（模式识别与智能系统专业论文）DICOM接口的设计与实现.pdf

d i c o m 接口的设计与实现 论文摘要 论文摘要 现代计算机科学技术的发展，使得基于医学图像的诊断成为。一个新兴挑战性 的交叉学科领域。特别是1 9 9 5 年出现了d i c o m ( d i g i t a li m a g i n ga n d c o m m u n i c a t i o n si nm e d i c i n e ) 医疗数据国际标准协议以后，人们可以通过符合 d i c o m 标准的数据接口存取数据，而无需关心产生数据的医疗设备是哪个厂商 生产的。这无疑可以大大提高医院内医疗设备的使用效率，实现资源共享，所以 有很重要的实际意义。因此，医学数据的d i c o m 标准自九十年代以来，已经成 为国外各种医疗系统和医疗设备厂商关注的焦点问题之一。 我的硕士论文工作，是在d i c o m 协议最新修订版3 o 版的基础上，设计和实 现了d i c o m 接口平台，其目的在于：为医院医生工作站提供一一个形象直观、简 单易用的应用程序。 本文首先对d i c o m 国际标准进行概述，然后介绍了d i c o m 接口平台的总体 框架设计及设计准则，最后重点描述了d i c o mr e a d e r ，d i c o mw r i t e r ， d i c o mb r o w s e r 及其插件的设计与实现。本文主要有如下工作： 1 ) 提出了一种模块化、层次化的d i c o m 读、写、浏览设计框架。 2 1 实现了d i c o m 3 0 国际标准协议读、写功能，目前支持d i c o m 的读、写， 支持j p e g 压缩，支持r l e 无损压缩； 3 1 实现了d i c o m 3 0 浏览插件。读、写模块为浏览插件提供了一个后端平台 支撑，同时作为前端界面的浏览插件则为用户提供了一个灵活易用的人机交互平 台。 4 ) 实现了完整的s o r t i n g s l i c e s 功能。该功能准确、细致、全面的划分出体数 据( v o l u m e ) ，并在同一个v o l u m e 下对切片进行排序。 目前，d i c o m 读、写模块和与之相对应的浏览插件已经集成在了三维医学影 像处理平台3 d m e d 中，它们都已经在i n t e r n e t 网上面向国内外免费发行。 d i c o m 接口的设计与实现 论文摘要 a b s t r a c t t oa i dt h ed i s t r i b u t i o na n dv i e w i n go fm e d i c a li m a g e s ，s u c ha sc t s c a n s ，m r i s ， a n du l t r a s o u n d ，d i c o m ( d i g i t a li m a g i n ga n dc o m m u n i c a t i o n si nm e d i c i n e ) n o wi s t h em o s tc o m m o ns t a n d a r df o rr e c e i v i n gs c a n sf r o mah o s p i t a l t h i st h e s i sp a p e rm a i n l yd i s c u s s e sm y r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o nw o r k si nt h ef i e l d o fd i c o m b a s e do nt h en e w l ya m e n d e dv e r s i o n3 0 ，id e s i g na n di m p l e m e n tt h e d i c o m p l a t f o r m t h ep u r p o s eo f t h i sp l a t f o r mi st op r o v i d ed o c t o r so nw o r k s t a t i o n a l li n t u i t i o n i s t i ca p p l i c a t i o nw h i c hc a nb eu s e de a s i l y t h ec o n t e n to ft h i sp a p e rc a nb ed i v i d e di n t o4p a r t s t h ef i r s tp a r t i st h e i n t r o d u c t i o n st of i l ef o r m a ta n dd i c o ms t a n d a r d i nt h es e c o n dp a r t ，ad e t a i l e d a n a l y s i so f d i c o mi n f o r m a t i o ns t r u c t u r e ，f i l es p e c i f i c a t i o n sa n ds o p s e r v i c ec l a s si s p r o v i d e d i nt h e t h i r dp a r t ，t h ef r a m eo fd i c o mi n t e r f a c ep l a t f o r m ，t h ed e t a i l e d d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n so nd i c o mr e a d e r ，b r o w s e r ，w r i t e r a n di t s p l u g i na r ed i s c u s s e d t h e l a s tp a r ti sm a i n l yt os u m m a r i z et h i st h e s i sa n df u t u r ew o r k t h em a i nc o n t r i b u t i o n so f t h i st h e s i sa r ea sf o l l o w s ： 1 ) p r e s e n tak i n do fm o d u l a r , l a y e r e df r a m ef o rd i c o mr e a d e r ，w r i t e r ，a n d b r o w s e r 2 ) b a s e do nd i c o m 3 0 ，i m p l e m e n t d i c o mm o d u l a rf o rd i c o mr e a d e l w r i t e r 3 ) i m p l e m e n t d i c o mb r o w s e rp l u g - i n t h ed i c o m m o d u l a rp r o v i d e sb r o w s e r p l u g i na b a c k e n ds u p p o s i n gp l a t f o r m ，w h i l ea sf r o n t e n di n t e r f a c eb r o w s e r p l u g i np r o v i d e s u s e r sa e a s i l yu s e d m a n m a c h i n ec o n v e r s a t i o np l a t f o r m 4 1 i m p l e m e n t t h ea 1 1 s i d e d s o r t i n g s l i c e s f u n c t i o nw h i c hc a n a c c u r a t e l y , p a r t i c u l a r l y , c o m p r e h e n s i v e l yp a r t i t i o n v o l u m e sa n ds o r ts l i c e su n d e rv o l u m e n o 、d i c o mr e a d e r , w r i t e rm o d u l a ra n dt h ea c c o r d i n g d i c o mb r o w s e r p l u g i na r ei n t e g r a t e d i n t ot h r e e d i m e n s i o nm e d i c a li m a g ep l a t f o r m ：3 d m e d 独创性声明 本人声明所成交的论文是我个人在导师指导f 进行的研究i ：l j 作及取得的研究成果。尽 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果。与我一同t 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确地说明并发 示了谢意。 签名：起驺导师签名 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国科学院自动化研究所有关保留、使_ ； j 学位论文的规定，即：中国科 学院自动化研究所有权保留送交论文的复印件，允许论文被奄阅和借阅：可以公布论文的全 部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：垫鲣导师签名 d i c o m 接口的设计与实现 第一章d i c o m 文件格式概述 第一章d i c o m 概述 一、医学图像处理与诊断技术 自古以来，“望、闻、问、切”是医学诊断最基本的手段。然而自伦琴18 9 5 年发现x 射线以来，医学的诊断方式发生了翻天覆地的变化。七十年代，c t 技 术在医学临床中的成功应用开创了影像医学的新纪元，使得对人体进行无创检查 以及诊断成为现实。八十年代，核磁共振( m r i ) 、，正电子发射断层扫描 p e t ( p o s i t r o ne m i s s i o nt o m o g r a p h y ) 、单光予发射计算机断层扫描s p e c t ( s i n g l e p h o t o ne m i s s i o nc o m p u t e r i z e dt o m o g r a p h y ) 等先进的影像技术在医学临床上的成 功应用更使得影像医学得以迅速发展。目前的医学图像包括b 超扫描图像、彩 色多普勒超声图像、核磁共振( m r i ) 图像、c t 图像、x 射线透视图像，各种电子 内窥镜图像，显微镜下病理切片图像等，同时更清晰、更有诊断价值的高质量医 学图像正在不断发展中。 通过医学成像设备，可以使医生从二维截面方向对人体进行观察。在目前的 影像医疗诊断中，主要是通过观察一组c t 、m r i 的二维切片图像去发现病变体。 这往往主要依赖于医生的丰富读片经验，主要依据对图像的定性分析。而利用计 算机技术对二维切片图像进行二维或三维分析和处理，可以辅助医生对病变体及 其它感兴趣的区域进行定性直至准确的定量分析，使医生看得更好，看得更准， 从而可以大大提高医疗诊断的准确性和正确性。因此，自九十年代起，借助计算 机图像处理与分析、计算机图形学、虚拟现实和计算机网络等技术的医学图像分 析与处理一直是国内外研究与应用的热点。医学图像处理在临床诊断、教学科研 等方面正发挥着极其重要的作用。 二、d i c o m 问题的提出 计算机技术的发展和大容量存储介质和图像压缩技术的应用，使医学图像可 以大量存储；计算机运行速度的提高，使得对图像的实时分析成为可能：计算机 显示技术和虚拟现实技术的发展，使得医生不用丌刀就可以看到病人体内逼真的 三维图像。在这些医学图像诊断的技术当中，现在的热点和关键问题之一是医学 图像及诊断数据的d i c o m 问题。d i c o m 问题的重要性在于： 第1 页 d i c o m 接口的设计与实现 第一章d i c o m 文件格式概述 解决不同厂家设备的互联问题 随着c t 、m r i 和其它医学数字诊断设备在医学图像领域的大规模应用，在 不同厂家制造的设备之间交换医学图像和其他相关信息已经成为迫切需要。 一般来说，各厂家的图像获取系统能够将医院中已有的医学图像设备产生的 图像通过直接或间接的方式转换为系统能够存储和处理的数字化形式，但是由于 多数图像的格式是厂家专有的，并且不对外公开，所以需要将这些非标准的信息 转换为某种标准的格式，并通过通讯接口才能实现设备间的互联。在医院内部， 经常有不同厂家的设备。如何实现这些设备的互联，关系到能否实现数字图像的 存储和分发、数字图像在重要诊断和会诊时的显示、图像归档等。不同厂家的设 备互联，能够大大提高医院内部医疗设备的使用效率，实现资源共享，例如急诊 室r e r ) 和监护房( i c u ) 可以获得放射医疗部门生成的图像。 另一方面，除图像数据之外，还有大量与这些图像相关的医疗诊断信息，如 病人信息、检查的日期和时间、检查设备、图像的摄取角度和标注信息等等。医 疗设备问的互联也可解决这些重要诊断信息的共享问题。 为远程医学应用提供基础 近年来，计算机网络技术的飞速发展，使得起源于5 0 年代的远程医学 ( t e l e m e d i c i n e ) 得到了新的发展契机。医学图像及其相关数据统一的文件格式是实 现未来的远程医学的基础。 三、d i c o m 的国际标准的产生及其演化过程 1 d i c o m 国际标准的产生 八十年代以来，为了利用网络在不同的设备和医疗诊断系统之间交换图像数 据和诊断信息，国外已经开始着手制订专门针对医学信息通讯的协议。1 9 8 3 年， 美国放射学会( a m e r i c a nc o l l e g eo fr a d i o l o g y a c r ) 和美国电器制造商协会 f n a t i o n a le l e c t r i c a lm a n u f a c t u r e r sa s s o c i a t i o n n e m a ) 成立了一个联合委员会 开发相关标准，并于1 9 8 5 年发布了a c r n e m a 标准。目前，a c r n e m a 标准 已经演变成为d i c o m 3 0 ( d i g i t a li m a g i n g a n dc o m m u n i c a t i o n si nm e d i c i n e ) a i 准， 在这个标准中，增强了对网络的支持，成为医学影像设备的国际标准通信协议。 第2 贾 旦竖旦竺皇塑! 塑塑：! ! 兰翌 箜二皇望呈竺竺塞竺塑苎塑姿 现在，各个厂家的医疗仪器和医学诊断系统都已开始使用国际化的通信和数掘格 式标准d i c o m 3 0 。 2 d i c o m 标准的演化过程 象其它通讯标准协议的产生和发展过程样，d i c o m 标准也经历了一系列的 演化过程： a c r - n e m a 标准1 o 版( 1 9 8 5 年) 美国放射学会( a c r ) , l l 美国电器制造商协会( n e m a ) 组成的联合委员会经过 两年开发，于1 9 8 5 年发布了a c r - n e m a l 0 。1 9 8 6 年1 0 月和1 9 8 8 年1 月又分 别颁布了两个修改版本。在这些标准当中，解决了以下问题： 一统一数据格式和传输标准，实现了不同厂家不同设备间数字化医疗数据 的通讯问题： - 提供了p a c s ( p i c t u r ea r c h i v i n ga n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 系统1 与其它 医学信息系统( h o s p i t a li n f o r m a t i o ns y s t e m h i s ) 的接口； 一通过将医生诊断信息数据随同病人图像数据按统一格式提供给不同的医 疗设备和医疗工作站，并建立诊疗数据库，使得不同科室的医生可以方 便地查询相关病人的完整信息。 a c r n e m a 标准2 0 版( 1 9 8 8 年) 1 9 8 8 年a c r n e m a 标准颁布了2 0 版。在这个版本中，除包含 a c r o n e m a l 0 的内容之外，还包括了以下的修改和补充： 提供了对显示设备的命令支持； 引入新的层次结构模型，用以更清晰地标识医疗图像； _ 增加新的数据元素以描述医学图像的相关信息； 一指定硬件接口标准，以及相关的基本命令集和数据编码格式集。 d i c o m 3 0 标准( 1 9 9 5 年) 为了更有效地支持医学信息系统h i s r i s ( h o s p i t a li n f o r m a t i o n s y s t e m r a d i o l o g yi n f o r m a t i o ns y s t e m ) 对网络通讯的要求，从1 9 8 9 年开始， a c r n e m a 着手制订新一代的医疗数据通讯标准。为了有别于早期的 a c r - n e m a 标准，将其命名为医学数字图像数据通讯标准d i c o m 3 0 ( d i g i t a l p a c s ( p i c t u r e a r c h i v i n ga n d c o m m u i 2 i c a t i o ns y s t e m ) 即图像存储与通信系统，是跃院用f 管理厦疗砹需 如c 1 、m r i 等产生的医学图像的信息系统。p a c s 系统主要解决的是医学图像的存储和诊断的问题。 第3 页 旦! 曼2 竺垄呈塑堡堡兰壅望 苎二皇里! ! 竺竺塞堡堡苎壁鲨 i m a g i n ga n dc o m m u n i c a t i o n si nm e d i c i n e ) 。d i c o m 3 0 标准的制订工作直到1 9 9 5 年才基本完成。在此期间，主要经历了如下过程： _ 1 9 9 1 年，发布d i c o m 标准的1 8 章2 ，规定了d i c o m 通讯和数据编 码的主要内容： 19 9 2 年，北美放射年会( r a d i o l o g ys o c i a t yo fn o r t ha m e r i c a r s n a 、 发布对标准1 8 章的测试结果： 1 9 9 3 年，完成对d i c o m 标准的l 一8 章的修订，增加了第9 章( 点到点 通讯支持) ； 1 9 9 4 年，增加第1 0 章( 媒体存储和文件格式) ； 1 9 9 5 年，增加第1 1 ，1 2 ，1 3 章，分别规定了有关建立媒体存储方式存 档，物理媒体数据格式以及点到点打印管理的有关内容； 与早期的a c r - n e m a 标准相比，d i c o m 3 0 体现了许多方面的改进和增强。 下表是对a c r n e m a 2 0 标准和d i c o m 3 0 标准主要特点的对比： 基于直观的信息模型基于明确的信息模型，使用e r 模型 描述信息对象之间的关系 提供的服务在命令中组成，只能以命支持的服务根据其用途描述，引入服 令的形式完成数据的交换务类的概念描述命令及与其相联系数 据的语义 定义了符合标准的晟低要求，但没有包含描述标准符合声明的规定，允许 描述标准符合声明的规定存在不同级别的标准符合声明以供用 户选择 只支持点对点通信，在网络环境中需支持网络通信，提供对o s i 七层| 力- 议 要特定的网络接口设备才能支持网络和t c w i p 协议等工业标准的全面支持 协议 一个消息中最多包含幅图像支持文件夹功能，一个消息中可以包 含多个图像 定义了a c r - n e m a 独有的命令使用现存的其他标准定义命令规定 了符合本标准的设备对命令的反馈和 数据交换方式 表格1 1a c r - n e m a 2 0 与d i c o m 3 0 主要特点的对比 2 标准的l 一8 章为d i c o m 通讯和数掘编码的主要内容，详细分析清参见本文第_ 二章 第4 页 d i c o m 接口的设计与实现 第一章d i c o m 文件格式概述 d i c o m 标准未来的发展方向 医学信息数据通讯领域j 下在经历一个飞速发展的阶段，大量新的医疗设备、 计算机诊断系统和诊疗理念不断丰富着这一领域。因此，d i c o m 标准从诞生之 日起就是一个开放的标准，它不断地进行着自我完善、扩充和演化的过程。为了 适应这种内容不断扩充和更新的需要，d i c o m 标准采用了广义的信息对象定义 i o d ( i n f o r m a t i o no b j e c td e f i n i t i o n ) 的概念，不仅包括医学图形和图像，也包括大 量相关的检查、报告等广义的信息对象，并且通过唯一标识u i d ( u n i q u ei d e n t i f i e r ) 的方式在网络环境下唯一地确定这些信息对象。在此基础上，d i c o m 标准定义 了大量不同的服务类( s e r v i c ec l a s s ) ，用以完成不同的服务功能。因此，对于不断 更新的医疗设备及其各种类型的数据，可以通过修改或定义新的i o d 使得标准 与之相适应并得以扩充；而对于新增的功能，则可以通过定义新的服务类来完成。 这样就达到了不需对d i c o m 标准的整体架构进行修改的情况下，完成标准本身 不断扩充和更新的目的。也就是说，d i c o m 标准可以在不断吸收新特性的同时， 仍能很好地保持与原先版本的兼容性。 实际上，a c r n e m a 每年都会公布当年新修订的d i c o m 版本。本文的工 作正是基于d i c o m 3 0 的1 9 9 9 年版完成的。 四、d i c o m 在我国的现状和本论文的工作 我国的医院在过去十多年间，引进了大批先进的医学图像没备，对提高诊断 水平起到了重要的积极作用。但由于多方面的原因，大多数医学图像设备和系统 都没有考虑图像和相关医学信患的储存和通信功能，更多的是配置一部打印机或 x 光胶片作图像记录，医生通过肉眼观察仪器屏幕的图像进行诊断。 这种现状形成的原因之一是因为，由a c r - n e m a 标准发展而来的d i c o m 3 0 标准相对来说是一个比较新的协议，同时它也比较庞大。但另一方面，d i c o m 协议使得医学图像及相关信息在计算机间交换有了统一的国际标准，通过数据接 口与互联网接通，就可以进行医学图像信息的远程传输，实现异地会诊、远程医 疗等应用。这些无疑可以大大提高诊断的效率和准确性，有很重要的实际意义。 因此，d i c o m 问题已经成为目前各种医疗系统的焦点问题之一。 针对上述情况，本文在深入和全面地解析d i c o m 3 0 协议3 的基础上，独立 地完成了d i c o m 文件读取、浏览、写入的设计与实现4 ，提供了符合d i c o m 最 3 请参n 刺c 1 9 2 章“d i c o m 办议标准分析” 4 请参阅本文第三章“d i c o mr e a d e r 的设计与实现” d i c o m 接口的设计与实现第一章d i c o m 文件格式糕连 新标准的数据解析功能，并且已经被集成在我们实验室近期研发的三维医学影像 处理平台3 d m e d 中。 d i c o m 接口的设计与实现 第二章d i c o m 协泌标准解析 第二章d i c o m 标准解析 本章将对医疗设备间通讯的国际标准d i c o m 30 协议的蘑点内容进j j 详细分析，从而为后三章的设计和实现提供基础。 1 d i c o m 标准的主要特点 作为医学信息通讯领域的国际标准，d i c o m 协议具有以下一些突出特点： 夺d i c o m 数据编码的特点 - 标准定义了2 6 种内部数据类型： - 像素数掘的编码支持j p e g 图像压缩； 一 图像可以包含缩略图和正常图像，也可以有多帧格式； - d i c o m 标准支持多个字符集。 夺d i c o m 具有自己独特的数据模型 - d i c o m 通过“信息对象定义”i o d ( i n f o r m a t i o n o b j e c td e f i n i t i o n ) 的形式来完整地建立和定义医院环境下的数据模型； - d i c o m 使用“全局唯一标识”u i d ( u n i q u ei d e n t i f i e r ) 在网络环境 下唯一地标识各种i o d 信息对象，使之不致混淆。 夺拥有完整、庞大的数据字典 - d i c o m 标准拥有一个庞大的数据字典，其内容包含了几乎所有医疗 环境下的常用数据，可以完整地描述各种医学设备、图像格式数据 以及病人相关信息： 数据字典的条目以“数据元素”( d a t ae l e m e n t ) 为单位，每个数据 元素描述一项数据内容，如病人姓名、检查日期、一幅图像的像素 数据等都可以是个数据元素。 - 数据字典具有可扩充性。d i c o m 标准预留出数据字典的部分，允 许各厂家按照标准的格式自定义新的数据元素。 夺通过。服务类”( s e r v i c e c l a s s ) 概念实现应用层功能 为了完成某个特定的应用功能( 如图像管理、打印管理等) ，d i c o m 定 义了“服务类”( s e r v i c ec l a s s ) 的概念。服务类描述了可以对信息对象i o d 所做的操作。服务类和信息对象结合起来构成了d i c o m 的基本单元，称为 服务一对象对( s e r v i c e o b j e c t p a i 卜一s o p ) 。下表列举了一些典型的服务类 第7 厦 d i c o m 接口的设计与实现 第二章d i c o m 协议标准解析 及其描述 表格2 1d i c o m 服务类举例 夺离线媒体支持 d i c o m 定义了自己的文件夹结构，用以形成“文件集合”( f i l e s e t ) 。 此外，允许以“媒体存储特征”( m e d i ap r o f i l e s ) 的形式定义对数据的不同 媒体存储策略。 夺 不同级另q 的一致性声明( c o n f o r m a n c es t a t e m e n t ) d i c o m 标准要求一个实际的通讯系统应该有一个一致性声明 ( c o n f o r m a n c es t a t e m e n t ) ，用以说明此系统对d i c o m 协议的支持程度， 以及支持哪些类型的数据和服务。 2 d i c o m 标准的总体结构和主要内容 2 1 引c o m 标准的总体结构 目前，d i c o m 协议分为以下1 4 个相关却又相对独立的部分： 1 1d i c o m 标准介绍和概观( i n t r o d u c t i o na n do v e r v i e w ) ； 2 ) 一致性声明( c o n f o r m a n c e ) ； 3 1 信息对象定义( i n f o r m a t i o no b j e c td e f i n i t i o n s ) ； 4 ) 服务类规范( s e r v i c ec l a s ss p e c i f i c a t i o n s ) ； 5 1 数据结构和编码( d a t a s t r u c t u r ea n de n c o d i n g ) ； 6 ) 数据字典( d a t ad i c t i o n a r y ) ； 7 ) 消息交换( m e s s a g ee x c h a n g e ) ； 8 ) 消息交换的网络通讯模式( n e t w o r kc o m m u n i c a t i o ns u p p o n f o rm e s s a g e e x c h a n g e ) ； 9 ) 消息交换的点到点通讯模式( p o i n t - t o p o i mc o m m u n i c a t i o ns u p p o r t f o r m e s s a g ee x c h a n g e ) ； 第8 页 d i c o m 接口的设计与实现 第二章d i c o m 协改标准解析 数据媒体存储和文件格式( m e d i as t o r a g e a n df i l e f o r m a tf o rd a t a i n t e r c h a n g e ) ； l o ) 媒体存储策略( m e d i a s t o r a g e a p p l i c a t i o np r o f i l e s ) ： 11 ) 数据交换的存储功能和媒体格式( s t o r a g ef u n c t i o n sa n dm e d i af o r m a t s f o rd a t ai n t e r c h a n g e ) ； l2 ) 点到点打印管理( p r i n tm a n a g e m e n t p o i n t t o p o i mc o m m u n i c a t i o n s u p p o r t ) ； 1 3 ) 灰度显示功能( g r a y s c a l e s t a n d a r dd i s p l a yf u n c t i o n ) 对于d i c o m 通讯来讲，上述协议中的第2 9 部分是其重点内容，其中由 于第9 部分“点到点数据通讯”已经逐渐被网络通讯所代替，因此下面只就最重 要的第2 8 部分内容进行介绍。 2 1 d i c o n i 标准的主要内容介绍 一致性声明( c o n f o r m a n c e ) 这部分提出了医疗设备或诊断系统为满足d i c o m 标准的要求，所必须遵循 的规范。它详细地规定了规范声明的层次结构，以及声明中各部分所必须包含的 内容。实际上，d i c o m 标准的各个部分都有自己的规范声明。此处的“一致性 声明”是各部分规范声明的汇总。 一致性声明可以分为几个主要部分： 本医疗设备或诊断系统( 即应用实体) 所支持的d i c o m 信息对象： 应用实体系统支持的服务类； 应用实体系统支持的通讯协议，如t c p i p 协议等； 所支持的表示上下文信息： 系统配置信息 一致性声明的意义在于： a 由于d i c o m 协议十分庞大，以至于至今仍没有一个公司或团体已经将 其完全实现。事实上，往往只需要实现其中一部分功能即可满足实际需 要。因此，允许实现者根据需求选择支持哪些d i c o m 组件，也允许进 行扩展。不同的系统会有不同的支持部分，所以也会有不同的一致性声 明； b 用户或系统设计人员通过对比两种不同实现的一致性声明，就能够判断 出两个系统是否可以进行互操作和通讯。 第9 面 d i c o m 接口的设计与实现 第二章d i c o m 协议标准解析 信息对象定义l o b ( i n f o r m a t i o n0 b j e c td e f i n i t i o n s ) 标准的这一部分具体介绍了d i c o m 标准面向对象的信息结构模型，即用信 息对象定义i o d 来描述现实世界中的各种医疗信息实体。这里详细定义了多种 o d ，并规定了它们的内部结构。 d i c o m 用i o d 定义服务类所作用的对象的数据结构和属性，i o d 是对现实 世界中具有共同属性实体的面向对象的抽象。为了方便标准的扩展并保持与以前 版本的兼容性，d i c o m 定义了两种i o d ，即正规i o d ( n o r m a l i z e di o d ) 和复 合i o d ( c o m p o s i t ei o d ) 5 。每个i o d 由用途说明和大量相关的“属性”组成， 但i o d 本身并不包括各个“属性”的值，而是只包含其定义。这些属性描述的 内容虽然千差万别，却拥有几乎相同的结构。属性又按照一定规则分成组，以利 于被不同的i o d 复用。 当需要表示现实世界的某个实体时，就要将相应的i o d 实例化，这时i o d 属性的值被填充进来。这些属性值在下文介绍的服务类作用f 可以不断发生变 化。 服务类规范( s e r v i c ec l a s ss p e c i f i c a t i o n s ) 标准的这部分指定作用于信息对象实例上的操作，即所提供的服务，如图 像的存储、查询、检索、打印等，并称之为服务类。个特定的服务类可通过一 至多个命令作用于一至多个i o d 实例。这里具体阐明了每个服务类对其命令元 素的规范要求，以及通讯服务的提供者和使用者应完成的功能。这部分还提供 了以下一些服务类的实例： 夺存储服务类( s t o r a g e s e r v i c ec l a s s ) 夺查询服务类( q u e r y s e r v i c ec l a s s ) 夺检索服务类( r e t r i e v a ls e r v i c ec l a s s ) 夺检查管理服务类( s t u d ym a n a g e m e n t s e r v i c ec l a s s ) 数据结构和编码( d a t as t r u c t u r ea n de n c o d i n g ) 这一部分规定了服务类为完成特定操作而交换的数据的构造过程和编码结 构。服务类的命令和i o d 数据都要经过编码成指定结构的数据流，才能形成“消 息”并完成发送过程；同样，要接收网络上的命令和数据，必须以逆过程进行解 码。数据可以分为“命令集”( c o m m a n d - s e t ) 和“数据集”( d a t a s e t ) ，数据集 允许嵌套。 5 i _ | 三捌i o d 和复合i o d 的含义请参阅本章后续部分“面向对象的d i c o m 信息结构模型” 第1 0 页 d i c o m 接口的设汁与实现 第二章d i c o m 啡议标准解析 数据字典( d a t ad i c t i o n a r y ) 数据字典标明了已注册的i o d 属性数据的类型、标识和含义。_ 一般来晚， 应包含每个属性的如下特征： 夺属性的唯一标签( t a g ) ：包括一个组号和一个元素号，用户可用这两个 号码检索这个属性； 夺属性的名称：用于了解其含义； 夺属性的数据类型( 如c h a r a c t e rs t r i n g ，i n t e g e r 等) ； 夺数据字典被用于在通讯过程中辅助建造数据集。 夺 消息交换( m e s s a g ee x c h a n g e ) d i c o m 标准的这一部分指定了为达到特定医疗信息交换的目的而引入的操 作和协议。这些操作用来完成服务类所定义的相应服务。个典型的d i c o m 消 息由一个命令流和紧随其后的数据流( 可选) 组成。这里定义了各服务类所发送 和接收的消息，并阐述了以下规则： 夺建立和终止“关联”( a s s o c i a t i o n ) 的规则； 夺控制交换网络命令请求和响应的规则； 夺用于建造命令流数据和消息的编码规则 消息交换的网络通讯模式( n e t w o r kc o m m u n i c a t i o ns a p p a nf o r m e s s a g ee x c h a n g e ) 这部分是d i c o m 通讯协议的核心，它详细制订了医学图像和相关信息在网 络上通信所需使用的服务和协议的具体内容。这些服务和协议内容要协调并保证 网络上的d i c o m 应用实体间通讯的效率。 d i c o m 通讯协议是o s i 七层协议的一个子集，它主要包括一些o s i 上层服 务，包括表示层服务( i s 0 8 8 2 2 ) 和o s i 规定的连接控制服务单元( a s s o c i a t i o n c o n t r o ls e r v i c ee l e m e n t a c s e ，i s 0 8 6 4 9 ) 的协议服务内容。在此基础上，对 等应用实体问能够建立关联，传送消息和终止关联。 d i c o m 协议广泛地支持现有的网络环境和技术，如i s 0 8 8 0 2 3c s m a c d ( e t h e m e t ) ，f d d i ，i s d n ，x 2 5 等；d i c o m 协议与t c p i p 协议相结合可以很 好地实现其功能。从t c p i p 网络环境向其它o s i 环境移植也很方便。 第1 1 页 d i c o m 接口的设计与实现 第二章d i c o m 防议标准解析 二、面向对象的d i c o m 信息结构模型 d i c o m 信息模型具有明显的面向对象的特征，这使得对d i c o m 所定义的 数据信息可以很容易地进行扩展，并保持与先前版本的兼容性。 1 d i c o m 的信息模型图 d i c o m 信息模型定义了医学图像相关信息的结构和组织，如f 图所示。 图2 1d i c o m 信息模型 如图3 i 所示：d i c o m 协议为外界提供服务的最高层次是服务类，每个服 务类可包含一至多个服务对象对s o p ( s e r v i c e o b j e c tp a i r ) 。s o p 由服务组及其 所作用的信息对象配对组成，其中服务组是一组消息服务元素或媒体存储服务， 而信息对象i o d ( i n f o r m a t i o no b j e c td e f i n i t i o n ) 则包含大量的相关属性。 以下将对上述信息模型的关键概念分别进行详细阐述。 2 信息对象定义i o d ( i n f o r m a t i o no b j e c td e f i n i t i o n ) a i o d 的含义 i o d 是对现实世界中医疗实体的面向对象的抽象，是对一类具有共同属性实 体的抽象，而不是代表某个现实世界的实例。i o d 的实例化则可以描述一个特定 实体。可见，i o d 与面向对象编程中“类”的概念非常相似。 第1 2 页 d i c o m 接口的设计与实现 第二章d i c o m 协议标准解析 b i o d 的分类 1 0 d 可分为以下两类： 正规( n o r m a l i z e d ) i o d 代表d i c o m 模型中单个实体的固有属性。例如， “检查i o d ”是一个正规i o d ，它包含了“检查日期”、“检查时问”等属性，这 些属性是一个实际的医学检查所固有的。但是，象“病人姓名”这样的属性就不 属于检查i o d 。这是因为病人姓名是病人的内在属性，而不是检查的固有属性。 正规i o d 进行通讯时，其环境参数并未真正进行交换，而是通过指向这个 正规i o d 实例的指针来实现： 复合( c o m p o s i t e ) i o d 是对d i c o m 模型中多个实体的部分的信息对 象定义。它可以包括相关多个实体的内在属性。例如，“c t 图像i o d ”是一个复 合i o d ，它包含了图像的固有属性( 如图像的摄取日期) 以及非固有属性( 如病 人姓名) 。 复合i o d 中包含的相关的多个实体，实际上为复合i o d 的信息交换提供了 一个完整的环境定义。当复合i o d 的一个实例通讯时，这些完整的环境参数在 两个应用实体间交换。 c 。1 0 d 具有树形结构 i o d 自身具有树型结构：每个i o d 由多个信息实体( i n f o r m a t i o ne n t i t y i e ) 组成，每个信息实体由一至多个模块( m o d u l e ) 组成，每个模块又包含大量的 相关属性( a t t r i b u t e s ) 。i o d 的属性在编码时，用数据元素( d a t ae l e m e n t ) 表示。 如果多个模块包含同一属性，此属性在编码时只编入一次。 d i c o m 将i o d 描述成这种树形结构是为了达到模块复用的目的。同一个模 块可以被多个复合i o d 所复用，这样就使得i o d 的定义更加简明和清晰。 d 一个复合i o d 的实例 下表是“c t 图像i o d ”所包含的信息实体和模块实例。 第1 3 页 d i c o m 接口的设计与实现 第二章d i c o m 协议标准解析 病人信息( p a t i e n t )病人信息( p a t i e n t )必需 一般检查( g e n e r a ls t u d y )必需 检查( s t u d y ) 病人检查( p a t i e n ts t u d y )可选 序列( s e r i e s )一般序列( g e n e r a ls e r i e s )必需 参考框架( f r a m eo f r e f e r e n c e )参考框架( f r a m eo fr e f e r e n c e )必需 仪器( e q u i p m e n t ) 一般仪器( g e n e r a le q u i p m e n t ) 必需 一般图像( g e n e r a li m a g e )必需 图像平面( i m a g ep l a n e ) 必需 图像像素( i m a g ep i x e l ) 必需 对比，突显( c o n t r a s t b o l u s )若使用突 显曲剂则 图像( i m a g e ) 为必需 c t 图像( c t i m a g e ) 必需 覆盖平面( o v e r l a yp l a n e ) 可选 v o l 查询表( v o il u