《生物醫(yī)學(xué)工程講義：DICOM》資料

1、DICOM 張劍戈張劍戈ZZ生物醫(yī)學(xué)工程講義生物醫(yī)學(xué)工程講義內(nèi)容提要wDICOM標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展wDICOM的組成wDICOM文件格式wDICOM與PACS DICOMDICOM的全稱是的全稱是Digital Imaging Digital Imaging Communications in Medical Communications in Medical 該標(biāo)準(zhǔn)包括數(shù)字該標(biāo)準(zhǔn)包括數(shù)字醫(yī)學(xué)成像和通訊兩個(gè)方面。由美國(guó)放射學(xué)院醫(yī)學(xué)成像和通訊兩個(gè)方面。由美國(guó)放射學(xué)院（ACRACR），美國(guó)國(guó)家電子制造協(xié)會(huì)（），美國(guó)國(guó)家電子制造協(xié)會(huì)（NEMANEMA）共）共同制定。同制定。DICOMDICOM的發(fā)展的發(fā)展起

2、因：w二十世紀(jì)七十年代以來，計(jì)算機(jī)斷層成象技術(shù)（CT）和其他數(shù)字成象技術(shù)飛速發(fā)展，很多廠商都研制了具有計(jì)算機(jī)的成象設(shè)備，制定了各自不同的圖像格式。w隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及及其在醫(yī)學(xué)上的廣泛應(yīng)用，在不同廠商生產(chǎn)的設(shè)備之間交換圖像和相關(guān)的信息的需求日趨迫切，而缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)成為圖像交換的主要障礙。目標(biāo)：w 促進(jìn)數(shù)字圖像設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化，而不論設(shè)備的開發(fā)商是誰。w有助于開發(fā)和推廣圖像存檔和傳輸系統(tǒng)（PACS），并能與其它醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)聯(lián)系。w建立有價(jià)值的診斷信息數(shù)據(jù)庫(kù)，它能處理地理上分散的不同設(shè)備間的請(qǐng)求。 發(fā)展：發(fā)展：DICOM以開放式連結(jié)系統(tǒng)（OSI）參考模式定下的7層協(xié)議為基礎(chǔ)，為影像、公用信息、應(yīng)用

3、服務(wù)及通訊協(xié)議提供了標(biāo)準(zhǔn)模式，允許醫(yī)學(xué)圖像在檢查儀器、電腦和醫(yī)院之間進(jìn)行交換，醫(yī)學(xué)影像設(shè)備采用此標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)接口后，其圖像可通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)存儲(chǔ)和傳輸。DICOMDICOM標(biāo)準(zhǔn)的范例標(biāo)準(zhǔn)的范例DICOM3.0 的組成的組成 第三部分：信息對(duì)象的定義：定義了兩類信息第三部分：信息對(duì)象的定義：定義了兩類信息對(duì)象類：普通性、復(fù)合型。對(duì)象類：普通性、復(fù)合型。第四部分：服務(wù)類規(guī)范。說明了許多服務(wù)類，第四部分：服務(wù)類規(guī)范。說明了許多服務(wù)類，服務(wù)類詳細(xì)論述了作用與信息對(duì)象上的命令及服務(wù)類詳細(xì)論述了作用與信息對(duì)象上的命令及其產(chǎn)生的結(jié)果。其產(chǎn)生的結(jié)果。 第五部分：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼。描述了怎樣對(duì)信第五部分：數(shù)據(jù)結(jié)

4、構(gòu)及編碼。描述了怎樣對(duì)信息對(duì)象類和服務(wù)類進(jìn)行構(gòu)造和編碼。息對(duì)象類和服務(wù)類進(jìn)行構(gòu)造和編碼。第六部分：數(shù)據(jù)字典。描述了所有信息對(duì)象是第六部分：數(shù)據(jù)字典。描述了所有信息對(duì)象是由數(shù)據(jù)元素組成的，數(shù)據(jù)元素的屬性及涵義。由數(shù)據(jù)元素組成的，數(shù)據(jù)元素的屬性及涵義。第七部分：消息交換。定義了進(jìn)行消息交換通第七部分：消息交換。定義了進(jìn)行消息交換通訊的醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用實(shí)體所用到的服務(wù)和協(xié)議。訊的醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用實(shí)體所用到的服務(wù)和協(xié)議。 第八部分：消息交換的網(wǎng)絡(luò)通訊支持。說明了在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的通訊服務(wù)和支持DICOM應(yīng)用進(jìn)行消息交換的必要的上層協(xié)議。第九部分：消息交換的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊支持。說明了與ACR-NEMA2.0兼容的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)

5、通訊的服務(wù)和協(xié)議。 第十部分：用于介質(zhì)交換的介質(zhì)存儲(chǔ)和文件格式。該部分說明了在可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)上醫(yī)學(xué)圖像信息存儲(chǔ)的通用模型。提供了在各種物理存儲(chǔ)介質(zhì)上交換不同類型的醫(yī)學(xué)圖像的框架，支持封裝任何信息對(duì)象定義的文件格式。第十一部分：介質(zhì)存儲(chǔ)應(yīng)用框架。用于醫(yī)學(xué)圖像及相關(guān)設(shè)備信息交換的兼容性聲明。給出了心血管造影、超聲、CT、核磁共振等圖像的應(yīng)用說明和CD-R格式文件交換的說明。 第十二部分：用于介質(zhì)交換的物理介質(zhì)和介質(zhì)格式。提供了在醫(yī)學(xué)環(huán)境中數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間信息交換的功能。這種交換功能將增強(qiáng)診斷圖像和其它潛在的臨床應(yīng)用。這部分說明了在描述介質(zhì)存儲(chǔ)模型之間關(guān)系的結(jié)構(gòu)以及特定的物理介質(zhì)特性及其相應(yīng)的

6、介質(zhì)格式。具體說明了各種規(guī)格的磁光盤，PC機(jī)上使用的文件系統(tǒng)和1.44M軟盤，以及CD-R可刻寫光盤。 第十三部分：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信支持的打印管理。第十三部分：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信支持的打印管理。定義了在打印用戶和打印提供方之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連定義了在打印用戶和打印提供方之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接時(shí)，支持接時(shí)，支持DICOMDICOM打印管理應(yīng)用實(shí)體通信的必打印管理應(yīng)用實(shí)體通信的必要的服務(wù)和協(xié)議。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信框架提供了與第要的服務(wù)和協(xié)議。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信框架提供了與第8 8部分相同的上層服務(wù)，因此打印管理應(yīng)用實(shí)部分相同的上層服務(wù)，因此打印管理應(yīng)用實(shí)體能夠應(yīng)用在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接和網(wǎng)絡(luò)連接。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)體能夠應(yīng)用在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接和網(wǎng)絡(luò)連接。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)打印管理通

7、信也使用了低層的協(xié)議，與已有的打印管理通信也使用了低層的協(xié)議，與已有的并行圖像通道和串行控制通道硬件硬拷貝通信并行圖像通道和串行控制通道硬件硬拷貝通信相兼容。相兼容。 第十六部分第十六部分 內(nèi)容映射資源內(nèi)容映射資源(content mapping (content mapping resource)resource)定義了標(biāo)準(zhǔn)使用的模板和上下文組。定義了標(biāo)準(zhǔn)使用的模板和上下文組。第十七部分第十七部分 說明信息說明信息第十八部分第十八部分 由由WEBWEB接入接入DICOMDICOM持久對(duì)象持久對(duì)象 這幾部分文檔是既相關(guān)又相互獨(dú)立的。其中規(guī)定這幾部分文檔是既相關(guān)又相互獨(dú)立的。其中規(guī)定了了Pati

8、entPatient、StudyStudy、SeriesSeries、Image Image 四個(gè)層次的醫(yī)四個(gè)層次的醫(yī)學(xué)圖像信息結(jié)構(gòu)，以及由它們組成的信息對(duì)象學(xué)圖像信息結(jié)構(gòu)，以及由它們組成的信息對(duì)象（Information ObjectInformation Object）；采用服務(wù)類客戶）；采用服務(wù)類客戶/ /服務(wù)服務(wù)類提供者（類提供者（Service Class User/Service Class Service Class User/Service Class ProviderProvider）概念組成的服務(wù)對(duì)象對(duì)（）概念組成的服務(wù)對(duì)象對(duì)（ServiceServiceObject Pa

9、irObject Pair）；支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（）；支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（PPPPPP）和）和TCP/IPTCP/IP網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。通訊協(xié)議。十四種十四種DICOMDICOM服務(wù)類服務(wù)類證實(shí)（證實(shí)（verificationverification）存儲(chǔ)（存儲(chǔ)（storagestorage）查詢檢索（查詢檢索（query/retrievequery/retrieve）檢查內(nèi)容通知（檢查內(nèi)容通知（study content notificationstudy content notification）患者管理（患者管理（patient managementpatient management）檢查管理（stu

10、dy management）服務(wù)類結(jié)果管理（results management）服務(wù)類打印管理（print management）服務(wù)類媒質(zhì)存儲(chǔ)(media storage) 服務(wù)類存儲(chǔ)責(zé)權(quán)管理(storage commitment) 服務(wù)類基本工作列表管理(basic worklist management)隊(duì)列管理(queue management)灰度軟拷貝表達(dá)狀態(tài)存儲(chǔ)（Grayscale Softcopy Presentation State Storage）結(jié)構(gòu)化報(bào)告存儲(chǔ)（Structured Reporting Storage）DICOMDICOM是一個(gè)不斷更新和發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，隨著

11、網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)不斷更新和發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，圖像處理計(jì)術(shù)的發(fā)展，會(huì)有新內(nèi)容加入和舊技術(shù)，圖像處理計(jì)術(shù)的發(fā)展，會(huì)有新內(nèi)容加入和舊內(nèi)容的退休。例如關(guān)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)牡诰挪糠趾偷趦?nèi)容的退休。例如關(guān)于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)牡诰挪糠趾偷谑糠忠呀?jīng)從十三部分已經(jīng)從20042004版的版的DICOMDICOM中刪除了。中刪除了。DICOMDICOM技術(shù)概要及特點(diǎn)技術(shù)概要及特點(diǎn) 在應(yīng)用層上通過服務(wù)和信息對(duì)象主要完成在應(yīng)用層上通過服務(wù)和信息對(duì)象主要完成五個(gè)方面的功能：五個(gè)方面的功能：1 1、傳輸和存儲(chǔ)完整的對(duì)象（如圖像、波形和文、傳輸和存儲(chǔ)完整的對(duì)象（如圖像、波形和文檔）。檔）。2 2、查詢和返回所需對(duì)象。、查詢和返回

12、所需對(duì)象。3 3、完成特殊的工作（膠片打印圖像）。、完成特殊的工作（膠片打印圖像）。4 4、工作流的管理：、工作流的管理：WORKLISTWORKLIST和狀態(tài)信息。和狀態(tài)信息。5 5、保證可視圖像（如顯示和打印之間）的質(zhì)量、保證可視圖像（如顯示和打印之間）的質(zhì)量和一致性。和一致性。DICOMDICOM參照軟件工程面向?qū)ο蟮牡姆椒?。如采參照軟件工程面向?qū)ο蟮牡姆椒āＨ绮捎脤?shí)體關(guān)聯(lián)（用實(shí)體關(guān)聯(lián)（E-RE-R）模型、詳細(xì)定義對(duì)象及其）模型、詳細(xì)定義對(duì)象及其屬性、服務(wù)對(duì)象對(duì)類（屬性、服務(wù)對(duì)象對(duì)類（SOPSOP）、消息交換以及工）、消息交換以及工作流程等。作流程等。DICOMDICOM不規(guī)范應(yīng)用系統(tǒng)的

13、結(jié)構(gòu)，也不規(guī)范具體不規(guī)范應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，也不規(guī)范具體的功能需求。例如，圖像存儲(chǔ)只定義傳輸和保的功能需求。例如，圖像存儲(chǔ)只定義傳輸和保存所必須的信息項(xiàng)目，而不說明圖像如何被顯存所必須的信息項(xiàng)目，而不說明圖像如何被顯示和作注解。示和作注解。通過消息、服務(wù)、信息對(duì)象及一個(gè)良好的協(xié)商通過消息、服務(wù)、信息對(duì)象及一個(gè)良好的協(xié)商機(jī)制，獨(dú)立于應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（不受具體網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)機(jī)制，獨(dú)立于應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（不受具體網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)限制），以多種方式確保兼容的工作實(shí)體之間服務(wù)限制），以多種方式確保兼容的工作實(shí)體之間服務(wù)和信息對(duì)象能有效地通信，實(shí)現(xiàn)硬件資源的共享。和信息對(duì)象能有效地通信，實(shí)現(xiàn)硬件資源的共享。不同于一般分布式對(duì)象

14、或數(shù)據(jù)庫(kù)管理只在低層不同于一般分布式對(duì)象或數(shù)據(jù)庫(kù)管理只在低層自動(dòng)存取單獨(dú)的屬性，而在病人、檢查、結(jié)構(gòu)化報(bào)自動(dòng)存取單獨(dú)的屬性，而在病人、檢查、結(jié)構(gòu)化報(bào)告（告（SRSR）、工作流等高層管理上規(guī)范服務(wù)，是基于）、工作流等高層管理上規(guī)范服務(wù)，是基于內(nèi)容的醫(yī)學(xué)圖像通信標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)容的醫(yī)學(xué)圖像通信標(biāo)準(zhǔn)。 DICOMDICOM標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo): :實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的情況下準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的情況下準(zhǔn)確的無歧義的信息交換。的無歧義的信息交換。 要解決兩個(gè)問題：要解決兩個(gè)問題： 1 1、語(yǔ)法、語(yǔ)法 2 2、語(yǔ)義、語(yǔ)義語(yǔ)法：語(yǔ)法：信息組成的規(guī)則。在信息組成的規(guī)則。在DICOMDICOM中，數(shù)據(jù)種類相中，數(shù)據(jù)種類相當(dāng)多，被分成各

15、個(gè)層次，有信息對(duì)象定義當(dāng)多，被分成各個(gè)層次，有信息對(duì)象定義(IOD)(IOD)、消息、消息(Message)(Message)、命令集、數(shù)據(jù)集、數(shù)、命令集、數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)元素、傳輸語(yǔ)法等。只有通信雙方按約定的據(jù)元素、傳輸語(yǔ)法等。只有通信雙方按約定的統(tǒng)一的方法組織數(shù)據(jù)，才可能準(zhǔn)確獲得對(duì)方傳統(tǒng)一的方法組織數(shù)據(jù)，才可能準(zhǔn)確獲得對(duì)方傳輸?shù)男畔ⅰ］數(shù)男畔ⅰＵZ(yǔ)義語(yǔ)義：DICOMDICOM中專門定義了自己的詞匯，中專門定義了自己的詞匯，DICOMDICOM的的“詞匯詞匯”是用一對(duì)整數(shù)表示的，稱為標(biāo)記是用一對(duì)整數(shù)表示的，稱為標(biāo)記(Tag)(Tag)，用數(shù)據(jù)字，用數(shù)據(jù)字典給出詳細(xì)的定義和解釋。另外用典給出詳細(xì)的定

16、義和解釋。另外用UIDUID的方法給出的方法給出唯一標(biāo)識(shí)。唯一標(biāo)識(shí)。數(shù)據(jù)組織形式數(shù)據(jù)組織形式1、唯一標(biāo)識(shí)符UID 為保證每個(gè)標(biāo)識(shí)的全球的唯一性，使用了下面的字符串(UID)產(chǎn)生機(jī)制:.2、傳輸語(yǔ)法在SOP實(shí)例數(shù)據(jù)集能被交換之前，數(shù)據(jù)集到字節(jié)流的編碼方式是固定的，或在網(wǎng)絡(luò)交換中協(xié)商，編碼方式由傳輸語(yǔ)法指明，由一個(gè)UID標(biāo)識(shí)，DICOM默認(rèn)隱式VR LittleEndian傳輸語(yǔ)法。3. 數(shù)據(jù)元素 DICOM文件中最基本的單元是數(shù)據(jù)元素(Data Element)。最終的DICOM文件就是由DICOM數(shù)據(jù)元素按照一定的順序排列組成的。w完整的完整的DICOMDICOM規(guī)范見規(guī)范見 http:/me

17、//w關(guān)于醫(yī)學(xué)圖像格式常見問題可以參閱下面的網(wǎng)站： http:/ 最新補(bǔ)充和更新可以訪問網(wǎng)站： http:/ 資源目錄： http:/ DICOM文件是按照DICOM標(biāo)準(zhǔn)而存儲(chǔ)的醫(yī)學(xué)圖像文件，組成如左圖所示。圖中的SOP 指服務(wù)對(duì)象對(duì)（Service-Object Pair）。一般由一個(gè)DICOM文件頭和一個(gè)DICOM數(shù)據(jù)集合組成。DICOM數(shù)據(jù)集合是按照DICOM標(biāo)準(zhǔn)的PS 3.5部分來編碼組成的。1 1、數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)元素 DICOMDICOM文件中最基本的單元是數(shù)據(jù)元素文件中最基本的單元是數(shù)據(jù)元素(Data Elem

18、ent)(Data Element)。DICOMDICOM數(shù)據(jù)集合就是由數(shù)據(jù)集合就是由DICOMDICOM數(shù)據(jù)元素按照一定的順序排列組成數(shù)據(jù)元素按照一定的順序排列組成的。由四個(gè)部分組成由四個(gè)部分組成: : 標(biāo)簽、數(shù)據(jù)描述標(biāo)簽、數(shù)據(jù)描述 (VR(VR， Value Representation)Value Representation)、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)域。、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)域。(1) 標(biāo)簽是一個(gè)4字節(jié)的無符號(hào)整數(shù)，DICOM所有的數(shù)據(jù)元素都可以用標(biāo)簽來唯一表示。方式為：(組號(hào)，元素號(hào))，其中組號(hào)為高位2字節(jié)，元素號(hào)為低位2字節(jié)。組號(hào)為偶數(shù)的是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)元素，組號(hào)為奇數(shù)的為私有數(shù)據(jù)元素。例如: 有標(biāo)簽

19、(0008，0020)，可以在DICOM字典中查出其代表研究日期。(2) VR(2) VR具體描述了屬性值如何進(jìn)行編碼，指明了具體描述了屬性值如何進(jìn)行編碼，指明了該數(shù)據(jù)元素中的數(shù)據(jù)的類型。在該數(shù)據(jù)元素中的數(shù)據(jù)的類型。在DICOMDICOM文件中，文件中，它是一個(gè)長(zhǎng)度為它是一個(gè)長(zhǎng)度為2 2的字符串，例如，如果一個(gè)的字符串，例如，如果一個(gè)數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)元素的VRVR為為“DA”DA”，則表示該數(shù)據(jù)元素中，則表示該數(shù)據(jù)元素中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為日期型數(shù)據(jù)，如果一個(gè)數(shù)據(jù)元素存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為日期型數(shù)據(jù)，如果一個(gè)數(shù)據(jù)元素的的VRVR為為“FL”FL”則表示該數(shù)據(jù)元素中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)則表示該數(shù)據(jù)元素中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)

20、。為浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)。 在數(shù)據(jù)元素中，VR是可選的，它取決于協(xié)商的傳輸數(shù)據(jù)格式。DICOM中規(guī)定了顯式(Explicit VR)和隱式(Inexplicit VR)兩種傳輸格式，顯式傳輸時(shí)，VR必須存在，用兩個(gè)字符明確表示值的表示方法，如AE表示應(yīng)用實(shí)體，AS表示年齡字符串，DT是日期和時(shí)間，F(xiàn)D表示雙精度浮點(diǎn)數(shù)等。隱式通過標(biāo)記查出DICOM對(duì)這個(gè)屬性表示方法的規(guī)定，從而解釋屬性值的內(nèi)容，隱式傳輸時(shí)，VR必須省略。3) 數(shù)據(jù)長(zhǎng)度指明該數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)域中數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度(字節(jié)數(shù))。(4) 數(shù)據(jù)域中包含了該數(shù)據(jù)元素的數(shù)值。 DICOM中所有的數(shù)據(jù)都是以數(shù)據(jù)元素的形式出現(xiàn)的(除文件頭中128字節(jié)的文件前言)。2

21、 2、DICOMDICOM文件頭文件頭(DICOM File Meta (DICOM File Meta Information)Information)包含了標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)集合的相關(guān)信息。包含了標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)集合的相關(guān)信息。DICOMDICOM文件都包括該文件頭，最開始是文件前文件都包括該文件頭，最開始是文件前言，由言，由128128個(gè)個(gè)00H00H字節(jié)組成，接下來是字節(jié)組成，接下來是DICOMDICOM前前綴，為綴，為4 4字節(jié)的字符串字節(jié)的字符串“DICM”DICM”。 包括文件的傳輸格式、生成該文件的應(yīng)用包括文件的傳輸格式、生成該文件的應(yīng)用程序等等。程序等等。 (1) (1) 除了除了128128字節(jié)的文件前言和字節(jié)的文件前言和4 4字節(jié)的字節(jié)的DICMDICM前綴前綴外，其它文件頭元素都采用顯示格式編碼，各個(gè)外，其它文件頭元素都采用顯示格式編碼，各個(gè)數(shù)據(jù)元素排列的順序按照標(biāo)簽數(shù)值數(shù)據(jù)元素排列的順序按照標(biāo)簽數(shù)值Little EndianLittle Endian編碼。編碼。(2) (2) 每個(gè)文件頭元素的長(zhǎng)度必須為偶