DICOM在分布式数据库技术中的应用

2023-10-28 理论教育版权反馈

【摘要】：1988年，该委员会推出2.0版本，到1993年发布的DICOM标准3.0，已发展成为医学影像信息学领域的国际通用标准。DICOM标准3.0包括以下内容。按照标准描述，DICOM数据结构中的基本元素可以简述如下。图22.1DICOM数据集和数据元素结构图22.1中，数据集由多个数据元素构成，传输时是将一个个有序的数据元素字段进行传输。

追溯历史，在20世纪70年代，随着以CT为代表的数字成像诊断设备在临床的广泛应用，美国放射学院（ACR）和国家电气制造协会（National Electrical Manufacturers Association，NEMA）在1983年成立了一个联合委员会，并制定了相应规范以达成以下目的。

●推动不同制造商的设备间数字图像信息通信标准的建立。

●促进和扩展图像归档与通信系统（picture archiving and communication system，PACS），使DICOM可以与其他医院信息系统进行交互。

●允许广泛分布于不同地理位置的诊断设备连接起来，创建统一的诊断信息数据库。

联合委员会于1985年发布了最初的1.0版本（ACR-NEMA Standards Publications No.300-1985），又分别于1986年10月和1988年1月发布了校订版No.1和校订版No.2。1988年，该委员会推出2.0版本（ACR-NEMA Standards Publications NO.300-1988），到1993年发布的DICOM标准3.0，已发展成为医学影像信息学领域的国际通用标准。

DICOM标准3.0包括以下内容。

●PS 3.1：Introduction and Overview（引言和概述）。

●PS 3.2：Conformance（一致性）。

●PS 3.3：Information Object Definitions（信息对象定义）；

●PS 3.4：Service Class Specifications（服务类规范）。

●PS 3.5：Data Structure and Encoding（数据结构和编码规定）。

●PS 3.6：Data Dictionary（数据字典）。

●PS 3.7：Message Exchange（信息交换）。

●PS 3.8：Network Communication Support for Message Exchange（信息交换的网络通信支持）。

●PS 3.9：Point-to-Point Communication Support for Message Exchange（信息交换的点对点通信支持）。

●PS 3.10：Media Storage and File Format for Data Interchange（便于数据交换的介质存储方式和文件格式）。

●PS 3.11：Media Storage Application Pro files（介质存储应用框架）。

●PS 3.12：Storage Functions and Media Formats for Data Interchange（便于数据交换的存储方式和文件格式）。

●PS 3.13：Print Management Point-to-Point Communication Support（打印管理的点对点通信支持）。

这些文档是既相关又相互独立的。其中规定了Patient、Study、Series、Image四个层次的医学图像信息结构，以及由它们组成的信息对象（information object）、采用由服务类客户/服务类提供者（service class user/service class provider）组成的服务对象对（service-object pair）、支持点对点（PPP）和TCP/IP网络通信协议。

1.DICOM格式

在所有的用途上，DICOM都使用相同的格式，包括网络应用和档案存档处理。与其他格式不同的是，它整合了所有的信息，将之放在同一资料内。也就是说，如果有一张胸腔X光影像在某个病人的个人资料内，那么这张影像绝不可能意外地从该病人的个人资料中分离。

DICOM档案由标准化且自由形式的开头加上一连串的影像数据组成，单一的DICOM对象只包含一张影像，但是此影像可能会包含多张套图，这是为了能储存动态影像以及其他多图形式的资料，影像资料可以通过压缩用在其他格式上，如JPEG、JPEG Lossless、JPEG 2000、LZW和Run-length encoding（RLE）等。

按照标准描述，DICOM数据结构中的基本元素可以简述如下。

●值编码（value encoding）。值编码是在现实世界对象的信息对象定义（information object definition，IOD）中指定的属性值通过编码后形成一个数据集。

●值表示（value representation，VR）。数据元素的VR数据格式和数据元素值的格式。(www.chuimin.cn)

●数据集。DICOM标准的第五部分介绍数据结构，还定义了数据集（data set）来保存前面所介绍的信息对象定义（IOD），数据集又由多个数据元素（data element）组成。每个数据元素描述一条信息（所有的标准数据元素及其对应信息在DICOM标准的第六部分列出），并由对应的标记（8位十六进制数，如（0008，0016），前4位是组号（group number），后4位是元素号（element number））来确定。DICOM数据元素分为两种：标准（standard）数据元素，组号为偶数，概念已在标准中定义；私有（private）数据元素，组号为奇数，其描述信息的内容由用户定义。

DICOM数据集和数据元素结构如图22.1所示。

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图22.1　DICOM数据集和数据元素结构

图22.1中，数据集由多个数据元素构成，传输时是将一个个有序的数据元素字段（data element fields）进行传输。其中，每个数据元素包含数据元素标签（tag）、值长度（value length）、值字段（value field），以及一个可选项VR。

2.DICOM服务

DICOM由多种支持服务结合而成，大部分与网络上的资料传输有关，下面是这些处理过程与它的关系。

●储存：DICOM的储存服务用在传送影像或将其他持续对象（persistent objects）（如整理过的病历报告）传送到PACS的工作站。

●储存确认：DICOM的储存确认是一种为了确定影像储存在特定地方（可能是硬盘或其他支援媒介，如烧在光碟内）的服务，此等级的用户端（机器设备或工作站等）通过从服务供应器（储存站或原始端）发出的信息进行确认，以确保可以放心删除原始端的影像。

●影像获得：此功能可让工作站找到影像序列或其他PACS对象，这样便可获得影像。

●工作列表：此功能可让（图像）设备以电子方式接收病人的详细信息和计划对此病人进行检查，以避免重复输入信息以及在重复输入信息中产生错误。

●原始端执行进程记录：原始端工作系列的附加服务，可以让原始端送出有关此项检查的其他资料，如获得的影像数、剂量的输出数，等等。

●打印：DICOM的打印服务是将影像传送至DICOM打印机，大部分是输出X光影像，有一套标准的校正程序，以确保在不同的显示装置（包括数位复制）中仍保有一致性。

DICOM标准中涵盖了医学数字图像的采集、归档、通信、显示及查询等几乎所有信息交换的协议；采用开放式互联的架构和面向对象的方法定义了一套包含各种类型的医学诊断图像及其相关的分析、报告等信息的对象集；定义了用于信息传递、交换的服务类与命令集，以及消息的标准响应；详述了标识各类信息对象的技术；提供了应用于网络环境（OSI或TCP/IP）的服务支持；结构化地定义了制造厂商的兼容性声明（conformance statement）。

DICOM标准的推出与实现，大大简化了医学影像信息交换的实现，推动了远程放射学系统、图像存档与通信系统（PACS）的研究与发展，并且由于DICOM的开放性与互联性，使得与其他医学应用系统（HIS、RIS等）的集成成为可能。

DICOM标准规定以下几方面来促进医学成像设备的互联互通。

●对于网络通信，遵从由设备标准兼容性声明所指定的一组网络协议。该组协议用于交换命令的句法、语义及其相关信息。

●对于媒介通信，遵从由设备标准兼容性声明所对应的一组介质存储服务，有助于访问存储在可交换介质上的图像以及相关信息的文件格式和目录结构。

●其他为实现符合DICOM标准的必要信息。

DICOM标准对以下几方面不做规定。

●声称符合DICOM标准的设备的功能实现细节。

●由一系列声称符合DICOM标准的设备所组成的系统的整体功能特性。

●评估设备是否符合DICOM标准的测试/评估。

简言之，DICOM属于医疗信息领域。在该领域范围内，DICOM标准规范了医学成像设备和其他系统的信息交换。由于这些设备和其他医疗设备进行交互，所以DICOM标准会与其他医疗信息领域的范围有重叠。DICOM标准对这些领域的范围不做规定。