（计算机系统结构专业论文）基于dicom标准的医学图像通信过程的实现.pdf

摘要 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 ni nm e d i c i n e ) 标准是医学影像环 境中的高层网络通信协议，说明了影像系统之间通过网络进行图像交换和实现互 操作的规范，使得不同厂商生产的设备所形成的图像统一存档和通信成为可能。 论文在深入和全面地解析d i c o m 3 0 协议的基础上，对d i c o m 通信体系结构、 上层协议功能、d i c o m 通信过程和协议中关键的几个通信服务类( 存储服务类 c s t o r e 、验证服务类c e c h o 、查询服务类c f i n d 等) 的实现进行了详细分 析。第四章中结合d i c o m 的应用模型、d i c o m 应用实体的运行机制以及t c p i p 协议的网络分层模型，提出了一种d i c o m 网络的实现模型。采用分层的思想实现 d i c o m 通信协议，并详细介绍了每层的结构、实现流程和关键技术。论文第五章 中给出了软件在局域网中实现d i c o m 通信协议的结果。 关键词：医学图像d i c o m 通信d i m s e 服务s c u s c p a b s t r a c t 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 ni nm e d i c i n e ) s t a n d a r d ，t h eh i g l l l e v e ln e t w o r kc o m m u n i c a t i o np r o t o c o li nm e d i c a li m a g i n g ，s t a n d a r d i z e dt h ei m a g e e x c h a n g ea n do p e r a t i o ni m p l e m e n t a t i o nb e t w e e nm e d i c a ls y s t e m su s i n gn e t w o r k d i c o mm a k ei tp o s s i b l et h a tt h em e d i c a li m a g e sp r o d u c e db yd e v i c e sf r o md i f f e r e n t f a c t o r yc a nb es t o r e da n dt r a n s f e r r e du n i f o r m l y f i r s t l y , b a s e do nt h et h o r o u g ha n a l y s i so fd i c o m 3 0p r o t o c o l ，t h i sp a p e rm a d ea d e t a i l e da n a l y s i so fd i c o mc o m m u n i c a t i o na r c h i t e c t u r e ，t h ef u n c t i o no fd i c o m h i g h l e v e l p r o t o c o l ，a n d s e v e r a l k e yc o m m u n i c a t i o n s e r v i c e c l a s s e si nd i c o m c o m m u n i c a t i o np r o c e s sa n di t sp r o t o c o l ( f o re x a m p l e ，s t o r es e r v i c ec l a s sc - s t o r e ， v e r i f i c a t i o ns e r v i c ec l a s sc e c h o ，q u e r ys e r v i c ec l a s sc f i n d ，a n de t c ) s e c o n d l y , i n c h a p t e rf o u r , t h i sp a p e ri n d u c e da ni m p l e m e n t a t i o nm o d e lf o rd i c o mc o m m u n i c a t i o n , b a s e do nt h ea p p l i c a t i o nm o d e lo fd i c o m ，o b j e c tw o r k i n gs c h e m ei nd i c o m s y s t e m ， a n da sw e l la st h el a y e r e dn e t w o r km o d e li nt c p i pp r o t o c 0 1 p a p e rd e s c r i b e dt h e l a y e r e d i d e af o rd i c o mc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l i m p l e m e n t a t i o n ，t h ed e t a i l e d a r c h i t e c t u r e ，i m p l e m e n t a t i o n , a n dk e yt e c h n i q u ei ne a c hl a y e r i nc h a p t e rf i v e ，t h e r u n n i n gr e s u l t so f t h ei m p l e m e n t e dd i c o mp r o t o c o l i nl a ni sl i s t e d k e y w o r d s ：m e d i c a li m a g e d i m s es e r v i c e d i c o mc o m m u n i c a t i o n s c u ，s c p 学位论文创新性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，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 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安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已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：玉敏日期玉z “日期丝鲤z ：芝：垒 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 本人签名： 导师签名：趟， 日期么五主：z日期纽f ：至：厶 日期! ! 堕主! 第一章绪论 第一章绪论 1 1 医学影像技术的发展 2 0 世纪以来医学影像诊断技术得到了迅速发展。主要可以分为下面几个发展 阶段： 最初的纯胶片工作方式 纯胶片工作方式的缺点非常明显，它耗费大量的胶片，且保存、调用、处理 困难，是一种既费时又费钱、费力的方式。 在1 9 8 2 年召开的第一届国际影像记录和传输系统国际会议后，出现了数字图 像归档与通信系统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 n s y s t e m ) 。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、储存、交换和 输出进行数字化处理，其发展趋势是最后实现图像的储存和传送，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；它可以联接不同的影像设 备( c t ，m r ，x - r a y 、超声等1 ，在一定程度上实现了资源共享并方便了医生的诊 断，是比较普及的一种医学影像管理系统，是医院里信息管理系统中的重要组成 部分，代表着目前医疗信息系统应用的最高水平。但p a c s 的覆盖面较小，一般限 于科室或医院内部且通讯距离不超过l o 千米。 基于i n t e m e t 的医学影像系统 实时医学影像系统在国内基本上处于研究阶段。由于技术不成熟，建立和维 护这样的系统费用很大。我国的各个远程会诊系统之间组织混乱，无法实现现有 资源的真正共享，但远程会诊及今后的远程医疗是未来的发展趋势。 自从上世纪七十年代c t 进入医学领域以来，再加上计算机技术的飞速发展， 现今的医学影像诊断设备往往己经不再是单纯的诊断设备了，它同时又是治疗设 备或是治疗设备的一部分，许多影像设备和治疗设备正在以各种方式融合起来。 诊断是治疗的前提，对于医学影像诊断来说，医生需要诊断的不仅仅是病变的性 质，同时也应包括病变的具体位置，这样对病人的治疗来说副作用小、效果显著、 见效快。譬如介入放射就是在影像诊断设备的图像引导下进行穿插、切割或放疗 的。 当前，医学影像设备如超声、放射、c t 、电子内窥镜、核磁共振及手术摄像 设备等都大量的进入大中型医院，医学影像数据正以爆炸式的速度增长，这给以 胶片、纸张和录像为介质的传统存储方式提出了挑战：传统存储介质的管理难度 与其数量同步增长，包括费用、存储空间、查找难度等；很难克服传统存储介质 2基于d i c o m 标准的医学图像通信过程的实现 变质和丢失引起的信息丢失问题；很难将治疗现场或扫描的图像及时的传到急需 的科室，如急救室、手术室等；也不容易实现异地会诊、手术指导和交互式教学； 很难将同一病人在不同时间由不同设备拍摄的影像数据有效的组织起来为病人进 行全面的诊断。 综上所述，无论是何种医学影像系统，也无论是何种医疗诊断过程，必须具 备的前提是：医学图像被正确的采集、显示和传输，即d i c o m 3 0 标准被正确的 实现。 1 2 课题的提出 本课题来源于西安电子科技大学海光数码有限公司医用扫描仪医学影像处理 系统的开发，该系统采用客户机服务器模式，包括四个功能模块：图像采集、图 像处理、文件管理、网络传输。课题来源于具体的工程应用，目前所开发的医学 影像处理软件，满足了实际的应用需求。 我国的医院在过去十多年间，引进了大批先进的医学图像设备，对提高诊断 水平起到了重要的积极作用。但由于多方面的原因，大多数医学图像设备和系统 都没有考虑图像和相关医学信息的存储和通信功能，更多的是配置一部打印机或 用x 光胶片做图像记录，医生通过肉眼观察仪器屏幕的图像进行诊断i lj 。 一方面，由a c r - n e m a 标准发展而来的d i c o m 3 0 标准相对来说是一个比较 新的协议，同时它的内容也比较庞大。目前国内对它的研究非常少【2 】，完全实现其 功能的系统也基本上没有。另一方面，d i c o m 标准使得医学图像及相关信息在计 算机间传输有了统一的国际标准，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、远程医疗等应用。这些无疑可以大大提高 诊断的效率和准确性，有很重要的实际意义。 但是，医学图像及其相关数据的通信是实现远程医疗的基础【3 】。尽管近几年， 随着计算机技术的飞速发展和互联网迅速普及，远程医疗获得了一定的技术发展 空间，远程诊断变得可行。但是，医学数据通信的问题仍然是目前各大医疗系统 的焦点问题之一1 4 j 。 1 3 课题的意义 最近发布的社会蓝皮书 2 0 0 7 年：中国社会形势分析与预测指出，我国城 乡居民认为“看病难看病贵”是最突出的社会问题，突出程度第一次排在了首位。 所以本课题的研究具有重要的社会意义： 高质量的远程医疗有助于提高全民健康水平，让更多的人享受高水平的医 第一章绪论 疗服务； 同时还可以进行跨区域的疑难病例会诊，有效地改善一些偏远地区的医疗 质量； 通过远程医疗，医务工作者能拓宽视野、积累经验，对医学本身无疑也是 一种促进： 通过远程医疗，可以有效的减少看病的费用，减轻老百姓的经济负担。 远程医疗的意义在于打破了地域界限，让更多的人享受高水平的医疗服务， 更合理地配置医疗资源，实现医学信息的资源共享。 1 4 本论文的主要工作及论文安排 本论文的主要工作是依据d i c o m 3 0 标准来解决医学影像网络传输问题。全 文分为五章，各章节的主要内容安排如下： 第一章：简述了医学影像技术的发展历史，并在此基础上提出了远程医疗的 概念和远程医疗具有的重要社会意义。 第二章：对d i c o m 3 0 通信协议标准进行了详细解析。介绍了d i c o m 3 0 标 准的特点、组成结构、d i c o m 消息的组织中的命令集和数据集。并分析了d i c o m 图像文件的格式。 第三章：详细地分析了d i c o m 通信过程。对d i c o m 通信体系结构、上层协 议功能以及关键的通信服务类( 存储服务类c ，s t o r e 、验证服务类c e c h o 、查 询服务类c f i n d 等) 的参数组织，服务实现过程进行了详细地分析。 第四章：详细地描述了d i c o m 医学图像通信的设计与实现方法。结合d i c o m 的应用模型、d i c o m 应用实体的运行机制以及t c p i p 协议的网络分层模型，设 计了一种d i c o m 网络的实现模型。采用分层的思想实现d i c o m 通信协议，并详 细介绍了t c ps o c k e t 层、d i c o m 上层协议层、消息层、d i m s e 层、s c u s c p 层 的结构、实现流程和关键技术。 第五章：软件的运行结果。作者在v i s u a lc + + 6 0 下独立开发的d i c o m 医学 影像系统软件中的通信模块，并给出了软件在局域网中实现d i c o m 通信协议的结 果。 第二章d i c o m 通信过程分析 第二章d i c o m 协议标准解析 2 1d i c o m 3 0 标准特点和组成结构 2 1 1d i c o m 3 0 标准的主要特点 d i c o m 3 0 标准是医学信息通讯领域的国际标准协议，它的突出特点有3 】【6 1 ： ( 1 ) d i c o m 3 0 协议是一种基于t c p i p 的上层网络协议 d i c o m 协议处于o s i 开放系统互连七层协议的上三层，即会话层、表示层和 应用层的位置，而在七层协议的下层主要使用t c p f l p 协议所提供的服务。d i c o m 协议要求在数据的编码、传输之前，必须先进行连接协商以确认双方同意某些特 定的条件，可以完成特定的通信功能。d i c o m 连接协商成功称为建立了一个“关 联”( a s s o c i a t i o n ) 。只有在建立“关联”之后，才能进行d i c o m 命令和数据的发 送和接收。 ( 2 ) d i c o m 数据编码的特点 标准定义了2 6 种内部数据类型。 像素数据的编码支持j p e g 图像压缩。 图像可以包含缩略图像和正常图像，也可以有多帧格式。 d i c o m 标准支持多个字符集。 d i c o m 具有自己独特的数据模型。 d i c o m 通过“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 ) 的形式来 完整地建立和定义医院环境下的数据模型。 d i c o m 使用“全局唯一标识”u i d ( u n i q u ei d e n t i f i e o 在网络环境下唯一地 标识各种i o d 信息对象，使之不致混淆。 ( 3 ) 拥有完整、庞大的数据字典 d i c o m 3 0 标准拥有一个庞大的数据字典，其内容包含了几乎所有医疗环境下 的常用数据，可以完整地描述各种医学设备、图像格式数据以及病人相关信息。 数据字典的条目以“数据元素”( d a t ae l e m e n t ) 为单位，每个数据元素描述一 项数据内容，如病人姓名、检查日期、一幅图像的像素数据等都可以是一个数据 元素。 数据字典具有可扩充性。d i c o m 标准预留出数据字典的一部分，允许各厂家 按照标准格式自定义新的数据元素。 ( 4 ) 通过“服务类”( s e m i t ec l a s s ) 概念实现应用层功能 6基于d i c o m 标准的医学图像通信过程的实现 为了完成某个特定的应用功能( 如图像管理、打印管理等) ，d i c o m 标准定义 了“服务类”( s e r v i c ec l a s s ) 的概念。服务类描述了可以对信息对象i o d 所做的操 作。服务类和信息对象结合起来构成了d i c o m 的基本单元，称为服务对象对 ( s e r v i c e o b j e c tp a i r ，s o p ) 。下表列举了一些典型的服务类及其功能描述。 表2 - id i c o m 服务类举例及功能描述 服务类名称 功能描述 i m a g es t o r a g e 提供数据集的存储服务 i m a g eq u e r y 支持数据集的查询 i m a g er e t r i e v a l 支持从存储设备检索图像 i m a g ep r i n t 提供硬拷贝图像生成服务 e x a m i n m i o n 支持检查管理 s t o r a g er e s o u r c e 支持网络数据存储资源管理 ( 5 ) 离线媒体支持 d i c o m 定义了自己的文件夹结构，用以形成“文件集合”( f i l e s e t ) 。此外， 允许以“媒体存储特征”( m e d i a p r o f i l e s ) 的形式定义对数据的不同媒体存储策略。 ( 6 ) 不同级别的一致性声明( c o n f o r m a n c es t a t e m e n t ) d i c o m 3 0 标准要求一个实际的通讯系统应该有个一致性声明( c o n f o r m a n c e s t a t e m e n t ) ，用以说明此系统对d i c o m 协议的支持程度，以及支持哪些类型的数 据和服务。 2 1 2d i c o m 标准的结构 目前，各个厂家的医疗仪器和医学诊断系统都已开始使用国际化的通信和数 据格式标准d i c o m 3 0 。 d i c o m 协议由1 4 个相关却又相对独立的部分组成【捌1 6 ： 1 ) d i c o m 标准介绍和概观( i n t r o d u c t i o na n do v e r v i e w ) ：引言与概述，简要介 绍了d i c o m 的概念及其组成。 2 ) 一致性声明( c o n f o r m a n c e ) ：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 i c o m 兼容性，即构造一个该产品的d i c o m 兼容性声明，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。 3 ) 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 s ) ：利用面向对象的方法，定义 了两类信息对象类：普通型、复合型。 4 ) 服务类规范( s e r v i c ec l a s ss p e c i f i c a t i o n s ) ：说明了许多服务类，服务类详细 第二章d i c o m 通信过程分析 7 论述了作用于信息对象上的命令及其产生的结果。 5 ) 数据结构和编码( d a t as h u c t u f ea n de n c o d i n g ) ：描述了怎样对信息对象类和 服务类进行构造和编码。 6 ) 数据字典( d a t ad i c t i o n a r y ) ：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。 7 ) 消息交换( m e s s a g ee x c h a n g e ) ：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。 8 1 消息交换的网络通讯支持( n e t w o r kc o m m u n i c a t i o ns u p p o r tf o rm e s s a g e e x c h a n g e ) ：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。 9 ) 消息交换的点对点通讯支持( p o i n t - t o p o i n tc o m m u n i c a t i o ns u p p o r tf o r m e s s a g ee x c h a n g e ) ：说明了与a c r - n e m a 2 0 兼容的点对点通讯的服务和协议。 1 0 ) 数据媒体存储和文件格式( m e d i as t o r a g ea n df i l ef o r m a tf o rd a m i n t e r c h a n g e ) ：这一部分说明了一个在可移动存储介质上医学图像信息存储的通用 模型。提供了在各种物理存储介质上不同类型的医学图像和相关信息进行交换的 框架，以及支持封装任何信息对象定义的文件格式。 1 1 ) 媒体存储策略( m e d i as t o r a g e a p p l i c a t i o np r o f i l e s ) ：用于医学图像及相关设 备信息交换的兼容性声明。给出了心血管造影、超声、c t 、核磁共振等图像的应 用说明和c d r 格式文件交换的说明。 1 2 ) 数据交换的存储功能和媒体格式( s t o r a g ef u n c t i o n sa n dm e d i af o r m a t sf o r d a t ai n t e r c h a n g e ) ：它提供了在医学环境中数字图像计算机系统之间信息交换的功 能。该交换功能将增强诊断图像和其它潜在的临床应用。这部分说明了在描述介 质存储模型阉的关系结构及特定物理介质特性和其相应的介质格式。具体说明了 各种规格的磁光盘，p c 机上使用的文件系统和1 4 4 m 软盘，及c d - r 可刻写光盘。 1 3 ) 点对点通信支持的打印管理( p r i n tm a n a g e m e n t p o i n t - t o - p o i n t c o m m u n i c a t i o ns u p p o n ) ：定义了在打印用户和打印提供方之间点对点连接时，支 持d i c o m 打印管理应用实体通信的必要服务和协议。点对点通信卷宗提供了与协 议第8 部分相同的上层服务，因此打印管理应用实体能够应用在点对点连接和网 络连接。点对点打印管理通信也使用了低层的协议，与已有的并行图像通道和串 行控制通道硬件硬拷贝通信相兼容。 1 4 ) 灰度显示功能( g r a y s c a l es t a n d a r dd i s p l a yf u n c t i o n ) ：这部分提供了用于测 量特定显示系统显示特性的方法。这些方法可用于改变显示系统以与标准的灰度 显示功能相匹配或用于测量显示系统与标准灰度显示功能的兼容程度。 对于d i c o m 通讯来讲，上述协议中的第2 ) 9 ) 部分是其重点内容，其中由于 第9 ) 部分“点对点数据通讯”已经逐渐被网络通讯所代替，因此下面只就最重要 基于d i c o m 标准的医学图像通信过程的实现 的第2 ) - 8 ) 部分内容进行介绍。 2 1 3d i c o m 标准的主要内容 1 】一致性声明( c o n f o r m a n c e ) 2 0 1 一致性声明提出了医疗设备或诊断系统为满足d i c o m 标准的要求，所必须遵 循的规范。它详细地规定了规范声明的层次结构，以及声明中各部分所必须包含 的内容。实际上，d i c o m 标准的各个部分都有自己的规范声明。此处的“一致性 声明”是各部分规范声明的汇总。 一致性声明可以分为几个主要部分： 本医疗设备或诊断系统( 即应用实体) 所支持的d i c o m 信息对象 应用实体系统支持的服务类 应用实体系统支持的通讯协议，如t c p f l p 协议等 所支持的表示上下文信息 系统配置信息 一致性声明的意义在于： ( 1 ) 由于d i c o m 协议十分庞大，以至于至今仍没有一个公司或团体已经将其 功能完全实现。事实上，往往只需要实现其中一部分功能即可满足实际需要。因 此，允许实现者根据需求选择支持哪些d i c o m 组件，也允许进行扩展。不同的系 统会有不同的支持部分，所以也会有不同的一致性声明。 ( 2 ) 用户或系统设计人员通过对比两种不同实现的一致性声明，就能够判断出 两个系统是否可以进行互操作和通讯。 2 ) 信息对象定义i o d ( i n f o r m a t i o no b j e e td e f i n i t i o n s ) 刚 标准的这一部分具体介绍了d i c o m 标准面向对象的信息结构模型，即用信息 对象定义i o d 来描述现实世界中的各种医疗信息实体。这里详细定义了多种i o d ， 并规定了它们的内部结构。 d i c o m 用i o d 定义服务类所作用对象的数据结构和属性。i o d 是对现实世界 中具有共同属性实体的面向对象的抽象。为了方便标准的扩展并保持与以前版本 的兼容性，d i c o m 定义了两种i o d ：即正规i o d ( n o r m a l i z e di o d ) 和复合 l o d ( c o m p o s i t ei o d ) 。每个i o d 由用途说明和大量相关的“属性”组成，但i o d 本身并不包括各个“属性”的值，只包含其定义。这些属性描述的内容虽然千差 万别，却拥有几乎相同的结构。属性又按照一定规则分成组，以利于被不同的i o d 复用。 当需要表示现实世界的某个实体时，就要将相应的i o d 实例化，这时i o d 属 性的值被填充进来。这些属性值在下文介绍的服务类作用下可以不断发生变化。 第二章d i c o m 通信过程分析9 3 ) 服务类规范( s e r v i c ec l a s ss p e c i f i c a t i o n s ) 2 0 1 标准的这一部分指定作用于信息对象实例上的操作，即所提供的服务，如图 像的存储、查询、检索、打印等，并称之为服务类。一个特定的服务类可通过一 个或多个命令作用于一个或多个i o d 实例。这里具体阐明了每个服务类对其命令 元素的规范要求，以及通讯服务的提供者和使用者应完成的功能。这一部分还提 供了以下一些服务类的实例： 存储服务类( s t o r a g es e r v i c ec l a s s ) 查询服务类( q u e r ys e r v i c ec l a s s ) 检索服务类( r e t r i e v a ls e r v i c ec l a s s ) 检查管理服务类( s t u d ym a n a g e m e n ts e r v i c ec l a s s ) 数据结构和编码( d a t as t r u c t u r ea n de n c o d i n g ) 这一部分规定了服务类为完成特定操作而交换数据的构造过程和编码结构。 服务类的命令和i o d 数据都要经过编码成指定结构的数据流，才能形成“消息”， 并完成发送过程；同样要接收网络上的命令和数据，须以逆过程进行解码。数据 可以分为“命令集”( c o m m a n d - s e t ) 和“数据集”( d a t a - s e t ) ，而且数据集允许嵌套。 4 ) 数据字典( d a t ad i c t i o n a r y ) 2 0 l 数据字典标明了已注册的i o d 属性数据的类型、标识和含义。一般来说，应 包含每个属性的如下特征： 属性的唯一标签( t a g ) ：包括一个组号和一个元素号，用户可用这两个号码 检索这个属性。 属性的名称：用于了解其含义。 属性的数据类型：如c h a r a c t e r ，s t r i n g ，i m e g e r 等。 数据字典在通讯过程中被用来辅助建造数据集。 5 ) 消息交换( m e s s a g ee x c h a n g e ) t 2 0 】 d i c o m 标准的这一部分指定了为达到特定医疗信息交换的目的而引入的操 作和协议。这些操作用来完成服务类所定义的相应服务。一个典型的d i c o m 消息 由一个命令流和紧随其后的数据流( 可选) 组成。这里定义了各服务类所发送和接收 的消息，并阐述了以下规则： 建立和终止“关联”( a s s o c i a t i o n ) 的规则： 控制交换网络命令请求和响应的规则； 用于建造命令流数据和消息的编码规则： 消息交换的网络通讯模式( n e t w o r kc o m m u n i c a t i o ns u p p o r tf o rm e s s a g e e x c h a n g e ) 。 这部分是d i c o m 通讯协议的核心，它详细制订了医学图像和相关信息在网络 上通信所需使用的服务和协议的具体内容。这些服务和协议内容要协调并保证网 基于d i c o m 标准的医学图像通信过程的实现 络上的d i c o m 应用实体间通讯的效率。 d i c 0 m 通讯协议是o s i 七层协议的一个子集，它主要包括一些o s i 上层服务， 包括表示层服务( i s 0 8 8 2 2 ) 和o s i 规定的连接控制服务单元( a s s o c i a t i o nc o n t r o l s e r v i c ee l e m e n t 、a c s e 、i s 0 8 6 4 9 ) 的协议服务内容。在此基础上，对等应用实体间 能够建立关联，传送消息和终止关联。 d i c o m 协议广泛地支持现有的网络环境和技术，如i s 0 8 8 0 2 3 c s m a c d ( e t h e r n e t ) 、f d d i 、i s d n 、x 2 5 等：d i c o m 协议与t c p f l p 协议相结合 可以很好地实现其功能。从t c p i p 网络环境向其它o s i 环境移植也比较方便。 2 2d i c o m 消息的组织 d i c o m 标准是要解决在不同的地点、不同设备制造商、不同国家等复杂的网 络环境下的医学图像存储和传输问题。要在这样复杂的情况下能够实现准确无歧 义的信息交换，必然存在许多技术问题，基本问题有语法和语义两大类。 所谓语义的问题就是指交换信息的具体含义。通常人们都是用自己的语言( 称 自然语言) 进行交流，但世界上使用的自然语言种类繁多，还存在二义性问题，表 达的意思存在多种含义，使得计算机处理困难，这在医疗技术方面更是要解决的 问题。因此d i c o m 中专门定义了自己的“语法”和“词汇”。d i c o m 的“词汇” 是用一对整数表示，称为标签( t a g ) ，用数据字典给出详细的定义和解释。另外用 u i d 的方法给出唯一标识。 语法则是指信息组成的规则。在d i c o m 协议中，根据通讯层次的不同，其数 据组织形式也各有差别，如消息、协议数据单元等。只有通信双方按约定的语法 组织数据，才可能准确获得对方传输的信息。 2 2 1d i c o m 消息 在d i c o m 的网络接口中，信息是通过d i c o m 消息通信的。一个消息是由命 令集与后面有条件的数据集复合而成的。命令集用来指明要完成的在数据集上的 操作和通告。它由若干个命令元素构成，命令元素包含有d i m s e ( d i c o mm e s s a g e s e r v i c ee l e m e n t ) 协议指定语义的命令集中每个独立域中的编码值。每个命令元素由 一个标签、值长度和值域复合而成。数据集是由若干个数据元素组成，按照数据 元素标签中的组号以及元素号数值增加的方式进行排序，依次排列。d i c o m 消息 的总的结构如图2 1 ： 第二章d i c o m 通信过程分析 2 2 2 命令集 ?命令集l 、 i 命令元素 i 命令元素 i 标签值长度值 命令元素 图2 1d i c o m 消息总的结构 在命令集中，命令元素应当以命令元素标签的升序排序。命令元素标签唯一 标识了命令元素，所以命令元素标签在命令集中至多只能出现一次。命令集编码 应当遵循低价先存( l i t t l e e n d i a n ) 的规则，详见下述传输语法中的说明。一个命令集 元素由三个部分组成： 命令元素标签 值长度 值域 命令元素标签：1 6 位无符号整数的有序排列，由组号和元素号组成。 值长度：3 2 位无符号整型数，不包括命令元素标签域的长度或值长度域的长 度。 值域：命令元素的值，长度为偶字节。 各个域中存储值的命令类型由命令元素的值表示法( v a l u er e p r e s e n t a t i o n , v r ) 来指定。命令元素的v r 应该和命令字典中所指定的相符合。 值的多样性( v a l u em u l t i p l i c i t y ，v m ) 说明了值域中可以存储多少个带有v r 的 值。如果v m 大于l ，那么在值域中，值有几重应该是没有限制的。 2 2 3 数据集 数据集是由若干个数据元素组成，也是按照数据元素标签中的组号以及元素 号数值增加的方式进行排序，依次排列。一个数据元素在数据集内至多只能出现 一次【9 】。但是在嵌套的数据集中可以再次出现。 数据集的作用有两个： 作为信息对象定义i o d 中的信息对象模块i o m 作为信息交换中消息( m e s s a g e ) 携带的数据内容 基于d i c o m 标准的医学图像通信过程的实现 显式和隐式v r 在数据集精确嵌套数据集中并不同时存在，一个数据集是否使 用显式或隐式v r 以及其它特性，取决于传输语法的协商伫s j 。 数据元素是通过标签( t a g ) 唯一标识的。个数据元素包含了标签、值长度和 数据元素值。如图2 2 所示。数据元素的值表示法v r 是否存在决定于协商的传输 语法。对隐式v r 的传输语法，数据元素没有也没必要有值表示法域。 图2 2 数据元素结构 数据元素有标准数据元素和私有数据元素两种类型。标准数据元素具有偶数 值组号，私有数据元素具有奇数值组号。自d i c o m3 0 以后，数据组号并不传递 任何语义上的含义。数据元素中值域的字节长度必须为偶数，不足的部分填充空 格或零。 1 ) 标签( t a g ) d i c o m 医学图像中的每个属性都对应一个标签。标签是用来唯一标识元素或 信息。它是占有4 个字节的无符号整数对，按顺序排列，包括组号和元素号。前 两个字节是数据元素的组号，后两个字节是元素号，即( 组号，元素号) 。在十六 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 ：而元素号则用于区分同一组中的不同数据元素。 组号和元素号组成的标识符唯一表示一个特定的数据元素。每个组的第一个 数据元素可选择使用( g g g g ，o o o o ) 来计算本组的总长度，从而在数据编码和分析的 过程中可以确定整个组的位置，提高解析效率闭。若组号为偶数，则为标准数据元 素，具体含义可以在d l c o m 的数据字典中查到。d i c o m 的数据字典定义了许多 数据元素标签，涵盖了大多数的应用需要。若组号为奇数，则为私有数据元素， 由用户在使用过程中自己定义。例如：在d i c o m 中( 0 0 0 7 ，o o o o ) 表示组长，( 0 0 0 8 ， 0 0 2 0 ) 表示研究日期，( o o l 8 ，1 0 8 8 ) 表示心率。 2 ) 值表示法( v r ，v a l u er e p r e s e n t a t i o n ) d i c o m 标准中，对每个属性都定义了值表示法。值表示法规定了数据元素的 数据类型和格式，具体描述了属性值如何进行编码。 v r 是一个2 字节的字符串，表示该属性的值的类型，包括日期型、长整型、 字符串型等，在d i c o m 协议的数据字典中，每个标签对应的v r 值是固定的，但 编码时，数据元素中有可能会不包含该字段。v r 根据不同的传输语法可省略，即 如果传输语法过程中使用了隐式( i m p l i c i t ) 的传输语法，v r 将被省略；而对于显 式( e x p l i c i t ) 传输语法则该数据元素中必须有v r ，用以显式说明数据的类型。 值表示法有隐式和显式两种形式。隐式就是采用预先规定的表示方法，通过 第二章d i c o m 通信过程分析 标签从数据字典中查到d i c o m 对这个属性表示方法的规定，从而正确解释属性值 的内容。显式是用两个字符明确表示值的表示方法，如a e 表示应用实体，a s 表 示年龄字符串，d t 是日期和时间，f d 表示双精度浮点数等。 值表示法的知识是信息交换双方所共享的。对某个属性( 以标签标识) 的解码和 编码过程必须仔细选择正确的值表示法。共享这个信息有两种可能的方法： ( 1 ) 共享包含所有可能属性的数据字典； ( 2 ) 把数值表示法作为数据元素的一部分。 后一种方法增加了信息交换的开销，但比用共享数据字典更灵活，尤其在多 制造商环境，数据字典的同步更新是很困难的。 当数据元素按照显式v r 编码时，可以分为两种情况。一种是当v r 为o b 、 o w 、o f 、u t 、s q 或u n 时，数据元素的结构按照4 字节的标签，2 字节的v r ， 4 字节的值长度和由数据长度决定的数据元素值组成。另一种是当v r 为o b 、o w 、 o f 、u t 、s q 或u n 以外的值时，数据元素的结构按照4 字节的标签，2 字节的 v r ，2 字节的值长度和由数据长度决定的数据元素值组成。 当数据元素按照隐式v r 编码时，数据元素中不出现v r ，由4 字节的标签， 4 字节的值长度和由数据长度决定的数据元素值组成。 表2 2 、表2 3 、表2 4 分别列出以上三种不同传输语法作用的数据元素的结构 ( 单位：字节) ： 表2 2 显式传输语法下v r 类型为o b 、o w 、o f 、u t 、s q 或u n 的数据元素结构 l 组号元素号 v r 预留值长度 数据元素值 2222 ( 0 x 0 0 ，0 x 0 0 )4 由数据长度决定 表2 3 显式传输语法下v r 类型不是o b 、o w 、o f 、u t 、s q 或u n 的数据元素结构 i 组号 元素号v r值长度数据元素值 2222 由数据长度决定 表2 4 隐式传输语法下的数据元素结构 i 组号 元素号值长度数据元素值 22 4 由数据长度决定 3 ) 值长度( v a l u el e n g t h ) 根据v r 的种类，以及v r 是显式还是隐式，值长度为占有2 个字节或4 个字 节的无符号整数。它指定数据元素值的长度。d i c o m 规定数据长度必须是偶数， 不足时要用空格或零补齐。 值长度为2 或4 个字节的无符号整数，表明了数据元素值的准确长度，通常 为偶数，但如果该值为f f f f f f f f h ，则表示后面的数据元素值的长度是未定义的， 1 4基于d i c o m 标准的医学图像通信过程的实现 未定义长度一般用于v r 类型为项目序列( s e q u e n c eo fi t e m ：s q ) 类型的数据元素。 而该属性的具体数值则存放在数据元素值单元中。 在v r 为s q 的数据元素中，数据元素值中存放的数据为由数据元素组成的一 个或多个数据集，这些数据集的结构也符合上述情况。于是，该数据元素为一嵌 套数据( n e s t i n g o f d a t as e t s ) ，在这个特殊的数据元素中，可以由0 个或多个条目 ( i t e m s ) 组成一个序列，每个条目又分别包含组特定的数据元素。 该嵌套结构见图2 3 ： 数据集 图2 3 当v r = s q 时，d i c o m 数据集为嵌套结构 数据嵌套的一个实例是所谓“文件夹”对象。一个文件夹可以包含多个嵌套 的文件，而每个文件又可以有多个数据元素。 对于嵌套数据元素，d i c o m 允许使用“未定长度”( f f f f f f f f h ) ，其结束位 置由“定界符”确定。定界符是一种特殊的数据元素，可分别确定每个条目的长 度和整个嵌套数据元素的长度。 4 ) 数据元素值( v a l u ef i e l d ) 数据元素值必须包含偶数个字节，存放真正的数据。数据可以有多个值，但 总长度必须是偶数，否则要用空格或零补齐。 2 2 4 唯一标识符u i d 为了在网络环境下唯一的标识各种信息，d i c o m 采用了u i d 方式。u i d 的定 义基于i s 0 8 8 2 4 标准，并使用i s 0 9 9 3 4 3 中所注册的值来保证全局的唯一性。这 个标识可被用在世界上不同地点的多制造商环境中。为保证每个标识的全球唯一 性，使用了下面的字符串( 称为唯一标识符或u i d ) 产生机制： u i i )