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1、第四章 医学图像存储与传输标准DICOM,为什么要实施DICOM标准,数字化影像设备的出现，如CT设备等的产生使得医学影像能够直接从检查设备中获取计算机技术的发展，使得大容量数字信息的存储、通讯和显示都能够实现,由此产生了制定图像格式标准及相应通讯传输标准的需求,什么是DICOM,DICOM是Digital Imaging and Communications in Medicine的英文缩写，即医学数字成像和通信标准它以开放式连结系统（OSI）参考模式为基础定下七层协议,DICOM标准的应用范围,4.1 DICOM 3.0标准,4.1.1 相关术语 4.1.2 DICOM 30标准内容概要,
2、DICOM 标准定义内容,（1）检查信息和相关图像信息定义患者信息检查信息图像格式（2）图像交换方法和规范图像传输方法(点对点方式、网络方式、文件方式等)将医学影像事务规范为不同层次的对象模型,4.1.2 DICOM 3.0标准内容概要,第一部分：引言与概述，简要介绍了DICOM的概念及其组成第二部分：兼容性，精确地定义了声明DICOM要求制造商精确地描述其产品的DICOM兼容性第三部分：利用面向对象的方法，定义了两类信息对象类：普通(规范）型、复合型 普通型的信息对象只包括现实中实体固有的属性 复合型信息对象种类可以扩展固有的属性,P151,DICOM 对象,影像属性(attribute)像
3、素资料(pixel data)Patient Name：張三Patient ID：01001111Date of birth：631012Sex：男Modality：CTStation name：FDMS 1.0Study Date：19990226,第四部分：服务类，说明了许多服务类，服务类详细论述了作用与信息对象上的命令及其产生的结果例：CT的计算机需要将图像打印到胶片上 计算机发一个消息到代表具有DICOM功能的激光打印机的地址，得到回应的消息后，再将图像按DICOM格式发送到此地址，于是，作用在信息对象上的命令产生结果 由激光打印机完成了打印服务,第五部分：数据结构及语意，描述了怎样对
4、信息对象类和服务类进行构造和编码,第六部分：数据字典，描述了所有信息对象是由数据元素组成的，数据元素是对属性值的编码。例：在数据字典中，0010 0010 表示患者的 姓名，0010 0020 表示病人ID等,第七部分：消息交换，定义了进行消息交换通讯的医学图像应用实体所用到的服务和协议第八部分：消息交换的网络通讯支持，说明了在网络环境下的通讯服务和支持DICOM应用进行消息交换的必要的上层协议,DICOM框架,131,4.1.3 DICOM技术特点,DICOM是一种有层次的医学图像传输标准，它根据医学图像的传输以及面向对象的要求，将标准按层次定义按照DICOM标准的内容进行以下三个层次的分析
5、,DICOM消息交换的网络支持层（DICOM第八部分）这部分处于最低层，是其它层次的基础 其中主要定义：医学图像及相关信息的网络传输协议,DICOM消息交换的网络支持层,DICOM消息服务（DICOM第四、五、七部分）这几部分详细定义了DIMSE及其对图像相关信息的查询、存储、打印等服务 换句话说,是对信息对象的操作,信息对象操作,DICOM信息对象（DICOM第三、六部分）。这两部分利用面向对象技术定义了信息对象定义及数据字典。它们是实现DICOM的最高层次。,4.1.4 DICOM标准术语,信息实体,是真实世界中所有相似事物(instance)例如：医院每天在电脑断层室产生数以百计的电脑断
6、层影像(image or.Instance)可归类到CT 类別中,信息对象定义(information object definitions，IOD),信息对象定义 对象的属性表（属性的集合）被称为信息对象定义（IOD）,信息对象定义,数据元素,数据集,数据集（Data Set）是IOD实例化的编码表示，由数据元素组成，每个数据元素包含了该IOD实例的一个属性值,病人对象（Patient Object）、研究对象（Study Object）和系列对象（Series Object）,命令集,命令集是DICOM应用实体数据集上执行的操作，由命令元素构成 对普通对象操作的为“普通消息服务元素（Nor
7、malized DICOM Message Service Elements）”命令 对复合对象操作的为“复合消息服务元素（Composite DICOM Message Service Elements）”命令,普通消息服务元素命令举例,分析：执行下列操作达到什么效果？,C-STORE命令应用举例：,复合消息服务元素命令,DIMSE,DIMSE（DICOM Message Service Element）即DICOM消息服务元素DIMSE分为DIMSE-C服务（为复合IOD提供操作服务）和DIMSE-N服务（为普通IOD提供操作和通知服务）,SOP类,DICOM定义的一系列操作和通知，叫DI
8、COM消息服务元素DIMSEIOD和DIMSE 的结合称为服务对象对SOP(service-object pair)：它定义了一个DICOM功能子集，这个子集包括被交换消息的类型、消息中传输的数据和解释数据的语法。换句话说，SOP（Service-Object Pair，服务对象对）类由服务组及其所作用的信息对象配对组成,SOP（Service-Object Pair，服务对象对）类由服务组及其所作用的信息对象配对组成,P161,在DICOM的环境中，可以按照是提供服务或者是使用服务而把设备分为DICOM服务提供者和DICOM服务使用者 如CT，MRI，DSA等为服务使用者，激光打印机/服务终
9、端是服务提供者(影像工作站既即可为服务者又是使用者),服务类,服务类（Service Class）由一至多个SOP类组成 对一个特定的SOP类，DICOM兼容的设备可作为两种角色：服务类提供者(service class provider，SCP)，它提供SOP类的服务，类似于客户服务模式中的服务端 服务类用户(service class laser，SCU)，它使用SOP类的服务，类似于客户服务模式中的客户端,SOP类与服务类 的关系,P156,问题,1、IOD含义？DIMSE含义？SOP含义？2、IOD与数据集的关系？3、DIMSE与命令集的关系？4、SOP与IOD、DIMSE的关系？,4
10、.1.5 DICOM信息模型4.1.6 DICOM信息模型的组织方式,DICOM的三个查询/获取信息模型,信息对象定义的层次结构,P159,信息对象定义的层次结构,患者（patient）,门诊（study）,诊断（series）,图像(instance),DICOM的三个查询/获取信息模型,DICOM的层次查询方法是从查询/获取模型的最高层次开始查询 如果一个SCU要在某一个层次进行查询，它必须提供这个层次以上所有层次的唯一关键字 在某一层次进行查询只能查询该层次的属性，不能查询低层次的属性,4.1.7 DICOM服务类4.1.8 DICOM服务的运行机制,DICOM的主要服务类：验证服务类存
11、储服务类查询/获取服务类DICOM的主要服务命令：图像查询C-FIND图像传递C-MOVE图像存储C-STORE,P173,验证服务类 用来测试在两个实体间是否有一个联系（association）验证服务类是由C-ECHO组成，后面没有相关的数据，只是一个单独的命令 SCU 发出一个 C-ECHO 请求；SCP 回复一个C-ECHO 响应,P210,测试两个实体间的联系,DICOM 建立连接（Association）的过程是两个应用实体协商的过程：,P111,2、存储服务类,存储服务类基本过程为：服务类使用者（SCU）发出存贮请求，服务类提供者（SCP）执行相应的存贮操作，并返回操作成功与否的
12、结果信息 该服务类中的每个SOP类由C-STORE加上一个复合IOD组成,P173,C-STORE服务举例,C-STORE服务过程,1）、CT影像设备和DICOM影像工作站建立连接：,3、查询/获取服务类,该服务类利用IOD中实体的一部分关键属性，针对基本图像信息进行查询该服务类还提供检索传送已查询到的图像集功能：它允许一个DICOM实体从另一个远端DICOM实体检索图像或要求远端DICOM实体将图像传送至第三个DICOM实体,P174,查询/获取服务类的DIMSE服务组包括C-FIND（查询）、C-MOVE和C-GET（检索）,DICOM Printing,DICOM网关,4.1.9 DIC
13、OM数据集结构与编码,一、数据集的组成和分类数据集由一个个数据元素（Data Element）组成，每个数据元素包含了该对象的一个属性值数据元素可根据是否由DICOM标准定义而分成两类：标准数据元素和私有数据元素,标准数据元素是由DICOM统一标准定义的，它们的组号均为偶数 例：0020，000D私有数据元素是由用户自定义，其组号均为奇数 例：0021，000D,二、数据组织形式 1、唯一标识符(UID),用于唯一标识DICOM标准中各种不同信息对象的字符串，以保证生产商的标识可在世界不同地点的多制造商环境中具有全球唯一性:.,以 DX(digital radiography)类为例,Digi
14、tal X-Ray Image StorageFor Presentation 其 UID 为:1.2.840.10008.5.1.4.1.1.1.1其中，1.2.840.10008 表示：将建立 association 的DICOM nodes，双方应该遵循该语法(transfer syntax)的定义，并进行下个步骤(storage or management).,其形成方式如下所示:1.2.840.10008：Implicit VR Little Endian Transfer Syntax.(L.E.I.)1：ISO 国际标准组织,2：代表 ISO 分支,840：代表 ISO 国家码,
15、1.2.840代表ANSI(USA 国家标准机构)10008：代表仪器公司自 ANSI 申请到的识别码后面的数字字串是该仪器公司对出自该公司产品赋予的唯一识别码,1、SOP Classes 的UID：格式:1.2.840.10008.xxxxx 注：为保证UID的全球唯一性，用“根.后缀”结构 例：1.2.840.10008.5.1.4.1.1.72、Study Instance UID 例：1.2.250.1.59.0.8559.20010619094721.1413、Series Instance UID 例：1.2.250.1.59.0.8559.20010619094721.1414、
16、image Instance UID 例：1.2.274.0.2730010.3.5.3.461185.49,三、标准数据元素,表6-2：常用的数据元素格式表,P161,标记：身份号 组号与元素号组成数据元素的唯一标识例：(0010,0010)Group number+Element number 哪些是重要的TAG？,病历上的号码,医生与技术人员的号码,不同类型的 data element 形成不同的组(group),例：病人信息组：patient module(0010)门诊信息组：study module(0008)检查信息组：series module(0020)图像信息组：image
17、 module(0040),值类型(VR):数据的类型 如:病人姓名 的VR为“PN”出生日期、检查日期的VR 为“DA”值长度：数据域中实际使用的字节数 元素值：该数据元素的实际内容 如:病人姓名：SmithJohn,Implicit VR与Explicit VR:,隐式VR：取决于TAG显式VR：具可识别性例：显式VR：0010,0010 PN 10 SmithJohn 隐式VR：0010,0010 10 SmithJohn,P161,三、包含图像数据的数据元素,DICOM 数字医学影像可分为两个部分 第一部分是文档头(header)第二部分为像素信息(pixel data)Tag(7FE
18、0,0010)(header)是由128个字节的文件前导符和 4字节的DICOM前缀（DICM）组成，接下来是文件元元素（Meta Elements）,P192,以 DX 为例說明,DX(digital radiography)-CR(Compute Radiography),DRDX 是一个 DICOM I.O.D下图所表示的是一张DX 数字影像的部分文件头信息(header),DICOM对象传输示意图,像素信息,像素用一或三个Pixel Sample Value来表示：（0028，0002）中典型的RGB为3，CMYK为4，灰度为1 像素单元由像素矩阵的的行（Row）（0028，0010）
19、、列（Columns）（0028，0011）构成图像存储空间为：Row*Columns*像素,P169-170,像素的二进制数：Bits Allocated（0028，0100）实际占用的位数：Bits Stored（0028，0101）最高位分配的位数：High Bit（0028，0102）例如：Bits Allocated等于16，Sample Per Pixel等于1，那么161=16 bit=2 字节，即每个像素占2字节,P186,DICOM FILE Format,DICOM 图像显示,Fig A与 Fig B看起来似乎有着天地之别 Fig A非常适合做诊断,Fig B则完全不行，图
20、像出现平坦化(flattening)现象事实上两张影像来自同一份数字档案问題：显示Fig B 影像未经过DICOM校正,医用显示器的特点,医用显示器的DICOM校正功能,Absolute luminance incrementL1 L2,Number of perceptual levels J1=J2,Number of perceptual levels J1=J2,Luminance,150 cd/m2,L2,0.00,50.00,100.00,150.00,200.00,250.00,300.00,0,100,200,300,400,500,600,700,Digital Value,
21、Luminance,Target GSDF,Actual device,DICOM标准的灰阶显示曲线(校准实际装置为标准输出）,PULL PRINT(STORED PRINT),PULL PRINT(STORED PRINT)PULL 的意思就是影像由PRINT功能提供端直接自影像服务器拉回(由 Modality 直接担任 Print SCU)：PULL PRINT(STORED PRINT)有了“PULL PRINT”后,Modality 因打印造成的速度缓慢的瓶颈可得到有效的改善,PULL STORAGE,直接从支持DICOM Query/Retrieve SCP的PACS系统设备查询及提
22、取DICOM影像(pull)如：直接从PACS服务器或PACS工作站获取图像PUSH STORAGE以push的方式向Modality发送预约的病人资料,思考题1、什么是PACS系统？2、简述PACS系统的影像存储和传递形式。3、简述PACS系统的组成以及各部分的功能。4、什么是DICOM标准？5、DICOM标准文件主要包括哪几部分内容？6、DICOM标准的层次结构是怎样表示的？,P194-206,PACS系统,PACS：Picture Archiving and Communications System(医学影像存档与通信系统)存放和传输图像的设备 由图像信息的获取、传输与存档和处理等部分
23、组成,PACS软件功能模块组成,影像 Capture 影像 Display 影像服务器/影像存档IM/CA 影像Printing Server 影像 ProcessPACS与HIS/RIS融合,PACS系统的组成,按规模和应用功能将PACS进行分类,1、全规模PACS（full-service PACS）：涵盖全放射科或医学影像学科范围 用图像服务计算机来管理和保存图像；医生用影像工作站来看片；用 DICOM 3.0 将医院各科室临床主治医师、放射科医师和专科医师以及各种影像、医嘱和诊断报告联成一网。用 Web、email 等现代电子通讯方式来做远程诊断和专家会诊。用专业二维、三维分析软件辅助
24、诊断。用专业医疗影像诊断报告软件书写、打印诊断报告。,FULL-PACS包括影像中心PACS的全部功能，并与医院HIS对接联网，使PACS与HIS信息共享，真正实现电子医院（e-Hospital）和无胶片医院(Filmless Hospital)。,2、小型PACS（mini-PACS）：局限于单一医学影像部门或影像子专业单元范围内，在医学影像学科内部实现影像的数字化传输、存储和图像显示功能,PACS系统建设中的几个问题,高质量的图像采集系统与图像显示设备，有十几个TB（1TB=1024GB）的在线存储容量和高速度的网络通讯能力，才能够使系统替代传统胶片医学影像的类型可以分成8bit黑白、12
25、bit黑白、24bit彩色等。8bit黑白和24bit彩色可以使用WINDOWS标准的文件存储格式，而12bit黑白图像则无法用任何现有的文件格式表达，也无法使用标准的图像浏览软件观看,PACS系统的影像存储和传递形式,图像的传输存储过程是将采集到的图像按一定的格式、一定的组织原则存贮到物理介质上。必须考虑的问题：存贮格式、存贮空间、存贮介质等问题。可以使用的存贮格式为：TIF、TGA、GIF、PCX、BMP、AVI、MPEG、JPEG、DICOM。,PACS系统的影像存储和传递形式,DICOM标准以计算机网络的工业化标准为基础，为影像、公用信息、应用服务及通讯协议提供了一种标准模式。它能帮助更有效地在医学影像设备之间传输交换数字影像,放射科信息系统(RIS),RIS可以是独立运行的系统，也可能是HIS一部份。RIS主要处理的信息活动包括：病人登记信息、病人检查安排、病人检查跟踪、图像归档、产生报告、医学文档、存储控制、帐务管理等。,
