学文网1DICOM3.0
随着CT在70年代的出现,一大批数字成像设备相继应用于相床。由于生产这些设备的厂家很多,而***像标准、传输方式却各不相同,使得他们的产品不能很好的互连。为了统一各设备的接口标准,美国放射学会(AmericanCollageofRadiology,ACR)和美国电子厂商联合会(NationalElectricalManufacturersAssociation,NEMA)在1983年成立了一个委员会,开发出了一套医学***像的通讯标准,其目的是:(1)提供与生产厂商无关的数字***像及其相关信息的通讯;(2)促进PACS的发展,并扩展PACS与其他HIS的通讯;(3)提供一个广泛的、分布式的诊断信息查询库;委员会于1985年正式推出ACR-NE-MA1.0版本,并在其后几次修订。
但是,由于它缺乏有效的网络连接手段,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,称作医学数字***像通讯标准。比之比前的版本,它有以下几个特点:(1)可应用于网络,较之于以前仅有点对点通讯方式,DICOM3.0支持OSI和TCP/IP;(2)阐述了设备对命令及数据的标准响应,DICOM3.0通过服务类的概念阐述了命令及其相关数据的语意;(3)阐述了兼容水平,较之以前的最小兼容水平,DICOM3.0精确地描述了制造厂商如何系统地构造兼容水平,其中可有多顶选择;(4)提供了分隔式多文档结构,便于新特性的扩展;(5)不仅对***形、***像,而且对分析、报告等,都定义了信息对象;(6)确定了信息对象的唯一性,便于在网络中明确各对象的关系。
2DICOM3.0标准概述
医学数字***像通讯标准(DICOM3.0)由以下几部分组成。
第一部分:概述。简单介绍了DICOM的概念、组成、内容及其评价。
第二部分:兼容性。它描述了对DICOM以下几部分内容的兼容要求,详细地说明了生产厂商该如何制订并描述自己的DICOM产品。包括选择什么样的信息对象(Informa-tionObjects)、服务类(ServiceClasses)、以及传输协议、编码方法等。用户可以从制造商手中得到一份兼容性声明,从而可以选择具有相同兼容性的DICOM产品进行互连。用户也可以向厂商提交一份兼容性要求说明书,指定生产厂商按其要求生产DICOM产品,以获得所需的兼容性水平。
第三部分:信息对象定义。利用面向对象的设计方法,采用“E-R模型”,用“信息对象定义”(InformationObjectDefinitions,IOD)把具体事物映射到DICOM的应用范围之内。例如现实具体的患者,在DICOM中就映射为“患者IOD”,其中包括许多属性(At-tributes),如姓名、年龄、身高、体重等。用这样的方法就能很容易地理解DICOM中各信息的含义。信息对象定义包括两类:普通型和复合型。普通型仅表征了其具体应用所固有的属性,例如“患者IOD”是普通型,它包含了前面所说的一些属性。复合型不仅包括具体应用的固有属性,还包括与之相关的属性。例如“CT***像IOD”是复合型,它包含有本身固有的属性(如CT***像)和非固有但相关的属性(如患者的姓名等)。
第四部分:服务类定义。服务类(ServiceClasses)是对现实中医学信息间的传递和通讯的抽象概括。它包括作用于信息对象的命令及其结果。在DICOM中,一个服务类是由多个“服务对象对类”(Service-ObjectPairClass,SOPClass)组成的,这是DICOM信息传递的基本功能单位。一个SOP类包括一个信息对象和一组“DICOM消息服务元素”(DICOMMessageServiceElements,DIMSE),这将在其后进行详细的介绍。DICOM服务类还提供客户/服务的角色扮演:服务类提供者(ServiceClassProvider,SCP),服务类使用者(ServiceClassUser,SCU)。典型的服务类有:查询/存储服务类、求证服务类、打印管理服务类等。
第五部分:数据结构和编码。这一部分说明了当两端以DICOM标准通讯时,它们之间的数据流是以何种结构出现,并以何种方式编码的。一个信息对象定义为一个“数据集合”(DataSet),如患者IOD就可用一个数据集合来表示。而数据集合又可分为许多“数据元素”(DataElement),用来表征信息对象的属性,如患者的姓名、年龄、身高等属性就可用一个个数据元素来表示。
第六部分:数据字典。信息对象是由许多属性组合而成的。DICOM以数据元素表征信息对象的属性。数据字典给出了各数据元素精确的定义,包括一个唯一标识符(包括组号和元素号)、:一个名称、一个数据类型以及使用说明。
第七部分:消息(Message)交换。消息是两个符合DICOM标准的应用实体之间进行通讯的基本单元。这一部分定义了DICOM应用实体间消息交换的服务和协议,包括联接的建立和终结协议、消息的编码和交换协议。
第八部分:消息交换的网络支持。这一部分阐述了在网络环境下,DICOM进行通讯所必需的上层协议。DICOM可支持IDO—OSI协议和TCP/IP协议。这里说明了它们对DICOM通讯联接及消息交换的封装规则。
第九部分:消息交换的点对点支持。这一部分说明了DICOM支持的点对点通讯协议,包括物理接口和数据协议。但点对点通讯接口与OSI或TCP/IP网络环境相连时,需要一个网络口单元(NetworkInter-faceU-nit,NIU)。其它一些DICOM扩展部分,描述了DI-COM的可移动存储介质、文件存储格式等内容。其中左半ACT-NEMA一再声明,DICOM是一个开放系统。它采用分隔式多文档结构,便于单独对各部分进行扩充而不需要更新整个标准,这样就增强了它的健壮性。随着对DI-COM研究和应用的不断深入,会有新的内容不断地添加进来,使得DICOM能很好地满足网络时代对医学信息通讯的要求。
3DICOM3.0说明
下面将对DICOM主要的几个概念进行说明。
3.1“E-R”模型
DICOM用“实体-关系”(Entity-Rela-tionship,E-R)简称“E-R”模型,描述它的数据结构。实体(Entity)表示一个或一类个体有相同特性的应用对象,如患者IDO、SOP类等,用方框表示;关系(Relationship)表示实体间是如何相互联系的。DICOM以“患者”划分它庞大的医学信息对象体系。各种病历分析、病访报告以及***像资料依其所属“患者”的不同而分门别类。同时,DICOM还以“患者分析系列***像”这样的分层次数据结构来映射现实具体中的医学信息对象。“患者”处于最上层,以下依次为“分析”、“系列”和“***像”。作为最上层的源实体,一名“患者”包含有一个或多个目标实体“分析”;一个“分析”作为新一层次的源实体,又包含一个或多个新的目标实体“系列”(可按时间、空间等关系划分);一个“系列”包含一帧或多帧“***像”。
3.2服务对象对类(ServiceObjectPairClass,SOPClass)
SOP类是DICOM信息传递活动的基本功能单位。
3.3网络连接
DICOM3.0较之以前的版本,最大的改进之处是它具有了网络接入的功能,可以通过Internet或其它网络,把世界各地的具有DICOM功能的设备和节点连接来。DICOM的网络实现。在应用实体与TCP/IP层之间,DICOM定义了它的上层协议。其中包括了7个PDU,分别是:
(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
当一端向网络的另一端请求基于DI-COM的联结时,发出A-ASSOCIATE-RQ,即联结请求。A-ASSOCLATE-RQPDU包括三部分:(a)“ApplicationContextItem”,一个标识DICOM应用的头。(b)若干条“PresentationContextItem”,每一条包括一个“AbstractSyntax”:表征双方即将协议通讯的SOP类;一个“TransferSyntax”:表征命令及数据传输过程中的传送规则。(c)“UserDataItems”,用来传递如最大通讯帧、异步操作窗、SCP/SCU角色选择等用户信息。网络的另一端接到联结请求后,发出响应,即A-ASSOCIATE-AC。它也包括A-AS-SOCIATE-RQ的三部分。“ApplicationCon-textItem”不变,原样发回:“PresentationContextItem”中,对支持的SOP类,予以确认,对不支持的SOP类,予对拒绝;“UserDataItems”也根据自己的情况予以确认或拒绝。联结完毕之后,传输的P-DATA-TFPDU就是前面所说的消息(message),包括命令集合和数据集合两部分。A-RELEASE-RQ和A-RELEASE-RP两条PDU作为联结的释放,标志通讯的终结。而在通讯的过程中。以A-ABORT中途中断联结。
4结语
自1993年DICOM3.0标准正式以来,世界各国的研究机构和生产厂商均投入了很大的热情和精力加以研究和开发。其中尤以RSNA、华盛顿大学医学院、宾州大学医学院、欧洲的CEN(ComiteEuropeenNor-malisation)和日本的JIRA等研究机构,执DICOM研究的牛耳。DICOM已由最初的兼容性和性能测试转入了成熟的产品开发时期。各生产厂商的数字医学成像设备纷纷拥有了DICOM通讯接口并配有软硬件支持,能在原有的PACS和Ethernet的基础上,实现设备间以及设备与HIS/RIS间的基于DICOM标准的互联。而对DICOM的研究,也主要集中在如何应用更快更好的通讯技术(如ATM),以便不断在深度和广度上扩展DICOM的应用潜力。
宾州大学医学院放射系的MIG(MedicalInformatiicsGroup)开发出了WWW界面的DICOM,使用户能够通过浏览器获得DI-COM信息。其后,又进一步扩展了基于Web的DICOM标准的PACS系统,而对于ATM技术在DICOM中应用的研究,也在不断地深入。同时,各生产厂商在开发DICOM产品的过程中,出现了许多新的问题,对它们的研究也在继续。作为一个医学数字***像通讯的统一接口标准,DICOM如同网络时代的TCP/IP协议一样,意义更在其本身之上。由于我国的远程医疗及地区级的PACS建设还处于起步阶段,及早地认识、研究并实施DICOM,能避免许多的重复建设,具有较高的战略意义。国外的DICOM研究非常之快且热,预计三、五年之内就会有成熟的“即插即用”型DI-COM产品问世。为了更快更好的将DICOM应用于中国的实际情况,也为了尽早抢滩中国这一广阔的市场,中国的DICOM研究和实施必须及早地发展。
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