（电路与系统专业论文）基于DICOM标准的医学图像通信与处理[电路与系统专业优秀论文].pdf

中文摘要 随着计算机技术及网络技术的突飞猛进，医学数字图像通信成为医学和计算 机网络的交叉新型学科。a c r 和n e m a 联合制定的d i c o m 标准就是新型学科的典型 代表。它是讨算机、网络通讯、数字信号处理和存储技术的综合应用。 最新版本的d i c o m 标准内容复杂。本文从信息结构和通讯协议两个方面分析 了复杂的标准技术文档，并将其具体实现。在满足国内医学图像领域需求的同时 跟上了国际发展水平。 本文将面向对象技术应用于d i c o m 标准的实现中，定义并封装d i c o m 类和函数，使软件结构上有很大优化。在d i c o m 通讯规范的基础上，实现 了w in d o w s 版本的d i c o mc - f i n d ，c - m o v e ，c - g e t 服务。而在此之前，这 三种重要的服务在国内文献和相关领域中还没有得到规范的实现和应用。 另外，本文开发并应用了对d i c o m 标准文件的信息获取、压缩、格式转 化等实用程序，并将其与通讯软件相结合，成功地应用于p a c s 系统，取得了 良好的效果。 关键词：医学数字图像d i c o m 通讯规范c - f i n dc - m o v ec - g e t a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e ra n dn e t w o r kt e c h n o l o g y ，m e d i c a l d i g i t a li m a g ec o m m u n i c a t i o ni san e wc r o s s s u b j e c tb a s e do nc o m p u t e rn e t w o r ka n d m e d i c i n e d i c o m ( d i g i t a li m a g i n gc o m m u n i c a t i o n i nm e d i c i n e ) i sat y p i c a ls y m b o l o ft h i sm a r r i a g e ，w h i c hi sah y b r i da p p l i c a t i o no f c o m p u t e r ，n e t w o r k ，d i g i t a ls i g n a l p r o c e s s i n ga n ds t o r a g et e c h n o l o g y t h ec o n t e n to fr e c e n td i c o ms t a n d a r di s v m 3 c o m p l i c a t e d s t a n d a r dt e c h n i c a l d o c u m e n t sa r es t u d i e da n di m p l e m e n t e di nt h i sp a p e rf r o mt w oa s p e c t s ：i n f o r m a t i o n s t r u c t u r ea n dc o m n m n i c a t i o np r o t o c 0 1 t h i sa c h i e v e m e n tm e e t st h er e q u i r e m e n to ft h e d e v e l o p m e n t o fm e d i c a lf i e l dw i t h i nc o u n t r yw h i l e k e e p i n gu p w i t hi n t e r n a t i o n a ll e v e l o b j e c t e d o r i e n t e dt e c h n o l o g yi sa d o p t e di nt h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ed i c o m s t a n d a r db y e n c a p s u l a t e d d i c o mi m a g ei n f o r m a t i o nc l a s sa n df u n c t i o n ，w h i c h o p t i m i z e st h es t r u c t u r eo ft h es o f t w a r e b a s e do nt h ec o m m u n i c a t i o nc r i t e r i o n ，t h r e e s e r v i c e s ：c f i n d ，c m o v e ，c g e ta r e i m p l e m e n t e d w i t hw i n d o w sf a s h i o n h o w e v e r ，t h e s es e r v i c e sa r en o tt a k e ni n t oa p p l i c a t i o ni nl i t e r a t u r ea n dr e l a t e df i e l d b e f o r et h a t i na d d i t i o n ，t h ea p p l i c a t i o n ss u c ha si n f o r m a t i o ne x p l o r e r ，i m a g ec o m p r e s s o ra n d f o r m a tc o n v e r t o ra r e d e v e l o p e d i n t h i s p a p e r f u r t h e r m o r e ，t h e s ea p p l i c a t i o n s a r e c o m b i n e dw i t hc o m m u n i c a t i o ns o f t w a r e ，w h i c hh a v eb e e nu s e di np 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 s ) w i t hs a t i s f a c t o r y r e s u l t s k e y w o r d s ：m e d i c a ld i g i t a li m a g e ，d i c o m ，c o m m u n i c a t i o nc r i t e r i o n ，c f i n d c m o v e ，c g e t i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，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 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：纽整数 日期：年月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 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 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：勾艳敏导师签名： 日期： 电子科技大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 医学数字图像通讯发展概况 2 0 世纪7 0 年代，c t ( c o m p u t e rt o m o g r a p h y ) 技术在医学临床中的成功应 用丌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。2 0 世纪8 0 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 i r o n e m is s i o n t o m o g r a p h y ) 、单光子发射计算机断层扫描s p e t ( s i n g l ep h o t o n e m i s s i o n c o m p u t e r 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得准确性和正确性。因此，从2 0 世纪9 0 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。 1 2 医学数字图像应用中的问题+ 计算机技术的发展，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称为可能；计算机 显示技术和虚拟现实技术的发展，使得医生不用开刀就可以看到病人体内逼真的 三维图像。同时在医学数字图像的这些应用中也逐渐面临一些问题。 通讯方面： 随着c t 、m r i 和其它数字诊断成像模式进入医学成像、诊断，计算机及其相 关数字成像设备越来越广泛的用于临床的医学诊断，在不同厂家制造的设备之间 传输医学图像和其他相关信息已经成为迫切需要。如何实现这些设备的互联，关 电子和技大学颂士学位论文 系到能否实现数字图像的存储和分发、数字通讯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( 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。 医疗设备间的互联也可解决这些重要诊断信息的共享问题。还有远程医学中远程 医学教育( t e l e e d u c a t i o n ) 、远程会诊( t e l e c o n s u l t a t i o n ) 、远程诊断 ( t e l e d i a g n o s i s ) 的应用都要求得到高质量的图像和完整、全面的相关医疗信 息。但是，当前的远程医疗一般仍局限于使用视频会议系统进行双方的通信，病 人信息和诊断图像通过视频方式传递，图像质量得不到保证，与通过胶片观察有 明显的差距。这显然与远程医学应用的要求不符。因此，如何研究通过由局域网 和广域网组成的互联网络，实现网际、网内对医疗信息的实时访问构成了开展远 程医疗的基础。 存储容量方面： 数字医学图像的特点：二高一大( 高分辨率、高精度和大数据量) 。空间分 辨率和灰度量化级的提高将使图像数据量急剧增加，对于p a c s 来说，这意味着 存储容量和图像传送所需时间的增加。对于放射图像来说由于画面常呈矩形，而 图像( 例如c t 图像) 常占据画面的一部分，相当于一部分画面不含有诊断信息， 可以剔除。在图像处理领域中，数字图像正在日渐代替传统的模拟图像以作为图 像的保存手段。数字化是医学图像处理的趋势，其基本目标是把图像表示为数字 格式以使其能支持图像的传输、归档，以及其他针对诊断信息的操作如图像增强 等。然而，描述一幅图像所需的数据量是如此之大，以至于极大的限制了传输速 度，加上存储所需空间也非常大，这些都限制了它的广泛使用。数字化医学图像 庞大的信息量和储存空间以及高昂的储存费用一直困扰着各家使用数字化医学 图像储存的医院。另外，数据量庞大的数字化图像在网络上传输时所占用的巨大 的带宽和缓慢的传输时间，也一直是p a c s 系统设计中头痛问题。 1 3 医学信息通讯的国际标准 2 0 世纪8 0 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，美国放射协会( a c r ，a m e r i c a nc o l l a g eo fr a d i o l o g y ) 和美国国家 电器制造协会( n e m a ，n a t i o n a le l e c t r i c a l m a n u f a c t u r e r sa s s o c i a t i o n ) 认 电子科披大学硕士学位论文 识到，迫切需要制定相关的国际标准使不同厂商生产的设备，产生的影像遵循标 准的格式以便在资源的高效利用，影像的传输，医学技术的交流等方面标准化和 制度化。a c r 和n e m a 在1 9 8 3 年就成立了一个委员会，开发出了一套医学图像的 通讯标准，旨在： 提供与生产厂商无关的数字图像及其相关信息的通讯 更有助于开发和推广图像存档和传输系统p a c s ( p i c t u r ea r c h i v ea n d c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) ，并能与其他医学信息系统联系 建立有价值的诊断信息数据库，它能处理地理上分散的不同设备间的请 求，提供一个广泛的、分布式的诊断信息查询库 在此宗旨指导下，1 9 9 3 年工作组发布了标准的第三版，定名为 d i c o m 3 ( ) ( d i g i t a li m a g i n gc o m m u n i c a t i o r si nm e d ic i r e ) 标准协议。 1 9 9 8 年、1 9 9 9 年、2 0 0 0 年先后对3 0 版本进行了增补、完善，这就是今 天所说的d i c o m 标准。( 注：本文如无特殊说明，标准均指d i c o m 3 02 0 0 0 年版) 。 d i c o m 3 0 标准提供设备兼容的协议、使用该协议的句法和相关信息、信息 构造的规范。d i c o m 3 0 标准隶属于医疗信息领域，在该领域其作用于影像设备 之间的通信，它从事于医学成像设备之间的数字信息交换。但是影像设备往往和 其他医疗设备交互操作，因此标准的范围需要与医学信息学的其他领域重叠，如 图1 1 图i id i c o m 标准的应用范畴 电子科技大学硕士学位论文 1 4 论文选题依据和主要研究工作 作为一个医学数字图像通讯的统一接口标准，d i c o m 如同网络时代的t c p i p 协议一样，意义深远，更超过其自身的价值。d i c o m 3 0 标准的制定使得医学图 像及各种数字信息在计算机间的传送有了一个统一的标准。d i c o m 3 o 同时也是 通用p a c s 系统接收设备数据所遵循的标准协议。p a c s 系统作为通用的医疗图像 数据的管理系统，涉及到不同厂家的各种医疗设备间的通讯，也有可能涉及到 p a c s 系统之间的通讯。事实上，d i c o m 通讯接口是p a c s 系统非常重要的功能之 一，其作用是解决不同厂商的各种符台d i c o m 标准的医疗设备的通讯问题。随着 越来越多的医院对p a c s 系统的认识和应用，大中型医院在购置新的c t 、m r 等医 疗设备时，把能否提供符合d i c o m 标准的网关看作是一个重要的选型指标。及早 认识，研究并实施d i c o m ，对于我国远程医疗及p a c s 建设还处于起步阶段的现 状，能避免许多重复建设，以低成本，性能优的国产产品普及p a c s 在我国的开 展和应用，具有较高的战略意义。尽快在p a c s 中全面实现d i c o m 标准，对于抢 摊中国这一广阔的市场具有十分重要的意义。对比国内外在医学图像通讯标准的 推广和应用程度，我们就可以清楚的看到我国与国外的在此领域实际差距。尽管 有成型的标准规范的文档，国外也有成熟的产品，但即便如此，作者认为把涉及 到多个学科知识的复杂的技术文档引入到学科研究中来，深入浅出的介绍给涉及 此领域的医疗工作者，图像通讯、医疗图像处理的研究人员和致力于医学图像通 讯标准研究和发展的专家，意义重大。同时医学图像通讯学科应用性极强，实现 标准到产品中去意义巨大。 本论文的主要创新性研究工作如下： ( 1 ) 在学习和理解d i c o m 3 o 国际标准基础上，从信息结构和通讯协议规范两 个方面分析了复杂的标准技术文档，并将其具体实现。在满足国内医学图像领域 需求的同时跟上了国际发展水平。 ( 2 ) 将面向对象技术应用于d i c o m 标准的实现中，定义并封装d i c o m 类和函数，使软件结构上有很大优化。 ( 3 ) 在d i c o m 通讯规范的基础上，实现了w i n d o w s 版本的d i c o m c - f i n d ，c - m o v e ，c - g e t 服务。而在此之前，这三种重要的服务在国内文 献和相关领域中还没有得到规范的实现和应用。 ( 4 ) 开发并应用了对d i c o m 标准文件的信息获取、压缩、格式转化等 实用程序。 4 电子科技大学硕士学位论文 1 5 论文组织结构 本论文由六个章节组成： 第一章，介绍医学数字图像通讯发展的概况及应用中的问题，本论文的主要 研究方向、创新工作和章节组成。 笫二章，d i c o m 标准及其原理，简介d i c o m 标准特点及其内容概要，从信息 结构和通讯协议规范两个方面分析了复杂的标准技术文档。 第三章，面向对象的d i c o m 设计，介绍了面向对象技术以及图像信息类的定 义。 第四章，d i c o m 通讯的实现，在实现基本通讯的基础上重点分析d i c o m 服务 及其实现过程。 第五章，d i c o m 文件处理的实现，首先对d i c o m 文件作细致的结构分析，在此 基础上对d i c o m 文件信息获取，格式转化，压缩等处理的实现进行阐述，并对实 验结果进行分析。 第六章，总结和展望，总结全文的工作，对进一步的研究工作做了分析r 并 对未来医学图像通讯的发展趋势进行了介绍。 电子科技大学硕士学位论文 第二章d l c o m 标准及其原理 2 1 d ic o m 标准特点 现在广泛使用的标准是d i c o m 3 0 ，它具有以下特点： ( 1 ) 泛适用于网络环境：d i c o m 的早期版本只适用于点到点的数据传送，而 d i c o m 3 o 支持基于o s i 和t c p i p 等通用工业标准的网络环境，从而为远程医疗 创造了条件。 ( 2 ) 规定了医疗设备如何对数据交换及相关指令做出反应：d i c o m 早期版 本只局限于数据传送，而d i c o m 3 0 利用服务类别( s e r v i c ec l a s s ) 的概念具体规 定了有关指令及数据的语义。 ( 3 ) 定义了规范标准的级别：早期版本只规定了医疗设备遵循d i c o m 规范标 准的最低要求，d i c o m 3 0 则明确描述了为达到特定级别而必需的规范声明 ( c o n f o r m a n c es t a t e m e n t ) 。 ( 4 ) 可扩展性：d i c o m 3 0 支持对新特性的扩展。 ( 5 ) 引入了广义的信息对象( 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( s t u d y ) 、报告( r e p o r t ) 等广义上的各种信息对象。 ( 6 ) 建立了唯一标识各种信息对象的方法：这对在网络环境下清晰地定义信 息对象之间的关系具有关键意义。 2 2d i c o m 标准内容概要 医学图像通讯标准的内容分为十五章来讲述，其中与本文有重要关系的是第 三章一第八章： 第三章，信息对象的定义( i n f o r m a t i o nd e f i n i n go b j e c t ) 。详细 的给出了d i c o m 标准从医疗现实中抽象出来的信息对象的组成，概念内 涵。它是d i c o m 标准研究的重要内容，也是临床诊断中较为重要的内容。 第四章，服务类说明( s e r v i c es p e c i f i c a t i o n c l a s s ) 。在这章中， 标准将图像通讯中可能涉及到的通讯类型分成若干详尽的对等的类别， 分别做了规范和界定。 第五章，数据结构和编码( d a t as t r u c t u r ea n dc o d i n g ) 。d i c o m 标 准规定了专用的医学图像文件。其格式在本章中做了具体的规定。并规 定了用到的数据、字符的编码要求。 6 电子科技大学顿士学位论文 第六章，数据词典( d a t ad i c t i o n a r y ) 。包括了d i c o m 标准中所有 的数据元的编码代号和编码说明。标准采用了u i d ( 唯一标识符) ，它在 所有的国际标准中均是唯一的标识符，这使得d i c o m 更加具有可操作性 和减少了实现的冲突。 第七章，信息交换( m e ss a g ee x c h a n g e ) 。定义了网络通讯中操作信 息对象( i o d ) 的方法，封装了信息数据格式、即d i c o m 信息服务元d i m s e ( d i c o mm e s s a g es e r v i c ee 1 e m e n t ) 。 第八章，网络通讯支持的信息交换( n e t w o r k c o m m u n ic a t i o ns u p p o r t f 。rm e s s a g ee x c h a n g e ) 。规范了网络通讯中的信息交换，定义了在i s o 的o s i 参考模型中和基于t c p i p 通讯协议栈上传输网络数据，状态转换。 标准各章内容较为独立，但章间互有联系，如图2 1 所示。 l ! ! ：! ! ：j ! ：。j 2 3d i o o m 通讯规范 图2 1d i c o m 标准总体结构 d i c o m 标准制定了网络环境下图像通讯协议，这是d i c o m 标准的核心内容， 解决了网络中在不同设备和医疗诊断系统之间交换图像数据和诊断信息的大问 题，n 止k t g 成为本文着重实现的主要部分。 23 1d lc o m 通讯协议栈 d i c o m 有两种通讯协议栈，一是基于串口的端到端的通讯协议，二是基于 t c p i p 的通讯协议。现在基于串口的端到端的通讯协议已经很少使用，在d i c o m 协议3 0 之后，就没有在引入此通讯协议。在基于t c p i p 的通讯协议中，由于诊 里王型塾查兰堡主鲎堕堡塞 断图像的应用是面向医疗工作者，面向用户的知识信息的交换，它在通讯过程中 处于通讯协议栈的最上层。连同较底层t c p 和i p 以及物理层的通讯协议，组成 了完整的协议栈。 r 。_ ! f , e d l c ：l li 日 m j 1 -j-_ -_-_ ，j 、 i d i c ；c # , ia p p l 拦* i t i o ne 1 口付 l 一，7 c o m $ e s s i , ：, 0 t r a n s p o r l n e t w o m t s t r _ ) d 1 0 0 m 0 a 招l i n h d i c o m p h y s i c a l ：5 0 一d m l l ， p o i a l - l o 1 ) 0 n 0 1 w 0 1 1 e de n v i o n i f l f l i e ! i v i l 0 1 n l e m 图2 2d i c o m 通讯协议栈 以下对各层做简单介绍： t c p i p 协议层：基于t c p i p 的网络数据传输类，为上层协议提供无差错的、 透明的、有序的端对端数据流传输，负责t c p 连接的建立、释放、终止以及t c pp d u 的传送接收。它由操作系统提供的t c p i p 协议模块实现，在功能上与下层网络 系统完全无关( 当然性能上依赖于底层网络系统) 。操作系统同时给出了提供传 输层服务的a p i 接口一- - s o c k e t 应用程序类以方便上层协议使用。 传输控制协议互联网协议( t c p i p ) 是应用最广泛的传输层网络层协议， 也是事实上的工业标准。尽管i p 协议既不保证数据包不出差错，也不保证数据包 有序投递，它只是一种尽最大努力投递的不可靠协议，然而t c p 女i 是一种面向连 接的可靠协议，它在i p 协议基础上通过建立端对端( e n dt oe n d ) 连接时的三次 握手、数据接收确认、超时重传等一系列复杂的控制机制，提供了端对端透明、 有序的数据传输功能，t c p 协议完全屏蔽了在复杂的互联网上任意两个端点间进 行通信的细节。 上层协议层( u p p e rl a y e rp r o t o c 0 1 ) ：主要提供了表示层，应用层底层的 功能，是d i c o m 对t c p t p i 力、议的扩充，它为应用层高层提供了与数据编码和压缩 等数据表示无关的抽象语法传输，解析d i c o m 命令与数据，也提供了连接控制服 务元素( a c s e ) ，为应用层实体提供建立连接，有序释放连接，强行中止连接的 电子科技人学硕士学位论文 手段。 u l p 借助于u l p 的p d u 来实现，而p d u 依靠s o c k e t 来完成实际的网络数据传输， 这只是静态的描述。u l p 实现，不仅仅是相关p d u 的构建与传输，还包括在一定的 上下文环境下对p d u f l 勺角翠释以及在解释基础上p d u 之间的交互，所有的服务功能正 是在解释与交互中体现出来。u l p 负责把p d u 中的连续字节流解释成为有意义的协 议控制信息并分离出d i m s e 流。 d i c o m 应用实体：该层是对客户( s c u ) 朋务器( s c p ) 模型的抽象。作为客 户服务器模型种的客户s c u 使用d i m s e 月 务构建、发送请求消息，并接收来自s c p 的响应消息；丽作为服务器的s c p 负责接收来自s c u 的请求消息，执行要求的操作 或告知，根据执行的结果，构建响应消息并发送i u s c u 。这里，s c u s c p 必须声明 支持何种d i c o m 服务类。 2 3 2 通讯过程 服务类使用者s c u ( s e r v i c ec l a s su s e r ) 使用d i c o m 上层的d i m s e 服务构 建、发送请求消息，d i c o m 上层协议层将要传输的数据封装成t c pp d u 形式传输 给t c p i p 协议层。然后在物理通信介质层进行实际通讯。而作为服务器的s c p 负责接收来自s c u 的请求消息，经过t c p i p 协议层在上层协议层解析d i c o m 命 令与数据，在d i c o m 上层执行要求的操作或告知，根据执行的结果，构建响应消 息并发送到s c u 。s c u 根据响应消息中的状态，判断此次操作的成败，向上层图 像处理应用报告该结果。 网络中各应用程序首先要解决的是如何相互连接的问题，协商成功后才真正 进行数据的传输过程。所以通信的第一步就是连接协商。 ( 一) 连接协商 连接协商的目的在于确定所传送数据的类型和编码方式。 t c p 传输连接具有端对端的特性，通常应用程序是位于t c p 上层的，以i p 地址， 端口号为标识来进行应用程序的通讯，因此每一个上层连接( u p p e rl a y e r a s s o c i a t i o n ) 只能以一个并且是唯一的t c p 传输连接来提供支持。每一个t c p 传 输连接也只能支持一个上层连接。 底层支持靠的是套接字。获取t c p 协议服务的调用接口是套接字( s o c k e t ) 它最初在b s du n i x 上使用，并迅速被广泛接受，成为基于t c p i p 事实上的网络 通信接口。套接字绑定了网络层地址( i p 地址) 与传输层地址( 端口号) ，它是 对个通信节点的抽象，通过套接字很容易实现数据发送与接收。套接字可分为 9 屯子科技大学颂士学位论文 主动清求型与被动接收型两种，分别与两个通信进程相互作用的客户n 务器模 式对应，一旦建立了套接宇连接( t c p 三次握手成功) ，通信双方的地位是完全 对等的。 协商的内容包括： 应用实体( a e ：a p p l i c a t i o ne n t i t y ) 的连接信息：包括应用层p d u 的最大 长度、应用实体a e 身份告知。 应用层环境( a p p l i c a t i o nc o n t e x t ) ：定义应用服务单元、相关操作及其它 应用实体谁常工作所需信息，这些问题必须在协商中达成一致。一个应用环境用 u i d ( u n i q u ei d e n t i f i e r ) 进行标识，并在连接初始化中传递到对方。通过比较应 用环境的u i d ，对方能够决定是否能够处理这个连接的请求。一仑应用环境覆盖 了信息交换的全局功能。 表示层环境( p r e s e n t a t i o rc o n t e x t ) ：具体定义数据的表示，由表示层环 境i d 号、抽象语法名和传输语法名列表三部分组成。 s c p s c u ( s e r v i c ec l a s sp r e y i d e r s e r v i c ec l a s su s e r ) 角色选择：可能 情况有连接请求方是s c u 、连接请求方是s c p 、连接请求方既是s c u 又是s c p 。 s o p 扩展协商：协商有关s o p 的其它内容。以上联系中的信息都是封装在 p d u 中经过t c p i p 及物理层传送到对方的。 在一次连接被接受( a c c e p t ) 之后，双方就可以根据相应的服务类( s e r v i c e c l a s s ) 与服务对类( s o pc l a s s ) 进行信息交换了。经过这个协商过程，双方都知 道对方的能力和限制。 ( 二) 数据传送：经过连接协商后，d i c o m 通讯双方已经对将要进行传输的 数据内容及编码方式达成共识。止l h , i 协议将d i c o m 命令和d i c o m 文件组装成图 2 3 所示的p d u ( 协议数据单元) ，并利用p d u 服务传送数据。d i c o m 定义数据传送 p d u ( p - d a t a t fp d u ) 的结构如图2 4 所示。每个数据传送p d u 可以包含一至多 个p d v ( p r e s e n t a t i o nd a t av a l u e ) ，d i c o m 命令和数据以流的形式放在p d v 中， 如图2 5 所示。 2 33d f m s e 服务原语 d i m s e 服务用户使用服务原语进行通信。d i c o m 服务主要由d i m s b 服务原语 构成。在图2 6 中两个服务用户a ，b 就组成了消息传输的对等实体，之间 可以进行通告或者操作信息服务。 电于科技大学硕士学位论文 11d221 c 1 6弛 广，l 弋 岬 c c l l i 郇- 1 1 厂l 、 滞 n e m ( o r l y m e l nr o l n n lp m s 郇i i n c ) 柑o r i n r c i ) 州r m e l n q 11 2 n o t e ：a l lr l e us i mi n 蛔 广l l e n l h 0 吣) 图2 3a - a s s o c i a t e - r o ( a c ) p d u 结构 怿阁m p d 。u n v a r i 。b bf i e h j c o o i a i n eo n eo r m o m pr e s e n i o l i o nd 0 b v a l u el h l l * s h o x v nb l m 厂l _ 、 图2 4p - d a t a t fp d u 结构 电子科技大学硕士学位论文 ，。 ，l 一 。、 m e 0 a o ec o l t r o lh e 1 , ：l er l i i i i l i i l h s t6 巾ic m i o ro mf g m n | | i i | | u j l o s t ，r , + o tl a 轼f l a 0 1 j e n t 图2 5p d v 的编码格式 蓑譬f f j r , ：兰l ： 图2 6 消息服务原语图 这些原语用如下的步骤完成一个d i m s e 服务： 1 、d i m s e 服务的用户a 给d i m s e 服务提供者分发一个服务请求； 2 、d i m s e 服务提供者接受请求原语并给执行d i m s e 服务的用户b 发出一个 指示原语； 3 、执行d i m s e 服务的用户接受指示原语并执行被请求的服务； 4 、执行d i m s e 服务的用户给执行d i m s e 服务提供者发出一个响应原语； 5 、d i m s e 服务提供者接受响应原语并给发起d i m s e 服务的用户a 发出一个 证实原语； 6 、发起d i m s e 月e 务的用户a 接受证实原语。 本章介绍了d i c o m 的通讯模型、通讯规范以及d i m s e 服务原语，在第四章我们 将在此基础上详细阐述d i c o m 的通讯的具体实现。 一皇王型垫查堂堡主堂垡丝茎 第三章面向对象的d io o m 设计 3 1 面向对象技术 面向对象技术是一个非常实用而强有力的软件开发方法。其基本出发点就是 尽可能按照人类认识世界的方法和思维方式来分析和解决问题。客观世界是由许 多具体的事物或事件抽象的概念、规则等组成的。我们将任何感兴趣或要加以研 究的事物、概念都统统称为对象。面向对象的方法正是以对象作为基本的元素。 对象具有状态，通常用数据来描述。对象还应有操作用以改变对象的状态。从动 态的观点来看，对象及其操作就是对象的行为。 面向对象方法尽可能自然而灵活的模拟现实世界，向着减少语义断层的方面 努力。其中关键的一点就是改变传统的方法中间数据与操作( 亦称为函数或过程) 相分离的做法，实现了将数据与操作封装在对象的统一体中。该方法还提供一种 机制，使得对象内的私有数据有其私有的操作，从而可灵活的专门描述对象的独 特行为。在某些问题上可直接模拟现实世界中的对象，这样研制出来的软件便于 理解和维护。由于对象封装了数据及对数据所进行的操作，从而使对象具有较强 的独立性和自治性，其内部状态不受或很少受外界的影响。这就是说，它具有很 好的模块化的特点，可为软件重用奠定坚实的基础。 我们将相同的结构操作并遵守相同约束的对象抽象出来而获得对象类。对象 类的概念是该方法所独有的重要概念。对象类最鲜明的特色是将数据的结构与数 据的操作封装在对象类中，并实现了类的外部特性和类实现的隔离，也就是实现 了将使用对象、对象类的用户与具体实现对象、对象类的开发者分开，为复杂大 系统的分析、设计、实现提供了先进的方法。类和类型的显著差别在于静态和动 态之别。类型往往是静态的数据抽象描述，而类则具有动态性，也就是可以从类 动态的生成属于该类的对象，隐含了“对象产生器”和“对象存储器”的概念。 面向对象方法的抽象性( a b s t r a c t i o n ) 广义的说，抽象是对复杂的现实世界的简明的表示。抽象在系统分析、系统 设计及程序设计语言的发展中直起主导作用。面向对象方法比传统的结构化方 法有更高的抽象性。对象不仅可以表达结构化的数据，而且可以表达传统的结构 化方法所不能表达的非结构化数据，包括复杂的工程实体、图形、声音、规则等， 使面向对象方法有很强的建模能力。面向对象方法冲破了传统建模的约束，能够 更自然、更充分的表达现实世界中的语义。对象类在对象的基础上实现了更高级 电子科技大学硕士学位论文 的抽象，进一步将对象的共性加以抽取，而且对象类将数据结构上的抽象与功能 上的抽象结合起来，实现了传统方法所不具备的更高级的抽象。总之，面向对象 方法具有结构化方法所不可比拟的高度的抽象和灵活。 面向对象技术的封装性( e n c a p s u l a t i o i l ) 面向对象方法提供了完整的封装性。对象是封装的最基本的单位。对象类为 本垒的所有对象提供了共性。对象类是封装良好的模块，其内部实现按具体定义 的作用域提供保护，可分为私有段、保护段和公有段。其私有变量( 成员或数据) 仅为本类使用，其他类是不能访问的。保护段变量仅为本类和其子类所有，而公 有变量为全局变量，允许所有类访问。良好的封装性为面向对象方法的独特的优 越性，为采用面向对象方法开发的软件提供了可重用性。 面向对象方法的继承性( i n h e r i t a n c e ) 继承性是面向对象方法所独有，其他方法一律不具备此特性。采用继承性使 所建立软件系统具有开放性。当前软件发展的重要趋势是开放体系结构，这主要 是指系统的开发应当尽可能的选用公用的接口实现信息的交换与共享。模块应当 尽量多的重用。面向对象方法由于具有继承性，使要建立的系统并非完全从空白 开始，而是尽可能利用已建立的系统或已建立的类，以它们为基础进行扩充，考 虑向上与向下的接口方法。 继承性最重要的体现是类层次中的共享机制。也就是说，子类能自动的集成 其超类的全部语义特性。若类层具有多层的话，这种继承还有传递作用，即最下 层的子类可继承其上各层超类的全部语义特性。因此其有纵向的多层共享机制。 同时其还能从横向实现共享机制，即子类可从多个超类中继承它们的语义特征。 继承性进步增强了代码的可重用率，从而提供软件系统的可靠性。 面向对象方法的多态性( p o l y m o r p h i s m ) 多态性是侧重面向对象方法的行为可在不同时间内保存、取用以及返回不同 的类型值，也就是相同的操作可作用于多种类型的对象上，并获得不同的结果。 多态性行为主要通过运算符重载、函数的重载以及虚函数和动态联编来实现的。 多态性增强了软件的灵活性和重用性。尤其采用虚函数和动态联编机制后，允许 用户以更为明确易懂的方式去建立通用的软件。多态性和继承层次相结合，是软 界具有更广泛的重用性和可扩展性。 3 2 图像信息类的定义 一幅医学数字图像一般为一个病人在接受某次检查中形成，包括了下列的信 鱼王型垫奎兰堡圭堂堡堡苎 息： ( 1 ) 图像的所有有关检查信息，如病人姓名、出生年月、病人性别、检查时 间、检查部位、检查序列号等等。 ( 2 ) 图像数据本身。 ( 3 ) 在网络传输协议中有关的信息，如传输语法、源执行实体名等。 d i c o m 标准中描述上述信息的最基本的数据结构就是数据元素，由数据元素 组成数据集。一个数据元素通常由标号( t a g ) 、值的表示( v a l u e r e p r e s e n t a t i o n ) 、值的长度( v a l u el e n g t h ) 、以及值域( v a l u ef i e l d ) ，每个 数据元素都有唯一的标号，多个数据元按照标号的大小从小到大的排列成一个数 据链，标准称这样的数据链叫数据集( d a t as e t ) 如图3 1 所示。 n e o o t l a t e c lt r a l l s f e rs y n t a x 圈3 ，1 数据集 1 、标号( t a g ) ：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 用标号来唯一表示，用于唯一地定义数据元素的物理意义( 如病人姓名、年龄、 设备、影像类型、图像数据和其它技术参数等) ，各个标号对应什么数据元素可 以查阅d i c o m 标准p s 3 6 部分。在d i c o m 中人为地将标号分为两个部分：组号( 高 位2 字节) 和元素号( 低位2 字节) ，十六进制下格式是( g g g g ，e e e e ) 。其中组号 表明这个数据元素属于哪个数据组，如d i c o m 命令的组号是0 0 0 0 ；而元素号用 于区分同一组中的不同数据元素；数据字典就是依据标号来检索不同数据的。每 个组的第一数据元素可选择使用( g g g g ，0 0 0 0 ) 来计算本组的总长度，从而在数 据编码和分析过程中可以确定整个组的位置，提高解析效率。 2 、值的表示( v r ) ：指明了该数据元素中的数据是哪种类型的。在d i c o