醫(yī)學(xué)成像與通信協(xié)議DICOM基礎(chǔ)知識

1、1,DICOM 簡介,壹. DICOM 是甚麼？ 貳. DICOM 的應(yīng)用範(fàn)圍在那裡？ 參. 為什麼要用 DICOM ？ 肆. 設(shè)計 DICOM 的是誰？ 伍. DICOM 的工作原理為何？ 陸. DICOM 是終極解決方案嗎？,2,壹. DICOM 是甚麼？,DICOM 是 Digital Imaging and COmmunications in Medicine 的縮寫。 由字面上來解釋， 第一、DICOM的發(fā)展背景完全是針對醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域來開發(fā)的。 第二、適用的對象是數(shù)位化的醫(yī)學(xué)影像。 第三、整個DICOM規(guī)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

2、： 醫(yī)學(xué)影像儀器和系統(tǒng)軟體間共通的通訊規(guī)格 換言之，DICOM其實是儀器和電腦用的共同語言。,3,貳. DICOM 的應(yīng)用範(fàn)圍在那裡？,醫(yī)學(xué)影像是輔助醫(yī)療診斷的重要參考工具 只要有醫(yī)學(xué)影像的地方，就適用DICOM。 透過DICOM整合各科各種醫(yī)學(xué)影像儀器。 在DICOM環(huán)境中，結(jié)合原有的醫(yī)院資訊系統(tǒng) (HIS)， 那麼病歷報告的呈現(xiàn)將不再是一成不變的白底黑字， 而是可 隨醫(yī)師需求擷取病患各種影像，以為觀察及診斷之依據(jù)。 結(jié)合發(fā)展蓬勃的網(wǎng)際網(wǎng)路，將DICOM推廣到醫(yī)院對外的應(yīng)用。 不論遠(yuǎn)距會診、學(xué)術(shù)研究、教育訓(xùn)練，都能發(fā)揮莫大的效益。,4,參、為甚麼要用 DICOM？,以醫(yī)院管理的角度來說，在整

3、體醫(yī)療院所建構(gòu)一DICOM化的環(huán)境。 再依各部門的需求，建構(gòu)不同特色子系統(tǒng)，以適應(yīng)各科醫(yī)師喜好。 如此作法在醫(yī)院擴(kuò)充或添置新儀器時，將有一簡單的統(tǒng)一規(guī)格可循。 真正做到隨插隨用的理想，將節(jié)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(dú)立資訊系統(tǒng)。 在此種架構(gòu)下，DICOM更是獨(dú)一無二的選擇。否則在未來發(fā)展或 各獨(dú)立系統(tǒng)相互連接時，將面臨嚴(yán)重的不相容危機(jī)。 在DICOM架構(gòu)下，病患可縮短候診時間；醫(yī)師可輕易擷取醫(yī)療影像 ，以為學(xué)術(shù)研究或教學(xué)討論應(yīng)用。二十一世紀(jì)將是DICOM的世紀(jì)， 在醫(yī)療的範(fàn)疇中，沒有DICOM就會失去競爭優(yōu)勢。,5,肆、設(shè)計 DICOM 的是誰？,

4、1982 The American College of Radiology (ACR) and The National Electrical Manufacturers Association (NEMA) form a joint committee. ( called ACR/NEMA ) 1985 Publication of ACR/NEMA 1.0 1988 Publication of ACR/NEMA 2.0 1993 Publication of DICOM 3.0 1998 DICOM 98 1999 DICOM 99 Today Continuous developme

5、nt on DICOM,6,伍、DICOM 的工作原理為何？,1. DICOM 資料結(jié)構(gòu) 2. DICOM 影像物件；IOD (Information Object Definition) 3. DICOM SOP (Service-Object Pair) 4. SCU / SCP (Service Class User / Provider) 5. DICOM 網(wǎng)路架構(gòu) 6. Conformance Document 7. 影像資料壓縮,7,1. DICOM 資料結(jié)構(gòu),在DICOM資料結(jié)構(gòu)中，訂出四個層級來管理病患影像資料。 分別為： A. 病患層 ( Patient Level ) B.

6、 檢查層 ( Study Level ) C. 系列層 ( Series Level ) D. 影像層 ( Image Level ) 例： 一個病患(Patient L.)到醫(yī)院就診，醫(yī)師根據(jù)癥狀會指定不同 的檢查(Study L.)，檢查的儀器會產(chǎn)生一系列(Series L.)的數(shù)張 影像(Image L.)。我們有不同需求可經(jīng)不同層級(Level)很輕易 的來調(diào)閱我們需要的影像。,8,2. DICOM 影像物件 (IOD),DICOM的影像儲存方式，引入了物件導(dǎo)向的觀念。 像素資料 ( Pixel Data ) + 影像屬性 ( attribute ) = 影像物件 ( Informat

7、ion Object Definition ) 傳統(tǒng)資訊系統(tǒng)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(pixel data)、影像屬性(attribute)。 所謂像素資料和傳統(tǒng)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換為影像的一部份， 在日後調(diào)閱影像時提供重要參考。,9,. DICOM SOP ( Service-Obje

8、ct Pair ),IOD + service operation = SOP class DICOM開發(fā)之初，便將其應(yīng)用範(fàn)圍定位在網(wǎng)路的溝通上。 對這樣一個致力於通訊規(guī)格化的協(xié)定而言，只單純定義資料的 儲存方式是無法滿足規(guī)格的需求，必須再加上一些功能性的規(guī) 範(fàn)才會完美，即軟體與軟體間在DICOM這個大環(huán)境下能被允許 做那些動作。舉例來說，與影像相關(guān)的動作，包括 Verification、 Storage、Query 和 Retrieve等，就必須與影像型態(tài) (CT、MR、 US、SC等)相結(jié)合，組成一個 SOP class (Service-Object Pair)。 這樣一個兼具軀殼及靈魂

9、的組合，才構(gòu)成了DICOM最基本的 運(yùn)作單元。,10,4. SCU / SCP ( Service Class User / Provider ),SCU/SCP roles： Client is called SCU (Service Class User) Server is called SCP (Service Class Provider) 在DICOM規(guī)格中，也採用了Client / Server 這種概念。所謂SCP， 是負(fù)責(zé)提供有關(guān)影像資訊的各種服務(wù)，扮演的是Server的角色； 而SCU則是使用這些服務(wù)的一方，也就相當(dāng)於Client的地位。,S C U,S C P,1 sta

10、ge : Store my Image X on your system,2 stage : Storage of Image X,3 stage : Done successfully,Image X,11,通訊起始設(shè)定 (Communication ),兩個不同的電腦系統(tǒng)在正式開始溝通前，必須經(jīng)過起始訊息的接觸， 以確定彼此的語言相通。進(jìn)一步在龐大的DICOM規(guī)格中，挑出一條雙 方都能接受的溝通管道，以進(jìn)行DICOM資訊的交換。 假設(shè)A系統(tǒng)想要嘗試以DICOM語言與B系統(tǒng)通訊，則它必須發(fā)出一 個起始訊息，其中包括幾個部分： 1. A系統(tǒng)本身支援的SOP型態(tài)有那些。 2. 上述SOP，A系統(tǒng)

11、必須列舉如何編碼(壓縮)這些資料(transfer syntax) 3. 對SCU/SCP的相對關(guān)係而言，A系統(tǒng)可以扮演什麼樣的角色。 4. 其他必要的訊息。 B系統(tǒng)收到起始訊息後，迅速整理出兩系統(tǒng)共通的 SOP 和 Transfer Syntax，再將所有對應(yīng)部分包裝成一個訊息回應(yīng)給A系統(tǒng)，以後兩者 只能根據(jù)相通的部分來進(jìn)行訊息交換。如此算是完成一個起始的動作。,12,5. DICOM 網(wǎng)路架構(gòu),DICOM Application Message Exchange & Upper Layer Protocol,TCP /IP,Physical Layer ETHERNET , ATM , e

12、tc.,Medical Imaging Application,Application Entity Title,Listen Port IP Address,Networked Environment,13,6. Conformance Document,在一個支援DICOM的儀器或軟體系統(tǒng)完成後， DICOM 規(guī)格中 明確規(guī)範(fàn)，產(chǎn)品提供者同時必須附上一份Conformance Document。 其中必須列舉該系統(tǒng)所支援的 SOP 和 Transfer Syntax、簡單工作 流程和設(shè)計者自訂(非DICOM)的部分。 要挑選一個支援能力最強(qiáng)大，彈性最好的DICOM系統(tǒng)軟體，就 要從產(chǎn)品的C

13、onformance Document著手。詳閱文件中列舉之規(guī)格， 確定系統(tǒng)軟體支援DICOM項目與現(xiàn)有儀器完全相容後，再經(jīng)實際 上線測試，方能確認(rèn)DICOM整體的適用性。,14,7. 影像資料壓縮,在DICOM規(guī)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(tài)。 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(yōu)點，又無損醫(yī)學(xué)判斷的準(zhǔn)確性。而失真壓縮有 可能造成影像品質(zhì)的損失，檔案壓的越小，影像品質(zhì)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(yōu)點：* 節(jié)省影像儲存空間 * 減少網(wǎng)路傳輸時間 * 延長影像系統(tǒng)壽命,15,陸、DICOM