第一部分：引言与概述。简要介绍了DICOM的概念及其组成。第二部分：兼容性。定义了要求制造商精确地描述其产品的DICOM兼容性，即构造一个该产品DICOM兼容性声明，它包括选择什么样的信息对象、服务类、数据编码方法等，每一个用户都可以从制造商处得到这样一份声明。DICOM3.0的组成第三部分：信息对象的定义。定义了两类信息对象类：普通性、复合型。第四部分：服务类规范。说明了许多服务类，服务类详细论述了作用与信息对象上的命令及其产生的结果。第五部分：数据结构及编码。描述了怎样对信息对象类和服务类进行构造和编码。第六部分：数据字典。描述了所有信息对象是由数据元素组成的，数据元素的属性及涵义。第七部分：消息交换。定义了进行消息交换通讯的医学图像应用实体所用到的服务和协议。第八部分：消息交换的网络通讯支持。说明了在网络环境下的通讯服务和支持DICOM应用进行消息交换的必要的上层协议。第九部分：消息交换的点对点通讯支持。说明了与ACR-NEMA2.0兼容的点对点通讯的服务和协议。第十部分：用于介质交换的介质存储和文件格式。该部分说明了在可移动存储介质上医学图像信息存储的通用模型。提供了在各种物理存储介质上交换不同类型的医学图像的框架，支持封装任何信息对象定义的文件格式。第十一部分：介质存储应用框架。用于医学图像及相关设备信息交换的兼容性声明。给出了心血管造影、超声、CT、核磁共振等图像的应用说明和CD-R格式文件交换的说明。第十二部分：用于介质交换的物理介质和介质格式。提供了在医学环境中数字图像计算机系统之间信息交换的功能。这种交换功能将增强诊断图像和其它潜在的临床应用。这部分说明了在描述介质存储模型之间关系的结构以及特定的物理介质特性及其相应的介质格式。具体说明了各种规格的磁光盘，PC机上使用的文件系统和1.44M软盘，以及CD-R可刻写光盘。第十三部分：点对点通信支持的打印管理。定义了在打印用户和打印提供方之间点对点连接时，支持DICOM打印管理应用实体通信的必要的服务和协议。点对点通信框架提供了与第8部分相同的上层服务，因此打印管理应用实体能够应用在点对点连接和网络连接。点对点打印管理通信也使用了低层的协议，与已有的并行图像通道和串行控制通道硬件硬拷贝通信相兼容第十四部分：说明了灰度图像的标准显示功能。这部分仅提供了用于测量特定显示系统显示特性的方法。这些方法可用于改变显示系统以与标准的灰度显示功能相匹配或用于测量显示系统与标准灰度显示功能的兼容程度。第十五部分：安全措施第十六部分内容映射资源(contentmappingresource)定义了标准使用的模板和上下文组。第十七部分说明信息第十八部分由WEB接入DICOM持久对象这几部分文档是既相关又相互独立的。其中规定了Patient、Study、Series、Image四个层次的医学图像信息结构，以及由它们组成的信息对象（InformationObject）；采用服务类客户/服务类提供者（ServiceClassUser/ServiceClassProvider）概念组成的服务－对象对（Service－ObjectPair）；支持点对点（PPP）和TCP/IP网络通讯协议。DICOM3.0标准特点和主要特点DICOM3.0协议是一种基于TCP/IP的上层网络协议DICOM数据编码的特点拥有完整、庞大的数据字典通过“服务类”(ServiceClass)概念实现应用层功能离线媒体支持不同级别的一致性声明(ConformanceStatement)DICOM标准体系的主要结构医学影像数据库1.医学影象数据库的概念层次结构医学影像数据库系统的架构DICOM在现实世界的模型DICOM协议结构DICOM网络协议体系构架DICOM3.0中的基本定义属性:一个属性有名字和值，名字和值与任何编码表独立。命令:DICOM命令是通过一个界面或网络来操作信息对象的一般方法。命令元素:命令的一个参数的编码，用来传达参数值。命令流:对一系列使用DICOM编码方案的DICOM命令元素进行编码的编码结果。兼容性声明:与DOCOM标准的一个特殊实现命令相关的正式声明。包括服务种类信息种类和支持的通信协议等。信息对象:真实信息实体(如CT影像、研究等)的抽象，它遵照一个或更多的DICOM命令行事。信息对象类:信息对象的正式描述，包括它的用途和它拥有的属性，但不包括属性值。信息对象实例:一个现实世界实体的表达，它包括实体所属信息对象类的属性值。消息:在两个协作的DICOM应用实体之间交换“消息交换协议”的一个数据单元，由命令流加上可选数据流组成。服务类别:一个结构化的服务描述，被协作的DICOM应用实体使用特定的DICOM命令支持，是一类特殊的信息对象。数据字典:DICOM数据元素的注册处，它分配一个唯一的标签名字、值属性和语义给每一个数据元素。数据元素:一个信息单元，在一个数据字典中由一个单独的条目定义。数据集合:交换信息，这些信息直接或间接与信息对象相关的属性值的结构化集合组成。在数据集合中，每一个属性的值是作为一个数据元素表达。数据流:使用DICOM编码方案(被数据字典指定的数据元素号和表示法)对数据集进行编码的结果。DICOM3.0主要符号和缩写:ACSE:联合控制服务元素CT:计算X射线断层造影术DICOM:医学数字成像和通信HIS:医院信息系统NIU:网络接口单元OSI:开放系统互联PACS:影像归档和传输系统RIS:放射学信息系统TCP/IP:传输控制协议/互联网协议第二部分：DICOM文件DICOM文件主要由文件头和文件结构像素数据两大部分组成。文件头分为文件引言和数据集两部分DICOM文件格式DICOM文件结构图DICOM文件包含的四级属性，patient(病人），study（检查），series（序列），SOP（影像）。每一级别需要具有能够唯一标识这个等级属性的键值，类似关系数据库中的主键。病人对应的为Patientid,检查studyinstanceUID,序列SeriesInstanceuid,影像SOPInstanceUID.DICOM数据集合是由DICOM数据元素按照一定的顺序排列组成的DICOM数据元素由四部分组成：标签，VR，数据长度和数据域DICOM最基本的结构单元——数据元素标签：（组号，元素号）所有双数组编号提供DICOM数据字典的供标准数据使用，所有单数组编号供私用数据使用。VR：表示该数据元素中的数据是什么形式的，可查阅DICOM标准第五部分的24页。VR是可选的，取决于协商的传输数据格式数据长度：所有DICOM数据元素都应该为偶数长度，若为奇数，追加空格或空NULL数据元素DICOM文件中最基本的单元是数据元素(DataElement)。DICOM数据集合就是由DICOM数据元素按照一定的顺序排列组成的。由四个部分组成:标签、数据描述(VR，ValueRepresentation)、数据长度和数据域第一步：跳过128个字节（00H）导言部分，读取“DICM”4个字节，确认是DICOM格式文件第二步：读取重要的数据元素，如传输语法等。其中，0002组描述设备通讯，0008组描述特征参数，0010组描述患者信息，0028组描述图像信息参数如何解读DICOM文件第三步：读取普通的TAG，直到搜寻到(7FE0,0010)。存储图像数据，像素数据的存储顺序，从左到右，从上到下如何解读DICOM文件DICOM中的传输语法（确定字节排序、VR是隐式还是显式）DICOM对象内部所有数据元素必须按照（组，元素）标签编号来排序：帮助校验数据完整性，在DICOM对象中一个接一个地读取元素时，如果发现读取的下一个数据元素标签编号比前一个还小，那么说明DICOM对象损坏了。找到对应IOD的模块，根据表中的Usage确定需要的所有模块找到相应模块，根据数据元素的类型（表中的Type）确定需要的TAG查阅数据字典（第六部分）确定TAG的数据类型，填充数据DCMTK中插入数据元素的函数putAndInsertString()如何制定自己的DICOM文件通信和传输DICOM通信过程分析关联建立和关联协商1.连接协商的目的2.连接协商的内容3.协商过程所提供的协议数据单元PDU数据传输关联终止结构流程图实际设计中采用客户-服务器工作模式进行了软件设计来模拟实际的传输过程。DICOM医学图像传输和处理功能的设计和实现通信模型DICOM通信实例例如:主机A要以DICOM方式和主机B通信，则它必须要发出一个起始信息，其中包含以下内容:.主机A所能支持内容;.主机A的编码方式;.主机A是客户端还是服务器端;通信起始设定后，主机A和主机B之间就可以通信了。假设主机A是一台医学影像设备，主机B影像服务器医学检查后，必须将患者的影像送到主机B保存，其流程:.主机A向主机B发出服务请求，然后将医学影像X封装成DICOM-IOD,再加上所需的StorageService部分，打包为网络通信信息包，经过网络传输给主机B;.主机B收到信息包后，解析出命令部分，读出影像X，并将它保存在硬盘中;主机B完成存储操作后，向主机A发送一个响应的信息，说明服务己经完成，主机A收到信息后完成整个通信流程。第四部分：PACSPACS是PictureArchivingandCommunicationSystems的缩写，意思为影像归档和通信系统。PACS是一个涉及放射医学、影像医学、数字图像技术(采集和处理)、计算机与通讯、C/S体系结构的多媒体DBMS系统，涉及软件工程、图形图像的综合及后处理等多种技术，是一个技术含量高、实践性强的高技术复杂系统。PACS系统在物理结构上采用各种网络将不同类型的计算机连接起来，包括医学成像设备、图像采集计算机、PACS控制器（包括数据库和存档管理）以及图像显示工作站。如图为PACS系统组成及数据流。PACS系统组成PACS系统一般具有以下几方面的功能①将医院中已有的医学图像设备产生的图像通过直接或间接的方式转换为系统能够存储和处理的数字化形式。②