（计算机应用技术专业论文）基于IPv6和XML的DICOM协议的研究与实现.pdf

西安建筑科技大学硕士论文 摘要 随着数字医学影像设备在临床辅助诊断的作用越来越突出，为了更好的管 理和利用它们的图像信息，以及和其他医院信息系统连接，医学影像设备的网 络化成为医学数字影像设备的必然趋势。如何有效地管理好、保存好、利用好 这些信息，如何有效的联网成为国内外相关医务工作者、影像设备生产商研究 的热门课题。 随着i p 业务的迅速增长，i p 网络上应用的不版增加，原有的i p 网络以不 能适应网络的发展。新网络协议也将替代现有协议。所有的应用软件和协议， 包括d i o c m ，都要迁移到新的协议上。因此本论文研究了新协议- - i p v 6 并开发 基于i p v 6 的d i o c m 。 数字医学影像设备的网络化必然涉及数据交换。而x m l 作为广泛应用的网 络数据交换格式，如果应用于d i c o m 协议，必将促进数字医学影像设备网络化 的发展。 本论文主要深入研究医学影像与通信协议( d i c o m 3 0 ) 标准协议；阐述了 i p v 6 的有关特性和以及相关的编程方法：探讨并研究了使用x m l 作为d i c o m 网络数据交换标准的技术。在此基础上，用面向对象的设计方法在v i s u a lc + + 环境下实现了基于i p v 4 和i p v 6 双协议的d i c o m 网络通信服务模块一u l p 。为 在i p v 6 和x m l 环境下，进一步研究和开发d i o c m 协议奠定了基础。并且对 本论文工作的前景及研究方向进行了展望。 关键字：d i c o mi p v 6x m ld i c o m 实现x m l 数据表示 西安建筑科技大学硕士论文 a b s t r a c t w i t ht h e i n c r e a s i n ga p p l i c a t i o n o fm e d i c a l i m a g i n ge q u i p m e n t i n c l i n i c a l d i a g n o s e ，f o rm a k i n gg o o du s eo fi m a g ei n f o r m a t i o nt h e yp r o d u c ea n dc o n n e c t i n g m e d i c a li m a g i n ge q u i p m e n tt oo t h e r h o s p i t a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，i ti sn e e dt om a k e m e d i c a l i m a g i n ge q u i p m e n ti n t e r c o n n e c t e d h o w t o m a n a g e ，s t o r e ，u s et h i s i n f o r m a t i o na n d n e t t i n g i s e m p h a s i s o fd o c t o r , p r o d u c e r so fm e d i c a l i m a g i n g e q u i p m e n ts t u d y i n g w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi ps e r v i c ea n da p p l i c a t i o n ，i pn e t w o r ku s i n gd o n t a d a p tw e l lt h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r k n e wp r o t o c o lw i l lr e p l a c et h eu s i n g p r o t o c o l a l lo fs o f t w a r ea n d p r o t o c o lo fa p p l i c a t i o nw i l lb eu s ei nn e wp r o t o c o l i p v 6 ，s ow e m u s t s t u d y t h i sp r o t o c o la n d d e v e l o pd t c o m s o f t w a r eo nt h i sp r o t o c 0 1 m e d i c a li m a g i n g e q u i p m e n tn e t t i n gh a sr e l a t i o nt od a t ae x c h a n g e x m l ，b eu s e d a sn e t w o r kd a t ae x c h a n g ef o r m a t ，m u s ta c c e l e r a t et h ed e v e l o p m e n to fn e t t i n go f m e d i c a li m a g i n ge q u i p m e n t t h e p a p e rm a i n l ys t u d i e sd 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 n3 0p r o t o c 0 1 t h e p a p e rd i s c u s sc h a r a c t e r i s t i co fi p v 6a n dp r o g r a m m i n gt e c h n i q u e t h ep a p e rs t u d i e s t h et e c h n o l o g ym a k i n gu s eo fx m lt o e x c h a n g i n gd i o c md a t a o nt h eb a s i so f t h e s e ，w eh a v ed e v e l o p e das o f t w a r em o d u l eu s i n gv i s u a lc + + w h i c hu s ei p v 4a n d i p v 6 t h ep a p e ri sb a s i so fd i o c mf o rt h en e x tr e s e a r c ho ni p v 6a n dx m l t h e p a p e rp r o s p e c t st h ed e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o nf o rt h er e s e a r c h 、 k e yw o r d ：d i o c m i p v 6x m l d i c o mi m p l e m e n tx m ld a t a e x c h a n g e 声明 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工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，也不包含本人或其他人在其它单位已 申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志 对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关 责任。 论文作者签名荔建才日期嘶狮 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论 文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文 被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 敝储始莉新躲撕。，蹶。 注：请将此页附在论文首页。 堕室塞苎型垫奎兰堡主笙壅一 第一章绪论 1 1医学影像设备网络化的必要性 随着技术的发展，第一代医学影像设备如c t 、m r 、x 线、d s a 、彩超等 为医生诊断提供了可靠的参考。但大部分医学影像设备是模拟设备，它们有两 个特点：一是所有的医学影像处理、传输、拷贝只能在原配的专用影像设备内 部进行，或只能在同一厂家的设备间传输，效率低、存储容量有限、与其它通 用数字设备不兼容等：二是所有影像资料的传递和保存都是以胶片或照相纸为 介质，占用空间。另外还有如下缺点【l 】： i 、借还费时。据统计，在住院的头3 4 天内要借还1 0 次左右，其余的住 院时间内平均借还4 次，出院的第一年内要借还3 次。这样不仅浪费了大量时 间、人力，而且多次借还容易造成混乱和丢失。 2 、一张胶片只能供一人借用，不能多人同时共享。通常由放射科医生负责 放射科的事物，他们总希望胶片集中在放射科；而临床医生希望把胶片分散在 病房或急诊室，特别是放在危重病房里。 3 、不能进行动态观察，即不能象影像设备显示器那样设置窗宽与窗位以提 高影像的分辨率。 4 、不易对同一成像设备在不同时间所形成的像作前后比较，也不易对同一 病人用不同装置所成的像作横向比较，以便了解疾病的发展过程和获得更多的 信息。 、 伴随着一些全新的数字化影像技术陆续应用于临床，如c t 、m r i 、数字 减影血管造影( d i g i t a ls u b t r a c t i o na n g i o g r a p h y ，d s a ) 、计算机放射摄影( c o m p m e d r a d i o g r a p h y ，c r ) 及数字放射摄影( d i g i t a lr a d i o g r a p h y ，d r ) 等数字影像设备成为 医院影像设备的主流，逐步取代传统的模拟影像设备。为使数字医学影像信息 有效地保存、传输、及更广泛的交流，因此有必要将影像科室的各种设备进行 联网，将医学影像设备与通用计算机上( 如临床诊断工作站、报告工作站等) 联网， 使它们能进行互操作。其优点在于能将同个患者在不同设备中产生的影像信 息进行对照分析，能综合各种影像设备的优越性，提高医生对患者诊断的精确 性：将医学影像信息利用网络技术传输到通用计算机后，影像信息存档时可用 存储容量大体积小的光盘，代替过去用于存储的胶片，为医院节约不少开支； 更可贵的是以数字信息的形式存储影像信息，不会造成影像信息随时问的流逝 而有所损失；而且在通用计算机上能对影像进行有效管理，方便医生、患者查 阅有关资料，有利于医生交流与学习；若在通用计算杌上设计相应医疗图像处 理软件，使医生对图像进行宽度、位置的调节，图像锐化等后处理操作，能方 第1 页 塑塞塞塾型垫盔堂堡主塑兰 便医生观察图像，有利于他们对患者的诊断：若在影像科室内建立局域网，或 通过网络服务器连接互联网，能方便医生随时访问影像资料；有利于医生在全 球范围内随时进行会诊与交流。上述优点的关键在于实现设备的网络化。 综上所述，医学影像设备的网络化成为医院信息化的必然趋势。我们正是 以此为基础上开展各种研究来实现医学影像设备间联网及研发相应的软件来满 足厌生和患者的需要。 1 2 医学数字影像与通信的标准 为了方便各种医学影像设备互联以及与普通计算机间的互联，各医学影像 设备厂商提出了自己相应的数字接口，但它们都是各自为营，产生的图像数据 格式不一致，输出图像数据以及接口也没有标准化。为了使两家厂商的设备之 间进行联网，必须专门研究它们的数字接口，开发专门的接口软件，给影像设 备间的联网带来了很大的不便。 美国放射学会( t h ea m e r i c a nc o l l e g eo f r a d i o l o g y ，a c r ) 和美国国家电气制 造商协会( t h en 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 e i a t i o n ，n e m a ) 意识到有必 要建立一种用于转换不同生产厂商的设备问影像信息和传递相关信息的标准， 他们于1 9 8 3 年联手成立了数字图像和通信标准委员会，致力于制订数字医学成 像设备接口的有关标准问题。在a g f a 、d u p o n t 、k o d a k 、g e 、p h i l i p s 、p i c k e r 、 s i e m e n s 、s o n y 等公司的积极参与下，该联合委员会提出了一种标准；医学成像 与通信标准( 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 ) ，简称d i c o m 标 准。d i c o m 标准致力于更有效地在医疗信息系统间( 如p a c s 、h i s ，r i s ) 、医学 影像设备问( 如c t 、m r 、c r ) 传输、共享数字影像。d i c o m 标准的建立极太地 推动了不同厂商的医学数字影像信息的传输与交换，促进了影像存储与传输系 统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 ) 的发展和各种医院信息系 统h i s ( h o s p i t a li n f o r m a t i o ns y s t e m s ) 的结合，实现了异地、异构诊断资料库的共 享。 1 3 目前相关技术的国内外研究现状和发展 随着d 1 c o m 标准的不断完善，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。d i c o m 标准已成为北美、欧洲及日本等国在医学信息影像系统 中的标准。在国外，特别是北美和欧洲地区以d 工c o m 为核心的网络医学发展日 趋完善，建立了规范的、各种类型的、各种规模的医用网络系统。如美国海军 的医疗系统( d i n - - p a t s ) 。她有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、 第2 页 要塞堡堡型垫查堂堡主望苎一 远程会诊和全面的医疗影像信息资源共享。韩国的三星医院，采用g e 的 p a t h s p e e dp a c s 系统使整个医院实现网络化、无胶片化，整体效率得到相当大的 提高。 而国内医院正逐步进行标准医学图像网络和设备的引进和建设，实际意义 上的临床应用还没有成为主流。虽然我国的医疗信息综合系统和p a c s 的建设 虽然刚刚起步，但发展很快。在系统的建设和实施中为了确保它们能够实现开 放互联并具备与国际接轨的能力，d i c o m 成为必须遵循的国际标准，因此对 d 1 c o m 标准的分析和研究必不可少，加强符合国际标准的医学图像传输和处理 的设备和网络的软硬件的研发是我国网络医学发展的必然方向【1 4 】。 目前，国内从事d i c o m 标准开发的公司很多，但有些没有自己的独立产权。 不少是利用互联网上的免费代码、控件，使用性能差，无法根据国内医院的实 际情况改进系统性能，也不能开发相关的大型高端产品。在部分高校和科研单 位如清华大学、浙江大学、西安交大、上海交大，讴安盈谷科技公司等单位也 开始了d i c o m 3 0 数字接口及相关系统的研究工作。但主要集中在简单实现或 集中性能优化等方面，例如参考文献【1 0 】、 1 l 】、 1 5 】、【2 3 】，而没有注意到新的 网络协议所带来的问题和机遇，新的网络数据交换技术的影响。 作为医学影像传输的载体，网络技术正在经历深刻的变化。随着i p 业务的 迅速增长，i p 网络上应用的不断增加，原有的i p 网越来越显得力不从心。i p 网 络正在向下一代网络i p n g 演进，其网络协议也应产生重大变化，正在标准化的 是i p v 6 协议。目前业界对于i p v 6 将取代i p v 4 这一点已经达成共识。许多厂商 都计划支持i p v 6 ，包括3 c o m 、a l c a t e l 、c i s c o 、e r i c s s o n 、h i t a e h i 、n e c 、n o k i a 等。他们已定出时间表或给出解决方案，甚至有厂家已推出支持硬件转发i p v 6 的路出器。中国信息产业发展迅速但i p 地址严重缺乏，所以应该把握住i p v 6 带来的机遇，大力开发i p v 6 技术、标准及基于i p v 6 的应用软硬件，在医学图像 传输和处理领域就是开发基于i p v 6 的相关设备和网络的软硬件。 d i c o m 是关于在各种设备间传递医学图像和信息，建立医学影像存档与通 讯系统( p a c s ，p i c t u r ea r c h i v i n g a n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 的工业标准，但是 它没有用到计算机图形图像学的最新技术，这就是可缩放的矢量图形( s c a l a b l e v e c t o rg r a p h i c s ，s v g ) 。s v g 是w 3 c 组织于2 0 0 0 年3 月公布，基于x m l 的 矢量图形格式，是一种可伸缩、可查询、平台无关、基于文本的图像格式f 图像 存储的不是象素点) 。x m l 作为信息描述和表示的公共平台，有着无可比拟的优 越性。x m l 作为一种可扩展性标记语言，其自描述性使其非常适用于不同应用 问的数据交换，将数据转换成x m l 文档结构可大大降低数据交换的复杂性，创 立各应用程序可以读懂的数据。如果医学图像是用基于x m l 语言的s v g 描述 的，d i c o m 数据传输也使用x m l 来描述，必将促进d i c o m 的发展。 第3 页 堕室塞苎型垫盔堂堡主堡苎 一 1 4 本论文的主要工作 虽然d i c o m 标准相关的开发已经很多，x m l 技术已经很成熟，i p v 6 协议 也已经步入实用阶段，但是基于x m l 和i p v 6 的d i c o m 标准开发还没有。因 此。本文从这三个方面结合入手，做了深入研究。其主要目的在于： 一开发协议无关( i p v 4 和i p v 6 无关) 的d i c o m 协议，使d i c o m 协议能在 i p v 6 网络上及向其过渡时期使用。为我国的医学图像与通信领域在i p v 6 网络上的发展奠定基础。 一将x m l 应用于d i c o m 协议的实现，作为数据交换的标准，促使广泛应 用的网络数据格式一x m l ，在d i c o m 中甚至在p a c s 系统中得到更广 泛的应用。 基于上述目的，本论文主要做了如下工作： 对d i c o m 标准进行详细研究。包括d i c o m 的发展历史、应用范围、制定 d i c o m 标准的目的和内容，以及标准的实现的研究。 对i p v 6 协议及其上的应用软件开发迸行研究和实践。 对基于x m l 的网络数据交换技术进行详细研究。 实现了以i p v 6 为通信协议的d i c o m 协议的网络接口模块。 开发了基于x m l 数据交换技术的d i c o m 数据表示。 实现了基于上述两种技术的协议无关( i p v 6 、i p v 4 ) 的d i c o m 协议的u l p 模 块 最后以d l l 库的形式提供基于x m l 数据交换功能，符台d i c o m 标准的基 于i p v 6 通信协议的通用网络接口模块，可以作为进步研究和d i c o m 更高 层次开发的基础。 第4 页 2 3 4 5 6 7 堕窒塞垫型垫查堂堕主堡壅 第二章医学影像与通信( d i c o m ) 研究 2 1d i c o m 标准 在二十世纪七十年代，大量的数字诊断成像设各的引入医学诊断中。因为 生产厂家不同，设备产生的图像格式也不同。为了在医学数字影像设备间及与 通用计算机间的数据传输，各医学影像设备厂商提出了自己相应的数字接口， 美国放射学会和国家电子生产商协会认为应建立不同生产商的设备之间传输图 像和相关信息的标准。 因此，美国放射学会( a c r ) 和国家电子生产商协会( n e m a ) 建立一个联合小 组，开发一个标准。要求这个标准必须满足以下条件 2 0 l ： 能够以与设备生产商无关的方式传输数据图像信息。 促进图像存储和通信系统的发展，它能和医院的其他系统连接。 允许诊断信息数据库的建立，地理分布的设备能够访问它。 美国放射学会和国家电子生产商协会1 9 8 5 年公布的n o 3 0 0 ，1 9 8 5 标准是1 0 扳本。这个标准有两个修订版：1 9 8 6 年十月的n o ，1 和1 9 8 8 年一月的n o 2 。美 国放射学会和国家电子生产商协会1 9 8 8 年公布的n o 3 0 0 1 9 8 8 标准是2 0 版本 【2 0 。 两个版本均指定了一个硬件接口( 包括物理层的电气规范、信号的电气特 性、插座插脚定义、插座机械尺寸和信号定时规范) 、一套软件命令的最小集合， 和成像设备与网络接口单元( n t u ) 间或两个成像设备间通信的统一的数据格式 集合。由于它们仅提供点到点的通讯模式，又缺乏网络层，只能通过网络接口 单；元( n e t w o r ki m e r f a c eu n i t ) 与网络联接，所以通信速率较慢，不能利用网络技 术的优势，因此，一些专家学者纷纷撰文提出修改意见1 2 0 1 。 所以，美国放射学会和国家电子生产商协会在1 9 9 3 年推出a c r - - n e m a p s 3 0 医学成像与通信标准，简称d i c o m 3 0 标准。d i c o m 3 0 标准对前几个版 本的许多主要功能做了改进和增强，主要表现在 2 0 1 ： a 应用于网络环境。以前的版本仅应用于点到点环境；为了在网络环 境下使用，需要一个网络接口单元( n i u ) 。d i c o m 3 0 版本支持使用 工业标准的网络协议( 如s o 和t c p i p ) 的网络环境。这样可以利用 成熟的网络通信技术，使设备互联既方便又降低成本。 b 详细说明了声明遵守标准的设备怎样交互命令和数据。以前的版本 仅用于数据传输，即仅完成互连( i n t e r c o n n e c t i o n ) l 拘功能。例如，要将 一台医学成像设备的图像及相关信息送至某归档系统，。医学成像设备 只要将它要发送的图像及相关信息放到一个包中，“告诉”归档系统 第5 页 西安建筑科技大学硕士论文 存储该包，而不管系统怎么存储。但d i c o m 3 0 版本通过服务类的 概念说明了命令语法和数据的语义。他使互连设备能互操作 f i n t e r o p e r a b l e ) ，这比互连前进了一步。例如，一台医学成像设备要打 印图像，打印机处理信息的方式如图像的色调定标方法及多幅图像在 胶片上的组合方式等影响打印。通过d i c o m 3 0 标准，医学成像设 备可以使用与图像打印管理相应的服务类来控制这些功能。 c 详细说明了一致性水平。以前的版本定义了最小一致性水平。 d i c o m 3 0 版本明确描述了一个实现者怎样通过选择确定的选项来 构造一致性状态。 d ，有多部分文档构成。它简化了新特性的增加，在迅速发展的环境下 方便了标准的发展。 e 不仅为图像和图形引进消息对象而且为研究和报告等引入消息对 象。 f 明确说明了唯一标识信息对象的技术。 其制定委员会不断接受d i c o m 标准用户的反馈意见，提出了许多补充意 见，并经委员会投票决定是否采纳。如在2 0 0 1 年有补充2 3 结构化报告、补充 3 0 波形、补充网络安全。补充3 3 软拷贝状态等被决定加在2 0 0 1 年的d i c o m 标准中。 2 2d i c o m 标准应用的领域 d i c o m 标准应用于医学信息领域。在这个领域内，它负责在医学成像设备 之间以及与通用计算机间的数字信息的交换。因为医学成像设备可以与其他的 医学设备互操作，标准的范围可能与医学信息领域的其他部分重叠，因此 d i c o m 标准应是诊断成像及与其他医学信息领域重叠的部分。其应用领域如图 2 1 所示a 其主要应用如下【5 0 】： i 获取数字图像数据，现代的大部分医学影像设备所产生的图像已经是 数字化的，如c t 、m r i 、c r 等。直接从医学影像设备读取这些图像 信息将是与原图像完全一致。 2 医院信息管理系统，由于d i c o m 标准的开放性和互连性，使用它使 得在p a c s 和h i s r i s 能很好的集成。 3 医学影像数据的数字化海量存储和科学管理， 4 影像资料的共享。 5 影像的显示与处理。 6 共享输出设备。 第6 页 耍室堡塾型垫奎堂堡主! ! 茎 d i 图2 1d i c o m 应用领域 标准已经在医学诊断图像领域，如放射和相关学科得到重点发展；然而它 应该应用在临床环境下的更广泛的图像信息交换的范围。 2 , 3 制定d i c o m 标准的目的 此标准建立的目的就是，推动开放式和与厂家无关的医疗数字影像设备间 及与其他设备问的信息的传输和交换，促使影像存储与传输系统0 n c s ) 的发展 以及和各种医院信息系统( h i s ) 的结合。允许所产生的数字影像资料能广泛的由 不同设备( 地点、厂家、类型等) 以d i c o m 标准来访问，从而彻底解决了由于不 同厂商、不同设备所产生的各种影像资料的格式、网络接口标准、通信协议、 传输方式的不一致所造成的不便和资源的极大浪费。只要设备提供符合d i c o m 标准的网络传输接口，医院在选择设备时就可以不必局限于家厂商，而是根 据条件选择不同厂商的设备，面这些提供d i c o m 标准接口的设备之闽可以毫无 障碍的交流数字影像与信息，从而推动医学数字影像的交换和发展以及医院信 息化的发展。 d i c o m 标准从以下几个方面促进了声明一致性的设备的互连 2 0 1 ： 一d i c o m 3 0 标准表明了命令和相关数据的语义。为了设备互操作，标准 规定设备如何应答命令和相关数据，而不只是表明在设备之间交换的信息； 第7 页 要塞塞苎型垫查堂堡主坚一 - - d i c o m 3 0 标准清楚的定义了实现标准的致性需求。特别是，一致性 声明必须说明足够的信息，从而能说明与其他声明一致性的设备互操作的功能。 - - d i c o m 3 0 标准没有网络接口单元，促进了网络环境下的操作。 一d i c o m 3 0 标准被构造的适应新服务的引入，因此方便了支持未来的医 学图像应用。 - - d i c o m 3 0 标准利用已存在的、适用的国际标准，它遵循已建立的国际 标准的文档规范。 d i c o m 标准能促进p a c s 的发展，在多供应商的环境下，方便了声明致 性的系统互连和互操作。 2 4 数据信息模型和服务定义 d i c o m 3 0 标准定义了医学图像及其相关信息的通讯、存储，它是基于明 确而详细的数据信息模型定义的，这些模型叫做实体关系( e n t i t y - - r e l a t i o n s h i p ， e r ) 模型。它们描述了“事物”( 如患者、图像、诊断报告等) 怎样参与图像诊 断及它们是怎样相互关联的。e r 模型是d i c o m 工作组通过调查p a c s 和 h i s r i s 的各类接口所建立的。它使医疗设备制造厂家和用户能更加清晰地理解 d i c o m 标准中的数据结构。 d i c o m 标准中的数据结构是基于e r 模型并应用面向对象的设计方法，并 对现实世界实体进行抽象分析后制定的。d i c o m 标准中的对象是模型的实体， 实体通过对象的属性来描述，如“患者”实体包含“患者姓名”和“患者出生 时间”等属性。对对象的属性赋值后，就产生了对象的“实例”，“实例”具体 描述了某一现实世界实体，如患者李四在某时间做检查后产生的c t 图像。在 d i c o m 标准中把对象叫做“信息对象( i n f o r m a t i o no b j e c t s ) ”，把对象的属性表 叫做“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 曲”。d i c o m 标准中现 实世界信息及其关系模型的结构如图2 2 所示。 如图2 3 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 务类可包含个或多个服务对象对s o p f 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 ( n f o r m a t i o no b j e c td e f i n i t i o n ) 贝, 9 包含大量的相关属性。 1 9 】 第8 页 要室堡墨型苎茎堂堡圭丝苎 图2 2d i c o m 标准真实世界信息与关系模型 第9 页 耍室堡篓型垫盔堂堡圭塑 图2 3 d i c o m 信息模型 2 4 1 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 ) j 4 5 r 1 ) i o d 是对现实世界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。 ( 2 ) i o d 可分为以下两类：第一，复合( e o m p o s i t e ) l o d 是对d i c o m 标准模型 中多个实体的部分的信息对象定义。它包括的属性是相关多个实体的内在属性， 而不是此i o d 代表的现实世界实体的属性。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；第二，常规 ( n o r m a l i z e d ) 1 0 d 是代表d i c o m 标准模型中的单个实体信息对象定义。 ( 3 ) i o d 本身具有树型结构：每个i o d 由多个信息实体q e ：i n f o r m a t i o ne n t i t y ) 组成，每个信息实体由或多个模块( m o d e l ) 组成，每个模块又包含大量的属性 ( a t t r i b u t e ) 。i o d 的属性在编码时，用数据元索( d a t ae l e m e n 0 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。 表2 1 是一个复合i o d 的实例：“c t 图像i o d ”所包含的信息实体和模 块实例。表2 1 中所列每个模块均包含大量属性，如病人信息模块包括病人姓名、 第1 0 页 塑室壁丝翌垫奎兰堡主堡奎 一 病人标识号、生日、性别、出生时间、种族、参考序列、病人其它标识、别名、 注释等属性。 表2 ，1 ：c t 图像i o d 信息实体模块 包含要求 病人信息病人信息必需 检查一般检查必需 病人检查可选 序列一般序列必需 参考框架参考框架必需 仪器一般仪器必需 图像一般图像必需 图像平面必需 图像象素必需 图像对比突显若使用突显药剂则必需 c t 图像必需 覆盖平面可选 v o t 查询表可选 服务对象对必需 2 4 2 服务类( s e r v i c ec l a s s ) d i c o m 标准共有了3 个服务类，4 个是复合服务类，另4 个是常规服务类 【4 6 】。 ( i ) 复合服务类包括：第一，验证服务类：用于服务协议的检查和排错。这 是唯一一个不与信息对象相关联的服务类。其功能由通讯操作类c e c h o 完成： 第二，存储服务类：提供传送和存储图像的服务。其功能由通讯操作类c s t o r e 完成：第三，查询索取服务类：提供查询、索取和移动d i c o m 图像的服务。 其功能由通讯操作类c - g e t ，c m o v e 或c f i n d 完成；第四，检查内容通知 服务类：用于通知另一个应用程序图像的存在性、内容、存储地点等信息。 ( 2 ) 常规服务类包括：第一，打印管理服务类：管理d i c o m 信息及图像的 打印，包括会话管理和队列管理：第二，病人管理服务类：管理病人入院、出 院及信息传递：第三，检查管理服务类：管理每次病人检查的全过程：第四， 结果管理服务类：管理病人检查结果。 2 4 3 服务对象对s o p ( s e r v i c e o b j e e tp a i r ) 面向对象的设计方法不仅提供了描述数据信息的方法，而且提供了对信息的 操作方法。在面向对象的设计中，对对象的操作与对象紧密相关。d i c o m 应用 第1 1 页 西安建筑科技大学硕士论文 了这些概念定义了许多如“存储图像”、“获得患者信息”等服务。d i c o m 定义 了一系列操作和通知，叫d i c o m 消息服务元素( d i m s e ) 。信息对象与这些服务 元素的复合叫服务对象对( s e r v i c e - - o b j e c tp a i r ，s o p ) ，一个信息对象可与一系 列服务复合成s o p 类。 ( 1 ) 服务对象对( s o p ) 由i o d 及其相关的d i m s e 服务组组成。s o p 定义了 一些规则和语义，用以限定d i m s e 服务组服务的使用及i o d 的属性。 f 2 ) d i m s e 是d i c o m 消息服务单元，可分为d i m s ec 服务( 只为复合 o d 提供操作服务) 和d i m s en 服务( 为常规i o d 提供操作脚i 知服务) 。 r 3 ) s o p 也相应地分为常规s o p 和复合s o p ：常规s o p = 常规i o d + 组 d i m s en 。服务复合s o p = 复合i o d + 一组d i m s ec 服务。 s o p 类代表了d i c o m 定义的基本功能单元。一个d i c o m 应用必须说明 其遵从的s o p 类和设备的角色，才有可能精确定义一个d i c o m 功能子集。这 个子集包括被交换消息的类型、消息中传输的数据和解释数据的语法。对个 特定的s o p 类，d i c o m 兼容的设备可作为两种角色：服务类提供者( s e r v i c e c l a s s p r o v i d e r ，s c p ) ，它提供s o p 类的服务；服务类用户( s e r v i c e c l a s su s e r ，s o u ) ， 它使用s o p 类的服务。根据s o p 类和角色，d i c o m 定义了通讯的一些基本原 则，如哪种设备应该请求建立连接，哪种设备应该接受连接。 2 5d i c o m 标准的组成 目前的d i c o m 标准由1 5 部分组成，分别是p s l p s l 5 ，其中p s l 到p s 9 是基本部分，其他为扩展部分。 1 简介和综述 、 该部分简要介绍了d i c o m 的概念、应用范围、制订目的、组成部分的 内容和各部分间的关系。 2 一致性( c o n f o r m a n c e ) 4 8 1 d i c o m 标准的p s 2 部分精确定义了d i c o m 一致性原则。定义了声明与标 准一致性的实现原则，如下： 一致性需求。说明了声明一致性的实现必须满足的一般需求。 一一致性状态。定义了一致性状态的结构。它说明了一致性状态必须提供 的信息。 d i c o m 标准要求制造商精确描述其产品的d i c o m 一致性，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。但是标准没有制定测试、确认评估标准实现的致性声明的标准的方 法和过程。 图2 4 描述了一致性状态的构造过程。从图2 4 可阻看出一致性状态有三个 主要部分组成： 第1 2 页 堕窒塞垫型垫奎兰堡主笙奎一 一有实现所识别的信息对象的集合 一有实现支持的服务类集合 一有实现支持的通信协议集合 f 数据字典 一致性声明文件 图2 4 一致性状态的构造过程 3 信息对象定义4 5 】 d i c o m 标准的p s 3 部分利用面向对象的方法，对医学图像通讯中涉及的 图像、对病人的检查、报告及病人等现实世界实体进行抽象，定义了许多信息 对象类。图2 3 为现实世界d i c o m 信息模型。在此基础上定义相关的信息对象， 如p a t i e n ti o d ，s t u d yi o d 等。每个信息对象定义有定义的目的和属性组成。信 息对象类不包括定义它的属性的值。 信息对象类分为两个类型：普通的和复合的。 普通信息对象类仅包括真实世界实体的固有的属性。例如作为普通信息对象 类定义的病历信息对象包括病历日期和时间属性，因为他们是实际的病历固有 的。然而病人姓名不是病历信息对象类的属性，因为他是使用病历的病人所固 有的而不是病历自己的。 复合信息对象类包括现实世界实体固有的属性和与现实世界实体相关的但 第1 3 页 不是固有的属性。例如， c t 图像信息对象类是作为复合信息对象类定义的， 它即包括图像固有的属性( 如图像日期) ，也包括与图像相关但不是固有的属性 ( 如病人姓名) 。如图2 5 所示。 图2 5 复合信息对象示意图 为了简化信息对象类的定义，有相似属性的信息对象类被分为一组。这些 属性分组被作为独立模块说明，能被一个或多个复合信息对象类使用。 - 为了描述单个现实世界实体，使用信息对象实例的概念，它包括信息对象 类的属性及其值。为了精确反映信息对象实例描述的实体的状态，信息对象实 例的属性值可能随时间而改变。这是通过为完成一个服务类而定义的一组服务， 而对信息对象实例实施不同操作的而完成的。 4 服务类定义 4 6 1 、 d i c o m 的p s 3 4 说明了作用于信息对象上的命令及其产生的结果，即提供 的通讯服务。由于是面向对象的设计，所以服务又称为服务类。一个服务类通 过一个或多个操作信息对象的命令和一个或多个信息对象相联系。服务类定义 声明了命令元索的需求和命令怎样应用到信息对象。 服务类声明了通信服务的提供者和使用者的需求。服务类的构成如图2 4 所示。每台装置给出了服务类的角色：服务类用户( s c u 扮演使用服务的角色) 和服务类提供者( s c p 扮演提供服务的角色) 。例如一台成像装置要打印一幅图 像，该成像装嚣成为与打印相关的s o p 类的s c u ，打印机为s c p 。一个s o p 类的一次具体实现称为s o p 实例，i o d 的通信实际上是通过s o p 实例进行的。 一个s o p 类定义为一组特定服务与一个相关的信息对象i o d 的结合，这组特定 的服务在d i c o m 标准中称为d i c o m 消息服务元素( d i m s e ) 服务。 对每个服务类，该部分说明了： 一服务类定义现实活动的语义描述； 一应用到服务类描述的d i m s e 服务和通知组； 第1 4 页 堕室堕丝型垫查堂堡主堡塞 由对等d i c o m 应用实体执行的一个或多个功能相关的s o p 类： 每个s o p 类的关系。 5 数据结构和语义【4 9 d i c o m 的p s 3 5 说明了d i c o m 应用实体怎样构造和编码数据集信息。 p s 3 5 给出了构造数据流必须的编码规则，如对像素点、有关信息对象属性值等 如何编码构造数据流，使数据流可通过消息传递t 这一部分还提供了数据通讯的传输句法，传输句法是一套用来表示一个或 多个抽象句法的编码规则。特别是，它允许通讯的应用实体协商双方都支持的 编码规则( 如字节顺序，是否压缩等) 。 6 数据字典 5 0 1 d i c o m 标准的p s 3 6 定义了数据字典，它是d i c o m 数据元素的集中注册 处，数据字典定义了有效表示信息的数据元素的集合。数据字典给每一个数据 元素定义如下内容： 一分配一个唯一标识符，它有一组原数字组成。包括2 字节的组号和1 6 字节的元素号。 一给一个名称。 描述它的值特征( 字符串，整数等) ，既数据类型。 定义它的语义( 如怎样解释它) 。 表2 2标准组的识别号及其内容 组号( 十六进制)信息类型内容 0 x 0 0 0 0命令为网络或点到点通信能力提供信息 0 x 0 0 0 8识别为用户提供唯一的图像识别参数 0 x 0 0 1 0患者与患者有关的信息 、 0 x 0 0 18采集提供与图像采集装置及成像过程相关信 息 0 x 0 0 2 0关系提供图像在患者体内的位置信息及其他 相关图像的关系信息 0 x 0 0 2 8图像表不提供能以统一、可重复的方式进行图像 表示与显示的信息 0 x 4 0 0 ( 文本a s c i i 文本 0 x 6 0 0 0 0 x 6 0 l e覆盖 将图像的像素数据覆盖的信息 的偶数号 l 0 x 7 ；7 e 0 像素数据图像像素数据信息 其中同一个组号的元素说明一个相关内容，d i c o m 标准中说明的主要组号 与内容相关的信息如表2 2 所示。该部分还说明了所有d i c o m 标准中所用的唯 一标识符u i d 的名字和对应的值及u i d 类型。 第1 5 页 要塞堡! 墅! 垫查堂堡主丝兰 7 消息交换 d i c o m 标准的p s 3 。7 定义了应用实体之间使用的服务和协议。 消息是在两个交互的d i c o m 应用实体问进行交换的数据单元。d i c o m 消 息是由若干个p d u ( 协议数据包) 组成。d i c o m 消息是由一个命令流和( 如果需 要