DICOM_Fundamentals.ppt

1、DICOM Fundamentals,DICOM的基本概念,醫學影像的特性(1),每張醫學影像都有其相關的資料 病患姓名、病例號碼、檢查(study)項目、檢查日期、等 產生影像的儀器(modality)、何種影像、影像格式、處理醫師(performing physician) 這些資料必須與其連結在一起，作為資料的儲存與搜尋,一張CT影像,一張超音波（ US ）影像,醫學影像的特性(2),醫學影像的產生 病人接受檢查(study) ，可能不只一種檢查，如有CT、US、MR 每個檢查可能產生不只一張影像，而是一系列(series)影像,醫院檢查,醫學影像資訊架構,醫學影像資訊架構對應於醫院檢查

2、,數位醫學影像的使用,使用數位醫學影像 必須將影像與其相關的資訊關聯在一起，才能在檢索時找到所有該病人作過的檢查資料 有些資料亦需轉換成為影像的一部份，以作為調閱時的參考，如，病患姓名、病例號碼、檢查(study)項目、檢查日期等 必須有一標準作為影像資料的儲存與傳輸的準則,醫學影像傳輸標準的需求,影像資料傳輸 影像資料儲存 影像資料檢索 報告列印 資訊媒體交換,醫學影像傳輸標準-DICOM(1),Digital Imaging and Communications in Medicine（DICOM） 醫學數位造影與通訊、醫學影像通訊(傳輸) 為一通訊標準，目前版本為DICOM 3.0 不同

3、廠牌與類型的醫學造影儀器輸出的影像，其格式可能不同，無法互相溝通,醫學影像傳輸標準-DIOCM(2),DICOM的目的 為數位醫學影像在電腦網路上的傳輸、儲存與顯示，作標準化的規範 任何儀器的影像符合DICOM標準，即可彼此交換儲存 DICOM的應用 數位醫學影像：數位儀器產生的影像，如MR、CT影像 數位化的類比醫學影像,醫學影像傳輸標準-DIOCM(3),DICOM的優點與重要性 從不同地點的造影設備提供放射醫學資料 自現有的資源得到最大的利益 新舊設備的整合，保持最低成本 使得影像取得、醫療診斷、治療決策快速完成,醫學影像傳輸標準-DIOCM(4),DICOM的目標 To facilit

4、ate interoperability of equipments claiming conformance To address the reaction to commands and associated data for imaging devices To address the semantics of file services, file formats and information directories necessary for off-line communication,醫學影像傳輸標準-DIOCM(5),DICOM的目標(contd) To support op

5、eration in network communications To structure to accommodate new services To make use of existing standards,DICOM資料結構(1),物件導向(Object- oriented, OO)觀念 物件(Object) 屬性(Attribute) DICOM使用物件導向觀念 資訊物件(Information Object) ：一個資訊實體的抽象(Abstraction) ，如一張CT影像、一個結構報告(Structured Report) 、,DICOM基本觀念,(複合式物件),(正規化服務

6、),(複合式服務),DICOM資料結構(2),DICOM使用物件導向觀念（contd） 資訊物件類別(Information Object Class) ：Information Object + Attributes Patients, Modalities, Studies, Images, Two types of Information Object Classes Normalized(標準型/正規化) Class Composite(複合型) Class,DICOM資料結構(3),Normalized Information Object Class 物件 + 固有(inheren

7、t)屬性 例，Study, 其固有屬性為study date, study time; 但patient name不是其固有的屬性 Patient, Results, Storage, resources等均為Normalized Information Object Class,DICOM資料結構(4),Composite Information Object Class 物件 + 固有屬性 + 相關(related)屬性 例，CT image + image date(inherent) + patient name(related) MR image, digitized film im

8、age, graphics, ultrasound images等均屬Composite Information Object Class,DICOM資料結構(5),The Service Class (服務類別) A service class associates one or more information objects with one or more commands to be performed on the objects Storage service、Query/Retrieve Service、Print Management Service Service Clas

9、s Provider(SCP) A device performing a service,服務,服務,DICOM資料結構(6),DICOM Service Classes Image Storage：provides storage service for data sets Image query：supports queries about data sets Image retrieval：supports retrieval of images from storage Image print：provides hard copy generation support,DICOM資料

10、結構(7),Service Class User(SCU) A device utilizing a service A device can be both a service class provider and a service class user The database is a service class provider when it provides the image storing service It is a service class user as it requests a service to display the images sent by the

11、database,DICOM資料結構(8),The DIMSEs (The DICOM message service elements) Commands to perform specific functions Normalized DIMSEs (DIMSE-N Services) Services for normalized objects Provide both operation and notification services,DICOM資料結構(9),Composite DIMSEs Services for composite objects Provide only

12、 operation services,DICOM資料結構(10),Normalized DIMSE-N Services N-CREATE: to create an information object N-DELETE: to delete an information object N-GET: to retrieve information object attribute value N-SET: to specify information object attribute value N-EVENT-REPORT: to notify information object-re

13、lated event,DICOM資料結構(11),Composite DIMSE-N Services C-FIND: to inquire information object instance C-GET: to transmit an information object instance via third-party application processes C-STORE: to transmit an information service-object pair (SOP) instance C-ECHO : to verify connection,DICOM資料結構(1

14、2),SOP：Service-Object Pair The combination of the service classes and the information object classes Object and the services that can be performed on the object e.g. MR image(Object)Verification/Storage/Query/Retrieval (Service),Service,Objects,Commands,物件,命令,Service-Object Pair (SOP),服務,SOP,DICOM通訊

15、(1),以TCP/IP通訊 協定為基礎,DICOM通訊(2),CT Scanner Encodes Images from An examination Into a DICOM object,Workstation Decodes DICOM object Into images For display,DIMSEs SEND,DIMSEs RECEIVE,Network Connection DICOM TCP/IP,Image Acquisition Workstation,Movement of a set of CT images from the scanner to the wo

16、rkstation.,Is the image in ACR-NEMA DICOM ?,ACR-NEMA DICOM Encoder,PACS Controller,Long-Term Archive Device,Collaborating Partners,Display Format,ACR-NEMA DICOM Decoder,Yes,Digital Images,Archive Retrieve,*Archive images in ACR-NEMA DICOM format,*Receive images in ACR-NEMA DICOM format,No,Data Encod

17、ing/Decoding to ACR-NEMA and DICOM Standards Procedure of converting image format to the ACR-NEMA and DICOM standards.,DICOM通訊(3),建立關聯（連線）：Association 在通訊前，DICOM AE 必須先建立關聯，以確認： 可以提供服務的項目（哪些DICOM服務） 傳輸語法（transfer syntax）,建立關聯(Establishing an association),DICOM通訊(4),例一：CT Scanner 傳送一系列影像至PACS Archivi

18、ng Sever（Controller） Service：C-STORE (Composite Service) SCU：CT Scanner SCP：PACS Controller,Service：Store CT Images,SCP,CT Scanner,SCU,Images,PACS Controller,(7),Association Request Association Response C-STORE Request C-STORE Response First Data Packet Confirmation,Last Data Packet Confirmation Dro

19、pping Association Request Dropping Association Response,CLIENT CT SCANNER (C-STORE SCU) Requests for establishing association Requests for C-STORE service Sends image data (1) - (7) Sends image data Requests for dropping association,(0) (0) (1) (2) (2) (3) (4) (5) (7) (9) (9),Association granted C-S

20、TORE Service granted Receives image data Receives image data Drops association,SERVER PACS CONTROLLER (C-STORE SCP),DICOM send and receive operations. Numerals designate steps described in text.,Multiple image Retrieval service Loop,(8),DICOM通訊(5),例二：影像工作站（Image Workstation）向PACS Controller查詢影像，並與新產

21、生的影像比較 Services: C-FIND, C-MOVE, C-STORE Query/Retrieve SCU: Image Workstation; SCP: PACS Controller C-STORE SCU: PACS controller; SCP: Image Workstation,Services : C-Find：尋找影像 (自PACS Controller中) C-Move：移動影像 (從PACS Controller至workstation) C-Store：儲存影像至monitor(顯示影像),Association Request Association R

22、esponse C-FIND Request C-FIND Response C-MOVE Request C-MOVE Response,Dropping Association Request Dropping Association Response,WORKSTATION (Q/R SCU) Requests for establishing association Selects image from the table for retrieval Requests for C- MOVE service,Association granted (2a) C-FIND (2c) Se

23、rvice granted (2b) Perform C-FIND to look for studies,series, and images (5a) C-MOVE Service granted,PACS CONTROLLER (Q/R SCP),(*Refer to Figure 7.5, “DICOM send and receive operations) DICOM query/retrieve operation.Numerals designate steps described in text.,(1) (3),Drops association,Requests for

24、C-FIND service,receive a table with all requests (4a),(5b) (6),Invokes C-STORE SCU Retrieve images from archive,C-STORE SOP SERVICE*,(9) (8) (8),(7) Sends images,PACS CONTROLLER (C-STORE SCU),WORKSTATION (C-STORE SCP),Multiple image Retrieval service Loop,(4b),DICOM影像檔案格式(1),DICOM 影像檔案格式可以分為兩個部分 第一部

25、分：檔頭 (header) ，記錄影像屬性，如，病患姓名、病歷號碼、等 第二部分：像素資料 (pixel data) Header是由許多的基本資料單位，即data element，所構成的 從 Header之各群組資料了解該影像之相關資訊,DICOM影像檔案格式(2),DICOM single-file format Header + Image Header: Patients name, type of scan, image dimensions, Image: pixel data / compressed image,DICOM影像檔案格式(3),DICOM File is com

26、posed of a number of tags Data element tag A unique identifier for a data element composed of an ordered pair of numbers (group number, element number) A tag is followed by a set of data Tags describe all image related data, including： patient name, ID, Birthday image data, UID,Data element之結構(1),在影

27、像的檔頭中，所有 data elements的集合統稱為 data set 在 DICOM Part 6 (DICOM data dictionary)中，定義了所有的 DICOM data element 每個data element均有一個唯一的標籤(Tag),Data element之結構(2),Data element的組成：Tag, VR, VL, Value Tag(標籤) : (group number, element number) 以16進位數字表示 例( 0010, 0010 ) 表示 Patient Name,Data element,Data element之結構(3

28、),VR：Value representation 定義data element 的資料型別與格式 如 Tag(0010, 0010)表示 Patient Name，VR = PN，表示有關名字的描述. 如果 VR = DA 表示date，為日期的資料型別 VR = TM 表示 time，為時間的資料型別 而 VR = UI 為表示 UID 為唯一識別碼的資料型別,Data Element之結構(4),VR欄位為選擇性的 (optional)，不是必須的 由傳輸語法 (transfer syntax)來決定是否要在data element 中加上這個欄位 外顯式(Explicit) ：data

29、 element 必須有 VR 欄位 隱含式(Implicit) ：不須有 VR 欄位 VL：Value Length 表示Value 欄位中之資料長度(number of bytes) Value：存放該 Data Element 的實際文字、數值、或圖形資料（需為偶數個位元組）,Data Element之結構(5),重要的Tag DICOM query/retrieve Patient Name Patient ID Accession Number Birth date Administrative Attributes from HIS 不同的Service 需要不同類組之 Tags,

30、Data Element之結構(6),不同性質的 data element 可以形成群組( group) 或模組( module ) 有些群組 (group) 放在一起代表的是病患模組 (patient module) 有些形成檢查模組(study module) 有些形成系列模組( series module),Data Element之結構(7),有些形成影像模組(image module) 影像放置影像資料(pixel data)的欄位 像素資料會與檔頭資料配合將該影像作最佳的展示( rendering, display),Object Instances,An DICOM object

31、 instance is an actual occurrences of an object For example, if a car is an object, then a BMW car is an object instance of a car.,Information Object Definition (1),Information Object Definition (IOD) 資訊物件定義 A data abstraction of a class of similar Real-World Objects which defines the nature and Att

32、ributes relevant to the class of Real-World Objects represented. 代表一組類似物件的抽象資料,CT IOD (Information Object Definition),Information Object,CT Image,CT Image,CT Image,CT Image,Information Object Definition(2),CT影像為一個DICOM IOD 這個虛擬類別定義了所有有關電腦斷層影像的相關參數與它之所以成為CT 物件的條件 DX(Digital Radiography)也是一個 DICOM IOD

33、 下圖所表示的是一張DX 數位影像的部分檔頭資料 ( header),Information Object Definition(3),從上圖中我們可以從兩個Tags了解這個數位影像物件應該歸類到 DX 類別 Tag (0008,0060) 代表 modality Tag (0008,0068) 代表presentation intent type 這兩個data elements 的 value field 一個是 DX， 一個是 FOR PRESENTATION，代表是一張可以用來做 display or browse 的數位X 光影像 如果 (0008,0068) 中的值填為 FOR P

34、ROCESS, 就表示需要再經影像處理,Information Object Definition(4),從(0008, 0080) 我們看到該影像來自哪一家醫院 從(0008, 0070) 知道儀器製造商是哪一家公司 在(0008, 1080) 的value filed 中有自 worklist 工作清單伺服器所傳下來之醫囑,VOI LUT Sequence(1),VOI LUT Sequence 在 DX IOD中，有此data element VOI：Value of Interest (有興趣的數值) LUT：Lookup Table (對照表) 如果 DX 的 tag (0008,0

35、068) 欄值是 for presentation，則 VOI LUT Sequence 必須存在,VOI LUT Sequence(2),VOI LUT Sequence 為一巢狀結構 在其根目錄(root element)下有三個 child data elements LUT Descriptor LUT Explanation LUT Data 在 LUT Data 中，存有將 pixel data 轉成螢幕上所見不同灰階光度 luminance 的資料,線性轉換,非線性轉換,VOI LUT Sequence(3),上圖為兩種Standalone LUT I.O.D. 所表現不同的 V

36、OI LUT Sequence 上半部為線性轉換 (linear transformation) 所需的 LUT data 下半部為非線性轉換 (non-linear transformation) 所需的 LUT data 不同的影像轉換有不同的效果 非線性轉換可再搭配 GAMMA correction 來做更多的亮度調整 所使用的 DICOM Image browser 必須支援其相關之參數轉換,否則影像將不會是所預期的顯示,Fig. 1,Fig. 2,VOI LUT Sequence(4),Fig.1與 Fig.2兩個影像是同一張數位影像，但顯示軟體不同 Fig.1與 Fig.2的顯示效

37、果差別很大 Fig.1非常適合做診斷, Fig.2則完全不行而且出現平坦化(flattening) 現象 Fig.2影像與其顯示軟體無法匹配,VOI LUT Sequence(5),上例為DX 影像，這類影像若採用非線性 方式進行影像轉換，需使用VOI LUT Sequence Fig.2 影像的軟體不支援VOI LUT SEQ 非線性轉換，因此造成影像平坦化，對比非常差,線性轉換,非線性轉換,Unique Identifier (UID)(1),目的：提供每一個不同的物件及項目一個全世界唯一的識別碼 檢查、影像、傳輸語法 (transfer syntax)、 UID的組成分為2部分 UID = . ：組織識別碼，由若干數字組成 ：在該組織內的唯一識別碼，由若干數字組成 每組數字以實心句號.分開,Unique Identifier (UID)(2),例一：1.2.840.10008.5.1.4