（通信与信息系统专业论文）基于DICOM标准的miniPACS的设计与实现技术研究.pdf

摘要 医学影像存档与通讯系统( p a c s ) 是医疗信息化的重要部分。而遵循d i c o m 3 0 标准通信的构架，是系统的信息是否具有与其他，。商设备或者系统进行交互的 关键。在研究放射科的工作流程的基础上，完全遵循d i c o m 3 ，0 标准，我们与医 院合作丌发了一套具有实用价值的放射科p a c s 系统。 d i c o m 标准中涵盖了医学数字图像的采集、归梢、通信、显示及查咖等几 乎所有方面。作为一个丌放互联的协议，d i c o m 定义了一套包含各种类型的医 学图像及其相关的分析、报告等现实世界抽象的信息对象类：定义了用于信息传 递、交换的服务类与命令集。d i c o m 标准的推出与实现，大大简化了医学影像 信息交换的实现。在构建及引进p a c s 系统的过程巾，要求执行d i c o m 标准遵 从，已成为业界的共识。 本文介绍了在基本遵从d i c o m 标准的基础上，应用而向对象的软件工程的 理论与方法设计与实现m i n i p a c s 系统一m e d e y e 的过程。拙述中应用了统一 建模语言( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，u m l ) 介绍系统的分析、设计与实现，爿：且 尽可能利用了各利，可复用的面向对象的基础设计模式( d e s i g n p a t t e r n s ) 。在介 绍设计与实现的过程中，重点介绍了m e d e y e 的医生工作站子系统和通信子系统 的静态结构和对象交互。 关键字：p a c s d i c o m 医生工作i l u m i 。 a b s t r a c t y u m i n g z h a n g ( c o m m u n i c a t i o n i n f o r m a t i o ns y s t e m l d i r e c t e db yp r o f j i w u z h a n g 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 n s y s t e m s ( p a c s ) i s t h ei m p o r t a n ts t e po f e - h o s p i t a l m e a n w h i l e ，t oe x c h a n g e i n f o r m a t i o nb e t w e e np a c so rm o d a l i t i e sf r o m d i f f e r e n tv e n d e r s ，p a c ss h o u l ds u p p o r td i c o m 3 0 ，w h i c hi sas t a n d a r db ya c ra n d n e m a d i c o ms t a n d a r di n v o l v ee v e na l lt h ea s p e c to f d i g i t a lh e a l t hi m a g e s ，s u c h a s a c q u i r i n gi m a g e ，a c h i e v i n g ，c o m m u n i c a t i o n ，d i s p l a ya n dq u e r ye t c a sao p e n i n gj o i n t p r o t o c o l ，d i c o m s t a n d a r ds p e c i f i e san u m b e ro fi n f o r m a t i o no b j e c tc l a s s e sw h i c h p r o v i d ea na b s t r a c td e f i n i t i o no f r e a l w o r l de n t i t i e sa p p l i c a b l et oc o n m m n i c a t i o no f d i g i t a lh e a l t hi m a g e sa n dr e l a t e di n f o r m a t i o n ，s u c h a sa n a l y s i sa n d r e p o r t ，a n dd e f i n e s t h ep r o t o c o lo fi n t e r a c t i o no f i n f o r m a t i o n ，e x c h a n g i n g o f m e s s a g e si n c l u d i n gs e r v i c e c l a s s e sa n d m e s s a g e c o m m a n ds e te t ct h e a p p e a r a n c eo f d i c o m p r o m o t e sh e a l t h i m a g ei n f o r m a t i o ne x c h a n g i n gi nv a r i o u si m a g i n gd e v i c e s a n ds y s t e m s i nt h ep r o c e s s o fb u i l d i n ga n dp u r c h a s i n gp a c s ，i ti sa sw e l lk n o w nt h a tt h es y s t e mo rd e v i c e c o n f o r m i n g t od i c o mi sam u s t t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e st h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to fam i n i - p a c s m e d e y e b a s e do nd i c o m3 0 ia p p l yt h eo b j e c t - o r i e n t e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n gt h e o r ya n d m e t h o dt od e s i g na n d i m p l e m e n t u n i f ym o d e l i n gl a n g u a g e ( u m l ) i s u s e dt od e s c r i b e a n a l y s e sa n ds p e c i f i c a t i o n a n dw e u t i l i z ek i n d so f e l e m e n t so f r e u s a b l e o b j e c t - o r i e n t e ds o n w a r e d e s i g n p a t t e r n s a sa n e m p h a s i s ，t h ep h y s i c i a n w o r k s t a t i o ns u b s y s t e m a n dc o m m u n i c a t i o n s y s t e ma r ei n t r o d u c e d ，i n v o l v i n g t h e s t a t i cs t r u c t u r e t h eo b j e c ti n t e r a c t i o na n ds oo n k e yw o r d s ：p a c s d i c o m p h y s i c i a nw o r k s t a t i o n u m l 科研道德声明 6 8 3 1 5 2 秉承研究所严谨的学风与优良的科! 学道德，本人声明所呈交的论文是我个人 在导师指导下进x - ，f ，_ 7 坪究i f i - - 及取得的研究成果。论文中所引用的内容都已给予 了明确的注释和致谢。与我一同 ：作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作厂明确的说明并表示了致谢。 巾请学位论文与资料若有不实之处 论文作者签名：辫 本人承担一切相关责任。 日期 知识产权声明 卅9 9 7 ，廖。 本人完全了解中科院西安光学精密机械研究所有关保护知识产权的规定， 即：研究生在所攻读学位期问论文工作的知识产权单位系中科院西安光学精密机 械研究所。本人保证离所后，发表基于研究生工作的论文或使用本论文工作成果 时必须征得产权单位的同意，同意后发表的学术论文署名单位仍然为中科院西安 光学精密机械研究所。产权单位有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和 借阅；产权单位可以公布论文的全部或部分内容，；玎以采用影印、缩印或其它复 一 制手段保存论文。 ， 保密的论文在解密后应遵守此规定 论文作者签名 日期 磁 2 巡：堡 导师签名 口期： 第一章p a c s 概述 1 1 、p a c s 简介 p a c s ( p i c t u r e a r c h i v i n g a n d c o m m u n i c a t i o ns y s t e m s ) 全称为医学影像存档与 通讯系统。是近年来随着数字成像技术、计算机技术和网络技术的进步而迅速发 展起来的、旨在全面解决医学图像的获取、显示、存贮、传送和管理的综合系统。 医学图像渗断在现代医疗活动中占有相当大的比重。借助可视化技术的不断 发展，现代医学已越来越离不丌医学图像的信息，在临床渗断、医学科研等方面 f 发挥着极其重要的作用。医学图像信息是多样化的，如b 超扫描图像、彩色多 普勒图像、核磁共振( m r i ) 图像、c t 图像、x 线透视图像，各种电子内窥图像、 显微镜下病理切片图像等。随着医学诊断可视化技术的深入发展，人们正在不断 努力，寻求更清晰、更有珍断价值的高质量医学图像。 随着电子计算机技术，特别是多媒体技术的飞速发展，使医学图像的存储和 传送成为可能。大容量的硬盘、图像信息的压缩技术、可读写光鼎的应用，使医 学图像可以实现大量存储。d i c o m 3 0 标准的制定使医学图像及各科暾字信息在 计算机间的传送有了一个统一的标准，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。p a c s 是实现医学图像信息管理的重 要条件，它把医学图像从采集、显示、存储、交换和输出进行数字化处理，其发 展趋势最后实现图像的存储和传送，在节省存储空间、胶片、显影剂和套药的同 时，实现高效化的管理。 此外，通过对医学图像和信息进行计算机智能化处理后，可使图像珍断放弃 传统的肉眼观察和主观判断。借助计算机技术，可以对图像的像素点进行分析、 计算、处理，得出相关的完整数据，为医学诊断提供更客观的信息，最新的计算 机技术不但可以提供形态图像，还可以提供功能图像，使医学图像诊断技术走向 更深层次。 p a c s 所管理的医学图像也是医院产生的信息，医院在使用p a c s 管理图像 的同时，也需要h i s 系统管理其他信息，所以p a c s 应当具有与h i s 的互操作性 或集成。远程医疗( t e l e m e d i c i n e ) 是起源于5 0 年代的新型医疗服务，在为农村地 基于d i c o m 标准的m i n i p a c s 的设计与实现技术研究 区提供高质量的医疗服务方面有其独特的优势，9 0 年代以来在国内兴起的远程医 疗会诊也是远程医疗的一种典型应用。当前国内的远程医疗一般使用视频会议系 统进行双方的通信，而病人的信息和诊断图像通过视频的方式传递。如果有p a c s 和h i s 的支持，则远程医疗的水平可以大大提高，这也是目前国内外远程医疗的 发展方向和热点。 1 2 、p a c s 的历史及现状 p a c s 的概念提出于8 0 年代初。建立p a c s 的想法主要是由两个主要因素引 起的：一是数字化影像设备，如c t 设备等的产生使得医学影像能够直接从检查 设备中获取：另一个是计算机技术的发展，使得大容量数字信息的存储、通讯和 显示都能够实现。在8 0 年代初期，欧洲、美国等发达因家基于大型计算机的医院 管理信息系统已经基本完成了研究阶段而转向实施，研究工作在8 0 年代中就逐步 转向为医疗服务的系统，如临床信息系统，p a c s 等方面。在欧洲、日本和美国 等相继建立起研究p a c s 的实验室和实验系统。随着技术的发展，到9 0 年代初期 已经陆续建立起一些实用的p a c s 。 在8 0 年代中后期所研究的医学影像系统主要采用的是专用设备，整个系统 的价格非常昂贵。到9 0 年代中期，计算机图形工作站的产生和网络通讯技术的发 展，使得p a c s 的整体价格有所下降。进入9 0 年代后期，微机性能的迅速提高， 网络的高速发展，使得p a c s 可以建立在一个能被较多医院接受的水平上。 早期的数字化医学影像设备所产生的数字图像格式都是由各个设备生产一 商自己确定的专有格式，别人无法利用。这个问题极大地影响了p a c s 的发展， 这引起广大致力于医学影像研究的学者、厂商和学术及行业团体的重视。1 9 8 2 年 美国放射学会( a c r ) 和电器制造协会( n e m a ) 联合组织了一个研究组，1 9 8 5 年 制定出了一套数字化医学影像的格式标准，即a c r n e m a1 o 标准，随后在1 9 8 8 年完成了a c r n e m a 2 , 0 。随着网络技术的发展，人们认识到仅有图像格式标准 还不够，通讯标准在p a c s 中也起着非常重要的作用。随即在1 9 9 3 年由a c r 和 n e m a 在a c r n e m a 2 0 标准的基础上，增加了通讯方面的规范，同时按照影像 学检查信息流特点的e r 模型重新修改了图像格式中部分信息的定义，制定了 第一章p a c s 系统概述 d i c o m3 , 0 标准。这个标准已经被世界上主要的医学影像设备生产厂商接受，因 此已经成为事实上的工业标准。目前，一些主要的医疗仪器公司，如g e 、p h i l i p s 、 s i e m e n s 、k o d a k 等所生产的大型影像检查设备都配有支持d i c o m 标准的 通讯模块或工作站，也有许多专门制造影像系统的公司生产支持d i c o m 标准的 影像处理、显示、存储系统。近年来，在每年的北美放射学大会上还专门提供 d i c o m 环境，组织各个，商进行影像设备的互联。随着应用的不断发展， d i c o m 标准也在不断的更新，它所支持的医学影像种类也不断地增加，已经从 原来a c r n e m a 标准只支持放射影像扩展到支持内窥镜、病理等其他影像。也 有学者在研究处理医学图形、声音等信息，同时也有人研究d i c o m 与其他医学 信息传输标准的沟通，如h l 7 等。人们已经认识到医学影像系统应该是医院信 息系统中的一个重要组成部分，p a c s 应该与其他系统相互沟通信息，形成个 医院信息的整体。 1 3 、p a c s 的优势和所带来的价值 p a c s 是医院走向信息化的重要一步，相对与传统的胶片及其存档系统，p a c s 有着其显著的优势，正如当今日新月异的信息技术革命改变我们的生活一样。谈 到p a c s 的优势，我们先来看一下传统的医学影像保存和处理的模式以及存在的 问题。 传统的医学影像都是基于胶片硬拷贝：模拟的扶度值来传递和存储影像的 信息。这种基于模拟硬拷贝的信息存储与传递模式本身的局限性，给医学影像的 传输、存储、归档、加密等信息的加工带来了诸多的限制。茸先，保存胶片需要 很大的存放空间。为了提高胶片的利用价值，影像科不得不建立片库来贮存数量 庞大的胶片，这就是所谓的”归档”或”存档”，即对胶片的管理。管理难度与数量 同步增长，耗费大量财力、物力、空间。而且，原始医学影像是重要的诊断以及 事实认定的资料，需要长期无损的保存，由于胶片自身的特点，使得胶片很难具 备这种长期保存的化学特性。胶片的丢失、片损和变质所引起的信息丢失也是一 个难以解决的问题，即使一个管理制度十分完善的医院，由于借出、会诊等，胶 片的丢失也不可避免。这给医学影像的再次利用和科研工作带来极大的不便。其 基于d i c o m 标准的m i n i p a c s 的设计与实现技术研究 次，常规x 线摄影沿用胶片一增感屏系统，成像后由胶片记录，需暗室冲洗，在 显影、定影、冲洗、烘干、归档等环节上要耗费大量的人力和财力。胶片库手工 管理效率低，资料的查询速度慢，图像的传递需要大量时间，效率低，不能满足 临床需要，如遇急诊问题就更严重。且容易把胶片归错档，使得资料的查找和利 用效率更低，更3 i $ f j 于对影像信息进行统计和总结。图像信息传递和存储的效率 以及可靠性都不高。传统x 线胶片除了不便于储存和传输，更谈不上实时、快速 异地会诊，不便实现多人共享。即使同一份胶片作不同的拷贝，也不可能做到将 所有的对与珍断有用的信息都保存下来。诊断在时问和空问上都受到很大的限制， 这也使得有限的优良的珍断资源( 包括医学影像设备以及经验丰富的专家) 很难得 到充分的利用。最后，传统胶片式的医学影像非常不利于图像的后处理。把c t 、 m r i 等图像硬拷贝到胶片上，保留的只是操作医师认为有用的信息，图像无法后 处理，固定的窗宽、窗位已经丢失了大部分原始信息，而且无法利用图像后处理 的办法对图像进行增强和各种变换、标注等。 这些传统的医学影像保存和处理的模式存在着很多自身难以克服的问题，f 是现代的数字化医学影像发展的动力。p a c s 也正是针对这些问题所给出的更好 的解决方案。首先，p a c s 节约了胶片开支及其管理费用，从而进入无胶片时代。 它可方便、快捷地在临床、急诊科室随时调阅胶片图像进行诊断，提高了工作、 效率，避免了胶片传递繁琐的过程。开展复合影像渗断、丌展多学科会渗，克服 n , j 刚和地域上的限制，使医护人员能为各类患者提供及时的珍断、治疗和护理。 便于图像传递和交流，实现数据共享，发挥教学医院的教学和支持作用，从而在 整体上提高医院的诊断质量、效率和教学、科研水平。p a c s 还可以给数字化的 医学图像进行丰富的后处理，从而大大提高了诊断的效率和u t 靠性。在医疗服务 的社会需求不断增长的今天，上述优越性最终将有利于优化医院工作流程、提高 医疗质量，从而为医院和患者带来显著的经济效益和社会效益。由于以上的优点， 伴随着数字化而来的p a c s 系统将给目前的医疗模式带来根本性的变革。 1 4 、p a c s 系统结构、功能介绍 p a c s 主要有以下几项功能：联接功能、图像的调用与后处理功能、影像存 第一章p a c s 系统概述 储与管理功能。首先是联接各种不同性质的数字影像设备，实现信息共享；然后 是利用数字化的优势和特点观察与处理图像：最后就是数字化海量存储提高存储 效率降低成本。 一般按规模和应用功能将p a c s 分为三类： 1 全规模p a c s ( f u l l s e r v i c ep a c s ) ：涵盖全放射科或医学影像学科范h 习， 包括所有医学成像设备、有独立的影像存储及管理亚系统、足够量的软拷贝显示 和硬拷贝输出设备，以及l 临床影像浏览、会诊系统和远程放射学服务。采用模块 化结构、开放性架构与医院信息系统放射信息系统( h i s r i s l 整合良好。 2 数字化p a c s ( d i g i l a lp a c s ) ：包括常规x 一线影像以外的所有数字影像设 备( 如c t 、m r i 、d s a 等) ，常规x 线影像可经胶片数字化仪进入p a c s 。具备 独立的影像存储及管理亚系统和必要的软、硬拷贝输出设备。 3 小型p a c s ( m i n i p a c s ) ：局限于单一医学影像部门或影像亚专业单元范 围内在医学影像学科内部分地实现影像的数字化传输、存储和软拷贝显示功能。 对于一个典型的p a c s 系统( 这里以全规模p a c s 为例) ，我们可以将系统分为 八大部分：影像实时采集获取工作站、影像观察诊断工作站、影像归档存储服 务器、影像打印服务器、会诊中心、远程医疗子系统、与h i s 互连的网关和系统 管理和监控子系统。图1 1 是系统的一个网络结构图： 垦国一画 p a c s 系境肾璀o l c om fr 印服并器 w 诵 燮“m ”8 圜 圉 悬罾一乜! ! ! ! ! 爿 粤一e ， 川i # 进于妾的刚美 非如拥j il i ) i d 挫籀 幽1 1p a c s 网络结构幽 i n t e r n e t ( 远程医疗： 基于d i c o m 标准的m i n i p a c s 的设计与实现技术研究 下面对各个子系统做一个简要的介绍。 1 影像实时采集获取工作站 该系统把各种医疗设备中的图像信息采集到计算机中。对于符合d i c o m 3 0 的标准接口，可以直接扶数字接口采集图像数据。对较早使用的数字化设备，由 于无标准的d i c o m 接口，我们必须接一个d i c o m 重建器( 也叫d i c o m 网关) 将采集到的图像( 视频博 换成遵循d i c o m 标准的格式。 2 影像观察诊断工作站 这个子系统是对计算机采集到的图像，根据需要进行分析和处理。其中包括 各种基本的处理和各种图像测量标注，以及各种增强和改善图像的后处理。 3 影像归档存储服务器 这是系统的重要组成部分。这一子系统是对计算机采集到的医疗图像建立数 据库存储管理，这样无论是放射科还是临床火夫都可以通过网络随时对病人的畛 断信息和图像进行调用，为各级医务人员提供较好的诊断、科研工作学习条件。 医学影像的数据量通常很大，一般根据数据访问的频次分为以下三种存储层次。 在线( o n l i n e ) 存储：用于存储随时使用的图像，如住院病人的图像和用作 诊断参考的图像。该类设备常用硬盘阵列和光盘塔来实现，通常存储能力为几 | g b 到几百g b 。要求能容纳医院在3 0 天左右产生的图像。 近线州e a r 1 i n e ) 存储：用于存储不常用的图像。通常指的是磁带库之类容量 很大速度相对较慢的设备。容量常为几t b 以上。 离线( o f f - l i n e ) 存储：用于存储要永久保存的资料，如存放于光盘，磁带等。 这一类型的存储资料通常要通过人工操作j 能进入p a c s 系统，如将光盘装入计 算机。其存储容量理沦上讲是无限l ：的。 4 影像打印服务器 该系统把各种医疗设备中的图像信息采集到计算机中。对于符合d i c o m 3 0 的标准接口，可以直接从数字接口采集图像数据。对较旱使用的数字化设备，由 于无标准的d i c o m 接口，我们必须接一个d i c o m 重建器( 也叫d i c o m 网关) 将采集到的图像( 视频) 转换成遵循d i c o m 标准的格式。 5 会诊中心 6 第一章p a c s 系统概述 这个子系统本系统由高亮、高清晰度集合显示设备、投影仪和特种扫描设备 组成。其主要的功能在将各种检查的数据和图像根据诊断的需求进行有机的组合 以帮助医生进行对比分析。突破了以往p a c s 由于显示能力不足，不能充分显示 诊断图像和数据的瓶颈。从而有效的提高了p a c s 系统在诊断方面的使用效果。 6 远程医疗子系统 本系统以医院局域网和外部的i n t e r n e t 网为通信介质，实现医院之间的原始 图像数据和病人其他信息的传递，能够为病人方便地提供远程会诊服务，使远在 异地的病人可享受到高水平专家的诊断。 7 与h i s 互连的网关 咳予系统是实现与i l l s 系统进行信息交换的接口，其实质是显现两种系统所 遵循的标准之问的接口d i c o m 与h e 7 之间进行数据交换的接口，从而实现 信息和资源在更大的范围内流通和共享。 8 系统管理和监控子系统 本系统为整个p a c s 系统提供网络管理和监控的功能，同时也统计一些相关 的宏观信息为医院的管理者提供决策的依据。 1 5 、p a c s 当前国内国际的发展状况以及发展的趋势 对于放射影像诊断来讲，以医学影像存档与通讯系统( p a c s ) 的软拷贝取代沿 袭百年的胶片硬拷贝无疑是一次巨大的变革。实现这种变革并非一帆风顺，更不 会一蹴而就。在美国和f 本的早期p a c s 系统中不乏备受放射医生冷落而弃之不 用的事例。随着网络、计算机和相关影像医学设备的发展，图像数字化是大势所 趋。p a c s 的应用也日益得到重视。目前囤内外均有许多成功的案例。 在国外，特别是发达国家，大型的p a c s 系统应用越来越广泛。如美国海军 的医疗系统( d i n p a c s ) 。它山g e - a p p l i c a r e 和i b m 提供，网络类型多元化，采 用w a n 、l a n 、卫星系统、无线系统和i n t e r n e t 连接。达到无胶片化、远程会诊 和全面的医疗影像信息资源共享。其第一期的实施金额达n $ 2 5 0 ，0 0 0 ，0 0 0 。韩国的 三星医院，采用g e 的p a t h s p e e dp a c s 系统整个医院实现了网络化，无胶片化， 整体效率得到了相当大的提高。在p a c s 系统的研究和应用上，美国、同本、韩 基于d | c o m 标准的m i n i - p a c s 的设计与实现技术研究 国已经走在了世界的前列。 近几年来，数字化医院的建设正在国际范围内加速进行。一些国家将建设数 字化医院作为国家形象来抓，竞相创造数字化医院的各种“世界第一”记录。数 百年来作为医院基本构成的病案室在这种医院中将不再存在；医护人员和管理人 员将不再需要填写各种表格。从正在建设的数字化医院来看，它们都具有无纸、 无胶片和无线网络的“三无”特征。有关专家预测，今后5 年将是数字化医院的 k 足发展时期。 第二章：d i c o m 初探 设计基于d i c o m 的p a c s 系统，其前提就是要对d i c o m 标准和通信协议 有充分的理解。在这里，先讨论一下d i c o m 。 2 1 、d i c o m 的概念、历史以及现状 d i c o m 是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 的英文缩写，即医 学数字成像和通信标准。在d i c o m 标准中详细定义了影像及其相关信息的组成 格式和交换方法，利用这个标准，人们可以在影像设备上建立一个接【_ l 来完成影 像数据的输入输出工作。 在医学影像信息学的发展和p a c s 的研究过程中，由于医疗陂备生产厂商的 不同，造成与各种设备有关的医学图像存储格式、传输方式千差月别，使得医学 影像及其相关信息在不同系统、不同应用之问的交换受到严重阻碍。为此，美国 放射学会( a c r ) 和全美电子厂商联合会( n e m a ) 认识到急需建立种标准，以规范 医学影像及其相关信息的交换，d i c o m 标准就是在这样的背景下产生的。 a c r 和n e m a 联合组成委员会，在参考了其他相关国际标准( c n e t 2 5 1 、 j i r a 、i e e e 、h l 7 、a n s i 等1 的基础上，联合推出了医学数字图像存储与通信 标准，即d i c o m 标准。它从最初的1 0 版本( a c r - n e m a s t a n d a r d s p u b l i c a t i o n s n o3 0 0 i9 8 5 ) 蛩j19 8 8 年推出的2 0 版本( a c r n e m as t a n d a r d sp u b l i c a t i o n s n o 3 0 0 1 9 8 8 ) 。由于认识到标准对网络支持的不足和标准本身存在的结构性问题， a c r n e m a 结合当时的技术条件和方法对标准作了彻底的重新制定，在1 9 9 3 年 正式公布了新的版本，命名为d i c o m 3 ，0 。与原版本相比，3 0 版本采用了面向对 象的分析方法，定义了医学图像在存储和通信过程中的各种实体和关系，提供了 对i s o - o s i ( i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r do r g a n i z a t i o n o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n ) 和 t c p 1 p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 的支持，使得在医学图像 应用层上可以与其它通信协议栈直接通信而不需要重新编写程序。考虑到技术的 发展，标准采用了多部分的文档结构，对可能变化或扩充的部分以附录的形式提 供，这样标准在更新时涉及面可以尽量小。到1 9 9 3 年发布的d i c o m 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。到目前为止，d i c o m 在2 0 0 3 菇于d i c o m 标准的m i n i p a c s 的设计与实现技术研究 年做过一次修改，将协议中一些过时的部分进行的删改，并增加了一些新的内容。 d i c o m 标准以计算机网络的工业化标准为基础，帮助更有效地在医学影像 设备之间传输交换数字影像，这些设备不仅包括c t 、m r 、核医学和超声检查， 而且还包括c r 、胶片数字化系统、视频采集系统和h i s r i s 信息管理系统等。 d i c o m 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：以开放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、报告等信息的对象壤；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i l 向应；详述了唯一标识各类信息 对象的技术：提供了应用于网络环境( o s i 或t c p i p ) 的服务支持；结构化地定 义了制造厂商的兼容性声明f c o n f o r m a n c es t a t e m e n t l 。 f 1 前，世界医学影像设备的主要供应商都宣布支持d i c o m 标准。无论在提 高医疗诊断水平方面，还是在提高与医学影像及其信息有关的经济效益方面， d i c o m 标准的出现为医疗机构带来全新的机会。 d i c o m 标准的推出与实现，人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、图像管理与通信系统( p a c s ) 的研究与发展，并且由于d i c o m 的丌放性与互联性，使得与其它医学应用系统( h i s 、r i s 等) 的集成成为可能。 在构建及引进p a c s 、r i s 系统，规划和建设医学影像学信息化环境的过程中，要 求执行d i c o m 标准遵从，已成为业界的共识。 毫无疑问，d i c o m 是医学图像信息系统领域中的核心，它主要涉及到信息 系统中最主要也是最困难的医学图像的存储和通信，可直接应用在放射学信息系 统( r i s ) 年1 1 图像存档与通信系统( e a c s ) 中。d i c o m 也是研究和丌发具有网络连接 功能实现信息资源共享的新型医疗仪器的技术基础。医疗仪器在朝着自动化、 智能化发展的同时，也在向着具有通信能力的遥控遥测和信息远程获取的网络功 能发展，医疗仪器既是医疗信息系统中的信息源，又是系统中的信息使用者，是 信息系统中的一个主要环节，网络化的医疗仪器对医学信息系统的重要性是不言 而喻的。 o 第二蕈：d 1 c o m 概述 2 2 、d i g o m 标准的组成部分 d i c o m 标准具有良好的可扩充性。它由多个部分组成，可以单独对某部分 进行扩充；在各部分中，又将易于增加和修改的内容放到附录中，方便更新。目 前d i c o m 标准( 指d 1 c o m 3 0 ) 由十六个部分组成 p s3 1 介绍与概览 p s3 2 遵循声明； p s3 _ 3 信息对象定义； p s3 4 服务类细则： p s35 数据结构与编码； p s3 6 数据字典： p s3 7 消息交换； p s3 8 对信息交换的网络通讯支持； p s3 9 对信息交换的点对点通讯支持已经废弃； p s31 0 介质交换的介质存储要求及文件格式规范： p s3 11 介质存储应用程序规格； p s3 1 2 介质交换的介质格式及物理介质要求： p s3 1 3 打印管理及点对点通讯支持已经废弃； p s3 1 4 狄度图像显示功能标准； p s3 1 5 安全策略： p s31 6 内容映射资源。 介绍与概览，简要介绍了d i c o m 的概念及其组成。遵循声明，精确地定 义了声明d i c o m 要求制造商精确地描述其产品的d 1 c o m 兼容性，即构造一个 该产品的d i c o m 一致性声明，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。信息对象定义，利 用面向对象的方法定义了d i c o m 的信息模型，有两类信息对象类：普通性、复 合型。服务类细则，详细说明了d i c o m 实现功能的服务模型以及1 4 种服务类别。 数据结构与编码，描述了怎样对信息对象类和服务类进行构造和编码。数据字典， 描述了所有信息对象是由数据元素组成的，数据元素是对属性值的编码。消息交 基于d c o m 标准的m i a i p a c s 的改计与实现技术研究 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。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d i c o m 应用进行消 息交换的必要的上层协议。第- t - n 第十一：章介绍了媒体存储的格式和规范。第十 四章介绍了灰度图像的显示功能，提供了一些样例的方法，说明如何调整灰废图 像与显示系统。安全策略，介绍了在消息传送和媒体存储时所遵循的加密、解密、 认证等策略。内容映射资源主要介绍了标准中的模* 皈( t e m p l a t e s ) 和上下文集合 ( c o n t e x tg r o u p s ) ，其中还重点介绍了结构化报道( s t r u c t u r e dr e p o r t i n g ) 。 d i c o m 中还定义一些重要的概念，这罩简单浣明一f 。 应用实i f $ ( a p p l i c a t i o ne n t i t y , a e ) ：指一个具体的d i c o m 应用程序。它是 实现服务的主体。 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 ，i o d ) ：它是信息实体的抽象， 和向向对象中的对象的概念是一致的，包括了信息的抽象和封装。d i c o m 在医 疗图像领域抽象定义的一组信息对象，包括简单信息对象定义和复合信息对象定 义。例如，定义出p a t i e n t ，s t u d y ，s e r i e s ，i m a g e 凹个层次的i o d 来组织和存储 影像这个结构在后续还有详细的说明。 服务类( s e r v i c ec l a s s ) ：某对象为其它列象或程序提供的功能。当要求使 用此功能时称申请服务，申请服务的对象称服务用户，而能完成该功能的对象是 服务的提供者。 服务对象对( s e r v i c eo b j e c tp a i cs o p ) ：对象及其对之进行的一系列服务， d i c o m 信息传递的基本功能单位。d i c o m 的信息对象( i o d ) r 是服务对象，那 么对这个对象能完成什么桐关服务则需要进 步定义。如影像对象( c t 、m r 等) o t l k 基于这些i o d 的服务( s t o r a g e 、v e r i f i c a t i o n 、q u e r y r e t r i e v e 等) 就构成了一 个服务对象对。每种s o p 类都有一个唯南i i j t - ( u n i q u ei d e n t i f i e r , u i d ) ，每个s o p 类的实例也有一个唯一标识。 s c u s c p ( s e r v i c e c l a s su s e r p r o v i d e r ) ：s c p 是负责提供对丁- 各种d i c o m 服务的一端，扮演s e r v e r 角色：而s c u 则是使用这些服务的一端，即c l i e n t 一 疗。 第二章：d 1 c o m 概述 2 3 、d ic o m 信息模型、数据结构和文件格式 2 3 1d i c o m 的信息模型 在d i c o m 标准的第三章中，明确而详细的提出了d i c o m 的信息模型。这 个模型应用了面向对象分析方法，提出了医疗图像相关的实体- 关系( e n t i t y r e l a t i o n s h i p ，e - r ) 模型。不仅将客观的对象抽象出来，而且描述了各种对象之间 各种关联的关系。 图2 - 1d i c o m 现实世界的模型( 摘d i c o mp s 3 3 ) 基于d i c o m 标准的m i n i p a c s 的设计与实现技术研究 d i c o m 标准中的信息对象定义( i o d ) 就是模型定义的实体，实体通过对象 的属性来描述。一个信息对象定义是信息实体的集合，而信息实体是信息有关成 分的组合。每个实体包含有关现实世界单个条目信息，如患者、图像等，称为属 性。一个属性描述了信息某一特征，如患者姓名等。相互关联的属性组合到信息 对象模块( m o d u l e ) 中。模块以数据集的形式出现，可以应用于不同的i o d 中。 这些模块具有属性的语义描述，可以组合到一起。 在d i c o m 中，一个i o d 可以由单个信息实体( 普通i o d ) 或多个信息实体绢 合( 称复合i o d ) 组成。实现管理功能( 通常是单一条目) 的服务类使用普通i o d ， 而那些处理图像数据流( 具有复杂信息结构) 的服务类使用复合i o d 。 d i c o m 定义了在医学环境中所需的大部分的信息对象，详细规定了这些对 象的组成格式、要求、相互之间的关系等等各方面的内容，如患者、c r 、c t 、 磁共振、核医学、超声等等，具体内容可参见标准的第三部分的附录。 在d i c o m 的信息模型上主要有四个层次，分别是患者( p a t i e n t ) 、研究( s t u d y ) 、 系y i j ( s e r i e s ) f n 图像( i m a g e ) 层次。这四个层次分别对应了相关类型的信息的生成阶 段和不同来源。在p a c s 中图像的归档和显示我们都要遵循这个结构层次。 患者层次 患者i o d 封装了该患者相关的人口学信息。显然一个患者可以有多次研究。 检查层次 检查层次是在信息模型中最重要的层次。一个研究是某个特定类型检查清求 的结果。在一个放射科中所有活动都围绕着研究的f 确处理。在研究层次上，保 持着标识信息，并可以包含有与该研究有关的医院管理信息系统中的信息引用。 序列层次 在研究层次f 收集了所有的图像序列。序列层次标识了生成图像的形态类 型、序列生成的同期、检查类型的细节和使用的设备。序列是来自某一设备类型 有关图像的集合。图像组合到序列中的方式取决于它们的临床用途。而图像在形 态上是如何获取的对分组并不重要。但是不同的属性将获取标识，并在显示图像 时表现出来。 图像层次 第二章：d i c o m 概述 信息模型的最低层次是图像层次，每个图像包含获耿和位置以及图像数据本 身a 这取决于方法的类型。图像层次包含有_ 幅( 单幅) 、两幅( 双屏) 或某些设备采 集的运动图像( 多帧图像) 。 2 3 2d i c o m 数据结构 在d i c o m 文件中最基本的单元是数据元素( d a t ae l e m e n t ) 。d i c o m 数据集 合就是由d i c o m 数据元素按照一定的顺序排列组成的。d i c o m 文件一般由一个 d i c o m 文件头和一个d i c o m 数据集合组成。下面介绍一下数掘元素和数掘集概 念。 1 ) 数据元素 d i c o m 数据元素的组成如图2 所示。它主要由四个部分组成：标签( t a g ) 、 v r ( v a l u er e p r e s e n t a t i o n ，值类型) 、数据氏度和数据域。 ( 1 ) 标签是一个4 字节的无符号整数。d i c o m 所有的数据元素都可以用标 签来唯一表示，各个标签对应什1 么数据元素可以奄阅d i c o m 标准p s3 6 部分一 数据字典。在d i c o m 中人为地将标签分为两个部分：组号( 高位2 字节) 和元素号 ( 低位2 字节) ，在数据字典中所有的元素都是用“( 组号，元素号) ”这种方式来表 示的。 ( 2 ) v r 指明了浚数据元素中的数据是哪种类型的。在d i c o m 文件一n 它是 个长度为2 的字符串，例如，如果一个数掘元素的v r 为“d a ”，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v r 为“f l ”则表示该 数据元素中存储的数据为浮点型数据。关于v r 的详细取值和说明可以参阅 d i c o m 标准p s3 5 部分第1 5 2 1 页的表6 2 1 。 (