医学成像与通信协议DICOM基础知识

1、1,DICOM 簡介,壹. DICOM 是甚麼？ 貳. DICOM 的應用範圍在那裡？ 參. 為什麼要用 DICOM ？ 肆. 設計 DICOM 的是誰？ 伍. DICOM 的工作原理為何？ 陸. DICOM 是終極解決方案嗎？,2,壹. DICOM 是甚麼？,DICOM 是 Digital Imaging and COmmunications in Medicine 的縮寫。 由字面上來解釋， 第一、DICOM的發展背景完全是針對醫學應用領域來開發的。 第二、適用的對象是數位化的醫學影像。 第三、整個DICOM規格的核心主要在於通訊這個觀念上。 綜合以上，我們可以簡單的將 DICOM 定義為

2、： 醫學影像儀器和系統軟體間共通的通訊規格 換言之，DICOM其實是儀器和電腦用的共同語言。,3,貳. DICOM 的應用範圍在那裡？,醫學影像是輔助醫療診斷的重要參考工具 只要有醫學影像的地方，就適用DICOM。 透過DICOM整合各科各種醫學影像儀器。 在DICOM環境中，結合原有的醫院資訊系統 (HIS)， 那麼病歷報告的呈現將不再是一成不變的白底黑字， 而是可 隨醫師需求擷取病患各種影像，以為觀察及診斷之依據。 結合發展蓬勃的網際網路，將DICOM推廣到醫院對外的應用。 不論遠距會診、學術研究、教育訓練，都能發揮莫大的效益。,4,參、為甚麼要用 DICOM？,以醫院管理的角度來說，在整

3、體醫療院所建構一DICOM化的環境。 再依各部門的需求，建構不同特色子系統，以適應各科醫師喜好。 如此作法在醫院擴充或添置新儀器時，將有一簡單的統一規格可循。 真正做到隨插隨用的理想，將節省許多人力物力的成本支出。 換個角度以科室為考量，視各科室需求而個別建立獨立資訊系統。 在此種架構下，DICOM更是獨一無二的選擇。否則在未來發展或 各獨立系統相互連接時，將面臨嚴重的不相容危機。 在DICOM架構下，病患可縮短候診時間；醫師可輕易擷取醫療影像 ，以為學術研究或教學討論應用。二十一世紀將是DICOM的世紀， 在醫療的範疇中，沒有DICOM就會失去競爭優勢。,5,肆、設計 DICOM 的是誰？,

4、1982 The American College of Radiology (ACR) and The National Electrical Manufacturers Association (NEMA) form a joint committee. ( called ACR/NEMA ) 1985 Publication of ACR/NEMA 1.0 1988 Publication of ACR/NEMA 2.0 1993 Publication of DICOM 3.0 1998 DICOM 98 1999 DICOM 99 Today Continuous developme

5、nt on DICOM,6,伍、DICOM 的工作原理為何？,1. DICOM 資料結構 2. DICOM 影像物件；IOD (Information Object Definition) 3. DICOM SOP (Service-Object Pair) 4. SCU / SCP (Service Class User / Provider) 5. DICOM 網路架構 6. Conformance Document 7. 影像資料壓縮,7,1. DICOM 資料結構,在DICOM資料結構中，訂出四個層級來管理病患影像資料。 分別為： A. 病患層 ( Patient Level ) B.

6、 檢查層 ( Study Level ) C. 系列層 ( Series Level ) D. 影像層 ( Image Level ) 例： 一個病患(Patient L.)到醫院就診，醫師根據症狀會指定不同 的檢查(Study L.)，檢查的儀器會產生一系列(Series L.)的數張 影像(Image L.)。我們有不同需求可經不同層級(Level)很輕易 的來調閱我們需要的影像。,8,2. DICOM 影像物件 (IOD),DICOM的影像儲存方式，引入了物件導向的觀念。 像素資料 ( Pixel Data ) + 影像屬性 ( attribute ) = 影像物件 ( Informat

7、ion Object Definition ) 傳統資訊系統在處理影像資料時，完全只專注於資料本身的排列方式。 而DICOM則不同，它將每個影像包裹成一個物件IOD。 每個IOD分兩大部分；像素資料(pixel data)、影像屬性(attribute)。 所謂像素資料和傳統方法一般，單純描述每個點的值，組成一個影像。 而影像屬性部分，則包括了上面提到的資料結構中摘要的資訊。如病患 姓名、病歷號碼、檢查項目、日期、檢查儀器等等。一方面方便資料 庫在搜尋資料的過程，另一方面可以將這些資訊轉換為影像的一部份， 在日後調閱影像時提供重要參考。,9,. DICOM SOP ( Service-Obje

8、ct Pair ),IOD + service operation = SOP class DICOM開發之初，便將其應用範圍定位在網路的溝通上。 對這樣一個致力於通訊規格化的協定而言，只單純定義資料的 儲存方式是無法滿足規格的需求，必須再加上一些功能性的規 範才會完美，即軟體與軟體間在DICOM這個大環境下能被允許 做那些動作。舉例來說，與影像相關的動作，包括 Verification、 Storage、Query 和 Retrieve等，就必須與影像型態 (CT、MR、 US、SC等)相結合，組成一個 SOP class (Service-Object Pair)。 這樣一個兼具軀殼及靈魂

9、的組合，才構成了DICOM最基本的 運作單元。,10,4. SCU / SCP ( Service Class User / Provider ),SCU/SCP roles： Client is called SCU (Service Class User) Server is called SCP (Service Class Provider) 在DICOM規格中，也採用了Client / Server 這種概念。所謂SCP， 是負責提供有關影像資訊的各種服務，扮演的是Server的角色； 而SCU則是使用這些服務的一方，也就相當於Client的地位。,S C U,S C P,1 sta

10、ge : Store my Image X on your system,2 stage : Storage of Image X,3 stage : Done successfully,Image X,11,通訊起始設定 (Communication ),兩個不同的電腦系統在正式開始溝通前，必須經過起始訊息的接觸， 以確定彼此的語言相通。進一步在龐大的DICOM規格中，挑出一條雙 方都能接受的溝通管道，以進行DICOM資訊的交換。 假設A系統想要嘗試以DICOM語言與B系統通訊，則它必須發出一 個起始訊息，其中包括幾個部分： 1. A系統本身支援的SOP型態有那些。 2. 上述SOP，A系統

11、必須列舉如何編碼(壓縮)這些資料(transfer syntax) 3. 對SCU/SCP的相對關係而言，A系統可以扮演什麼樣的角色。 4. 其他必要的訊息。 B系統收到起始訊息後，迅速整理出兩系統共通的 SOP 和 Transfer Syntax，再將所有對應部分包裝成一個訊息回應給A系統，以後兩者 只能根據相通的部分來進行訊息交換。如此算是完成一個起始的動作。,12,5. DICOM 網路架構,DICOM Application Message Exchange & Upper Layer Protocol,TCP /IP,Physical Layer ETHERNET , ATM , e

12、tc.,Medical Imaging Application,Application Entity Title,Listen Port IP Address,Networked Environment,13,6. Conformance Document,在一個支援DICOM的儀器或軟體系統完成後， DICOM 規格中 明確規範，產品提供者同時必須附上一份Conformance Document。 其中必須列舉該系統所支援的 SOP 和 Transfer Syntax、簡單工作 流程和設計者自訂(非DICOM)的部分。 要挑選一個支援能力最強大，彈性最好的DICOM系統軟體，就 要從產品的C

13、onformance Document著手。詳閱文件中列舉之規格， 確定系統軟體支援DICOM項目與現有儀器完全相容後，再經實際 上線測試，方能確認DICOM整體的適用性。,14,7. 影像資料壓縮,在DICOM規格中，目前是以JPEG的格式為壓縮的方法。選擇 JPEG的理由，一方面是因其壓縮效率較高，另一方面則是因其可以 支援失真與非失真兩種壓縮型態。 所謂非失真的壓縮，表示影像資料在壓縮前後完全不會有差異。 既享受壓縮的諸多優點，又無損醫學判斷的準確性。而失真壓縮有 可能造成影像品質的損失，檔案壓的越小，影像品質越差。然而， 失真壓縮可以得到更大的壓縮比例，將儲存空間作更有效的利用。 影像壓縮的優點：* 節省影像儲存空間 * 減少網路傳輸時間 * 延長影像系統壽命,15,陸、DICOM