DICOM医学图像处理：fo-dicom网络传输之C-FIND and C-MOVE

背景：

        该系列博文同属于DICOM协议中的“网络传输”部分，前两篇系列文章分别介绍了DCMTK和fo-dicom开源库对DICOM标准的具体实现（http://blog.csdn.net/zssureqh/article/details/41016091），以及给出了fo-dicom库对C-ECHO 和C-STORE的简单实现（http://blog.csdn.net/zssureqh/article/details/41250973）。此篇博文是对前一篇的补充，同样采用分析DICOM3.0标准的方式，给出fo-dicom库对C-FIND和C-MOVE的实现示例。

DIMSE协议与ASSOCIATE协议：

        DICOM3.0协议第7部分的第8章对两种协议进行了详细介绍：

DIMSE协议：

        DIMSE制定了构建消息的流程和编码规则，用于在两个DICOM服务使用者（例如，两个DICOM实体）之间传输请求和响应指令。流程（Procedures）规定了请求和响应指令消息的传输规则，用于解释指令消息中的众多字段（fields）。但是并没有规定请求发起方和执行方如何来对消息进行处理。DIMSE协议指出消息（Messages）可能会被分段（fragmented）利用P-DATA服务在两个DICOM服务使用者之间传输。

ASSOCIATE协议：

        连接（Association）的建立包含两个DICOM服务使用者。一个被称为连接请求方（requester），一个被叫做连接接收方（acceptor）；双方使用A-ASSOCIATE服务来建立连接。在A-ASSOCIATE服务中，双方所需的参数被称为“应用上下文（Application Context）”，其中给出了两端DICOM应用实体连接建立的相关规则。（在第7部分的附录A和附录D中有详细的介绍）

        大致了解了网络传输所需的协议后，我们开始介绍C-FIND和C-STORE服务的具体实现。

C-FIND的fo-dicom实现：

1）C-FIND参数说明：

        C-FIND是一项确认服务（confirmed Service），用于匹配对方一系列复合SOP实例的各项属性。该服务指令需要的参数如下：

        其中用于匹配对方一系列复合SOP实例属性的值用Identifier来给出。简单来说，在请求方消息（C-FIND-RQ）中Identifier包含了需要查询的各个属性，而在响应方消息（C-FIND-RSP）中，Identifier是返回的查询结果。注意：在发送查询返回结果时Status一直处于Pending状态；当查询结果发送完成后，最后一个C-FIND-RSP消息中Status为Success，且该消息并不包含任何查询结果。

        具体的C-FIND-RQ和C-FIND-RSP的编码格式如下所示，除此以外关于C-FIND的相关请求还有其他，例如C-CANCEL-FIND-RQ等。（关于DICOM协议的阅读方法可参照本系列之前的文章http://blog.csdn.net/zssureqh/article/details/41250973）：

2）C-FIND代码示例：

        下面直接给出C-FIND SCU和C-FIND SCP的代码，其中包含相关的注释，所以就不详细介绍了。

        C-FIND SCU在fo-dicom官方的README.md中给出了C-FIND SCU的代码，如下，

CFIND SCU：

namespace CFINDScu
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//构造要发送的C-FIND-RQ消息，如果查看DicomCFindRequest类的话
//可以看到其定义与DICOM3.0标准第7部分第9章中规定的编码格式一致
//在构造Study级别的查询时，我们的参数patientID会被填充到消息的Indentifier部分，用来在SCP方进行匹配查询
var cfind = DicomCFindRequest.CreateStudyQuery(patientId: "12345");
//当接收到对方发挥的响应消息时，进行相应的操作【注】：该操作在DICOM3.0协议
//第7部分第8章中有说明，DIMSE协议并未对其做出规定，而应该有用户自己设定
cfind.OnResponseReceived = (rq, rsp) =>
{
//此处我们只是简单的将查询到的结果输出到屏幕
Console.WriteLine("PatientAge:{0} PatientName:{1}", rsp.Dataset.Get<string>(DicomTag.PatientAge), rsp.Dataset.Get<string>(DicomTag.PatientName));
};
//发起C-FIND-RQ：
//该部分就是利用A-ASSOCIATE服务来建立DICOM实体双方之间的连接。
var client = new DicomClient();
client.AddRequest(cfind);
client.Send(host:"127.0.0.1",port: 12345,useTls: false,callingAe: "SCU-AE",calledAe: "SCP-AE");
Console.ReadLine();
}
}
}

【注】：代码中只列出了主要的函数，完整代码参见后面给出的工程连接。

C-FIND SCP：

//DICOM3.0协议第7部分第8章中DIMSE协议并未规定请求方和实现方如何来进行具体操作
//此处定义的DcmCFindCallback代理由用户自己来实现接收到C-FIND-RQ后的操作
public delegate IList<DicomDataset> DcmCFindCallback(DicomCFindRequest request);
//要想提供C-FIND SCP服务，需要继承DicomService类，该类中实现了DICOM协议的基础框架，
//另外还需要实现IDicomCFindProvider接口,用于实现具体的C-FIND SCP服务。
class ZSCFindSCP : DicomService, IDicomServiceProvider, IDicomCFindProvider
{
public ZSCFindSCP(Stream stream,Logger log):base(stream,log)
{
}
#region C-FIND
public static DcmCFindCallback OnZSCFindRequest;
public virtual IEnumerable<DicomCFindResponse> OnCFindRequest(DicomCFindRequest request)
{
DicomStatus status = DicomStatus.Success;
IList<DicomDataset> queries;
List<DicomCFindResponse> responses = new List<DicomCFindResponse>();
if (OnZSCFindRequest != null)
{
//此处通过代理来返回在服务端本机进行的操作结果，也就是DICOM协议中说的匹配查询结果
queries = OnZSCFindRequest(request);
if (queries != null)
{
Logger.Info("查询到{0}个数据", queries.Count);
foreach (var item in queries)
{
//对于每一个查询匹配的结果，都需要有一个单独的C-FIND-RSP消息来返回到请求端
//【注】：每次发送的状态都必须是Pending，表明后续还会继续发送查询结果
DicomCFindResponse rsp = new DicomCFindResponse(request, DicomStatus.Pending);
rsp.Dataset = item;
responses.Add(rsp);
}
}
else
{
status = DicomStatus.QueryRetrieveOutOfResources;
}
}
//随后需要发送查询结束的状态，即Success到C-FIND SCU端
responses.Add(new DicomCFindResponse(request, DicomStatus.Success));
//这里貌似是一起将多个response发送出去的？需要后续在研究一下DicomService中的实现代码
//搞清楚具体的发送机制
return responses;
}
#endregion
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//模拟一下接收到查询请求后本机的数据库等相关查询操作，即绑定DcmCFindCallback代理
ZSCFindSCP.OnZSCFindRequest = (request) =>
{
//request中的Identifier字段中包含了SCU希望在SCP端进行匹配查询的信息
//我们需要模拟相关操作，此处简单的假设本机中存在满足条件的结果，直接返回
IList<DicomDataset> queries = new List<DicomDataset>();
//我们此次查询到了三条记录
for (int i = 0; i < 3; ++i)
{
DicomDataset dataset = new DicomDataset();
DicomDataset dt = new DicomDataset();
dt.Add(DicomTag.PatientID, "20141130");
dt.Add(DicomTag.PatientName, "zsure");
dt.Add(DicomTag.PatientAge, i.ToString());
queries.Add(dt);
}
return queries;
};
var cfindServer = new DicomServer<ZSCFindSCP>(12345);
//控制台程序，用于确保主程序不退出才可一直提供DICOM C-FIND 服务
Console.ReadLine();
}
}

【注】：代码中只列出了主要的函数，完整代码参见后面给出的工程连接。

实际输出结果：

        当然真正的C-FIND请求需要两端DICOM应用实体进行相关的查询和输出操作配合，从而才能实现更多复杂的功能，此处仅仅是为了演示一下整个流程。

C-MOVE的fo-dicom实现：

        C-MOVE与C-FIND请求相类似，比较复杂的是C-MOVE请求会启动上一篇博文中介绍过的C-STORE子操作，详情如下：

1）C-MOVE参数说明：

        这里与C-FIND等其他操作不同的是多出了四项关于子操作（Sub-operations）的参数，用于表明剩余子操作的数量（剩余 and 完成）以及相关完成状况（失败or警告）。

具体的参数编码格式如下：

2）C-MOVE代码示例：

        fo-dicom官方实例中的C-MOVE SCU并未给出C-STORE SCP的实现代码，因此默认的是由第三方来实现C-STORE SCP服务，如下图所示：

        在本篇博文里，为了减少测试终端的数量，我直接在C-MOVE SCU端实现了C-STORE SCP服务，用于接收从C-MOVE SCP发送回来的图像。

C-MOVE SCU：

//C-MOVE SCU端需要实现C-STORE SCP服务
//当然也不一定是C-MOVE SCU端来实现，也可能是第三方来实现C-STORE SCP服务，意思就是说：
//A向B发送C-MOVE RQ，B接收到C-MOVE-RQ并查询到图像后向C发起C-STORE-RQ，然后C对C-STORE-RQ进行分析并存储图像。
/// <summary>
/// 单独实现了C-STORE SCP服务，为C-MOVE SCU做准备
/// </summary>
public delegate DicomCStoreResponse OnCStoreRequestCallback(DicomCStoreRequest request);
class CStoreSCP : DicomService, IDicomServiceProvider, IDicomCStoreProvider, IDicomCEchoProvider
{
private static DicomTransferSyntax[] AcceptedTransferSyntaxes = new DicomTransferSyntax[] {
DicomTransferSyntax.ExplicitVRLittleEndian,
DicomTransferSyntax.ExplicitVRBigEndian,
DicomTransferSyntax.ImplicitVRLittleEndian
};
public CStoreSCP(Stream stream, Logger log)
: base(stream, log)
{
}
public static OnCStoreRequestCallback OnCStoreRequestCallBack;
public DicomCStoreResponse OnCStoreRequest(DicomCStoreRequest request)
{
//to do yourself
//实现自定义的存储方案
if (OnCStoreRequestCallBack != null)
{
return OnCStoreRequestCallBack(request);
}
return new DicomCStoreResponse(request, DicomStatus.NoSuchActionType);
}
}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
//开启C-STORE SCP服务，用于接收C-MOVE SCP返回的图像
CStoreSCP.OnCStoreRequestCallBack = (request) =>
{
var studyUid = request.Dataset.Get<string>(DicomTag.StudyInstanceUID);
var instUid = request.SOPInstanceUID.UID;
var path = Path.GetFullPath(@"c:\cmove-scu");
path = Path.Combine(path, studyUid);
if (!Directory.Exists(path))
Directory.CreateDirectory(path);
path = Path.Combine(path, instUid) + ".dcm";
request.File.Save(path);
return new DicomCStoreResponse(request, DicomStatus.Success);
};
var cstoreServer = new DicomServer<CStoreSCP>(22345);
//发起C-MOVE-RQ操作,发送请求的StudyID是12
DicomCMoveRequest req=new DicomCMoveRequest("DEST-AE","12");
var client=new DicomClient();
client.NegotiateAsyncOps();
client.AddRequest(req);
//这里的IP地址是C-MOVE SCP的地址，12345端口号是C-MOVE SCP提供C-MOVE服务的端口
//在C-MOVE SCP端发出的C-STORE-RQ子操作请求的是C-MOVE SCU端我们实现的C-STORE SCP，C-STORE SCP绑定的端口是22345
client.Send("127.0.0.1", 12345,false, "DEST-AE", "SCP-AE");
Console.ReadLine();
}
}

【注】：代码中只列出了主要的函数，完整代码参见后面给出的工程连接。

C-MOVE SCP：

//DICOM3.0协议第7部分第8章中DIMSE协议并未规定请求方和实现方如何来进行具体操作
//此处定义的DcmCMoveCallback代理由用户自己来实现接收到C-MOVE-RQ后的操作
public delegate IList<DicomDataset> DcmCMoveCallback(DicomCMoveRequest request);
//要想提供C-FIND SCP服务，需要继承DicomService类，该类中实现了DICOM协议的基础框架，
//另外还需要实现IDicomCMoveProvider接口,用于实现具体的C-MOVE SCP服务。
class ZSCMoveSCP : DicomService, IDicomServiceProvider, IDicomCMoveProvider
{
public ZSCMoveSCP(Stream stream, Logger log)
: base(stream, log)
{
}
#region C-MOVE
public static DcmCMoveCallback OnZSCMoveRequest;
public virtual IEnumerable<DicomCMoveResponse> OnCMoveRequest(DicomCMoveRequest request)
{
DicomStatus status = DicomStatus.Success;
IList<DicomCMoveResponse> rsp = new List<DicomCMoveResponse>();
/*----to do------*/
//添加查询数据库的代码，即根据request的条件提取指定的图像
//然后将图像信息添加到rsp响应中
//创建C-STORE-SCU，发起C-STORE-RQ
IList<DicomDataset> queries;
DicomClient clt = new DicomClient();
if (OnZSCMoveRequest != null)
{
queries = OnZSCMoveRequest(request);
if (queries != null)
{
Logger.Info("需要发送{0}个数据", queries.Count);
int len = queries.Count;
int cnt = 0;
foreach (var item in queries)
{
//zssure：
//取巧的方法直接利用request来构造response中相同的部分
//这部分与mDCM方式很不同
var studyUid = item.Get<string>(DicomTag.StudyInstanceUID);
var instUid = item.Get<string>(DicomTag.SOPInstanceUID);
//需要在c:\cmovetest目录下手动添加C-MOVE SCU请求的图像
//本地构造的目录结构为，
// c:\cmovetest\12\0.dcm
// c:\cmovetest\12\1.dcm
// c:\cmovetest\12\2.dcm
var path = Path.GetFullPath(@"c:\cmovetest");
try
{
path = Path.Combine(path, studyUid);
if (!Directory.Exists(path))
Directory.CreateDirectory(path);
path = Path.Combine(path, instUid) + ".dcm";
DicomCStoreRequest cstorerq = new DicomCStoreRequest(path);
cstorerq.OnResponseReceived = (rq, rs) =>
{
if (rs.Status != DicomStatus.Pending)
{
}
if (rs.Status == DicomStatus.Success)
{
DicomCMoveResponse rsponse = new DicomCMoveResponse(request, DicomStatus.Pending);
rsponse.Remaining = --len;
rsponse.Completed = ++cnt;
rsponse.Warnings = 0;
rsponse.Failures = 0;
rsp.Add(rsponse);
}
};
clt.AddRequest(cstorerq);
//注意：这里给出的IP地址与C-MOVE请求的IP地址相同，意思就是说C-MOVE SCP需要向C-MOVE SCU发送C-STORE-RQ请求
//将查询到的图像返回给C-MOVE SCU
//所以四尺C-STORE-RQ中的IP地址与C-MOVE SCU相同，但是端口不同，因为同一个端口不能被绑定多次。
clt.Send("127.0.0.1", 22345, false, this.Association.CalledAE, request.DestinationAE);
}
catch (System.Exception ex)
{
DicomCMoveResponse rs = new DicomCMoveResponse(request, DicomStatus.StorageStorageOutOfResources);
rsp.Add(rs);
return rsp;
}
}
//zssure:
//发送完成后统一返回C-MOVE RESPONSE 
//貌似响应流程有问题，有待进一步核实
//注意，如果最后为发送DicomStatus.Success消息，TCP连接不会释放，浪费资源
rsp.Add(new DicomCMoveResponse(request, DicomStatus.Success));
return rsp;
}
else
{
rsp.Add(new DicomCMoveResponse(request, DicomStatus.NoSuchObjectInstance));
return rsp;
}
}
rsp.Add(new DicomCMoveResponse(request, DicomStatus.NoSuchObjectInstance));
return rsp;
}
#endregion

}
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
ZSCMoveSCP.OnZSCMoveRequest = (request) =>
{
List<DicomDataset> dataset = new List<DicomDataset>();
for (int i = 0; i < 3; ++i)
{
DicomDataset dt = new DicomDataset();
dt.Add(DicomTag.StudyInstanceUID, "12");
dt.Add(DicomTag.SOPInstanceUID, i.ToString());
dataset.Add(dt);
}
return dataset;
};
var cmoveScp = new DicomServer<ZSCMoveSCP>(12345);
Console.ReadLine();
}
}

【注】：代码中只列出了主要的函数，完整代码参见后面给出的工程连接。

实际测试结果：

        打开我们手动构建的测试目录，可以看到三个图像顺利转移到了C-MOVE SCU端设定的存储目录。

        关于C-MOVE SCP需要同时实现C-STORE SCP的问题，特此说明一下。并非一定要求C-MOVE SCP来实现C-STORE SCP服务，C-MOVE服务本身并未要求是双方交互，有可能是多方交互。比如A作为C-MOVE SCU向B发出C-MOVE-RQ请求，此时作为C-MOVE SCP的B在查询到结果后可以向C发出C-STORE-RQ请求，只要C提供了C-STORE SCP服务，就可以接收到由B发送过来的图像。因此C-MOVE服务可能是三方之间的交互。仅限于双方数据的双向传输的是C-GET，关于C-GET与C-MOVE的区别可以参照前辈的博文http://qimo601.iteye.com/blog/1693764。

工程代码：

C-FIND工程：百度网盘 http://pan.baidu.com/s/1c0fDUP6 Github https://github.com/zssure-thu/CSDN/tree/master/CFINDScuScp

C-MOVE工程：百度网盘 http://pan.baidu.com/s/1mgmjlTe Github https://github.com/zssure-thu/CSDN/tree/master/CMOVEScuScp

后续专栏博文介绍：

fo-dicom搭建简单的Dicom Server

作者：[email protected]

时间：2014-12-01