DICOM标准之一_介绍和概述

第1部分 介绍和概述

简介

历史

    二十世纪七十年代,随着计算机断层扫描的引入和其他数字诊断性图像设备跟着出现,以及计算机在临床应用的广泛应用,美国放射性协会(ACR)和美国电气制造商协会(NEMA)意识到在不同供应商生产的设备之间的图像传输和信息交换标准的日益需要。这些设备生成各种格式的数字图像。

    美国放射性协会(ACR)和美国电气制造商协会(NEMA)在1983年创建一个委员会来发展一个标准,已达到:

    -- 促进数字图像信息的交换,而不考虑设备生产商。

    -- 促进图像归档和传输系统(PACS)的发展和扩展,可以与医院信息的其他系统相连。

    -- 允许诊断信息数据模型的创建,可以使一系列各种分布式设备的识别。

    ACR-NEMA标准出版物第300-1985,于1985年出版,命名为V1.0。这个标准随后两个重版本:1986年10月的NO.1和1988年1月的NO.2。

    ACR-NEMA标准出版物第300-1988,于1988年出版,命名为V2.0。它包括了V1.0、出版版本和修正版本。它同时包含了对显示设备提供命令支持,介绍一种新的识别一个图像的新阶级模式,以及描述图像时为日益增加的需求增加数据元素。

    这些标准出版物明确了一个硬件的接口,最小硬件要求的集合,以及图像格式的一致性设置。

DICOM标准

    本标准,当前被命名为医学数字影像与传输(DICOM),比ACR-NEMA标准的以前版本包含了一系列主要的提高。

    a.它适用于网络环境。ACR-NEMA标准只适用于点对点环境;在网络环境中的操作,网络接口单元是必须的。DICOM使用行业标准网络协议TCP/IP来支持网络环境的操作。

    b.它适用于离线介质环境。ACR-NEMA标准没有明确文件的格式与物理介质或逻辑文件系统的选择。DICOM支持离线介质环境的操作,通过使用如CD-R和MOD等行业标准介质以及如ISO9660和PC文件系统(FAT16)等逻辑文件系统。

    c.它明确了设备如何声明对标准的兼容性,对交换的命令和数据的反应。ACR-NEMA标准限制了数据的转换,但DICOM通过服务类的概念明确命令以及数据的语法。

    d.它明确了兼容性的级别。ACR-NEMA标准明确了一个最小的兼容性级别。DICOM显示描述了一个应用者如何必须构建一个兼容性声明来选择明确的选项。

    e.它被构建为一个多文档格式。这样有利于通过简化新特性的加入来促进标准在快速演变的环境中改进。ISO指令定义了如何构造多文档格式,一直在DICOM标准的构建中得到应用。

    f.它引进显式信息对象,不仅为了图像和图形,也为了波形、报告和打印等等。

    g.它明确说明辨别任何信息对象的唯一方法的建立。这个有利于信息对象之间关系,在网络处理中的无异议定义。

当前趋势

    DICOM标准是一个变化的标准,由DICOM标准委员会来维护。提高提议是来自DICOM组织成员基于使用标准的用户的反馈。这些提议会考虑作为未来标准版本的内容。在更新标准中一个必要是保持与之前版本的有效兼容性。

关于撤销

         维护中部分内容是关于标准中撤销的部分,包含但不限制如IOD、属性、服务类、SOP类、交换语法和协议。

         撤销部分不暗示这些特性不能使用。但是DICOM标准委员不会维护文档中撤销的特性。读者可以参考早期的标准版本。

         撤销特性不赞成使用在新的应用中,支持在标准中保留的选择。

1、应用的范围和领域

    PS3.1提供了对医学数字影像和传输(DICOM)的整体概述。描述了历史,范围,目标,以及标准的结构。尤其的是,它包含了标准每个部分内容的一个简单介绍。

DICOM通过以下促进医学影像设备的互操作性:

    ——在网络交换中,设备声明了对标准兼容的一系列协议。

    ——使用这些协议,命令的语法和语义以及附加的信息可以实现交换。

    ——在介质传输中,设备声明了对标准兼容的一系列介质存储的服务,包括文件格式和医学目录结构,以便对交换介质中存储的图像和相关信息的访问。

    ——信息必须在应用中使用,以达到和标准声明的兼容。

DICOM标准不明确的:

    —— 在设备声明的兼容性中关于标准中任何特性的应用详细。

    —— 一致声称对DICOM的兼容集成设备,在系统应用时预见使用的整体特性和功能的集合。

    —— 一个测试/验证程序,以评估标准的实施一致性。

    DICOM标准属于医学信息领域的。在这个领域中,它提出了医学影像设备和其他系统的数字信息的交换。因为每个设备可能会与其他医学设备互操作,本标准的范围需覆盖医学信息的其他领域。但是,DICOM标准没有明确这个领域的范围。

2标准化参考

ISO/IEC指令,1989 第3部分-国际标准的起草和发布

ACR-NEMA300-1988 数字影像和传输

ISO8822,信息处理系统-开发性系统的连接-面向链接演示服务定义

ISO8649,信息处理系统-开发性系统的连接-关联控制服务元素的服务定义

3定义

Attribute:一个信息对象的性质。一个属性的命名和赋值是和任何编码格式独立的。

Command:网络信息的请求操作。

CommandElement:命令中参数的编码,传递者参数的值。

CommandStream:使用DICOM编码模式来对一系列DICOM命令元素进行编码的结果。

ConformanceStatement: 一个正式声明是描述了使用DICOM标准明确产品的应用。明确了服务类、信息对象、以及应用支持的通信协议。

DataDictionary:DICOM数据元素的注册,制定了唯一标签、命名、值的特点、以及每个数据元素的语义。

DataElement:在数据字典中单一入口定义的信息单元。

DataSet:交换信息由一个结构性属性组成。一个数据集中每个属性的值作为一个数据元素来描述。

DataStream:使用DICOM编码模式(数据字典所明确的数据元素个数和表述)对数据集编码的结果。

InformationObject:一个现实信息体的一个抽象(比如CT图像,结构性报告等),被一个或多个DICOM命令所操作。(注意:这个称谓在在PS3.1中开始使用,在PS3.3中有很多参考。这是相对于PS3.3中的正式称谓所提出的不正规称谓。在DICOM标准其他部分,这个正式的称谓是信息对象定义。)

InformationObject Class:一个信息对象的正式描述,包含了目标和具有属性的描述。它不包含这些属性的值。

InformationObject Instance:一个现实世界实体出现的表现,包含了信息对象类的实体所具有属性值。(注意:这个称谓只在PS3.1中使用。这是个相对于PS3.4中正式称谓的一个不正式称谓。正式称谓为服务对象对实例或更通用为SOP实例)

Message:两个DICOM应用之间信息交换协议的数据单元。一条信息由命令流组成,以及附带的可选数据流。

ServiceClass:两个DICOM应用使用明确的DICOM命令来操作信息对象的明确类时,所支持的一个服务的结构性描述。

4符号和缩写

ACSE      Association Control Service Element (联合控制服务元素)

CT          Computed Tomography (计算机X线断层摄影)

DICOM  Digital Imaging and Communications in Medicine (医学数字影像与传输)

HIS        Hospital Information System (医院信息系统)

OSI       Open Systems Interconnection (开放性系统互联)

PACS    Picture Archiving and Communication Systems (图像归档与传输系统)

RIS       Radiology Information System (放射信息系统)

TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol (互联网传输控制协议)

5 DICOM标准的目标

DICOM标准促进声明一致性的设备的互操作性。尤其在以下方面:

    —— 确定了命令和数据的语义。设备之间的交流,不仅仅是设备之间所传输的信息,还必须存在标准来说明设备如何回答请求和相关数据。

    —— 确定了离线传输所需的文件服务、文件格式和信息目录等语义。

    —— 显示定义了应用标准的一致性要求。尤其是,一条声明必须明确了足够的信息,以此确定的互操作功能在与其他已声明一致性的设备的所预知。

    —— 促进了网络环境的操作。

    ——  结构性地适应提出新服务,以此满足将来的医学图像应用的支持。

    —— 利用现有可用的国际标准,以及本身的兼容来建立国际标准文档框架。

    尽管DICOM标准能大力促进PACS解决方案应用,单独使用标准不能保证PACS可以达到所有的目标。本标准有利于不同提供商的环境中声明一致性的系统互操作,但它本身不保证互操作性能。

    本标准一直强调在放射性学、心脏学和相关学科所应用的诊断性医学图像处理发展;然而,它也适用于临床和其他医学环境中的图像和非图形相关信息交换的广泛领域。

    图5-1描述了标准的通用传输模型,包括网络(在线)和介质存储交换(离线)环境。应用可能出现在其中的一个范围内:

    —— 上层服务,提供了独立于制定的物理网络传输支持和TCP/IP等协议。

    —— 基本DICOM文件服务,提供了独立于制定介质存储格式和文件结构的存储介质访问。

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6 DICOM标准的内容概述

6.1文档结构

DICOM由以下部分组成:

PS3.1:介绍和概述(本部分)。

PS3.2:兼容性

PS3.3:信息对象的定义

PS3.4:服务类的说明

PS3.5:数据结构和编码

PS3.6:数据字典

PS3.7:信息交换

PS3.8:网络通信对信息交换的支持

PS3.9:撤销

PS3.10:数据交换的介质存储和文件格式

PS3.11:介质存储应用文档

PS3.12:数据交换的存储函数和介质格式

PS3.13:撤销

PS3.14:灰度标准显示函数

PS3.15:安全和系统管理文档

PS3.16:目录映射资源

PS3.17:解释性内容

PS3.18:Web访问DICOM持久性对象 (WADO)


标准的这些部分文档是相互独立又相互联系的。在本部分提供对每个部分的简单介绍。

6.2 PS3.2:兼容性

DICOM标准的PS3.2定义了应用声明对标准兼容性的原则,应包括:

—— 兼容性要求条件。PS3.2定义了任何应用声明兼容性所必须遵守的通用要求。参考了标准其他部分关于兼容性的内容。

—— 兼容性声明。PS3.2定义了兼容性声明的结构。明确了在兼容性声明中必须表述的信息。参考了标准其他部分关于兼容性声明的内容。

         PS3.2没有明确一个测试/评估过程来估定一个应用相对标准的兼容性

         图6.2-1和6.2-2描述了包括网络通信和介质交换的兼容性声明的结构进程。一个兼容性声明由以下部分组成:

—— 该应用识别的信息对象集。

—— 该应用支持的服务类集。

—— 该应用支持的通信协议集货物理介质集。

—— 该应用支持的安全标准集。


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6.3 PS3.3:信息对象定义

         DICOM标准的PS3.3部分明确了一系列信息对象类,这些类是现实实体的抽象,可应用于医学数字图像和相关信息(如波形,结构性报告和放射性治疗等)。每个信息对象类的定义包含了其目标的描述和它所定义的属性。一个信息对象类没有包含定义中属性的值。

         定义了2种信息对象类:标准的和复合的。

         标准信息对象类只包含现实实体所表现的固有属性。例如study检查信息对象类,就定义为标准的,包含检查日期和检查时间熟悉,因为他们是真实的study所固有的。然而,病人姓名不是检查信息对象的一个属性,因为它是study在病人中表现出的固有的,而不是study本身的。

         复合信息对象类可能附加包含相关的但不是现实实体所固有的属性。例如计算机X线断层摄影的图像信息对象,就定义为符合的,包含了图像所固有的熟悉(如图像日期)和相关的但不是图像所固有的属性(如病人姓名)。复合信息对象类为图像描述通信需求提供了一个结构性框架,这些图像包含图像数据和相关所需的数据。

         为了简化信息对象类定义,每个信息对象类的属性区分了聚在一起的类似属性。这些聚集属性明确作为独立的模块,可能会被其他符合信息对象类重用。

         PS3.3定义了现实世界中一个模型,伴随着信息对象定义所反映的相应信息模型。本标准的未来版本中可能扩展这信息对象集,以支持新的功能。

         为了描述现实世界出现是实体,一个信息对象实例被创建,它包含了该信息对象类的属性的值。这个信息对象实例可能随时改变,以正确反映其所描述的实体的状态改变。这通过在信息对象实例进行不同基础操作来完成,以提供一个确定的服务集合作为服务类。这些服务类在本标准的PS3.4中定义。

6.4 PS3.4:服务类说明

         DICOM标准的PS3.4定义了一系列服务类。一个服务类包含一个或多个信息对象以及对这些对象的一个或多个命令。服务类说明声明了命令元素的要求,以及如何产生命令来应用到信息对象。服务类说明声明了包括通信服务的提供者和用户的要求。

         DICOM标准的PS3.4定义了所有服务类共享的特效,以及一个独立服务类的兼容性声明是如何去构造的。它包含了一系列标准的附录,来详细描述独立服务类。

         服务类例子包含如下:

    —— 存储服务类

    —— 轮询/重获服务类

    —— 基础Worklist管理服务类

    —— 打印管理服务类

         PS3.4定义在PS3.3所定义的信息对象所进行的操作。PS3.7定义了命令和协议,使用命令来完成PS3.4定义的操作和通知。

6.5 PS6.5:数据结构和语法

DICOM标准的PS3.5定义了DICOM应用如何构造和编码数据集信息,这些是由使用PS3.3和PS3.4所定义的对象和服务类得到。明确一系列标准图像压缩技术(如JPEG无损压缩和有损压缩)。

         PS3.5明确了一个数据流的构造所需的编码规则,而这数据流被标准PS3.7中确定一个信息传达。该数据流由一组数据元素尝试,用以虚构数据集。

         PS3.5也定义了一系列类函数的语法,常见于很多信息对象。PS3.5定义了IDCOM中的国际字符集的编码规则。

6.6 PS3.6:数据字典

         DICOM标准PS3.6是核心的配置,其定义了可用于表述信息所有DICOM数据元素集合,伴随可交换介质编码所利用元素,以及一份DICOM指定的唯一定义项目。

         PS3.6为每个元素明确了:

    — 它的唯一标签,由组号和元素号组成。

    —它的名称

    —它的值的表述(字符串,整型等)

    —其值的多样(每个属性多少个值)

    —是否已过时

PS3.6为每个唯一定义的项目明确了:

     —其值的唯一值,复合的数值型,包括小数点和64个字符的限制。

    —其名称

    —其类型,无论是信息对象类、数据转换的编码定义,还是明确的众所周知的信息对象实例。

    —其在DICOM标准中哪部分定义。

6.7 PS3.7:信息交换

         DICOM标准的PS3.7明确了在一个医学影像环境的应用交换消息所用到的服务和协议,应用于PS3.8所定义通信支持服务。一个消息由PS3.7所定义的命令流和PS3.5所定义的可选数据流组成。

         PS3.7明确了:

    —可用于PS3.4定义的的服务类的操作和通知(DIMSE服务)

    — PS3.8明确的通信支持提供的创建和终止关联的规则,以及巨大交易的影响。

    —管理控制请求和应答交流的规则。

    —构造控制流和消息所需的编码规则。

6.8 PS3.8:信息交换的网络通信支持

         DICOM标准的PS3.8明确了在网络环境中和在PS3.3、PS3.4、PS3.5、PS3.6、PS3.7所明确DICOM应用之间的通信中所需支持通信服务和上层协议。这些通信服务和协议保证DICOM应用在网络中以有效和协调的方式进行通信。

         PS3.8所明确的通信服务,是OSI表现层(ISO 8822)和OSI关联控制服务元素(ACSE)(ISO 8649)所提供的服务的子集。它们会被当作上层服务,允许同等应用创建关联、交换消息和终止关联。

         该上层服务的定义明确了DICOM上层协议联合TCP/IP传输协议的使用。

         PS3.8所明确的TCP/IP通信协议是DICOM标准所不明确的一个通用目标通信协议。图5-1描述了该协议层。

6.9 PS3.9:撤销的(以前的信息交换的点对点通信支持)

         DICOM标准的PS3.9过去明确了与ACR-NEMA2.0兼容的点对点通信使用的服务和协议。它已过时了。

6.10 PS3.10:介质存储和文件格式

         DICOM标准的PS3.10明确了在可移除介质(如图6.10-1)中的医学影像信息的通用存储模型。本部分的目标是提供一个框架,允许较广范围的物理存储介质可以交换多重类型的医学图像和相关信息。(注意:图5-1以理解介质交换模型如何与网络模型对比)。

         PS3.10明确了:

    —一个在存储介质上医学图像和相关信息存储的层模型。这个模型介绍了介质存储应用技术的原理,明确了介质存储应用可能声明与应用DICOM标准的应用子集的兼容性。这种兼容性值应用在书写、读和更新存储介质的内容。

    —一个DICOM文件格式支持任何信息对象的封装。

    —一个安全的DICOM文件格式支持一个密码封装的DICOM文件格式。 

    —一个DICOM文件服务提供了相对于隐藏的介质格式和物理介质的独立性。

PS3.10定义了各种介质存储概念:

    a)在一个单一中间件识别文件集的方法。

    b)在一个确定文件系统中识别DICOM文件的方法。

6.11 PS3.11:介质存储应用简介

         DICOM标准的PS3.11明确了DICOM标准应用明确子集,一个应用可能声明的兼容性。这些应用明确子集在本部分将参照作为应用简介。这种兼容性声明应用于存储介质中用于临床使用的医学图像和相关信息可操作性交流。跟随是PS3.10定义的框架,用于存储介质中不同类型信息的交换。

         一个应用简介附录由以下主要部分构成:

    a)应用简介的名称,或在相关类中的应用简介组列表。

    b)应用简介的临床背景的描述。

    c)包含设备规则的介质存储服务类的定义,用于应用简介和伴随选项。

    d)信息不符描述了应用简介的操作要求。

    e)数据转换中使用的信息对象类和伴随的信息对象支持和编码的详细说明。

    f)将用到的介质格式和物理介质的选择。

    g)其他需要的参数说明,用以保证可互操作介质的互操作安全。

    h)选择密码技术的安全参数,用以保证介质存储应用简介的安全。

DICOM的结构和应用简介生产商的设计是如此的扩展,以致附加信息对象类和新的交换介质易懂。(注意:表6.11-1描述了独立应用简介的独立方面如何映射到DICOM标准的不同部分。)

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6.12 PS3.12: 数据交换的存储函数和介质格式

    DICOM标准的该部分通过明确如下以便介质环境之间的信息交换:

    a)一个结构来描述介质存储模型、明确的物理介质和介质格式的关系;

    b)明确物理介质的特效以及附加的介质格式。

6.13 PS3.13:撤销(以前打印管理对点对点通信支持)

         PS3.13以前明确了打印管理服务的点对点通信使用的服务和协议。已撤销。

6.14 PS3.14:灰度标准显示函数

         PS3.14明确了灰度图像的持久性显示的标准化显示函数。该函数提供了对特定显示系统的校准工具,以达到在不同显示介质持久性显示图像的目的。

         显示函数的选择是基于人类视觉。人类眼睛的对比敏感性是和显示设备的光度范围是明显不成线性的。本标准使用了人类视觉系统的Barten模型。

6.15 PS3.15:安全和系统管理简介

         DICOM标准的PS3.15明确了应用可能声明兼容性的安全和系统管理简介。安全和系统管理简介的定义广泛参照了如DHCP、LDAP、TLS和ISCL等已制定的标准协议。安全协议可能用如公共密钥和智能卡等安全技术。数据加密可以使用不同标准化数据加密模式。

         该部分不明确安全策略问题。标准只为生产商提供了可用于应用安全简介而注重DICOM对象的交换。建立合适的安全策略是本地管理者的责任。

6.16 PS3.16:内容映射资源

         DICOM标准的PS3.16明确了:

    —将文档构造如DICOM信息对象的模版

    —信息对象中使用的编码类别集

    —编码类别的国际明确翻译

6.17 PS3.17:解析性信息

         DICOM标准的PS3.17明确了:

—信息的和标准化附录包含了解析性信息

6.18 PS3.18:网络访问DICOM持久性对象(WADO)

    DICOM标准的PS3.18明确了请求访问DICOM持久性对象的方法,可以表达作为一次HTTP URL/URI请求包括点对确定以实例UID形式的DICOM持久性对象。

    请求也明确了在应答中得到的结果格式。

    例子包括了:

    1.(MIME)内容类型,如用于图像的应用/dicom或者图像/jpeg,用于报告的应用/dicom或应用/rtf或xml。

    2.内容编码

    3.报告作为HL7/CDA 级别1

    本标准中定义的轮询URL的参数,足够HTTP服务器用以作为一个IDCOM SCU(服务类用户)来从一个合适DICOM SCP(服务类提供者)遍历请求对象,使用PS3.4和PS3.7定义的基线DICOM功能。


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