醫(yī)學(xué)通訊標(biāo)準(zhǔn)DICOM

醫(yī)學(xué)通訊標(biāo)準(zhǔn)DICOM

隨著CT在70年代的出現(xiàn),一大批數(shù)字成像設(shè)備相繼應(yīng)用于相床。由于生產(chǎn)這些設(shè)備的廠家很多,而圖像標(biāo)準(zhǔn)、傳輸方式卻各不相同,使得他們的產(chǎn)品不能很好的互連。為了統(tǒng)一各設(shè)備的接口標(biāo)準(zhǔn),美國放射學(xué)會和美國電子廠商聯(lián)合會在1983年成立了一個委員會,開發(fā)出了一套醫(yī)學(xué)圖像的通訊標(biāo)準(zhǔn),其目的是:提供與生產(chǎn)廠商無關(guān)的數(shù)字圖像及其相關(guān)信息的通訊;促進(jìn)PACS的發(fā)展,并擴(kuò)展PACS與其他HIS的通訊;提供一個廣泛的、分布式的診斷信息查詢庫;委員會于1985年正式推出版本,并在其后幾次修訂。

但是,由于它缺乏有效的網(wǎng)絡(luò)連接手段,加上其它一些不足,ACR—NEMA又于1983年推出了新的版本,稱作醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像通訊標(biāo)準(zhǔn)。比之比前的版本,它有以下幾個特點(diǎn):可應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò),較之于以前僅有點(diǎn)對點(diǎn)通訊方式,支持OSI和TCP/IP;闡述了設(shè)備對命令及數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng),通過服務(wù)類的概念闡述了命令及其相關(guān)數(shù)據(jù)的語意;闡述了兼容水平,較之以前的最小兼容水平,精確地描述了制造廠商如何系統(tǒng)地構(gòu)造兼容水平,其中可有多頂選擇;提供了分隔式多文檔結(jié)構(gòu),便于新特性的擴(kuò)展;不僅對圖形、圖像,而且對分析、報告等,都定義了信息對象;確定了信息對象的唯一性,便于在網(wǎng)絡(luò)中明確各對象的關(guān)系。

標(biāo)準(zhǔn)概述

醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像通訊標(biāo)準(zhǔn)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(nèi)容及其評價。

第二部分:兼容性。它描述了對DICOM以下幾部分內(nèi)容的兼容要求,詳細(xì)地說明了生產(chǎn)廠商該如何制訂并描述自己的DICOM產(chǎn)品。包括選擇什么樣的信息對象、服務(wù)類、以及傳輸協(xié)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(chǎn)品進(jìn)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(chǎn)廠商按其要求生產(chǎn)DICOM產(chǎn)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?qū)ο蟮脑O(shè)計方法,采用“E-R模型”,用“信息對象定義”把具體事物映射到DICOM的應(yīng)用范圍之內(nèi)。例如現(xiàn)實(shí)具體的患者,在DICOM中就映射為“患者IOD”,其中包括許多屬性,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(fù)合型。普通型僅表征了其具體應(yīng)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(fù)合型不僅包括具體應(yīng)用的固有屬性,還包括與之相關(guān)的屬性。例如“CT圖像IOD”是復(fù)合型,它包含有本身固有的屬性和非固有但相關(guān)的屬性。

第四部分:服務(wù)類定義。服務(wù)類是對現(xiàn)實(shí)中醫(yī)學(xué)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(jié)果。在DICOM中,一個服務(wù)類是由多個“服務(wù)對象對類”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(wù)元素”,這將在其后進(jìn)行詳細(xì)的介紹。DICOM服務(wù)類還提供客戶/服務(wù)的角色扮演:服務(wù)類提供者,服務(wù)類使用者。典型的服務(wù)類有:查詢/存儲服務(wù)類、求證服務(wù)類、打印管理服務(wù)類等。

第五部分:數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編碼。這一部分說明了當(dāng)兩端以DICOM標(biāo)準(zhǔn)通訊時,它們之間的數(shù)據(jù)流是以何種結(jié)構(gòu)出現(xiàn),并以何種方式編碼的。一個信息對象定義為一個“數(shù)據(jù)集合”,如患者IOD就可用一個數(shù)據(jù)集合來表示。而數(shù)據(jù)集合又可分為許多“數(shù)據(jù)元素”,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(shù)據(jù)元素來表示。

第六部分:數(shù)據(jù)字典。信息對象是由許多屬性組合而成的。DICOM以數(shù)據(jù)元素表征信息對象的屬性。數(shù)據(jù)字典給出了各數(shù)據(jù)元素精確的定義,包括一個唯一標(biāo)識符、:一個名稱、一個數(shù)據(jù)類型以及使用說明。

第七部分:消息交換。消息是兩個符合DICOM標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用實(shí)體之間進(jìn)行通訊的基本單元。這一部分定義了DICOM應(yīng)用實(shí)體間消息交換的服務(wù)和協(xié)議,包括聯(lián)接的建立和終結(jié)協(xié)議、消息的編碼和交換協(xié)議。

第八部分:消息交換的網(wǎng)絡(luò)支持。這一部分闡述了在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,DICOM進(jìn)行通訊所必需的上層協(xié)議。DICOM可支持IDO—OSI協(xié)議和TCP/IP協(xié)議。這里說明了它們對DICOM通訊聯(lián)接及消息交換的封裝規(guī)則。

第九部分:消息交換的點(diǎn)對點(diǎn)支持。這一部分說明了DICOM支持的點(diǎn)對點(diǎn)通訊協(xié)議,包括物理接口和數(shù)據(jù)協(xié)議。但點(diǎn)對點(diǎn)通訊接口與OSI或TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相連時,需要一個網(wǎng)絡(luò)口單元。其它一些DICOM擴(kuò)展部分,描述了DI-COM的可移動存儲介質(zhì)、文件存儲格式等內(nèi)容。其中左半ACT-NEMA一再聲明,DICOM是一個開放系統(tǒng)。它采用分隔式多文檔結(jié)構(gòu),便于單獨(dú)對各部分進(jìn)行擴(kuò)充而不需要更新整個標(biāo)準(zhǔn),這樣就增強(qiáng)了它的健壯性。隨著對DI-COM研究和應(yīng)用的不斷深入,會有新的內(nèi)容不斷地添加進(jìn)來,使得DICOM能很好地滿足網(wǎng)絡(luò)時代對醫(yī)學(xué)信息通訊的要求。

說明

下面將對DICOM主要的幾個概念進(jìn)行說明。

“E-R”模型

DICOM用“實(shí)體-關(guān)系”簡稱“E-R”模型,描述它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。實(shí)體表示一個或一類個體有相同特性的應(yīng)用對象,如患者IDO、SOP類等,用方框表示;關(guān)系表示實(shí)體間是如何相互聯(lián)系的。DICOM以“患者”劃分它龐大的醫(yī)學(xué)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來映射現(xiàn)實(shí)具體中的醫(yī)學(xué)信息對象?！盎颊摺碧幱谧钌蠈?以下依次為“分析”、“系列”和“圖像”。作為最上層的源實(shí)體,一名“患者”包含有一個或多個目標(biāo)實(shí)體“分析”;一個“分析”作為新一層次的源實(shí)體,又包含一個或多個新的目標(biāo)實(shí)體“系列”;一個“系列”包含一幀或多幀“圖像”。

服務(wù)對象對類

SOP類是DICOM信息傳遞活動的基本功能單位。

網(wǎng)絡(luò)連接

較之以前的版本,最大的改進(jìn)之處是它具有了網(wǎng)絡(luò)接入的功能,可以通過Internet或其它網(wǎng)絡(luò),把世界各地的具有DICOM功能的設(shè)備和節(jié)點(diǎn)連接來。DICOM的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。在應(yīng)用實(shí)體與TCP/IP層之間,DICOM定義了它的上層協(xié)議。其中包括了7個PDU,分別是:

A-ASSOCIATE-RQPDU

A-ASSOCIATE-ACPDU

A-ASSOCIATE-RJPDU

P-DATA-TFPDU

A-RELEASE-RQPDU

A-RELEASE-RPPDU

A-ABORTPDU

當(dāng)一端向網(wǎng)絡(luò)的另一端請求基于DI-COM的聯(lián)結(jié)時,發(fā)出A-ASSOCIATE-RQ,即聯(lián)結(jié)請求。A-ASSOCLATE-RQPDU包括三部分:“ApplicationContextItem”,一個標(biāo)識DICOM應(yīng)用的頭。若干條“PresentationContextItem”,每一條包括一個“AbstractSyntax”:表征雙方即將協(xié)議通訊的SOP類;一個“TransferSyntax”:表征命令及數(shù)據(jù)傳輸過程中的傳送規(guī)則?！癠serDataItems”,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(wǎng)絡(luò)的另一端接到聯(lián)結(jié)請求后,發(fā)出響應(yīng),即A-ASSOCIATE-AC。它也包括A-AS-SOCIATE-RQ的三部分?！癆pplicationCon-textItem”不變,原樣發(fā)回:“PresentationContextItem”中,對支持的SOP類,予以確認(rèn),對不支持的SOP類,予對拒絕;“UserDataItems”也根據(jù)自己的情況予以確認(rèn)或拒絕。聯(lián)結(jié)完畢之后,傳輸?shù)腜-DATA-TFPDU就是前面所說的消息,包括命令集合和數(shù)據(jù)集合兩部分。A-RELEASE-RQ和A-RELEASE-RP兩條PDU作為聯(lián)結(jié)的釋放,標(biāo)志通訊的終結(jié)。而在通訊的過程中。以A-ABORT中途中斷聯(lián)結(jié)。

4結(jié)語

自1993年標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布以來,世界各國的研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)廠商均投入了很大的熱情和精力加以研究和開發(fā)。其中尤以RSNA、華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院、賓州大學(xué)醫(yī)學(xué)院、歐洲的CEN和日本的JIRA等研究機(jī)構(gòu),執(zhí)DICOM研究的牛耳。DICOM已由最初的兼容性和性能測試轉(zhuǎn)入了成熟的產(chǎn)品開發(fā)時期。各生產(chǎn)廠商的數(shù)字醫(yī)學(xué)成像設(shè)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(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)設(shè)備間以及設(shè)備與HIS/RIS間的基于DICOM標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)。而對DICOM的研究,也主要集中在如何應(yīng)用更快更好的通訊技術(shù),以便不斷在深度和廣度上擴(kuò)展DICOM的應(yīng)用潛力。

賓州大學(xué)醫(yī)學(xué)院放射系的MIG開發(fā)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(jìn)一步擴(kuò)展了基于Web的DICOM標(biāo)準(zhǔn)的PACS系統(tǒng),而對于ATM技術(shù)在DICOM中應(yīng)用的研究,也在不斷地深入。同時,各生產(chǎn)廠商在開發(fā)DICOM產(chǎn)品的過程中,出現(xiàn)了許多新的問題,對它們的研究也在繼續(xù)。作為一個醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像通訊的統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn),DICOM如同網(wǎng)絡(luò)時代的TCP/IP協(xié)議一樣,意義