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DICOM

生物医学工程讲义. DICOM. 张剑戈 Zhangjg@shsmu.edu.cn. 内容提要. DICOM 标准的发展 DICOM 的组成 DICOM 文件格式 DICOM 与 PACS. DICOM 的发展. DICOM 的全称是 Digital Imaging Communications in Medical 该标准包括数字医学成像和通讯两个方面。由美国放射学院（ ACR ），美国国家电子制造协会（ NEMA ）共同制定。. 起因：

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Presentation Transcript

  1. 生物医学工程讲义 DICOM 张剑戈 Zhangjg@shsmu.edu.cn

  2. 内容提要 • DICOM标准的发展 • DICOM的组成 • DICOM文件格式 • DICOM与PACS

  3. DICOM的发展 DICOM的全称是Digital Imaging Communications in Medical 该标准包括数字医学成像和通讯两个方面。由美国放射学院（ACR），美国国家电子制造协会（NEMA）共同制定。

  4. 起因： • 二十世纪七十年代以来，计算机断层成象技术（CT）和其他数字成象技术飞速发展，很多厂商都研制了具有计算机的成象设备，制定了各自不同的图像格式。 • 随着计算机网络的普及及其在医学上的广泛应用，在不同厂商生产的设备之间交换图像和相关的信息的需求日趋迫切，而缺乏统一的标准成为图像交换的主要障碍。

  5. 目标： • 促进数字图像设备的网络化，而不论设备的开发商是谁。 • 有助于开发和推广图像存档和传输系统（PACS），并能与其它医学信息系统联系。 • 建立有价值的诊断信息数据库，它能处理地理上分散的不同设备间的请求。

  6. 发展： DICOM以开放式连结系统（OSI）参考模式定下的7层协议为基础，为影像、公用信息、应用服务及通讯协议提供了标准模式，允许医学图像在检查仪器、电脑和医院之间进行交换，医学影像设备采用此标准数据格式和数据接口后，其图像可通过网络系统存储和传输。 • 1982年美国联合成立委员会，制定DICOM标准，1985 - 公布1.0版本，1988 - 公布2.0版本 • DICOM在持续更新中，目前是DICOM 3.0 2004版

  7. DICOM标准的范例

  8. DICOM3.0 的组成 DICOM 3.0标准随着技术的发展，不断地进行更新，目前由18部分组成： 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。定义了要求制造商精确地描述其产品的DICOM兼容性，即构造一个该产品的DICOM兼容性声明，它包括选择什么样的信息对象、服务类、数据编码方法等，每一个用户都可以从制造商处得到这样一份声明。

  9. 第三部分：信息对象的定义：定义了两类信息对象类：普通性、复合型。第三部分：信息对象的定义：定义了两类信息对象类：普通性、复合型。 第四部分：服务类规范。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。

  10. 第五部分：数据结构及编码。描述了怎样对信息对象类和服务类进行构造和编码。第五部分：数据结构及编码。描述了怎样对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，数据元素的属性及涵义。 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。

  11. 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。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。 第九部分：消息交换的点对点通讯支持。说明了与ACR-NEMA2.0兼容的点对点通讯的服务和协议。

  12. 第十部分：用于介质交换的介质存储和文件格式。该部分说明了在可移动存储介质上医学图像信息存储的通用模型。提供了在各种物理存储介质上交换不同类型的医学图像的框架，支持封装任何信息对象定义的文件格式。第十部分：用于介质交换的介质存储和文件格式。该部分说明了在可移动存储介质上医学图像信息存储的通用模型。提供了在各种物理存储介质上交换不同类型的医学图像的框架，支持封装任何信息对象定义的文件格式。 第十一部分：介质存储应用框架。用于医学图像及相关设备信息交换的兼容性声明。给出了心血管造影、超声、CT、核磁共振等图像的应用说明和CD-R格式文件交换的说明。

  13. 第十二部分：用于介质交换的物理介质和介质格式。提供了在医学环境中数字图像计算机系统之间信息交换的功能。这种交换功能将增强诊断图像和其它潜在的临床应用。这部分说明了在描述介质存储模型之间关系的结构以及特定的物理介质特性及其相应的介质格式。具体说明了各种规格的磁光盘，PC机上使用的文件系统和1.44M软盘，以及CD-R可刻写光盘。第十二部分：用于介质交换的物理介质和介质格式。提供了在医学环境中数字图像计算机系统之间信息交换的功能。这种交换功能将增强诊断图像和其它潜在的临床应用。这部分说明了在描述介质存储模型之间关系的结构以及特定的物理介质特性及其相应的介质格式。具体说明了各种规格的磁光盘，PC机上使用的文件系统和1.44M软盘，以及CD-R可刻写光盘。

  14. 第十三部分：点对点通信支持的打印管理。定义了在打印用户和打印提供方之间点对点连接时，支持DICOM打印管理应用实体通信的必要的服务和协议。点对点通信框架提供了与第8部分相同的上层服务，因此打印管理应用实体能够应用在点对点连接和网络连接。点对点打印管理通信也使用了低层的协议，与已有的并行图像通道和串行控制通道硬件硬拷贝通信相兼容。第十三部分：点对点通信支持的打印管理。定义了在打印用户和打印提供方之间点对点连接时，支持DICOM打印管理应用实体通信的必要的服务和协议。点对点通信框架提供了与第8部分相同的上层服务，因此打印管理应用实体能够应用在点对点连接和网络连接。点对点打印管理通信也使用了低层的协议，与已有的并行图像通道和串行控制通道硬件硬拷贝通信相兼容。

  15. 第十四部分：说明了灰度图像的标准显示功能。这部分仅提供了用于测量特定显示系统显示特性的方法。这些方法可用于改变显示系统以与标准的灰度显示功能相匹配或用于测量显示系统与标准灰度显示功能的兼容程度。第十四部分：说明了灰度图像的标准显示功能。这部分仅提供了用于测量特定显示系统显示特性的方法。这些方法可用于改变显示系统以与标准的灰度显示功能相匹配或用于测量显示系统与标准灰度显示功能的兼容程度。 第十五部分：安全措施

  16. 第十六部分 内容映射资源(content mapping resource)定义了标准使用的模板和上下文组。 第十七部分 说明信息 第十八部分 由WEB接入DICOM持久对象

  17. 这几部分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）；采用服务类客户/服务类提供者（Service Class User/Service Class Provider）概念组成的服务－对象对（Service－Object Pair）；支持点对点（PPP）和TCP/IP网络通讯协议。

  18. 十四种DICOM服务类 证实（verification） 存储（storage） 查询／检索（query/retrieve） 检查内容通知（study content notification） 患者管理（patient management）

  19. 检查管理（study management）服务类 结果管理（results management）服务类 打印管理（print management）服务类 媒质存储(media storage) 服务类 存储责权管理(storage commitment) 服务类 基本工作列表管理(basic worklist management)

  20. 队列管理(queue management) 灰度软拷贝表达状态存储（Grayscale Softcopy Presentation State Storage） 结构化报告存储（Structured Reporting Storage）

  21. DICOM是一个不断更新和发展的标准，随着网络技术，图像处理计术的发展，会有新内容加入和旧内容的退休。例如关于点对点传输的第九部分和第十三部分已经从2004版的DICOM中删除了。 DICOM是一个不断更新和发展的标准，随着网络技术，图像处理计术的发展，会有新内容加入和旧内容的退休。例如关于点对点传输的第九部分和第十三部分已经从2004版的DICOM中删除了。

  22. DICOM技术概要及特点 在应用层上通过服务和信息对象主要完成五个方面的功能： 1、传输和存储完整的对象（如图像、波形和文档）。 2、查询和返回所需对象。 3、完成特殊的工作（胶片打印图像）。 4、工作流的管理：WORKLIST和状态信息。 5、保证可视图像（如显示和打印之间）的质量和一致性。

  23. DICOM参照软件工程面向对象的的方法。如采用实体－关联（E-R）模型、详细定义对象及其属性、服务对象对类（SOP）、消息交换以及工作流程等。 DICOM参照软件工程面向对象的的方法。如采用实体－关联（E-R）模型、详细定义对象及其属性、服务对象对类（SOP）、消息交换以及工作流程等。 DICOM不规范应用系统的结构，也不规范具体的功能需求。例如，图像存储只定义传输和保存所必须的信息项目，而不说明图像如何被显示和作注解。

  24. 通过消息、服务、信息对象及一个良好的协商机制，独立于应用的网络技术（不受具体网络平台限制），以多种方式确保兼容的工作实体之间服务和信息对象能有效地通信，实现硬件资源的共享。 通过消息、服务、信息对象及一个良好的协商机制，独立于应用的网络技术（不受具体网络平台限制），以多种方式确保兼容的工作实体之间服务和信息对象能有效地通信，实现硬件资源的共享。 不同于一般分布式对象或数据库管理只在低层自动存取单独的属性，而在病人、检查、结构化报告（SR）、工作流等高层管理上规范服务，是基于内容的医学图像通信标准。

  25. DICOM标准的目标:实现复杂的情况下准确的无歧义的信息交换。 DICOM标准的目标:实现复杂的情况下准确的无歧义的信息交换。 要解决两个问题： 1、语法 2、语义

  26. 语法： 信息组成的规则。在DICOM中，数据种类相当多，被分成各个层次，有信息对象定义(IOD)、消息(Message)、命令集、数据集、数据元素、传输语法等。只有通信双方按约定的统一的方法组织数据，才可能准确获得对方传输的信息。

  27. 语义： DICOM中专门定义了自己的词汇，DICOM的“词汇”是用一对整数表示的，称为标记(Tag)，用数据字典给出详细的定义和解释。另外用UID的方法给出唯一标识。

  28. 数据组织形式 1、唯一标识符UID 为保证每个标识的全球的唯一性，使用了下面的字符串(UID)产生机制:<根>.<后缀> 2、传输语法在SOP实例数据集能被交换之前，数据集到字节流的编码方式是固定的，或在网络交换中协商，编码方式由传输语法指明，由一个UID标识，DICOM默认隐式VR LittleEndian传输语法。

  29. 3. 数据元素 DICOM文件中最基本的单元是数据元素(Data Element)。最终的DICOM文件就是由DICOM数据元素按照一定的顺序排列组成的。

  30. 完整的DICOM规范见 http://medical.nema.org/ • 关于医学图像格式常见问题可以参阅下面的网站： http://www.rahul.net/dclunie/medical-image-faq/html/ • 获取DICOM 最新补充和更新可以访问网站： http://www.rahul.net/dclunie/dicom-status/status.html • DICOM 资源目录： http://www.merge.com/DICOM/

  31. DICOM文件格式 DICOM文件是按照DICOM标准而存储的医学图像文件，组成如左图所示。图中的SOP 指服务－对象对（Service-Object Pair）。一般由一个DICOM文件头和一个DICOM数据集合组成。DICOM数据集合是按照DICOM标准的PS 3.5部分来编码组成的。

  32. 1、数据元素 DICOM文件中最基本的单元是数据元素(Data Element)。DICOM数据集合就是由DICOM数据元素按照一定的顺序排列组成的。 由四个部分组成: 标签、数据描述 (VR， Value Representation)、数据长度和数据域。

  33. (1) 标签是一个4字节的无符号整数，DICOM所有的数据元素都可以用标签来唯一表示。方式为：(组号，元素号)，其中组号为高位2字节，元素号为低位2字节。 组号为偶数的是标准数据元素，组号为奇数的为私有数据元素。例如: 有标签(0008，0020)，可以在DICOM字典中查出其代表研究日期。

  34. (2) VR具体描述了属性值如何进行编码，指明了该数据元素中的数据的类型。在DICOM文件中，它是一个长度为2的字符串，例如，如果一个数据元素的VR为“DA”，则表示该数据元素中存储的数据为日期型数据，如果一个数据元素的VR为“FL”则表示该数据元素中存储的数据为浮点型数据。

  35. 在数据元素中，VR是可选的，它取决于协商的传输数据格式。DICOM中规定了显式(Explicit VR)和隐式(Inexplicit VR)两种传输格式，显式传输时，VR必须存在，用两个字符明确表示值的表示方法，如AE表示应用实体，AS表示年龄字符串，DT是日期和时间，FD表示双精度浮点数等。隐式通过标记查出DICOM对这个属性表示方法的规定，从而解释属性值的内容，隐式传输时，VR必须省略。

  36. 3) 数据长度指明该数据元素的数据域中数据的长度(字节数)。 (4) 数据域中包含了该数据元素的数值。 DICOM中所有的数据都是以数据元素的形式出现的(除文件头中128字节的文件前言)。

  37. 2、 DICOM文件头(DICOM File Meta Information)包含了标识数据集合的相关信息。DICOM文件都包括该文件头，最开始是文件前言，由128个00H字节组成，接下来是DICOM前缀，为4字节的字符串“DICM”。 包括文件的传输格式、生成该文件的应用程序等等。

  38. (1) 除了128字节的文件前言和4字节的DICM前缀外，其它文件头元素都采用显示格式编码，各个数据元素排列的顺序按照标签数值Little Endian编码。(2) 每个文件头元素的长度必须为偶数，否则补充一个字节。(3) 所有(0002，****)类的标签都为DICOM所保留。为了兼容后续版本，应忽略文件中有目前尚未规定的(0002，****)类标签。

  39. 3、数据集合DICOM文件主要组成部分就是数据集合。包括医学图像，还有很多相关的信息：病人姓名、图像大小等。DICOM数据集合是由DICOM数据元素按照指定的顺序依次排列组成的。 DICOM文件一般采用显式传输，数据元素按标签从小到大顺序排列，一个数据元素在数据集内至多只能出现一次。

  40. DIOCM标准的PS 3.3部分定义了各种类型的图像文件必须包括和可选的DICOM数据元素，在制定自己的DICOM文件结构时，必须严格遵照该部分规定。

  41. 要构造信息实体，按照表中指定的模块参考相应的DICOM标准章节即可。例如，在制定Patient模块时，从DICOM标准PS 3.3部分的C.7.1.1小节查到病人模块属性表。

  42. DICOM与PACS DICOM与PACS的关系类似于Internet与TCP/IP。 DICOM是一个完善的标准，是PACS的基石。

  43. 结束 谢谢

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