（信号与信息处理专业论文）新型DICOM超声影像工作站的设计及其若干关键技术问题研究.pdf

原刨性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：茸童肆日 期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 蝴：畔翩魏瑚邀日期：牛l 山东大学硕士学位论文 中文摘要 随着计算机、网络和影像处理技术的飞速发展，医学影像领域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 ) 也迅速发展，胶片影像医学 诊断模式正被数字影像诊断模式代替。 以前影像设备所产生的图像格式各不相同，无法实现通信，随着不同厂商 生产的影像设备之间传输数字图像和其它相关信息的需求越来越大，有必要出 台一个统一规范的国际标准以实现影像通信。为此，美国放射学会( a c r ) 和美 国国家电器制造商协会( n e m a ) 于1 9 8 3 年成立了联合委员会，开始制定“医学数 字成像与通信标准即d i c o m 标准，标准的出台促进了医学数字图像和通信的 发展，既统一了影像科内部的通信标准，给p a c s 、r i s 与h i s 联通提供了一个 渠道，也为影像科医生方便地进行数字化诊断和信息查询提供了平台基础。 作为四大医学影像技术之一的超声影像技术，因其具有实时性好、无损无 痛、低成本等独特优点，成为医院影像科不可替代的诊断手段，在如心脏、肺 部、血管、胆囊、眼、乳腺及肝脏等病症诊断方面作用明显。老式超声诊断基 本采取现采集现诊断且基本依靠经验诊断，诊断后不存储影像方式，这种诊断 模式效率不高，辅助诊断、资料存档、通信交流、远程会诊等功能弱，难以满 足数字化医学的要求。这也使得在p a c s 框架下开发医学超声影像工作站成为时 下研究的热点。但由于超声成像的机理所限。影像清晰度低，目前主要依靠医生 临床经验进行诊断，准确率有待进一步提高。这也使得利用超声影像中大量有 用信息进行检索即c b i r 技术辅助诊断具有重要意义。基于上述，我们设想建立 一个基于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 ) 标 准、能无缝接入p a c s 系统、操作简便、经济适用的超声影像工作站，对发挥超 声诊断优势、大幅降低医疗成本、提高超声诊断效率具有重要作用和深远意 山东大学硕士学位论文 义。 另外，远程医疗是信息化条件下医疗模式的一个发展方向，它是指通过计 算机网络、通信和多媒体等技术在相隔较远的求医者和医生之间进行双向信息 传送，完成求医者的信息搜集、诊断以及医疗方案实旖等过程。在我国推广远 程医疗有改善医疗资源配置、提高农村卫生保健水平和降低医疗费用等重要意 义。 本文在严格遵从d i c o m 标准基础上，设计了一个新型超声影像工作站，该 工作站不但能够无缝接入p a c s 系统，更重要的是我们采取c s 和b s 并行方 式，使该工作站实现了超声影像网络化的高效能操作，从而支持远程会诊应 用。此外，我们还在数据库结构方面新设影像特征库，为基于影像内容检索提 供了支持。本文将着重论述基于d i c o m 标准的超声影像工作站的设计与构建， 并讨论其中数据库设计及基于内容影像数据库检索等若干方面关键技术问题。 关键词：d c i o m ，超声影像工作站，影像数据库，c b i r 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g yi nt h ef i e l do fc o m p u t e r , n e t w o r ka n d d i g i t a li m a g ep r o c e s s i n g , p a c s ( p i c t u r ea r e m v m ga n dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) d e v e l o p e dq u i c 】d ya n d i si m p a c t n gt h es t y l eo f t r a d i t i o n a lm e d i c a li m a g ea p p l i c a t i o n n o wd i g i t a li m a g ed i a g n o s ei so p e r a 血gs t e pb ys t e pi n s t e a do ff i l l - i m a g em e d i c i n e d i a g n o s ei nh o s p i t a l i m a g ef o r m a tp r o d u c e db yv a r i o u si m a g ee q u i p m e n ta r ed i f f e r e n t , s oi t c a n t i m p l e m e n tc o m m u n i c a t i o n , i ti si m p o r t a n tt o c o n s t i t u t eas t a n d a r dt oc a u s et h e c o m m u n i c a t i o nb e t w e e ni m a g ee q u i p m e n tf o rt h em o r ea n dm o r ed 臼n a n d si ni m a g e a n di n f o r m a t i o nt r a n s f e r t h e r e f o r e ，a c ra n dn e m ae s t a b l i s h e dac o m m i s s i o ni n 1 9 8 3t oc o n s t i t u t ed 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 ni nm e d i c i n e ( d i c o m ) d i c o ma c c e l e r a t e dt h ed e v e l o p m e n to f m e d i c a ld i 季t a li m a g i n ga n dc o m m u n i c a t i o n 。 i tu n i f i e dt h ec o m m u n i c a t i o ns t a n d a r da m o n gd i f f e r e n ti m a g i n go f f i c e ，p r o v i d e da c o n n e c t i o nc h a n n e lf o rp a c s ，r i sa n dh i s ，a n da l s om a d ed i g i t a ld i a g n o s i sa n d i n f o r m a t i o nq u e r yp o s s i b l ef o rm e d i c a li m a g i n gc l i n i c i a n s a sa ni m p o r t a n td i a g n o s em e t h o d ，u l t r a s o u n dd i a g n o s i n gh a st h ec h a r a c t e ro f r e a l - t i m e , i n d o l e n e e ，n o n - t r a u m aa n di n e x p e n s i v e d i a g n o s ee f f i c i e n c ys u c h 嬲i nt h e d i s e a s e so fh e a r t , l u n g ，b l o o dv e s s e l ，g a l lb l a d d e r , e y e ，m a m m a r y # a n d sa n dl i v e r o u t d a t e du l t r a s o u n dd i a g n o s em o d e lt a k et h ea c t u a ld i a g n o s ew h e ni m a g es a m p l i n g ， n oi m a g ea n da n yo t h e ri n f o r m a t i o ns t o r a g ea f t e rd i a g n o s e s od i a g n o s em o d e lc a n t e o n t u n tt h er e q u e s to fd i g i t a lm e d i c i n ef o ri t si n e f f i c i e n lf o ri t sf u n c t i o n a ld i s o r d e ri n d i a g n o s ea s s i s t a n t , i n f o r m a t i o ns t o r a g e ，c o m m u n i c a t i o na n dt e l e m e d i c i n e i t i sa l l 3 山东大学硕士学位论文 i m p o r t a n tt h i n gt od e v e l o p eau l t r a s o u n dw o r k s t a t i o nt h a tb a s e dd i c o mp i 百t a l 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 ) s t a n d a r d ，c a nb ei n t e g r a t e di n t op a c s t o i m p l e m e n tl o n g - d i s t a n c ec o n s u l t a t i o n ，s i m p l yo p e r a t i o n a n de c o n o m y ，o f f e r c b i g ( c o n t e n t b a s e d i m a g e r e t r i e v e ) f u n c t i o n i t w i l le x e r t m e r i t o f u l t r a s o u n d d i a g n o s e , d e p r e s sc o s to f m e d i c i n et e a c h i n g ，a n da d v a n c ee f f i c i e n c yo fu l t r a s o u n dd i a g n o s e s o d e v e l o po f u l t r a s o u n di m a g ew o r k s t a t i o n b e c o m e saf o c u si nt h ef i e l dm e d i c i n ei m a g e s t u d yt o d a y t e l e m e d i c i n ei st h ep r o m i s i n gd i r e c t i o no ft h ei n f o r m a t i z a t i o ni nh o s p i t a l ，i ti s r e f e r e n c e df o ri n f o r m a t i o nu a n s f e r r e dt h r o u g ht h el o n g - d i s t a n c ea r e ab e t w e e nt h e p a t i e n t sa n dd o c t o r sb a s e do nt h et e c h n i q u e so fc o m p u t e rn e t w o r k , c o m m u n i c a t i o n a n dm u l t i m e d i a , t oa c h i e v et h ei n f o r m a t i o ns e a r c h i n g ，d i a g n o s e sa n di m p l e m e n t c l i n i c a lp r o j e c t t h ep r o m o t i o no f t e l c a n e d i c i n ei no u rc o u n t r yi si m p o r t a n tt oi m p r o v e t h ec o n f i g u r a t i o no f m e d i c a lr e s o u r c e , i n c r e a s et h el e v do f c o u n t r yh e a l t ha n dr e d u c e t h ed i s e a s ee x p e n s e h e r eau l t r a s o u n dw o r k s t a t i o nw a sd e s i g n e du n d e rt h ef r a m eo fp a c s ，t h e w o r k s t a t i o nc a nb es e a m l e s sc o n n e c t e di n t ot h ep a c ss y s t e m ，i ti sm o r ei m p o r t a n t t h a tt h i sw o r k s t a t i o nw a sb a s e do nc s ( c l i c n v s e r v e r ) a n db s ( b r o w s e r s e r v e r ) m o d u l e ，s oi tc a nh o l do nt h et e l e m e d i c i n e a n dw ca d d t h ei m a g ec h a r a c t e r i s t i ct a b l e i nt h ei m a g ed a t a b a s et oh o l do nt h ec b i r t h i st h e s i sf o c u s e so n ：t h ec o n t e n ta b o u t d i c o ms t a n d a r d ，o nt h es t r u c t u r eo ft h eu l t r a s o u n dw o r k s t a t i o n ，o nt h er e t r i e v a lo f 也eu l t r a s o u n dw o r k s t a t i o n k e yw o r d s ：d i c o m , u l t r a s o u n di m a g ew o r k s t a t i o n ，i m a g ed a t a b a s e , c b i r 4 山东大学硕士学位论文 符号说明 d i c o m ( d i g i t a li n l 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 ) p a c s ( p i c t u r e a 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 ) e - rm o d e l ( e n f i t y - r a l a t i o m h i pm o d e l ) i s ( h t e m e ti n f o r m a t i o ns e r v e r ) r i s ( r a d i o i o g yi n f o r m a t i o ns y s t e m ) 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 ) o s l ( o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t ) a e ( a p p l i c a t i o ne n t i t y ) s o p ( s e r v i c e - o b j e c tp a i r ) d i s v i e ( d i c o mm e s s a g es e r v i c ee l e m e n t ) 医学数字成像通信 图像存档及通信系统 实体关系模型 网络信息服务器 放射信息管理系统 医院信息系统 开放式系统互联 应用实体 服务对象对 d i m s e - c ( d i c o m m e s s a g es e r v i c ee l e m e n t - c o m p o s i t e ) 复合d i c o m 消息服务元素 d i m s e - n ( d i c o mm e s s a g es e r v i c ee l e m e n t - n o r m a l i z e d ) 规格化d i c o m 消息服务元素 a c s e ( a s s o c i a t i o nc o n t r o ls e r v i o ee l e m e n t ) 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 ) v m ( v a l u e m u l t i p l i c i t y ) v r ( v a l u er e p r e s e n t a t i o n ) u i d ( u m q u ei d e n t i f i “) s a n ( s t o r a g e a r e a n e t w o r k ) c b i r ( c o n t e n tb a s e di m a g er e t r i e v e ) 协议数据单元 协议数据值 连接控制服务元素 信息对象定义 数值多样性 数值表示法 唯一标识符 存储区域网 基于内容的图像检索 5 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 第一节课题来源及背景 本课题来源于“由东省优秀中青年科学家科研奖励基金项目。 ( 2 5 b s q l 6 ) 一基于m c e 的冠心病定量分秽亍系统研究“。 实验室近年来一直在从事超声影像处理、超声影像三维重建、心肌声学 造影( m y o c a r d i a lc o n t r a s te c h o c a r d i o g r a p h y ，m c e ) 1 j , 2 3 1 定量分析等课题的 研究，先后主研国家自然科学基金( 6 0 2 7 1 0 1 5 ，第二位，山东大学齐鲁医院 张梅教授主持) 动脉粥样硬化斑块三维应力应变模型软件的研制和l 临床应用 项目、协助完成国家自然科学基金项目( 6 0 5 7 1 0 4 0 ) 一左心室扭转运动的定 量分析研究及其软件实现和国家自然科学基金项目( 6 0 0 7 2 0 2 2 ，山东大学齐 鲁医院张运院士主持) - - , 6 , 肌声学造影的定量分析及其临床应用研究，取得 了一定的研究成果。 着眼当前超声医学的市场需求，在实验室以往研究成果基础上，我们深 入思考如何综合利用医学工程、信息处理、网络应用和数据库等技术，研发 一个符合国际标准具备一定通用性的超声影像工作站，以满足人们对信息 化超声医学方面的需求。 由于c b i r 技术有利于大幅提高超声诊断效率，远程会诊也有利于改进超声 会诊效能和降低医疗费用等重要作用。为此，我们在严格遵从d i c o m 标准条 件下，基于p a c s 框架研发了一套支持远程会诊应用和c b i r 的超声诊断的 影像工作站，以实现超声诊断的高效率和远程化。 6 山东大学硕士学位论文 第二节课题研究内容及论文结构 本课题主耍研究如何建立一个超声影像工作站，以促成医学超声诊断的自 动化、网络化和远程化操作。重点分析或研究了：d i c o m 标准内容及其变化过 程、在p a c s 框架下符合d i c o m 标准的影像工作的设计、影像数据库设计和 医学超声影像检索技术等内容。 本文第一章介绍了课题的来源及相关医学背景。第二章介绍了d i c o m 标 准的相关理论。第三章详细介绍了d i c o m 超声影像工作站的设计。第四章着 重介绍了超声影像工作站的数据库设计方法。第五章讨论了当前基于内容的医 学超声影像检索技术。第六章简单总结本文工作并展望课题前景。 第三节课题的创新点 本课题结合医学影像学、计算机网络、数据库、数字图像处理等学科的最 新进展来研究，力求构建一个支持远程会诊应用和c b i r 的超声影像工作站， 以提高医学超声影像诊断工作效率，属多学科交叉的课题。 本课题的创新点总结如下： ( 1 ) 在p a c s 框架下提出建设完全遵从d i c o m 标准的超声影像工作站， 增强了超声影像工作站的普遍适用性和扩展性。 ( 2 ) 从支持远程会诊的角度出发，提出了c s 和b s 并行的网络运行理 念，在医院科室内部采用g ，s 架构，提高运行时效和通信容量，在外部远程访 问时采取b s 架构，方便远程会诊和客户查询。 ( 3 ) 提出了p a c s 和c b i r 的融合模式，使超声影像工作站内超声影像的 基于内容检索成为可能，提高检索的针对性和有效性。 7 山东大学硕士学位论文 第二章d i c o m 标准 第一节概述 随着p a c s 的引入和发展，在不同的厂商生产的影像设备之间传输数字图 像和其它相关信息的需求越来越大，但由于当时没有统一的国际标准，影像设 备图像格式各异，无法实现通信，为此，美国放射学会( a c r ) 和美国国家电器 制造商协会( n e m a ) 于1 9 8 3 年成立了联合委员会，开始制定“医学数字成像与通 信”标准，即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 ) 标准 m 棚，标准的出台又进一步促进了医学数字图像和通信的发展，既统一了影像科 内部的通信标准，也给r i s 与h i s 连通提供了一个渠道，为医学影像学医生方 便地进行数字化诊断和信息查询提供了可能。d i c o m 标准先后经过十余次的修 改，最新的变化主要体现在：一是广泛适用于网络环境，支持基于o s i ( o p e n s y s t e m i n t e r c o n n e c t r e f e r e n c e m o d e l )和t c p i p ( t r a n s f e r c o n t r o l p r o t o c o l i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 等通用工业标准；二是利用服务类( s e r v i c ec l a s s ) 的概 念具体规定了医疗设备如何对数据交换及相关指令做出反应；三是可扩展性， 支持对新特性的扩展；四是引入广义的信息对象( i n f o r m a t i o no b j e c t ) 概念，信息 对象不仅包括图形和图像，还包括检查、报告等广义上的信息对象；五是建立 了唯一标识各种信息对象方法，这对在网络环境下清晰定义信息对象之间的关 系具有关键意义。这使得d i c o m 通信接口成为p a c s 的非常重要的功能之 一，要完全了解p a c s ，必须从了解d i c o m 入手。现在的一些国内外大型医学 影像设备公司如东软、g e 、s i e m e n s 、东芝等都支持d i c o m 标准。 山东大学硕士学位论文 2 1d i c o m 信息模型 第二节几个重要概念 d i c o m 采取面向对象的设计思想，标准的信息对象定义就是一个面向对象 的抽象数据模型，它反映的是某类具有相同性质或属性的客观世界对象的信 息，这里的信息对象定义与面向对象编程中的“类”的概念较为相似，是在现 实影像信息对象模型上的抽象，如图2 1 。d i c o m 按照e - r ( e n t i t y - r e l a t i o n s h i p 图2 1现实世界的d i c o m 模型 9 山东大学硕士学位论文 m o d e l ) 模型，描述信息对象( 如医生、病人、病例、诊断、图像等) 的属性及其 相互关系。d i c o m 信息模型主要分四个层次：病人( p a t i e n t ) 、研究( s t u d y ) 、序 列( s e r i e s ) 和图像( i m a g e ) 9 m 】。这四个层次分别对应了相关类型信息的生成阶段 和不同来源。“病人”处于d i c o m 数据组织层次的最顶层，d i c o m 数据是以 病人为单个模块来组织管理的，病人层次包含属于某个研究的病人标识和统计 信息，一个病人可以有多个研究；“研究”是信息模型中最重要的层次，本层主 要定义某d i c o m 数据实例，一个放射科所有活动都围绕着q 开究”层次进行处 理，一个“研究”可以包括一个或多个图像“序列”；“序列”标识生成图像的 形态类型，生成日期、检查类型和使用设备等等，序列是来自同一医学影像设 备的单一形态有关图像及其相关信息的集合，一个“序列”可以包含一帧或多 帧图像；“图像”层次是信息模型的最低层次，主要定义描述图像象素数据的一 些属性。对于单个d i c o m 文件所包含的象素数据来说，可以包含有一帧或多 帧象素数据，多帧图像之间是顺序排列的，享有一些公共属性，如图2 2 。下面 分别说明d i c o m 信息模型所含几个 1 0 图2 2d i c o m 影像的信息模型 山东大学硕士学位论文 i e ( i n f o r m a t i o ne n t i t y ) 的含义：l 、“病人”i e ：病人定义了一个隶属于一个或 更多产生医学图像的医疗研究的病人的特性，病人是模式独立的。2 、“研 究”m ：研究定义了在一个病人上实施的医学研究的特性。一个研究是一个 或更多关于医学图像序列，续加物和曲线( 它们逻辑上为诊断病人的目的而相 关) 的采集。每一个研究精确地与一个病人关联。一个研究可以包括由单一模 式、多个模式或相同模式的多个设备创建的图像。一个研究是模式独立的。3 、 “序列”：序列定义了用来分组图像、续加物和曲线到不同的逻辑结合的 属性。每一个序列与一个研究精确的关联。下面的标准分组图像到一个特定的 序列。a ) 在一个序列内的所有图像必须是关于相同的模式；b ) 如果一个特定的复 合图像i o d 指定了支持参考框架，序列内的所有图像应与其他每一个空间 相关；所以，每一个序列精确地与一个参考i e 框架相关。c ) 如果一个特定图像 i o d 指定了支持设备也，所有序列内的图像应由相同的设备创建；所以，每一 个序列精确地与一个设备相关。d ) 一个序列内的所有图像应有相同的序列信 息。续加物和曲线可以被分组到一个有或没有图像的序列。设备m 和参考i e 框架与续加物和曲线m 无关。4 ，“设备”i e ：设备i e 描述了特别的成像设 备，它产生了图像序列。一个成像设备可以产生一个或更多研究内的序列。设 备m 不描述数据获得或用来产生序列内图像的图像创建属性。这些属性在图像 m 中描述。5 、“参考帧”框架：参考帧m 框架标识了传递序列内图像的空 间和时间信息。一个参考帧m 框架可以与一个或更多的序列有关。在这种情况 下，它提供了到其它每个图像的空间或时间相关的多个序列。6 、“图像”i e ： 图像m 定义了描述了图像的像素数据的属性。像素数据可以作为病人扫描( 称 为原始图像) 的直接结果或可以从一个或更多个其它图像( 称为一个派生图 像) 的像素数据派生。一个图像由它的图像平面、像素数据特性、灰度和彩色 映射特性、续加物平面和模式特定特性( 获得参数和图像创建信息) 定义。一 山东大学硕士学位论文 个图像与一个单独的研究内部的序列相关。图像m 内的像素数据可以被作为一 个单独的像素帧或像素数据的多个帧表示。一个多帧图像的帧是有序的，并且 共享许多公用属性。少数属性可以在不同的帧( 如时间、角移位、切片增量) 之间不同。所有的公用图像也属性涉及到多帧图像的第一帧。续加物，查找表 和曲线数据可以被包括在一个图像m 内，只当信息直接与图像关联。7 、“续加 物”：续加物i e 定义了描述一个独立的续加物平面集合的属性。续加物m 可以以位映射格式出现，图形或文本用来指出这样的项目作为感兴趣的区域， 参考标记和注解。这些续加物平面可以或可以不与一个图像一致。如果续加物 平面与一个图像一致，足够的信息应可用来允许一个续加物在一个显示工作站 ( 附加在它关联的特别图像上) 出现。一个续加物m 应只与一个序列相 关。一个续加物可以作为一个单帧( 当与一个单帧图像关联) 或多帧( 当与一 个多帧图像关联) 续加物平面出现。独立续加物平面如：a ) 阐明处方的设备和 病人设置的行绘制；b ) 描述结构，指针和文本的行绘制；c ) 显示胶片模式的图 像和文本字段布局的绘制。续加物m 在概念上与d i c o m 标准的早先版本定义 的“g r a p h i c sd a t as e t ”相似。8 、“曲线”m ：用来代表图形数据的曲线可以被 指定位一连接在一起的序列。曲线数据可以或不可以在一个一致的图像上重 叠。一个独立的曲线，像一个独立的续加物，可以作为一个没有任何像素数据 的图像。曲线可以用来确定多维图形感兴趣的区域和注解。曲线数据在任何指 定的d i c o m 标准语法中都不被压缩。每一个曲线被指定唯一系列连接的点。 一个或更多的曲线应使用一个或更多属性在曲线模块中描述的编号重复组 ( 5 0 0 0 5 0 1 e ，e e ) 描述。包含在曲线中的数据类型应被指定。对于独立的曲 线，曲线识别模块用来识别曲线。9 、“模式”l u t ( 查找表) m ：定义了描述从 模式像素值到对打印、显示等有意义的像素值的变换。这个变换在任何模式 u 丌之后应用。v o iu j l r 可以包含在一个图像内或作为一个单独的参考图像的 山东大学硕士学位论文 v o il l r r 。当变换是线性的，v o il o t 有窗口中，凸, ( 0 0 2 8 1 0 5 0 ) 和窗口宽度 ( 0 0 2 8 ，1 0 s 1 ) 。当变换是非线性的，v o il u t 有v o il u t 序列( 0 0 2 8 ，3 0 1 0 ) 描述。 2 2 信息对象定义( i o d ) 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m 由一至多 个模块( m o d u l e ) 组成。每个模块又包含大量属性( a t t r i b u t e e ) ， 可以形象地认 为：像素数据( p i x e ld a t a ) + 影像属性( a t t r i b u t e ) = 信息对象( i n f o r m a t i o no b j e c t d e f i n i t i o n ) n ，i o d 可分为两类， 复合型( c o m p o s i t e ) i o d 是对d i c o m 模型中多个实体的一部分的信息对象 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 中包含的相关 的多个实体，当其中一个实例通讯时，这些完整的环境参数在两个应用实体间 交换。 规格化( n o r m a l i z c d ) i o d 是代表d i c o m 模型中的单个实体。常规i o d 进行 通讯时，其环境参数并未进行真正交换，而是通过指向这个常规i o d 实例的指 针来实现。超声即u s ( u l t r a s o u n d ) 图像i o d 指定了由u s 成像设备产生的图 像，这里续加物m ，模式l u t i e ，v o i l u t i e 不是u s 图像i o d 的组件。 2 3 服务类( s c ) 及服务对象对类( s o p ) d i c o m 规定了8 个服务类，其中4 个复合服务类、4 个常规服务类：存储 服务类，提供基本传送和存储图像的服务，由c s t o r e 完成；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，由c g e t 、c m o v e 、c - f i n d 完成；验证服务类，用于服务协议的检查和排错，这是唯一不与信息相关服务 类，由c e c h o 完成；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。病人管理服务类：管理病人入院、出院及信 山东大学硕士学位论文 息传递：检查管理服务类：管理每次病人检查全过程；打印管理服务类：管理 d i c o m 信息及图像的打印；结果管理服务类：管理病人检查结果。 s o p 类由i o d 及相关的d i m s e 服务组( d 1 m s e ：d i c o mm e s s a g es e r v i c e e l e m e n t 消息服务单元) 一对一配对组成，d i c o m 定义了两类s o p 类，规格的 和复合的。d i m s e c 服务只为复合i o d 提供操作服务，d i m s e - n 服务为常规 i o d 提供服务，为此，s o p 可分为： 复合s o p = 复合i o d + 一组d i m s e c 常规s o p = 常规i o d + 一组d i m s e - n 2 4d i c o m 文件结构 d i c o m 文件以标示符即t a g 的递增顺序，由上至下由左至右组织文件。 单个 d c m 文件通常由以下几个部分组成：( 1 ) 导言( p r e a m b l e ) ，含1 2 8 个字 节，通常放有关文件的说明。( 2 ) 前缀( p r e f i x ) ，固定为d ”、i 、m ，占 4 个字节。( 3 ) 数据元素( d a t ad e m e n t ) ，在数据字典中由单一输入定义的信息单 元【1 3 1 ，如图2 3 所示。编码信息对象定义属性最少由三个字段组成，这三个字 段为：数据元素标签，值长度和值字段。对于一些指定传输语法而言，数据元 素也包含v r 字段，在v r 字段中数据元素的值描述被明确指定。数据字段标 签即t a g ：由数字( 元素数字之后是组数字) 顺序对组成的数据元素的唯一标 识符标签t a g 是一个4 字节的无符号整数( x x x x , x x x x h ) ，前4 位为组 号，后4 位为元素号，所有数据元素都有一个唯一t a g ，当组号为偶数时为标 准t a g ，奇数时为自定义t a g t 数据元素类型即v r ( v a l u er e p r e s e n t a t i o n ) 占2 个字节，用来指定是否信息对象定义或s o p 类定义的属性是命令者，命令者仅 在特定条件下存在或者为可选的。它转化为是否数据集合的数据元素是命令 山东大学硕士学位论文 图2 3d i c o m 文件结构 者，命令者仅在特定条件下存在或者为可选的，如果规定为显式传输，必须有 v r 项，隐式传输时不能有v r 项；数据长度( v a l u el e n g t h ) ，占2 个字节或4 个 字节，要看是隐式( i m p l i e a t e ) 还是显式( e x p l i c a t e ) 传输，它是无符号整数，存放 值域( v a l u ef i e l d ) 长度；数据集合即v a l u ef i e l d ：由直接或间接与信息对象相关 的属性值的结构集合组成的交换信息。数据集合中的每一个属性值都被表示为 0 c 翟e 录 图2 4 利用x n v i e w 对d i c o m 文件数据的分析图 山东大学硕士学位论文 i 图2 5 利用x n v i e w 对d i c o m 文件数据的分析图i i 数据元素。由递增数据元素标签号码安排的数据元素的集合是现实世界对象属 性值的编码。真正图像的像素数据元素开始位置位于t a g ( 7 f e 0 ，0 0 1 0 h ) 后，偶 数个字节，存放真正的影像像素数据，如图2 4 和图2 5 。 3 1d i c o m 通信协议 第三节d i c o m 通信 d i c o m 上层协议是建立在应用层上的联接控制服务( a s s o c i a t i o nc o n l r o l s e r v i c e s ，a c s e ) ，该协议层主要负责d i c o m 通信的建立、释放终止，在建立联 接时协商好该次通信的服务类型，传输语法等。接下来就是消息交换层，主要完 成o s i ( o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c tr e f e r e n c e ) 的会话层、表示层和应用层的部 分功能。d i c o m 通信协议结构如图2 6 所示，各层功能如表2 1 。 在o s i 参考模型中，将信息从一层传送到下一层是通过命令方式实现的， 这里的命令称为原语( p r i m i t i v e ) ，被传送的信息称为协议数据单元( p r o t o c o l d a t au n i t , p d u ) 。在p d u 进入下层之前，会在p d u 中加入新的控制信息，这 种控制信息称为协议控制信息( p r o t o c o lc o n t r o li n f o r m a t i o n p c i ) 。并且会在 1 6 山东大学硕士学位论文 图2 6d i o o m 通信协议结构 p d u 中加入发送给下层的指令，这些指令称为接口控制信息( i n t e r f a c ec o n t r o l i n f o r m a t i o n ，i c i ) ，p d u 、p c i 、i c i 共同组成了接口数据单元( i n t e r f a c ed a t a u n i t i d t 0 。下层接收到i d u 后，会从i d u 中去掉i c i ，此时的数据包被称为服 务数据单元( s e r v i c ed a t au n i t , s d u ) 1 4 , 1 5 , 1 6 。 层次 功能 为应用程序提供网络服务，需要识别并保证通信对方的可用性，使得 应用层( a p p l i c a t i o nl a y s ) 协同工作的应用程序之间的同步，建立传输错误纠正与保证数据完整 性控制机制。 处理在两个通信系统中交换信息的表示方式，主要包括数据格式转 表示层( p r e s e n t a t i o nl a y e r ) 换、数据加密与解密，数据压缩与恢复等。 负责维护两个结点之间会话连接的建立、管理和终止以及数据的交 会话层( s e s s i o nl a y s ) 换。 传输层( t r a n s p o r tl a y s )向用户提供可靠的端到端服务，向高层屏蔽f 层数据通信的细节。 通过路由选择算法为分组( p k c c ) 通过通信子网选择最适当的路径，以 网络层( n c t w o al a y s ) 及实现拥塞控制、网络互联等功能。 数据链路层( d a t al i n kl a y e r )传输以帧( f r a m e ) 为单位的数据包，差错控制，流量控制。 物理层( p h y s i c a ll a y e r ) 实现比特流的透明传输。 表2 1o s i ( o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n ) 参考模型各层功能 通信前先要进行连接协商，其内容包括：( 1 ) 应用层上下文：定义应用服 务单元、相关操作及其它应用实体( a e ) 正常工作所需信息；( 2 ) 表示层上下 文：定义数据的表示，由上下文d 号、抽象语法和传输语法名列表三部分组 成：( 3 ) 应用实体的连接信息：包括应用层p d u 的最大长度、应用实体身份告 山东大学硕士学位论文 知：( 4 ) s c p s c u ( s e r v i c ec l a s sp r o v i d e s e r v i c ec l a s su s e r ) 角色确定：连接请 求方有可能是s c u 、也有可能是s c p 、还有可能既是s c u 又是s c p 。( 5 ) s o p 扩展协商：协商有关s o p 的其它内容【1 7 1 ”。s c u 根据所支持的服务类以及服务 对象对类，使用t c p 传输层协议，向s c p 建立一条t c p 网络连接。 连接建立成功后，进行连接协商以确定传送的数据编码方式和数据类型。将 协商的内容封装成a - a