醫(yī)學(xué)通訊標(biāo)準(zhǔn)DICOM

醫(yī)學(xué)通訊標(biāo)準(zhǔn)DICOM

1DICOM3.0

隨著CT在70年月的消失,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)備的廠家許多,而圖像標(biāo)準(zhǔn)、傳輸方式卻各不一樣,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(huì)(AmericanCollageofRadiology,ACR)和美國電子廠商聯(lián)合會(huì)(NationalElectricalManufacturersAssociation,NEMA)在1983年成立了一個(gè)委員會(huì),開發(fā)出了一套醫(yī)學(xué)圖像的通訊標(biāo)準(zhǔn),其目的是:(1)供應(yīng)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;(2)促進(jìn)PACS的進(jìn)展,并擴(kuò)展PACS與其他HIS的通訊;(3)供應(yīng)一個(gè)廣泛的、分布式的診斷信息查詢庫;委員會(huì)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(wǎng)絡(luò)連接手段,加上其它一些缺乏,ACR—NEMA又于1983年推出了新的DICOM3.0(DigitalImagingandCommu-nicationsinMdicine3.0)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(gè)特點(diǎn):(1)可應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò),較之于以前僅有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊方式,DICOM3.0支持OSI和TCP/IP;(2)闡述了設(shè)備對(duì)命令及數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng),DICOM3.0通過效勞類的概念闡述了命令及其相關(guān)數(shù)據(jù)的語意;(3)闡述了兼容水平,較之以前的最小兼容水平,DICOM3.0準(zhǔn)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;(4)供應(yīng)了分隔式多文檔構(gòu)造,便于新特性的擴(kuò)展;(5)不僅對(duì)圖形、圖像,而且對(duì)分析、報(bào)告等,都定義了信息對(duì)象;(6)確定了信息對(duì)象的唯一性,便于在網(wǎng)絡(luò)中明確各對(duì)象的關(guān)系。

2DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)概述

醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像通訊標(biāo)準(zhǔn)(DICOM3.0)由以下幾局部組成。

第一局部:概述。簡潔介紹了DICOM的概念、組成、內(nèi)容及其評(píng)價(jià)。

其次局部:兼容性。它描述了對(duì)DICOM以下幾局部內(nèi)容的兼容要求,具體地說明白生產(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(duì)象(Informa-tionObjects)、效勞類(ServiceClasses)、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,從而可以選擇具有一樣兼容性的DICOM產(chǎn)品進(jìn)展互連。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。

第三局部:信息對(duì)象定義。利用面對(duì)對(duì)象的設(shè)計(jì)方法,采納“E-R模型”,用“信息對(duì)象定義”(InformationObjectDefinitions,IOD)把詳細(xì)事物映射到DICOM的應(yīng)用范圍之內(nèi)。例如現(xiàn)實(shí)詳細(xì)的患者,在DICOM中就映射為“患者IOD”,其中包括很多屬性(At-tributes),如姓名、年齡、身高、體重等。用這樣的方法就能很簡單地理解DICOM中各信息的含義。信息對(duì)象定義包括兩類:一般型和復(fù)合型。一般型僅表征了其詳細(xì)應(yīng)用所固有的屬性,例如“患者IOD”是一般型,它包含了前面所說的一些屬性。復(fù)合型不僅包括詳細(xì)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(如CT圖像)和非固有但相關(guān)的屬性(如患者的姓名等)。

第四局部:效勞類定義。效勞類(ServiceClasses)是對(duì)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(duì)象的命令及其結(jié)果。在DICOM中,一個(gè)效勞類是由多個(gè)“效勞對(duì)象對(duì)類”(Service-ObjectPairClass,SOPClass)組成的,這是DICOM信息傳遞的根本功能單位。一個(gè)SOP類包括一個(gè)信息對(duì)象和一組“DICOM消息效勞元素”(DICOMMessageServiceElements,DIMSE),這將在其后進(jìn)展具體的介紹。DICOM效勞類還供應(yīng)客戶/效勞的角色扮演:效勞類供應(yīng)者(ServiceClassProvider,SCP),效勞類使用者(ServiceClassUser,SCU)。典型的效勞類有:查詢/存儲(chǔ)效勞類、求證效勞類、打印治理效勞類等。

第五局部:數(shù)據(jù)構(gòu)造和編碼。這一局部說明白當(dāng)兩端以DICOM標(biāo)準(zhǔn)通訊時(shí),它們之間的數(shù)據(jù)流是以何種構(gòu)造消失,并以何種方式編碼的。一個(gè)信息對(duì)象定義為一個(gè)“數(shù)據(jù)集合”(DataSet),如患者IOD就可用一個(gè)數(shù)據(jù)集合來表示。而數(shù)據(jù)集合又可分為很多“數(shù)據(jù)元素”(DataElement),用來表征信息對(duì)象的屬性,如患者的姓名、年齡、身高等屬性就可用一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)元素來表示。

第六局部:數(shù)據(jù)字典。信息對(duì)象是由很多屬性組合而成的。DICOM以數(shù)據(jù)元素表征信息對(duì)象的屬性。數(shù)據(jù)字典給出了各數(shù)據(jù)元素準(zhǔn)確的定義,包括一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)符(包括組號(hào)和元素號(hào))、:一個(gè)名稱、一個(gè)數(shù)據(jù)類型以及使用說明。

第七局部:消息(Message)交換。消息是兩個(gè)符合DICOM標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用實(shí)體之間進(jìn)展通訊的根本單元。這一局部定義了DICOM應(yīng)用實(shí)體間消息交換的效勞和協(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。

第八局部:消息交換的網(wǎng)絡(luò)支持。這一局部闡述了在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,DICOM進(jìn)展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。這里說明白它們對(duì)DICOM通訊聯(lián)接及消息交換的封裝規(guī)章。

第九局部:消息交換的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)支持。這一局部說明白DICOM支持的點(diǎn)對(duì)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(duì)點(diǎn)通訊接口與OSI或TCP/IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相連時(shí),需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)口單元(NetworkInter-faceU-nit,NIU)。其它一些DICOM擴(kuò)展局部,描述了DI-COM的可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)、文件存儲(chǔ)格式等內(nèi)容。其中左半ACT-NEMA一再聲明,DICOM是一個(gè)開放系統(tǒng)。它采納分隔式多文檔構(gòu)造,便于單獨(dú)對(duì)各局部進(jìn)展擴(kuò)大而不需要更新整個(gè)標(biāo)準(zhǔn),這樣就增加了它的強(qiáng)健性。隨著對(duì)DI-COM討論和應(yīng)用的不斷深入,會(huì)有新的內(nèi)容不斷地添加進(jìn)來,使得DICOM能很好地滿意網(wǎng)絡(luò)時(shí)代對(duì)醫(yī)學(xué)信息通訊的要求。

3DICOM3.0說明

下面將對(duì)DICOM主要的幾個(gè)概念進(jìn)展說明。

3.1“E-R”模型

DICOM用“實(shí)體-關(guān)系”(Entity-Rela-tionship,E-R)簡稱“E-R”模型,描述它的數(shù)據(jù)構(gòu)造。實(shí)體(Entity)表示一個(gè)或一類個(gè)體有一樣特性的應(yīng)用對(duì)象,如患者IDO、SOP類等,用方框表示;關(guān)系(Relationship)表示實(shí)體間是如何相互聯(lián)系的。DICOM以“患者”劃分它浩大的醫(yī)學(xué)信息對(duì)象體系。各種病歷分析、病訪報(bào)告以及圖像資料依其所屬“患者”的不同而分門別類。同時(shí),DICOM還以“患者→分析→系列→圖像”這樣的分層次數(shù)據(jù)構(gòu)造來映射現(xiàn)實(shí)詳細(xì)中的醫(yī)學(xué)信息對(duì)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(shí)體,一名“患者”包含有一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)實(shí)體“分析”;一個(gè)“分析”作為新一層次的源實(shí)體,又包含一個(gè)或多個(gè)新的目標(biāo)實(shí)體“系列”(可按時(shí)間、空間等關(guān)系劃分);一個(gè)“系列”包含一幀或多幀“圖像”。

3.2效勞對(duì)象對(duì)類(ServiceObjectPairClass,SOPClass)

SOP類是DICOM信息傳遞活動(dòng)的根本功能單位。

3.3網(wǎng)絡(luò)連接

DICOM3.0較之以前的版本,最大的改良之處是它具有了網(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(gè)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(dāng)一端向網(wǎng)絡(luò)的另一端懇求基于DI-COM的聯(lián)結(jié)時(shí),發(fā)出A-ASSOCIATE-RQ,即聯(lián)結(jié)懇求。A-ASSOCLATE-RQPDU包括三局部:(a)“ApplicationContextItem”,一個(gè)標(biāo)識(shí)DICOM應(yīng)用的頭。(b)若干條“PresentationContextItem”,每一條包括一個(gè)“AbstractSyntax”:表征雙方馬上協(xié)議通訊的SOP類;一個(gè)“TransferSyntax”:表征命令及數(shù)據(jù)傳輸過程中的傳送規(guī)章。(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(wǎng)絡(luò)的另一端接到聯(lián)結(jié)懇求后,發(fā)出響應(yīng),即A-ASSOCIATE-AC。它也包括A-AS-SOCIATE-RQ的三局部?！癆pplicationCon-textItem”不變,原樣發(fā)回:“PresentationContextItem”中,對(duì)支持的SOP類,予以確認(rèn),對(duì)不支持的SOP類,予對(duì)拒絕;“UserDataItems”也依據(jù)自己的狀況予以確認(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(message),包括命令集合和數(shù)據(jù)集合兩局部。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DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)正式以來,世界各國的討論機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)廠商均投入了很大的熱忱和精力加以討論和開發(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(ComiteEuropeenNor-malisation)和日本的JIRA等討論機(jī)構(gòu),執(zhí)DICOM討論的牛耳。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(shí)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的根底上,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(duì)DICOM的討論,也主要集中在如何應(yīng)用更快更好的通訊技術(shù)(如ATM),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(MedicalInformatiicsGroup)開發(fā)出了界面的DICOM,使用戶能夠通過掃瞄器獲得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(duì)于ATM技術(shù)在DICOM中應(yīng)用的討論,也在不斷地深入。同時(shí),各生產(chǎn)廠商在開發(fā)DICOM產(chǎn)品的過程中,消失了很多新的問題,對(duì)它們的討論也在