DICOM-医学图像存储与传输标准PPT课件

-,1,第四章医学图像存储与传输标准DICOM,-,2,为什么要实施DICOM标准,数字化影像设备的出现，如CT设备等的产生使得医学影像能够直接从检查设备中获取计算机技术的发展，使得大容量数字信息的存储、通讯和显示都能够实现,由此产生了制定图像格式标准及相应通讯传输标准的需求,-,3,什么是DICOM,DICOM是DigitalImagingandCommunicationsinMedicine的英文缩写，即医学数字成像和通信标准它以开放式连结系统（OSI）参考模式为基础定下七层协议,-,4,-,5,DICOM标准的应用范围,-,6,-,7,-,8,4.1DICOM3.0标准,4.1.1相关术语4.1.2DICOM30标准内容概要,-,9,DICOM标准定义内容,（1）检查信息和相关图像信息定义患者信息检查信息图像格式（2）图像交换方法和规范图像传输方法(点对点方式、网络方式、文件方式等)将医学影像事务规范为不同层次的对象模型,-,10,4.1.2DICOM3.0标准内容概要,第一部分：引言与概述，简要介绍了DICOM的概念及其组成第二部分：兼容性，精确地定义了声明DICOM要求制造商精确地描述其产品的DICOM兼容性第三部分：利用面向对象的方法，定义了两类信息对象类：普通(规范）型、复合型普通型的信息对象只包括现实中实体固有的属性复合型信息对象种类可以扩展固有的属性,P151,-,11,DICOM对象,影像属性(attribute)像素资料(pixeldata)PatientName：張三PatientID：01001111Dateofbirth：631012Sex：男Modality：CTStationname：FDMS1.0StudyDate：19990226,-,12,第四部分：服务类，说明了许多服务类，服务类详细论述了作用与信息对象上的命令及其产生的结果例：CT的计算机需要将图像打印到胶片上计算机发一个消息到代表具有DICOM功能的激光打印机的地址，得到回应的消息后，再将图像按DICOM格式发送到此地址，于是，作用在信息对象上的命令产生结果由激光打印机完成了打印服务,-,13,第五部分：数据结构及语意，描述了怎样对信息对象类和服务类进行构造和编码,-,14,第六部分：数据字典，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。例：在数据字典中，00100010表示患者的姓名，00100020表示病人ID等,-,15,第七部分：消息交换，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第八部分：消息交换的网络通讯支持，说明了在网络环境下的通讯服务和支持DICOM应用进行消息交换的必要的上层协议,DICOM框架,131,-,16,4.1.3DICOM技术特点,DICOM是一种有层次的医学图像传输标准，它根据医学图像的传输以及面向对象的要求，将标准按层次定义按照DICOM标准的内容进行以下三个层次的分析,-,17,DICOM消息交换的网络支持层（DICOM第八部分）这部分处于最低层，是其它层次的基础其中主要定义：医学图像及相关信息的网络传输协议,-,18,DICOM消息交换的网络支持层,-,19,DICOM消息服务（DICOM第四、五、七部分）这几部分详细定义了DIMSE及其对图像相关信息的查询、存储、打印等服务换句话说,是对信息对象的操作,-,20,信息对象操作,-,21,DICOM信息对象（DICOM第三、六部分）。这两部分利用面向对象技术定义了信息对象定义及数据字典。它们是实现DICOM的最高层次。,-,22,4.1.4DICOM标准术语,信息实体,是真实世界中所有相似事物(instance)例如：医院每天在电脑断层室产生数以百计的电脑断层影像(imageor.Instance)可归类到CT类別中,-,23,信息对象定义(informationobjectdefinitions，IOD),信息对象定义对象的属性表（属性的集合）被称为信息对象定义（IOD）,-,24,信息对象定义,-,25,数据元素,-,26,数据集,数据集（DataSet）是IOD实例化的编码表示，由数据元素组成，每个数据元素包含了该IOD实例的一个属性值,病人对象（PatientObject）、研究对象（StudyObject）和系列对象（SeriesObject）,-,27,命令集,命令集是DICOM应用实体数据集上执行的操作，由命令元素构成对普通对象操作的为“普通消息服务元素（NormalizedDICOMMessageServiceElements）”命令对复合对象操作的为“复合消息服务元素（CompositeDICOMMessageServiceElements）”命令,-,28,普通消息服务元素命令举例,分析：执行下列操作达到什么效果？,-,29,C-STORE命令应用举例：,复合消息服务元素命令,-,30,DIMSE,DIMSE（DICOMMessageServiceElement）即DICOM消息服务元素DIMSE分为DIMSE-C服务（为复合IOD提供操作服务）和DIMSE-N服务（为普通IOD提供操作和通知服务）,-,31,SOP类,DICOM定义的一系列操作和通知，叫DICOM消息服务元素DIMSEIOD和DIMSE的结合称为服务对象对SOP(service-objectpair)：它定义了一个DICOM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。换句话说，SOP（Service-ObjectPair，服务对象对）类由服务组及其所作用的信息对象配对组成,-,32,SOP（Service-ObjectPair，服务对象对）类由服务组及其所作用的信息对象配对组成,P161,-,33,在DICOM的环境中，可以按照是提供服务或者是使用服务而把设备分为DICOM服务提供者和DICOM服务使用者如CT，MRI，DSA等为服务使用者，激光打印机/服务终端是服务提供者(影像工作站既即可为服务者又是使用者),-,34,-,35,服务类,服务类（ServiceClass）由一至多个SOP类组成对一个特定的SOP类，DICOM兼容的设备可作为两种角色：服务类提供者(serviceclassprovider，SCP)，它提供SOP类的服务，类似于客户服务模式中的服务端服务类用户(serviceclasslaser，SCU)，它使用SOP类的服务，类似于客户服务模式中的客户端,-,36,SOP类与服务类的关系,P156,-,37,问题,1、IOD含义？DIMSE含义？SOP含义？2、IOD与数据集的关系？3、DIMSE与命令集的关系？4、SOP与IOD、DIMSE的关系？,-,38,4.1.5DICOM信息模型4.1.6DICOM信息模型的组织方式,-,39,DICOM的三个查询/获取信息模型,-,40,信息对象定义的层次结构,P159,-,41,信息对象定义的层次结构,患者（patient）,门诊（study）,诊断（series）,图像(instance),-,42,DICOM的三个查询/获取信息模型,DICOM的层次查询方法是从查询/获取模型的最高层次开始查询如果一个SCU要在某一个层次进行查询，它必须提供这个层次以上所有层次的唯一关键字在某一层次进行查询只能查询该层次的属性，不能查询低层次的属性,-,43,4.1.7DICOM服务类4.1.8DICOM服务的运行机制,-,44,DICOM的主要服务类：验证服务类存储服务类查询/获取服务类DICOM的主要服务命令：图像查询C-FIND图像传递C-MOVE图像存储C-STORE,P173,-,45,验证服务类用来测试在两个实体间是否有一个联系（association）验证服务类是由C-ECHO组成，后面没有相关的数据，只是一个单独的命令SCU发出一个C-ECHO请求；SCP回复一个C-ECHO响应,P210,-,46,测试两个实体间的联系,-,47,DICOM建立连接（Association）的过程是两个应用实体协商的过程：,P111,-,48,-,49,2、存储服务类,存储服务类基本过程为：服务类使用者（SCU）发出存贮请求，服务类提供者（SCP）执行相应的存贮操作，并返回操作成功与否的结果信息该服务类中的每个SOP类由C-STORE加上一个复合IOD组成,P173,-,50,C-STORE服务举例,-,51,C-STORE服务过程,1）、CT影像设备和DICOM影像工作站建立连接：,-,52,3、查询/获取服务类,该服务类利用IOD中实体的一部分关键属性，针对基本图像信息进行查询该服务类还提供检索传送已查询到的图像集功能：它允许一个DICOM实体从另一个远端DICOM实体检索图像或要求远端DICOM实体将图像传送至第三个DICOM实体,P174,-,53,查询/获取服务类的DIMSE服务组包括C-FIND（查询）、C-MOVE和C-GET（检索）,-,54,-,55,-,56,DICOMPrinting,-,57,DICOM网关,-,58,4.1.9DICOM数据集结构与编码,一、数据集的组成和分类数据集由一个个数据元素（DataElement）组成，每个数据元素包含了该对象的一个属性值数据元素可根据是否由DICOM标准定义而分成两类：标准数据元素和私有数据元素,-,59,标准数据元素是由DICOM统一标准定义的，它们的组号均为偶数例：0020，000D私有数据元素是由用户自定义，其组号均为奇数例：0021，000D,-,60,二、数据组织形式1、唯一标识符(UID),用于唯一标识DICOM标准中各种不同信息对象的字符串，以保证生产商的标识可在世界不同地点的多制造商环境中具有全球唯一性:.,-,61,以DX(digitalradiography)类为例,DigitalX-RayImageStorageForPresentation其UID为:1.2.840.10008.5.1.4.1.1.1.1其中，1.2.840.10008表示：将建立association的DICOMnodes，双方应该遵循该语法(transfersyntax)的定义，并进行下个步骤(storageormanagement).,-,62,其形成方式如下所示:1.2.840.10008：ImplicitVRLittleEndianTransferSyntax.(L.E.I.)1：ISO国际标准组织,2：代表ISO分支,840：代表ISO国家码,1.2.840代表ANSI(USA国家标准机构)10008：代表仪器公司自ANSI申请到的识别码后面的数字字串是该仪器公司对出自该公司产品赋予的唯一识别码,-,63,1、SOPClasses的UID：格式:1.2.840.10008.xxxxx注：为保证UID的全球唯一性，用“根.后缀”结构例：1.2.840.10008.5.1.4.1.1.72、StudyInstanceUID例：1.2.250.1.59.0.8559.20010619094721.1413、SeriesInstanceUID例：1.2.250.1.59.0.8559.20010619094721.1414、imageInstanceUID例：1.2.274.0.2730010.3.5.3.461185.49,-,64,三、标准数据元素,-,65,表6-2：常用的数据元素格式表,P161,-,66,标记：身份号组号与元素号组成数据元素的唯一标识例：(0010,0010)Groupnumber+Elementnumber哪些是重要的TAG？,-,67,病历上的号码,-,68,医生与技术人员的号码,-,69,不同类型的dataelement形成不同的组(group),例：病人信息组：patientmodule(0010)门诊信息组：studymodule(0008)检查信息组：seriesmodule(0020)图像信息组：imagemodule(0040),-,70,值类型(VR):数据的类型如:病人姓名的VR为“PN”出生日期、检查日期的VR为“DA”值长度：数据域中实际使用的字节数元素值：该数据元素的实际内容如:病人姓名：SmithJohn,-,71,ImplicitVR与ExplicitVR:,隐式VR：取决于TAG显式VR：具可识别性例：显式VR：0010,0010PN10SmithJohn隐式VR：0010,001010SmithJohn,P161,-,72,-,73,三、包含图像数据的数据元素,DICOM数字医学影像可分为两个部分第一部分是文档头(header)第二部分为像素信息(pixeldata)Tag(7FE0,0010)(header)是由128个字节的文件前导符和4字节的DICOM前缀（DICM）组成，接下来是文件元元素（MetaElements）,P192,-,74,以DX为例說明,DX(digitalradiography)-CR(ComputeRadiography),DRDX是一个DICOMI.O.D下图所表示的是一张DX数字影像的部分文件头信息(header),-,75,-,76,DICOM对象传输示意图,-,77,像素信息,-,78,像素用一或三个PixelSampleValue来表示：（0028，0002）中典型的RGB为3，CMYK为4，灰度为1像素单元由像素矩阵的的行（Row）（0028，0010）、列（Columns）（0028，0011）构成图像存储空间为：Row*Columns*像素,P169-170,-,79,像素的二进制数：BitsAllocated（0028，0100）实际占用的位数：BitsStored（0028，0101）最高位分配的位数：HighBit（0028，0102）例如：BitsAllocated等于16，SamplePerPixel等于1，那么161=16bit=2字节，即每个像素占2字节,P186,-,80,DICOMFILEFormat,-,81,DICOM图像显示,-,82,FigA与FigB看起来似乎有着天地之别FigA非常适合做诊断,FigB则完全不行，图像出现平坦化(flattening)现象事实上两张影像来自同一份数字档案问題：显示FigB影像未经过DICOM校正,-,83,医用显示器的特点,医用显示器的DICOM校正功能,-,84,AbsoluteluminanceincrementL1L2,NumberofperceptuallevelsJ1=J2,NumberofperceptuallevelsJ1=J2,Luminance,150cd/m2,L2,-,85,0.00,50.00,100.00,150.00,200.00,250.00,300.00,0,100,200,300,400,500,600,700,DigitalValue,Luminance,TargetGSDF,Actualdevice,DICOM标准的灰阶显示曲线(校准实际装置为标准输出）,-,86,PULLPRINT(STOREDPRINT),PULLPRINT(STOREDPRINT)PULL的意思就是影像由PRINT功能提供端直接自影像服务器拉回(由Modality直接担任PrintSCU)：PULLPRINT(STOREDPRINT)有了“PULLPRINT”后,Modality因打印造成的速度缓慢的瓶颈可得到有效的改善,-,87,PULLSTORAGE,直接从支持DICOMQuery/RetrieveSCP的PACS系统设备查询及提取DICOM影像(pull)如：直接从PACS服务器或PACS工作站获取图像PUSHSTORAGE以push的方式向Modality发送预约的病人资料,-,88,思考题1、什么是PACS系统？2、简述PACS系统的影像存储和传递形式。3、简述PACS系统的组成以及各部分的功能。4、什么是DICOM标准？5、DICOM标准文件主要包括哪几部分内容？6、DICOM标准的层次结构是怎样表示的？,P194-206,-,89,PACS系统,PACS：PictureArchivingandCommunicationsSystem(医学影像存档与通信系统)存放和传输图像的设备由图像信息的获取、传输与存档和处理等部分组成,-,90,PACS软件功能模块组成,影像Capture影像Display影像服务器/影像存档IM/CA影像PrintingServer影像ProcessPACS与HIS/RIS融合,-,91,PACS系统的组成,-,92,按规模和应用功能将PACS进行分类,1、全规模PACS（full-servicePACS）：涵盖全放射科或医学影像学科范围用图像服务计算机来管理和保存图像；医生用影像工作站来看片；用DICOM3.0将医院各科室临床主治医师、放射科医师和专科医师以及各种影像、医嘱和诊断报告联成一网。用Web、email等现代电子通