DICOM医学图像处理：基于DCMTK工具包学习和分析worklist

背景：

        DICOM3.0协议中有介绍关于worklist的部分。简而言之，worklist可以看做是放射科设备从医院RIS系统中自动读取患者信息的一种“通信协议”，可以指存储在RIS系统中的患者数据库，主要包括患者的基本信息（如年龄、性别、身高、体重、出生年月等），这与DCM文件信息头MetaInfo中的多数字段重合。因此从RIS系统中自动获取worklist是医院信息化的必要组成部分。下面简单的给出几个图像，形象的描述一下worklist的作用。

worklist的实例学习：

        在简单的了解了worklist的作用后，下面我们利用DCMTK提供的工具包（wlmscpfs.exe和findscu.exe）来真实模拟一下该场景，从而更深刻的学习worklist的功能。

worklist简单的看做一种“通讯”，那么自然就存在着通讯的两端，暂且称作“服务端”和“客户端”。这里我们用wlmscpfs.exe来作为worklist通讯的服务端，即等待外部访问的终端；用findscu.exe来作为服务端，用来发起worklist访问。

首先简单的介绍一下工具包的指令及使用方式。wlmscpfs.exe是类似于DOS时代的命令，通过设定参数可以实现不同的目的。利用Win+R键开启操作系统的运行窗口，输入cmd后进入到命令提示行窗口。然后进入到DCMTK编译后的bin文件夹（我本机地址是C:\Program Files (x86)\DCMTK\bin）目录，此时直接输入wlmscpfs.exe就可以看到关于该命令工具的各种说明。

>cd C:\Program Files (x86)\DCMTK\bin

>wlmscpfs.exe

（注，此处如果为了省事，可以将bin文件夹路径添加到windows的环境变量中，如是就可以在任何目录下使用bin下的各种工具了）

        由上图看到，wlmscpfs.exe工具至少需要给出port一个参数，即开启worklist服务的本机端口号。另外还需要输入worklist数据库文件的地址，用来供客户端查询、访问使用。下面我们正式开启worklist的服务端程序，至于开启全过程，可以跟大家推荐CSDN一位博主的精品文章（http://blog.csdn.net/pachleng/article/details/5800513），博文中给出了具体的操作步骤，这个实例是对DCMTK论坛中的补充和更新。大家可以动手试一下。

第一步：建立各级目录

        以我的电脑为例，我在D盘创建了DCMWorklist文件夹，然后建立了两个子文件夹wlistdb和wlistqry。

第二步：准备worklist数据库文件，开启worklist服务端服务。

        然后将worklist的数据库文件拷贝到wlistdb目录下，此处参见冷哥博文，记得建立OFFIS子目录。至于worklist数据库文件通常在dcmtk库的源码中已经给出了，默认目录是dcmtk-3.6.0\dcmtk-3.6.0\dcmwlm\datawlistdb（我用的是3.6.0版本）。但是源码中的文件通常是.dump扩展名的文件，也就是我们常见的文本文件（用记事本或者Notepad++等工具双击即可打开）。通过利用dcmtk工具包中的dump2dcm.exe可以将.dump文件转换成.wl文件，转换后的.wl文件就是worklist数据库文件。

>dcmp2dcm.exe .\dcmtk-3.6.0\dcmtk-3.6.0\dcmwlm\data\wklistdb\wlist1.dump d:\DCMWorklist\wlistdb\OFFIS\wlist.wl

>……

        有了worklist数据库文件后，我们就可以开启worklist服务了，利用的工具就是前文提到的wlmscpfs.exe（从工具名称中的SCP就可以看出这应该是服务端开启服务的）。

>wlmscpfs.exe –d –dfr –dfp d:\DCMWorklist\wlistdb 104     （注：其中的-d是为了方便我们观察工具运行过程而开启的调试开关）

>……

第三步，准备查询文件，开启worklist查询。

        服务端已经准备就绪，下面就是该发起worklist查询服务啦。利用的工具是findscu.exe（从工具名称中的SCU同样可以猜测出这是客户端）。dcmtk源码包中同样给我们提供了查询worklist的查询文件，默认目录是dcmtk-3.6.0\dcmtk-3.6.0\dcmwlm\data\wlistqry，打开后可以看到里面以.dump格式存在的文件，再次利用dump2dcm.exe将.dump转换为.wl文件。

>dcmp2dcm.exe .\dcmtk-3.6.0\dcmtk-3.6.0\dcmwlm\data\wklistqrt\wlistqry1.dump d:\DCMWorklist\wlistqry\wlistqry.wl

        然后我们利用findscu发起查询请求，

>findscu.exe –d 127.0.0.1 104 d:\DCMWorklist\wlistqry\wlistqry.wl –aec OFFIS

        其中aec代表的是被请求或者说被呼叫的应用端的名称，即我们wlistdb文件夹内的OFFIS子文件夹。

通过以上三步，我们就简单的利用dcmtk提供的wlmscpf.exe和findscu.exe工具包以及相应的wklistdb数据库文件和wklistqry数据库查询文件模拟了worklist服务开启及查询的整个流程。是不是很简单，很容易上手。

实际结果分析：

        上一部分中提到了在使用wlmscpfs.exe和findscu.exe工具包的时候开启了-d调试模式，目的就是为了方便我们跟踪整个通讯的流程。另外为了方便查看，我们利用重定向技术，将wlmscpfs.exe和findscu.exe工具包的调试信息输出到txt文件，方便我们事后进行再次对比查看。下面将两个工具包的调试信息用Notopad++打开，对比分析一下，见下图：

        从调试信息可以清晰的看到wlmscpfs.exe与findscu.exe之间的通信流程，该流程在DICOM3.0标准的第四部分（Service Class Specifications ）和第八部分（Network Communication Support for Message Exchange）都有详细的介绍，上述的重定向生成的文本文档就是学习DICOM3.0第四、八部分最好的实例。因为dcmtk是开源的，所以这方便我们分析wlmscpfs.exe和findscu.exe两个工具包的源码。具体分析见下一节。

wlmscpfs.exe和findscu.exe工具包源码分析：

	wlmscpfs.exe	findscu.exe
C/S	worklist服务端	worklist客户端
源码文件	wlmscpfs.cc wlcefs.cc wlmactmg.cc	findscu.cc
内部函数	1）ConnectToDataSource();//开启连接 2）WlmActivityManager(); //函数内部利用WSAStartup()启动了Windows套接字服务 3）StartProvidingService(); //启动worklist管理服务，位于wlmactmg.cc文件。函数内部调用（a）（b）两个函数。 （a）ASC_initializeNetwork()函数 ASC_initializeNetwork函数调用了DICOM协议封装的TCP协议函数DUL_InitializeNetwork（该函数内部就会出现我们在套接字编程中常见的socket、setsockopt、bind和listen函数） （b）WaitForAssociation();函数 WaitForAssociation函数调用了DICOM协议封装的TCP/IP协议函数receiveTransportConnectionTCP（该函数内部利用的是select端口模式，会出现套接字编程中常见的select、accept函数） 4）disconnectfromDataSource(); //断开连接的函数。	1）WSAStartup();//初始化套接字服务 2）DcmFindSCU::initializeNetWork(); //函数内部调用的也是ASC_initializeNetwork函数。 3）DcmFindSCU::performQuery(); //同样该函数内部封装了很多以DUL开头的协议操作函数。DUL是DICOM  Upper Layer 的缩写。 4）WSACleanup();

        从上述分析中我们基本可以看出，worklist的通讯是建立在TCP/IP这一现有协议之上的，可以说是对协议的二次封装。与我们平时进行套接字编程的基本流程相似，搞清楚了这一点，对于分析工具包、学习工具包的使用都会有很大的帮助。

worklist数据库文件或查询文件（*.wl）的生成：

1）问题提出：

        参照冷哥博文（http://blog.csdn.net/pachleng/article/details/5800513、http://blog.csdn.net/pachleng/article/details/5827232）中的说明，我们可以很容易的利用DCMTK的工具包学习worklist操作。但是在实际应用模仿过程中，有的人可能会好奇为什么要把wklist.wl和wklistqry.wl文件分别放在不同目录？为什么同为以.wl为扩展名的文件，一个就可以作为worklist的数据库文件放在服务端，而另一个就是客户单的查询文件？如果想发起自己的查询，即C-FIND请求，我们怎么手动生成wklistqry.wl文件？

        针对上述问题，在dcmtk的论坛中也曾经有人提到过，参见（http://forum.dcmtk.org/viewtopic.php?f=1&t=1475&hilit=wlmscpfs.exe%23p5016）。利用UltraEdit工具将wklist.wl和wklistqry.wl文件同时打开，对比如下：

        从上图中可以看出，作为worklist客户端数据库文件的wklist.wl中是将患者真实信息以符合DICOM3.0标准字段的形式存储，而客户端发起查询请求的wklistqry.wl文件内部只是简单的需要查询的空字段，即各个字段的值域都为空。参考博文中给出了利用dump2dcm.exe工具包将.dump文件转换成wklistqry.wl文件（dump可以认为是普通的文本文件，可以利用记事本等工具进行直接编辑）。如下图所示：

         例如作为测试用的wlist-2.dump文件中的患者ID为123456，生成后的wlist-2.wl文件中的（0010，0020）字段也是123456。

2）实际测试：

        从dump2dcm.exe工具包的说明我们就可以知道，.wl文件其实就是dcm文件，只是该类文件中并不存在真实的像素信息。通常只包含信息头部分，主要指的是患者的各项信息。因此想利用dcmtk的库函数直接获取.wl文件，其实就是手动构造dcm文件的过程。参见http://support.dcmtk.org/docs/mod_dcmdata.html#Examples中的第二个例子，我们可以手动生成以“.wl”为后缀的dcm文件。具体的代码如下：

 

#include <stdio.h>
#include <tchar.h>
#include "dcmtk/config/osconfig.h"
#include "dcmtk/dcmdata/dctk.h"
#include "dcmtk/dcmdata/dcpxitem.h"
#include "dcmtk/dcmjpeg/djdecode.h"
#include "dcmtk/dcmjpeg/djencode.h"
#include "dcmtk/dcmjpeg/djcodece.h"
#include "dcmtk/dcmjpeg/djrplol.h"
using namespace std;

int main()
{
	char uid[100];
	DcmFileFormat fileformat;
	DcmDataset *dataset = fileformat.getDataset();
	/**********************************************
	*
	*利用下列语句可以生成worklist的数据库文件，即
	*不含有影像信息的dcm文件
	*
	************************************************/
	dataset->putAndInsertString(DCM_SOPClassUID, UID_SecondaryCaptureImageStorage);
	dataset->putAndInsertString(DCM_SOPInstanceUID, dcmGenerateUniqueIdentifier(uid, SITE_INSTANCE_UID_ROOT));
	dataset->putAndInsertString(DCM_PatientName, "Doe^John");
	OFCondition status = fileformat.saveFile("D:\\DcmWorklist\\worklist\\test.wl", EXS_LittleEndianExplicit);
	if (status.bad())
		cerr << "Error: cannot write DICOM file (" << status.text() << ")" << endl;

	return 0;
}

        既然服务端需要的worklist数据库文件和客户端需要的查询文件都是.wl文件，唯一的区别就是一个有值域，一个没有。因此利用上述代码我们既可以生成worklist数据库文件，也可以生成worklist查询文件。

3）测试结果：

        查看findscu.exe工具包，我们可以找到-k选项，也就是在提供了查询文件wklistqry.wl的同时也可以指定限定的查询字段，例如

>findscu 127.0.0.1 104 -v -k 0010,0020="123456" -aec OFFIS wlistqry.wl

        如果不添加-k 0010,0020=“123456”限定选项，查询结果如前文中重定向的结果相同，而添加了限定字段后，我们能够查询到的就只有数据库端中满足PatientID字段为123456的患者数据。具体结果如下：

        从中我们可以看到服务端给我们的反馈是PatientID为123456的患者信息，所返回的信息都是wlistqry.wl文件中要求的字段，其中通过-k 0010,0020=“123456”限定项来限定了查询的结果，在服务端的反馈是两个患者中表明有一个匹配的worklist数据库文件，如上图中黄色区域所示。

     猜想：既然我们可以利用dcmtk自由生成客户端的.wl查询文件，而-k 0010,0020=”123456”就是对该查询文件的补充，那么是不是如果我们直接把123456写入到wlistqry.wl中的（0010,0020）字段的值域，而直接利用修改后的查询文件也会得到相同的结果呢？此处利用自己的代码将0010,0020字段的值域填充为123456

#include <stdio.h>
#include <tchar.h>
#include "dcmtk/config/osconfig.h"
#include "dcmtk/dcmdata/dctk.h"
#include "dcmtk/dcmdata/dcpxitem.h"
#include "dcmtk/dcmjpeg/djdecode.h"
#include "dcmtk/dcmjpeg/djencode.h"
#include "dcmtk/dcmjpeg/djcodece.h"
#include "dcmtk/dcmjpeg/djrplol.h"
using namespace std;

int main()
{
	char uid[100];
	DcmFileFormat fileformat;
	DcmDataset *dataset = fileformat.getDataset();

	/**********************************************
	*【猜测一】：
	*利用下列语句可以生成worklist的查询文件
	*即，
	*	各个字段数据都为空的dcm文件
	************************************************/
	dataset->putAndInsertString(DCM_SOPClassUID, UID_SecondaryCaptureImageStorage);
	dataset->putAndInsertString(DCM_SOPInstanceUID, dcmGenerateUniqueIdentifier(uid, SITE_INSTANCE_UID_ROOT));
	dataset->putAndInsertString(DCM_ImplementationVersionName,"OFFIS_DCMTK_361");
	dataset->putAndInsertString(DCM_SpecificCharacterSet,"");
	dataset->putAndInsertString(DCM_PatientName, "");
	dataset->putAndInsertString(DCM_PatientID,"123456");
	dataset->putAndInsertString(DCM_PatientBirthDate,"");
	dataset->putAndInsertString(DCM_PatientSex,"");
	OFCondition status = fileformat.saveFile("D:\\DcmWorklist\\worklist\\testqry.wl", EXS_LittleEndianExplicit);
	if (status.bad())
		cerr << "Error: cannot write DICOM file (" << status.text() << ")" << endl;
	return 0;
}

        然后利用

>findscu 127.0.0.1 104 -v -aec OFFIS testqry.wl 指令直接发起查询。

        查询结果反馈如下图所示：

        上图证明了我们的猜想，通过写入wlistqry.wl的相关字段的值域，就等同于在findscu.exe指令中添加-k XXXX,XXXX限定选项。

        至此我们详细的介绍了如何模拟worklist的双端服务，如何开启服务端服务、发起客户端查询，关键是对如何利用dcmtk的库函数来生成自定义的查询端.wl文件进行了补充设实例测试。

（完）

 

作者：[email protected]

时间：2014-08-23