医学影像信息学课件：9-2011第 四 章 DICOM标准基础知识及应用

1、第 四 章DICOM标准基础知识及应用,目的要求,掌握DICOM的概念 熟悉各章节的主要定义范围 熟悉DICOM的常用术语,复习,第五节、DICOM服务及SOP类基础,概念 DIMSE和DIMSE服务 DICOM服务类与DICOM SOP类 DICOM SOP类常见的应用模式,概念,什么是DICOM服务？ 操作或作用于DICOM信息对象(Information Object)的方法和执行机制。包括两个层次： DIMSE (DICOM Message Service Element，DICOM消息服务元)：位于基础层面，定义在应用实体(DICOM Application Entity)间交换医学

2、影像及相关信息所执行的服务、协议和操作机制 DICOM Service Class (DICOM服务类)：位于前者的上层，是现实中的数字医学影像信息通讯行为和执行过程的抽象，如医学影像的存储过程(Storage)、打印过程(Print)、查询/调取(Query/Retrieve)过程等。,复习,概念,什么是SOP类？ DICOM服务类与其操作的IOD共同构成DICOM SOP类(Service Object Pair Class),DICOM SOP类= DICOM 服务类+IOD,复习,一、 DIMSE和DIMSE服务,DIMSE服务建立过程 DIMSE服务类型和通讯模式 DIMSE-Ser

3、vice-User角色间的交互过程 DIMSE服务构成,复习,DIMSE服务建立过程,调用类DIMSE-Service-User,执行类DIMSE-Service-User,1.发出请求,2.执行请求,查询 Print Storage,3.应答确认,复习,DIMSE-Service-User角色间的交互过程,复习,二、DICOM服务类 与DICOM SOP类,SOP类与SCU/SCP角色应用 Verification Service Class (确认服务类) Storage Service Class (存储服务类) Query/Retrieve Service Class (查询/提取服务

4、类) Print Management Service Class (打印管理服务类) Basic Worklist Management service class (基础工作表管理服务类) Modality Performed Procedure Step SOP Class (设备执行过程SOP类) Storage Commitment service class (存储委托服务类),概念,DICOM服务类：是现实中的数字医学影像信息通讯行为和执行过程， 其执行和能力取决于与之逻辑对应的DIMSE 服务。,概念,DICOM SOP 类：由DICOM IOD 和DIMSE 服务共同定义，包

5、括两类SOP类： 普通型SOP类(Normalized SOP Class) 普通型IOD+DIMSE-N服务 复合型SOP 类(Composite SOP Class) 复合型IOD +DIMSE-C服务 SOP 类是DICOM 标准遵从的核心需求，在DICOM 通讯实现过程中，作为通讯操作两端的DICOM AE 将在通讯的初始阶段完成对需要执行交互操作的SOP 类的协商和确认。,(一) SOP类与SCU/SCP角色应用,DICOM定义了两类SOP执行角色： SCU (Service Class User, 服务类客体) SCP (Service Class Provider, 服务类供体)

6、 两者互为实施DICOM SOP通讯的双方 影像设备或影像操作软件可以仅支持执行单一角色的SCP或SCU，也可以同时提供对SCP和SCU两个角色的支持,(一) SOP类与SCU/SCP角色应用,(二) Verification Service Class (确认服务类),Verification SOP类：用于确认两个DICOM AE间DICOM通讯联系的建立状态，不进行任何特定的IOD操作和传递 由DIMSE-C服务C-Echo构成 是其他DICOM SOP类通讯过程的初始阶段,(二) Verification Service Class (确认服务类),SCU,SCP,DIMSE-C /C

7、-Echo 请求,Verification SOP 类,DICOM AE,DICOM AE,C-Echo应答,(三) Storage Service Class (存储服务类),定义：是一个应用层的服务类，用于实现从一个DICOM AE传递影像或其他信息对象实例至另一个DICOM AE执行存储操作 Storage SOP类执行角色 应用Storage服务的标准SOP类,(三) Storage Service Class (存储服务类),DICOM AE,DICOM AE,DIMSE-C 的C-Store,C-Store之前还有什么服务类？,push,SCP,SCU,SCU,1. Storage

8、 SOP类执行角色,执行角色：执行特定Storage SOP类的两个DICOM AE在通讯过程中分别成为SCU或SCP的角色。 SCP可能支持的程度： Level 0 (Local)：仅对用户自定义的影像属性子集提供支持 Level 1 (Base)：与SOP类关联IOD的1类和2类属性都可以被存储并确保能够被访问 Level 2 (Full)：支持对所有与SOP关联的IOD的1类、2类和3类属性的存储和访问处理操作,2. 应用Storage服务的标准SOP类,Storage服务类与不同种类相关复合型IOD结合，即构成一组不同类型的Storage SOP类，这些类在DICOM标准中称之为标准S

9、OP类(Standard SOP Class),Standard SOP Class = Storage服务类+复合型IOD,举例,2. 应用Storage服务的标准SOP类,(四) Query/Retrieve Service Class (查询/提取服务类),概念： 是一个应用层服务类，用于执行复合对象实例(composite object instance)的简单管理功能。还提供对给定的复合对象实例(如影像)执行提取(retrieve)或传递(transfer)操作的能力，使一个DICOM AE能够从远程的DICOM AE提取复合对象实例，或请求远程的DICOM AE传递复合对象实例至第

10、三方DICOM AE的操作过程。,(四) Query/Retrieve Service Class (查询/提取服务类),DICOM AE,Retrieve/ C-Move,DICOM AE,DICOM AE,Retrieve/ C-Get,Pull,Query/C-Find,DICOM AE,Query/Retrieve信息模型定义 Query/Retrieve服务定义 标准Query/Retrieve信息模型,(四) Query/Retrieve Service Class (查询/提取服务类),1、Query/Retrieve信息模型定义,一个执行Query/Retrieve SCP 角

11、色的DICOM AE 需要对其负责存储管理的大量复合对象SOP 实例(如影像对象)的属性信息进行有效的控制和处理，因此，这些信息必须被组织成为定义清晰的Query/Retrieve 信息模型以便于操作的实施。对于Query/Retrieve 服务类操作而言，这里的信息模型定义，相似于在其它服务类操作的IOD,Query/Retrieve SOP类= Query/Retrieve 信息模型+DIMSE-C 服务元(C-Find/C-Move),1、Query/Retrieve信息模型定义,实体相关模型定义(Entity-Relationship Model Definition)：定义了一个层次

12、性结构的信息实体及其每一个层次水平的相关属性 键属性定义(Key Attributes Definition)：定义范围对应于实体相关模型的每一个层次水平(如Patient/Study/Series/Image水平)所包含的属性。键属性包含在C-Find，C-Move或C-Get的执行指令中，用于执行查询和匹配Query/Retrieve信息模型相关的实体属性,Unique Key (专一键属性),在Query/Retrieve实体相关模型的每一个层次水平都有一个属性被定义作为该层次的专一键属性，用通俗的表述，即称为代表和标识该层次的唯一ID 在同一个层次水平的两个实体不能拥有同样的专一键属性

13、值,Patient ID(0010,0020) Study InstanceUID(0010,000D) Series Instance UID(0020, 000E) SOP InstanceUID(0008,0018),Unique Key (专一键属性),一个C-Find、C-Move 或C-Get 的SCP 进程必须能够支持和匹配由Query/Retrieve 信息模型定义的所有专一键属性，而被C-Find、C-Move 或C-Get SCP 控制和操作的实体也应该拥有一个非零长度的专一键属性值。,Required Key(必要键属性),在Query/Retrieve实体相关模型的每一

14、个层次水平(如Patient/Study/Series/SOP instance)都可能存在一组被定义为必要键的属性 C-Find 的SCP 进程必须能够支持和匹配由Query/Retrieve信息模型定义的所有必要键属性 多个实体可以允许拥有同样的必要键属性值,Optional Key (可选键属性),在Query/Retrieve实体相关模型的每一个层次水平都定义了一组称为可选键的属性，对于在一次C-Find请求服务过程提交的可选键属性，C-Find SCP的操作行为可能有下述三种不同情形： SCP端不支持提交的可选键属性 SCP端支持提交的可选键属性，但不支持对这类键属性的匹配操作 SC

15、P端支持提交的可选键属性，也支持这类键属性的匹配操作,2、Query/Retrieve服务定义,(1)C-Find服务类 (2)C-Move服务类 (3)C-Get服务类,(1)C-Find服务类,请求查询操作 操作成功/失败后发出成功/失败标示 可随时取消,SCU,SCP,Request执行查询匹配,全部属性即键属性字段的值,成功/失败标示,(2)C-Move服务类,初始化一个C-Store的子操作 C-Move可产生一类应答，以提示尚待执行的C-Store子操作的数目 可随时取消,(3)C-Get服务类,初始化一个C-Store的子操作 C-Get可产生一类应答，以提示尚待执行的C-Sto

16、re子操作的数目 可随时取消,(3)C-Get服务类,3、标准Query/Retrieve信息模型,(1) Patient Root Query/Retrieve信息模型 (2) Study Root Query/Retrieve信息模型 (3) Patient/Study Only Query/Retrieve信息模型,Patient Root Query/Retrieve信息模型,patient,study,study,series,series,series,frame,modality,Study Root Query/Retrieve信息模型,Study,Patient,series

17、,series,series,frame,modality,(3) Patient/Study Only Query/Retrieve信息模型,(3) Patient/Study Only Query/Retrieve信息模型,除不支持Series 和复合对象实例层次水平的属性外， Patient/Study Only Query/Retrieve 信息模型与Patient Root Query/Retrieve 信息模型相同。 Patient/Study Only Query/Retrieve 信息模型不支持复合对象实例层次属性并非代表复合对象实例的Retrieve 操作不能被执行，可以在P

18、atient 或Study 水平实现这类操作，譬如，直接查询/提取所有的属于单一Patient 或Study 的影像。,概念 1. 打印数据流管理模型 2. Print Management SOP类 3. Basic Print Management Meta SOP类 4. Optional Print SOP类 5. DICOM打印任务实现流程简介,(五) Print Management Service Class (打印管理服务类),(五) Print Management Service Class (打印管理服务类),概念 Print Management服务类定义一个用于打印输

19、出影像或影像相关数据对象硬拷贝的应用层服务类。包括了在标准情形下打印输出医学影像的基本操作机制。 SCP可以是一台或多台打印机，SCU可以是影像设备或工作站,(五) Print Management Service Class (打印管理服务类),应用DICOM 打印服务类完成打印的优势,Film Session Management处理 Queue(队列) Management处理 Print处理,1. 打印数据流管理模型,（1）Film Session Management处理 Film Session Management处理过程负责获取并产生所有在Film打印操作所需要的信息。包含:

20、Film单元 各单元影像数 影像像素值 是否包含注释,1. 打印数据流管理模型,（2）Queue Management处理 对进入打印队列的打印任务(print jobs)执行管理，用户应该可以直接操作打印队列的内容，诸如打印任务的优先排序、打印任务删除操作等。,1. 打印数据流管理模型,（3）Print处理 负责基于打印任务所包含的信息，执行一组Film单元的打印输出过程。,1. 打印数据流管理模型,1. 打印数据流管理模型,Film Session Management处理 Queue Management处理 Print处理,2. Print Management SOP类,Print

21、Management SCU通过应用DIMSE服务操作Print Management SOP类，从而控制打印处理过程，Print Management SCP则负责对通讯过程中传递的Print Management SOP类执行管理和控制。 内容相关SOP类 表达相关SOP类 队列相关SOP类 打印机相关的SOP类,（1）内容相关SOP类 是作为Film单元包含内容的抽象(如影像像素数据、文本等)，相当于影像相关SOP类 例如：Image Box SOP类和Basic Annotation Box SOP类，前者描述和处理在Film单元内包含的影像IOD的相关数据和属性，后者描述和处理在Fi

22、lm单元内注释文本的信息属性。,2. Print Management SOP类,（2）表达相关SOP类 作为Film表示和外观属性(如Film表示格式或版面规划等)的抽象，如影像的版面显示格式、Film的方向和大小、影像放大及显示密度等。 例如：Basic Film Box SOP类，其描述和处理在给定的Film单元中所有的影像IOD共同的表现参数，诸如影像的版面显示格式、Film的方向和大小、影像放大及显示密度等。,2. Print Management SOP类,（3）队列相关SOP类 为打印队列操作的抽象，用于描述和处理打印任务的状态和过程信息，诸如执行状态、优先状态等。 例如：Pri

23、nt Job SOP类，其用于描述和处理打印任务的状态和过程信息，诸如执行状态、优先状态等。,2. Print Management SOP类,（4）打印机相关的SOP类 作为打印机设置和状态属性的抽象，描述和处理硬拷贝打印机的相关信息。 例如Print SOP类，其描述和处理硬拷贝打印机的相关信息。,2. Print Management SOP类,每个特定的DICOM打印过程可能包括上述提及的一系列不同类型SOP类功能的执行,Basic Print Management Meta SOP类,DICOM标准基于Print Management服务类在不同应用环境和不同类型的信息对象操作，定义

24、了几个特殊的逻辑SOP类，称为Meta SOP Class，每一个Meta SOP类包含了一组完成最基本的打印过程所必需的基础套SOP类功能操作。,Meta SOP操作的内容主要包括： 打印预格式化的灰阶影像或彩色影像。 传递预定义的Film设定。 应用于Film Session、Film Box和Image Box等不同水平层面的 基本外观（呈现）和操作参数的提交。 基础的设备(打印机)控制信息处理。,Basic Print Management Meta SOP类,Meta SOP的构成：,Basic Print Management Meta SOP类,(1)Basic Film Ses

25、sion SOP 类,Film Session IOD 包含了与Film 相关的一般信息，诸如Film 拷贝数、Film 源位置、打印队列优先序、输出媒质类型、Film Session标识定义、内存分配等属性信息 应用于Basic Film Session IOD 的操作为4 个DIMSE-N 服务元,(2)Basic Film Box SOP 类：,Basic Film Box IOD 包含了与Film 单元内的所有影像单元（呈现）外观参数相关的一般信息，诸如影像显示格式、Film 方向、Film 大小、放大类型、最大/最小密度、边框密度等属性信息。 用于Basic Film Session

26、 IOD 的操作亦为4 个DIMSE-N 服务元,(3)Basic Grayscale/Color Image Box SOP 类,DICOM 标准为灰阶和彩色影像对象定义了各自独立的SOP 类和IOD，两类IOD 的基本特征和属性类似。 Basic Image Box IOD 仅仅应用一个DIMSE-N 服务元，即N-Set 服务，其SCU/SCP 应用要求为M/M。,(4)Printer SOP 类,Printer SOP 类用于操作和处理打印输出设备的状态监控相关信息，诸如打印机运作状态、打印机名称、制造商、型号、序列号、软件版本、设备准直状态等。 Printer SOP 使用2 个DI

27、MSE-N 服务： N-Event-Report (SCU/SCP Usege: M/M) N-Get (SCU/SCP Usege: U/M）,4. Optional Print SOP类,在Basic Print Meta SOP类之外，DICOM标准还定义了一些Print Meta SOP未覆盖的SOP，被称为Optional Print SOP类。Optional Print SOP类支持的操作域包括： 注释信息：与Film拷贝关联的文本说明信息 Overlay信息：与影像对象关联的文本和图层信息 Presentation LUT 获取打印输出设备配置信息 跟踪打印执行过程,5. DI

28、COM打印任务实现流程简介,（六）Basic Worklis Management Service Class(基础工作表管理服务类),概念 1. Basic Worklist Management信息模型 2. DIMSE-C服务应用 3. Modality Worklist SOP类 4. General Purpose Worklist SOP类,概念,是一个用于访问工作表(Worklist)操作的应用层服务类定义。 工作表是一种用于表示一组特殊的任务项的信息结构，它包含了每一个任务项的特殊细节信息，并支持任务项的选择和执行操作。,工作表服务类,概念,Basic Worklist Man

29、agement 服务类被应用于工作表方式的通讯，这类通讯具备下述特点： 工作表由工作表项(Worklist Item)组成，每一条工作表项与一项任务相关。工作表项包含来自与任务相关的不同对象的各类属性。 工作表接受与执行工作表任务项的应用进程所关联的AE 的查询，在查询执行过程中，将使用特定的Worklist SOP 类所定义的各种查询键。,1.Basic Worklist Management信息模型,作为Basic Worklist SCP 角色的DICOM AE 需要处理大量由其管理的Worklist 实例属性相关的信息，因此，这些信息必须被组织成为定义清晰的Worklist 信息模型以

30、便于操作的实施。 特定的Basic Worklist 服务类的SOP 类由信息模型定义和DIMSE-C (C-Find)服务构成,工作表服务类,Basic Worklist Management信息模型,键属性定义(Key Attributes Definition) 实体相关模型定义(Entity-Relationship Model Definition) Basic Worklist 服务类所涉及的信息模型即相当于在其它DICOM 服务类的SOP 中的IOD 角色,工作表服务类,键属性定义： 匹配键属性，用于选择包含在被请求的工作表中特定的工作表项，Basic Worklist Mana

31、gement的SCP应该支持所有在C-Find请求中的必要匹配键属性(标识符R)值的匹配操作 返回键属性，Basic Worklist Management的SCP可基于DICOM数据元类型 决定其支持模式,1. Basic Worklist Management信息模型,工作表服务类,实体相关模型定义： 仅包含有单一水平层次的信息实体，在这个单一层次的模型中包括了所有的匹配键属性和返回键属性,SCU,SCP,匹配键+返回键,匹配键值+返回键值,1. Basic Worklist Management信息模型,工作表服务类,Basic Worklist服务类的SOP类 =Worklist信息模

32、型定义+DIMSE-C (C-Find)服务 已定义的这类SOP类包括 Modality Worklist (MWL) SOP类 General Purpose Worklist (GP-WL) SOP类,1. Basic Worklist Management信息模型,工作表服务类,2. DIMSE-C服务应用,Basic Worklist Management服务类仅用C-Find服务，用于构建Worklist相关的SOP类。 C-Find SCU：C-Find SCU可以产生包含必要键属性(R)和可选键属性(O)的查询请求，并请求SCP执行所有在查询请求中指定的键属性值的匹配过程 C-F

33、ind SCP：C-Find SCP能够处理SCU请求的查询，对所有在C-FInd查询请求中指定的键属性值执行匹配操作,工作表服务类,2. DIMSE-C服务应用,C_find SCU,C_find SCP,必要键/可选键请求,DIMSEC_find,执行匹配键，返回匹配值,数目、状态,3. Modality Worklist SOP类,概念 (1) Modality Worklist信息模型操作 (2) Modality Worklist SOP的实际应用,工作表服务类,概念,是应用层的服务类，被用于医学成像设备(Imaging modality)与产生Scheduled Procedure Step (SPS)相关信息实体的系统(如HIS或RIS系统)间实现信息通讯，Modality Worklist依据SPS信息构建，这类信息多数被直接提交至影像设备操作者(设备控制台)。 执行：确认患者、选择SPS、执行预定的SPS实例,工作表服务类,Modality Worklist信息模型操作,对于一次给定的C-Find请求，SCP可能需要送出多个C-Find应答，每一个应答对应一个匹配的工作表项，每一个工作表项表示一个SPS任务及其相关信息。 一个C-Find请求可以包括下述内容：提交匹配的SPS任务信息、SPS分配的检查项目信息、与检查项目关联的成像操作信息，