醫學通訊標準DICOM范文

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1DICOM3.0

隨著CT在70年代的出現,一大批數字成像設備相繼應用于相床。由于生產這些設備的廠家很多,而圖像標準、傳輸方式卻各不相同,使得他們的產品不能很好的互連。為了統一各設備的接口標準,美國放射學會(AmericanCollageofRadiology,ACR)和美國電子廠商聯合會(NationalElectricalManufacturersAssociation,NEMA)在1983年成立了一個委員會,開發出了一套醫學圖像的通訊標準,其目的是:(1)提供與生產廠商無關的數字圖像及其相關信息的通訊;(2)促進PACS的發展,并擴展PACS與其他HIS的通訊;(3)提供一個廣泛的、分布式的診斷信息查詢庫;委員會于1985年正式推出ACR-NE-MA1.0版本,并在其后幾次修訂。

但是,由于它缺乏有效的網絡連接手段,加上其它一些不足,ACR—NEMA又于1983年推出了新的dicom3.0(DigitalImagingandCommu-nicationsinMdicine3.0)版本,稱作醫學數字圖像通訊標準。比之比前的版本,它有以下幾個特點:(1)可應用于網絡,較之于以前僅有點對點通訊方式,DICOM3.0支持OSI和TCP/IP;(2)闡述了設備對命令及數據的標準響應,DICOM3.0通過服務類的概念闡述了命令及其相關數據的語意;(3)闡述了兼容水平,較之以前的最小兼容水平,DICOM3.0精確地描述了制造廠商如何系統地構造兼容水平,其中可有多頂選擇;(4)提供了分隔式多文檔結構,便于新特性的擴展;(5)不僅對圖形、圖像,而且對分析、報告等,都定義了信息對象;(6)確定了信息對象的唯一性,便于在網絡中明確各對象的關系。

2DICOM3.0標準概述

醫學數字圖像通訊標準(DICOM3.0)由以下幾部分組成。

第一部分:概述。簡單介紹了DICOM的概念、組成、內容及其評價。

第二部分:兼容性。它描述了對DICOM以下幾部分內容的兼容要求,詳細地說明了生產廠商該如何制訂并描述自己的DICOM產品。包括選擇什么樣的信息對象(Informa-tionObjects)、服務類(ServiceClasses)、以及傳輸協議、編碼方法等。用戶可以從制造商手中得到一份兼容性聲明,從而可以選擇具有相同兼容性的DICOM產品進行互連。用戶也可以向廠商提交一份兼容性要求說明書,指定生產廠商按其要求生產DICOM產品,以獲得所需的兼容性水平。

第三部分:信息對象定義。利用面向對象的設計方法,采用“E-R模型”,用“信息對象定義”(InformationObjectDefinitions,IOD)把具體事物映射到DICOM的應用范圍之內。例如現實具體的患者,在DICOM中就映射為“患者IOD”,其中包括許多屬性(At-tributes),如姓名、年齡、身高、體重等。用這樣的方法就能很容易地理解DICOM中各信息的含義。信息對象定義包括兩類:普通型和復合型。普通型僅表征了其具體應用所固有的屬性,例如“患者IOD”是普通型,它包含了前面所說的一些屬性。復合型不僅包括具體應用的固有屬性,還包括與之相關的屬性。例如“CT圖像IOD”是復合型,它包含有本身固有的屬性(如CT圖像)和非固有但相關的屬性(如患者的姓名等)。

第四部分:服務類定義。服務類(ServiceClasses)是對現實中醫學信息間的傳遞和通訊的抽象概括。它包括作用于信息對象的命令及其結果。在DICOM中,一個服務類是由多個“服務對象對類”(Service-ObjectPairClass,SOPClass)組成的,這是DICOM信息傳遞的基本功能單位。一個SOP類包括一個信息對象和一組“DICOM消息服務元素”(DICOMMessageServiceElements,DIMSE),這將在其后進行詳細的介紹。DICOM服務類還提供客戶/服務的角色扮演:服務類提供者(ServiceClassProvider,SCP),服務類使用者(ServiceClassUser,SCU)。典型的服務類有:查詢/存儲服務類、求證服務類、打印管理服務類等。

第五部分:數據結構和編碼。這一部分說明了當兩端以DICOM標準通訊時,它們之間的數據流是以何種結構出現,并以何種方式編碼的。一個信息對象定義為一個“數據集合”(DataSet),如患者IOD就可用一個數據集合來表示。而數據集合又可分為許多“數據元素”(DataElement),用來表征信息對象的屬性,如患者的姓名、年齡、身高等屬性就可用一個個數據元素來表示。

第六部分:數據字典。信息對象是由許多屬性組合而成的。DICOM以數據元素表征信息對象的屬性。數據字典給出了各數據元素精確的定義,包括一個唯一標識符(包括組號和元素號)、:一個名稱、一個數據類型以及使用說明。

第七部分:消息(Message)交換。消息是兩個符合DICOM標準的應用實體之間進行通訊的基本單元。這一部分定義了DICOM應用實體間消息交換的服務和協議,包括聯接的建立和終結協議、消息的編碼和交換協議。

第八部分:消息交換的網絡支持。這一部分闡述了在網絡環境下,DICOM進行通訊所必需的上層協議。DICOM可支持IDO—OSI協議和TCP/IP協議。這里說明了它們對DICOM通訊聯接及消息交換的封裝規則。

第九部分:消息交換的點對點支持。這一部分說明了DICOM支持的點對點通訊協議,包括物理接口和數據協議。但點對點通訊接口與OSI或TCP/IP網絡環境相連時,需要一個網絡口單元(NetworkInter-faceU-nit,NIU)。其它一些DICOM擴展部分,描述了DI-COM的可移動存儲介質、文件存儲格式等內容。其中左半ACT-NEMA一再聲明,DICOM是一個開放系統。它采用分隔式多文檔結構,便于單獨對各部分進行擴充而不需要更新整個標準,這樣就增強了它的健壯性。隨著對DI-COM研究和應用的不斷深入,會有新的內容不斷地添加進來,使得DICOM能很好地滿足網絡時代對醫學信息通訊的要求。

3DICOM3.0說明

下面將對DICOM主要的幾個概念進行說明。

3.1“E-R”模型

DICOM用“實體-關系”(Entity-Rela-tionship,E-R)簡稱“E-R”模型,描述它的數據結構。實體(Entity)表示一個或一類個體有相同特性的應用對象,如患者IDO、SOP類等,用方框表示;關系(Relationship)表示實體間是如何相互聯系的。DICOM以“患者”劃分它龐大的醫學信息對象體系。各種病歷分析、病訪報告以及圖像資料依其所屬“患者”的不同而分門別類。同時,DICOM還以“患者→分析→系列→圖像”這樣的分層次數據結構來映射現實具體中的醫學信息對象。“患者”處于最上層,以下依次為“分析”、“系列”和“圖像”。作為最上層的源實體,一名“患者”包含有一個或多個目標實體“分析”;一個“分析”作為新一層次的源實體,又包含一個或多個新的目標實體“系列”(可按時間、空間等關系劃分);一個“系列”包含一幀或多幀“圖像”。

3.2服務對象對類(ServiceObjectPairClass,SOPClass)

SOP類是DICOM信息傳遞活動的基本功能單位。

3.3網絡連接

DICOM3.0較之以前的版本,最大的改進之處是它具有了網絡接入的功能,可以通過Internet或其它網絡,把世界各地的具有DICOM功能的設備和節點連接來。DICOM的網絡實現。在應用實體與TCP/IP層之間,DICOM定義了它的上層協議。其中包括了7個PDU,分別是:

(1)A-ASSOCIATE-RQPDU

(2)A-ASSOCIATE-ACPDU

(3)A-ASSOCIATE-RJPDU

(4)P-DATA-TFPDU

(5)A-RELEASE-RQPDU

(6)A-RELEASE-RPPDU

(7)A-ABORTPDU

當一端向網絡的另一端請求基于DI-COM的聯結時,發出A-ASSOCIATE-RQ,即聯結請求。A-ASSOCLATE-RQPDU包括三部分:(a)“ApplicationContextItem”,一個標識DICOM應用的頭。(b)若干條“PresentationContextItem”,每一條包括一個“AbstractSyntax”:表征雙方即將協議通訊的SOP類;一個“TransferSyntax”:表征命令及數據傳輸過程中的傳送規則。(c)“UserDataItems”,用來傳遞如最大通訊幀、異步操作窗、SCP/SCU角色選擇等用戶信息。網絡的另一端接到聯結請求后,發出響應,即A-ASSOCIATE-AC。它也包括A-AS-SOCIATE-RQ的三部分。“ApplicationCon-textItem”不變,原樣發回:“PresentationContextItem”中,對支持的SOP類,予以確認,對不支持的SOP類,予對拒絕;“UserDataItems”也根據自己的情況予以確認或拒絕。聯結完畢之后,傳輸的P-DATA-TFPDU就是前面所說的消息(message),包括命令集合和數據集合兩部分。A-RELEASE-RQ和A-RELEASE-RP兩條PDU作為聯結的釋放,標志通訊的終結。而在通訊的過程中。以A-ABORT中途中斷聯結。

4結語

自1993年DICOM3.0標準正式以來,世界各國的研究機構和生產廠商均投入了很大的熱情和精力加以研究和開發。其中尤以RSNA、華盛頓大學醫學院、賓州大學醫學院、歐洲的CEN(ComiteEuropeenNor-malisation)和日本的JIRA等研究機構,執DICOM研究的牛耳。DICOM已由最初的兼容性和性能測試轉入了成熟的產品開發時期。各生產廠商的數字醫學成像設備紛紛擁有了DICOM通訊接口并配有軟硬件支持,能在原有的PACS和Ethernet的基礎上,實現設備間以及設備與HIS/RIS間的基于DICOM標準的互聯。而對DICOM的研究,也主要集中在如何應用更快更好的通訊技術(如ATM),以便不斷在深度和廣度上擴展DICOM的應用潛力。

賓州大學醫學院放射系的MIG(MedicalInformatiicsGroup)開發出了WWW界面的DICOM,使用戶能夠通過瀏覽器獲得DI-COM信息。其后,又進一步擴展了基于Web的DICOM標準的PACS系統,而對于ATM技術在DICOM中應用的研究,也在不斷地深入。同時,各生產廠商在開發DICOM產品的過程中,出現了許多新的問題,對它們的研究也在繼續。作為一個醫學數字圖像通訊的統一接口標準,DICOM如同網絡時代的TCP/IP協議一樣,意義更在其本身之上。由于我國的遠程醫療及地區級的PACS建設還處于起步階段,及早地認識、研究并實施DICOM,能避免許多的重復建設,具有較高的戰略意義。國外的DICOM研究非常之快且熱,預計三、五年之內就會有成熟的“即插即用”型DI-COM產品問世。為了更快更好的將DICOM應用于中國的實際情況,也為了盡早搶灘中國這一廣闊的市場,中國的DICOM研究和實施必須及早地發展。