Для чего используется стандарт dicom. Термины и определения. Структура данных DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) - стандарт обмена изображениями. Он легко сопрягается с основными протоколами передачи данных в сети Internet (TCP/IP), поэтому многие производители медицин- ской техники закладывают в свою продукцию возможность аппаратного преобразования данных согласно данному стандарту.

Первоначально этот стандарт начал разрабатываться в 1985 году двумя учреждениями - Национальной ассоциацией производителей электронного оборудования и Американским радиологическим колледжем, для обеспечения совместимости и преемственности между различным оборудованием, производители которого входили в Ассоциацию. Таким образом, это был первый индустриальный стандарт, который предусматривал передачу, в первую очередь, изображений между рабочими станциями, созданными на основе персональных компьютеров с помощью программного обеспечения, поддерживающего протокол OSI (Open System Interconnection) Международной организации стандартов (ISO), т. е. так называемых "открытых сетей", к которым относится, например, Internet. Кодированный сигнал содержит паспортные данные пациента, условия и положение пациента в момент получения изображения, само изображение и другие данные (опционально). Такой набор данных позволяет наиболее точно воспроизвести клиническую картину и создает предпосылки к правильной ее интерпретации специалистом (рис. Ѵ.З).

Рис. V.3. Сфера применения DICOM

Соединив оборудование, работающее со стандартом DICOM, в сети и подключив к нему компьютеры, можно проводить удаленное консультирование, накопление, анализ и хранение медицинской информации.

Последняя переработанная версия DICOM 3 (1993 год) поддерживает 29 диагностических методов, что предоставляет благодатную почву для организации систем удаленного консультирования, что и происходит в США, Япо-

нии и странах Европы. Разработка ведется в сотрудничестве с другими организациями и институтами стандартизации - CEN ТС251 в Европе и JIRA в Японии.

К концу 2001 года над разработкой, поддержкой и улучшением стандарта работает 21 рабочая группа, часть из которых занимается клиническим преломлением стандарта, а часть - техническими вопросами.

Отдельно работает группа "Базовый стандарт", которая интегрирует все разработки остальных групп в единое целое. Для примера можно привести данные о следующих группах.

Еруппа "Передача данных кардио- и сосудистых исследований".

Коллектив разрабатывает стандарты для обмена изображениями, получаемыми при исследовании сердца и сосудов, физиологических кривых (ЭКЕ, реовазо- и плетизмограммы) и клинической информации о пациенте, которому произведен центральный сосудистый доступ (катетеризация).

Еруппы "Сжатие данных", "Обмен данными", "Конфиденциальность", "Интеграция других стандартов" и др.

Эти группы занимаются решением технических проблем. Одно из перспективных направлений - интеграция других стандартов, таких как HL7 и ШЕ.

Благодаря интенсивной работе над стандартом, по сравнению с первоначальной версией, рабочая версия полностью совместима с сетевым окружением, определяет, как должны реагировать устройства на команды и передачу потока данных, распределяет устройства по иерархии.

Стандарт DICOM версии 3.0 способствует возможности взаимодействия конформированных сетевых устройств. К ключевым моментам такого взаимодействия относятся:

Адресация и семантика команд и данных; это является важным звеном в любом стандарте, т. к. для устройств, соединенных в единую сеть, необходим стандартный и предсказуемый ответ на команды и поступающие данные;

Требования к совместимости - определение функций, для которых можно ожидать полной совместимости среди различных устройств;

Поддержка операций с сетевым окружением без необходимости сетевого концентратора или сервера;

Возможность внедрения новых сервисов и служб, обеспечивая, таким образом, поддержку будущим медицинским приборам и аппаратам;

Совместимость с основными, уже существующими международными стандартами.

Еще по теме Стандарт DICOM:

1. 4.1 Методика проверки наличия внутренних стандартов и их соответствия действующим правилам (стандартам) аудиторской деятельности

DICOM – это стандарт обработки, хранения, печати и передачи информации в системах медицинской визуализации. Он включает описание формата файлов и сетевой протокол. Сетевой протокол использует TCP/IP в своей основе для коммуникации между системами. Также, системы, поддерживающие чтение и запись файлов DICOM, могут обмениваться между собой файлами в формате DICOM. Владельцем стандарта является американская организация National Electrical Manufacturers Association (NEMA). Он разрабатывается комитетом стандарта DICOM, состоящим из нескольких рабочих групп (WG).

DICOM позволяет осуществлять интеграцию сканеров, серверов, рабочих станций, принтеров, и сетевого оборудования множества различных производителей в единую систему PACS (picture archiving and communication system, система архивации и передачи изображений). Различные устройства поставляются совместно с документом, называемым DICOM conformance statement (описание соответствия стандарту), который описывает, как и какие функции выполняет поставляемое устройство.

Стандарт DICOM разделен на несколько взаимосвязанных, но независимых частей:

• PS 3.1: Introduction and Overview
• PS 3.2: Conformance
• PS 3.3: Information Object Definitions
• PS 3.4: Service Class Specifications
• PS 3.5: Data Structure and Encoding
• PS 3.6: Data Dictionary
• PS 3.7: Message Exchange
• PS 3.8: Network Communication Support for Message Exchange
• PS 3.9: Retired (formerly Point-to-Point Communication Support for Message Exchange)
• PS 3.10: Media Storage and File Format for Data Interchange
• PS 3.11: Media Storage Application Profiles
• PS 3.12: Storage Functions and Media Formats for Data Interchange
• PS 3.13: Retired (formerly Print Management Point-to-Point Communication Support)
• PS 3.14: Grayscale Standard Display Function
• PS 3.15: Security and System Management
• PS 3.16: Content Mapping Resource
• PS 3.17: Explanatory Information
• PS 3.18: Web Access to DICOM Persistent Objects (WADO)

История возникновения.

В начале 80-х годов декодировать изображения, генерируемые оборудованием, могли только производители оборудования – рентгеновских компьютерных и магнитно-резонансных томографов. Радиотерапевты хотели использовать изображения для планирования облучения пациента в радиотерапии. ACR и NEMA объединили усилия и создали комитет по стандарту в 1983-м году. Первый стандарт ACR/NEMA 300 был выпущен в 1985-м году. Очень скоро после первого выпуска стало понятно, что нужны доработки стандарта. Текст стандарта оказался неопределенным и внутренне противоречивым.

В 1988-м была выпущена вторая версия. Эту версию стандарта поддержали большее число производителей оборудования. Передача изображений осуществлялась по выделенной линии с 25-ю витыми парами (EIA-485). Первая демонстрация технологии взаимосвязи по ACR/NEMA 2.0 была продемонстрирована в университете Джоржтаун в мае 1990-го года. В событии участвовало 6 компаний: DeJarnette Research Systems, General Electric Medical Systems, Merge Technologies, Siemens Medical Systems, Vortech (приобретенный компанией Kodak в этом же году) и 3M. Вторая версия стандарта тоже требовала улучшений. Были созданы несколько расширений стандарта ACR/NEMA 2.0, например Papyrus (выпущенный University Hospital of Geneva, Швейцария) и SPI (Standard Product Interconnect, выпущенный Siemens Medical Systems и Philips Medical Systems).

Первое широкомасштабное развертывание технологии ACR/NEMA было сделано в 1992-м году Армией США и Воздушными Силами США как часть программы MDIS (Medical Diagnostic Imaging Support). Loral Aerospace и Siemens Medical Systems участвовали в разработке первого военного PACS’а США. DeJarnette Research Systems и Merge Technologies предоставляли возможность соединения нестандартных интерфейсов производителей оборудования с сетью Siemens SPI.

В 1993-м году была выпущена третья версия стандарта. Его название было изменено на DICOM, чтобы расширить возможность международного использования. Были добавлены новые служебные классы, добавлена поддержка локальных сетей и был стандартизован Conformance Statement (описание соответствия стандарту). Версия 3.0 официально остается последней версией стандарта, однако она постоянно обновляется и расширяется. Вместо использования номера версии используется год выпуска стандарта, как например ‘Стандарт DICOM 2007-го года’.

Несмотря на то, что стандарт DICOM достиг широкого распространения в системах медицинской визуализации, он имеет свои ограничения. DICOM – стандарт предназначенный для решения проблем медицинской визуализации. Он не предназначен для создания полной госпитальной системы. Для того, что бы объединить госпитальные системы и системы визуализации (PACS и HIS/RIS) были разработаны и выпущены международные рекомендации - IHE (Integrating the Healthcare Enterprise), помогающие объединить системы, работающие с протоколами DICOM и HL7.

Структура данных DICOM.

В файлах DICOM одновременно содержатся и непосредственно изображения и дополнительная информация о пациенте, которому это исследование проводилось. Информация о пациенте и исследовании не может быть отделена от самого изображения. Это уменьшает число возможных ошибок. Похожим образом организован формат JPEG, который также может иметь в файле дополнительную информацию описывающую изображение.

Любой DICOM объект состоит из множества атрибутов, таких как имя пациента, его идентификатор, дата исследования и т.д. Также один, особенный, атрибут содержит данные изображения (pixel data). Таким образом, не существует какого-то отдельного заголовка у DICOM файла – только множество атрибутов, включающих и данные изображения. Атрибуты в стандарте называются тэгами (tags), каждому тэгу присвоен свой номер, состоящий из двух полей – номера группы и номера элемента. Например, в тэге с номером 0010, 0010 (номера тэгов записываются в шестнадцатеричной нотации) всегда содержатся данные об ФИО пациента. У каждого тэга есть стандартное название. 0010, 0010 называется ‘Patient’s Name’. Список всех стандартизованных тэгов можно посмотреть в 6-м разделе стандарта PS 3.6: Data Dictionarу.

Тэг 7FFE, 0010 ‘Pixel Data’ может содержать в себе одно или несколько изображений. В случае, когда Pixel Data содержит больше одного изображения, говорят, что файл содержит мультифреймовое изображение (multi-frame image). В случае мультифреймового изображения в одном файле будет содержаться трех- или четырех- (например, несколько последовательностей сканов томографа в нескольких местах, но в разное время) мерное изображение. Цифровые рентгеновские аппараты, цифровые считыватели кассет отдают информацию в виде однофреймового изображения. Аппараты УЗИ, ангиографы часто отдают мультифреймовые изображения. Старые рентгеновские и магнитно-резонансные томографы могли отдавать однофреймовые изображения. Современные томографы (после стандартизации расширенных форматов DICOM – CT Enhanced и MR Enhanced) могут отдавать как однофреймовые, так и мультифремовые изображения.

Данные изображения могут быть цветными и монохромными. Цветные могут быть в разной цветовой кодировке – RGB, YBR , Palette Color (цветная палитра). Монохромные могут быть разной глубины градации серого (1 – 16 бит). Данные изображения могут быть упакованными. Стандартизованы следующие алгоритмы упаковки: RLE, JPEG, JPEG Lossless, JPEG LS, JPEG 2000. Для всего файла может быть применена упаковка его с помощью алгоритма LZW (zip), однако реализации такой упаковки в программах и оборудовании редки.

DICOM использует три различные схемы кодировки тэгов (transfer syntax). Кодировка файла помечается соответствующим тэгом в этом же файле (в мета информации, см. ниже). Схемы получаются из комбинаций двух параметров – представления данных и кодировки порядка байт.

Представление данных может быть явным (Explicit) и неявным (Implicit). Нужно знать, как интерпретировать данные, содержащиеся в тэге, т.к. это простая последовательность байт. А какие именно данные там находятся – строка, число, либо последовательность тэгов (SQ - sequence) заранее не известно. Для определенности содержимое каждого тэга было стандартизовано. У каждого тэга существует стандартизованное представление данных тэга (VR, Value Representation) - OB, OW, OF, SQ, UT, UN и т.д. При явном представлении данных в тэгах явно записывается VR тэга. При неявном представлении VR не записывается, а берется из таблицы программы, которая работает с этим изображением.

Порядок байт может быть от старшего к младшему (big-endian, дословно: «тупоконечный»), запись начинается со старшего и заканчивается младшим, и от младшего к старшему (little-endian, «остроконечный»).

В DICOM используется три их четырех возможных комбинаций параметров: Implicit little endian, Explicit little endian и Explicit big endian.

Каждый тэг состоит из: номера группы (2 байта), номера элемента (2 байта), VR (2 байта, в явном представлении данных, в неявном не используется), длины тэга (2 или 4 байта, в зависимости от VR).

Некоторые стандартные VR тэгов: DA – Date, дата; DS - Decimal String, строка представляющая собой десятичную дробь; FL- Floating Point Single (4 bytes), число с плавающей запятой обычной точности; IS - Integer String, целочисленная строка; UL - Unsigned Long, беззнаковое двойное слово и т.д. Полную информацию по VR и принципах кодирования тэгов можно посмотреть в стандарте - PS 3.5: Data Structure and Encoding.

В дополнение к представлению данных (к Value Representation) существует понятие множественности значений (VM, Value Multiplicity). VM никак не помечается в реальных файлах, это только указание, сколько данных предполагает содержать конкретный тэг. Для данных, представленных строками, элементы разделены между собой знаком бэкслэша (‘\’). Числовые данные просто идут подряд побайтно – например, при VM = 2 тэг с VR = FL будет состоять из 8-ми байт – это два числа обычной точности. В таблицах со списками тэгов указывается VM каждого тэга. Например, тэг, содержащий в себе одну координату двумерной точки, будет иметь VM = 2. Содержащий координаты n точек будет иметь VM = 2 * n, n > 0 (в стандарте записывается 2-2n).

Формат тэгов одинаков и для сети и для файлов.

DICOM сервисы.

DICOM состоит из множества различных сервисов, большинство из которых подразумевает обмен данными по сети. Обмен файлами был добавлен в стандарт позже и является только небольшой частью стандарта.

Store

DICOM сервис ‘Store’ предназначен для передачи изображений или других объектов (например, structured reports – структурированных отчетов) между двумя устройствами DICOM.

Storage Commitment

Этот сервис используется для подтверждения того, что пересланные по store объекты успешно размещены в хранилище информации. Этим сообщением тот, кто принимает данные - PACS, либо станция сообщает передающему информацию – аппарату, либо станции, что данные успешно сохранены и их можно удалять.

Query/Retrieve

Сервис поиска и доставки целых исследований или отдельных объектов на удаленном DICOM устройстве. Позволяет найти по определенным фильтрам (например – дата исследования, ФИО пациента и т.д.) интересующее исследование или объект (чаще всего объекты в DICOM – это изображения, но не только) и запросить его пересылку на локальный компьютер.

Modality Worklist

Позволяет аппарату (часто аппараты в DICOM называют модальностями, однако один и тот же аппарат, например, литотрипсер, может иметь несколько модальностей – US, DX) получить список намеченных исследований. В данных о намеченных исследованиях содержится информация и о пациентах, это позволяет сократить повторный ввод одной и той же информации и сопутствующие ошибки.

Modality Performed Procedure Step

Дополнительный к Modality Worklist сервис, который позволяет модальности посылать отчет об успешности выполнения исследования, о полученных изображениях, времени начала и конца исследования, полученной пациентом дозе и т.д. Сервис позволяет получить управлению больницы более точные данные по использованию ресурсов аппарата. Сервис, так же называемый MPPS, позволяет улучшить взаимодействие модальности и системы PACS, предоставляя системе список объектов, которые будут посланы перед самой посылкой.

Printing

Этот сервис позволяет посылать изображения на печать на принтер DICOM, для получения твердой копии изображений, чаще всего на пленках. Существует способ стандартной калибровки (описанный в 14-й части стандарта) принтеров и мониторов, помогающий получить одинаковые изображения на разных мониторах и на твердой копии изображений.

Офлайновое сохранение (файлы DICOM)

Сохранение файлов DICOM описано в 10-й части стандарта. Она описывает, как сохранять информацию медицинской визуализации на извлекаемых устройствах (CD, DVD и т.д.). Кроме непосредственно данных пациента и исследования, данных точек изображения, файлы обязательно должны содержать т.н. мета-информацию (File Meta Information, группа тэгов 0002). В мета информации указано, как верно интерпретировать содержимое файла.

DICOM ограничивает длину имен файлов до 8-ми символов, расширения у файлов не допустимы. Сами имена файлов должны быть такими, что бы из них нельзя было получить никакой информации. Это исторически сложившиеся требования для поддержания обратной совместимости со старыми системами. На носителе, кроме файлов, в корневом каталоге должен быть размещен файл dicomdir. Dicomdir предоставляет общую индексированную информацию обо всех файлах DICOM, находящихся на носителе. Dicomdir предоставляет большую информацию о каждом файле, чем её возможно вместить в название файлов.

DICOM файлы, которые находятся не на носителе, обычно имеют расширение.dcm, на носителе должны содержаться файлы без расширения.

Некоторые распространенные модальности.

• CT - Modality of type Computed Tomography, компьютерная томография
• DX - Modality of type Digital Radiography, цифровой рентген
• MR - Modality of type Magnetic Resonance, МРТ
• OT - Modality of type Other, прочие
• US - Modality of type Ultra Sound, УЗИ
• XA - Modality of type X-Ray Angiography, ангиография

Наиболее часто взаимодействие по сети DICOM идет по порту номер 104. Многие операционные системы требуют дополнительных разрешений для работы с этим портом.

Добрый день, хабрасообщество. Мне хотелось бы продолжить рассмотрение аспектов реализации DICOM Viewer"а, и сегодня речь пойдёт о функциональных возможностях.

Итак, поехали.

Инструментарий в 2D

Мультипланарная реконструкция (MPR)

Мультипланарная реконструкция позволяет создавать изображения из оригинальной плоскости в аксиальную, фронтальную, сагиттальную или произвольную плоскости. Для того чтобы построить MPR, необходимо построить объёмную 3D-модель и «разрезать» её в нужных плоскостях. Как правило, наилучшее качество MPR получается при компьютерной томографии(КТ), потому что в случае КТ можно создать 3D модель с разрешением, одинаковым во всех плоскостях. Поэтому выходное MPR получается с таким же разрешением, какое было у исходных изображений, полученных из КТ. Хотя бывают и МРТ с хорошим разрешением. Вот пример мультипланарной реконструкции:

Зелёным - аксиальная плоскость (слева вверху);
Красным - фронтальная плоскость (справа вверху);
Синим - сагиттальная плоскость (слева внизу);
Жёлтым - произвольная плоскость (справа внизу).

Положение правого нижнего снимка определяется жёлтой линией на виде сбоку (левый верхний). Это и есть изображение, полученное «разрезанием» 3D-модели наклонной плоскостью. Для получения значения плотности в конкретной точки плоскости используется трилинейная интерполяция.

Мультипланарная реконструкция по произвольной кривой (curved MPR)

То же самое, что и MPR, только вместо произвольной плоскости можно взять кривую, как показано на рисунке. Используется, например, в стоматологии для панорамного снимка зубов.

Каждая точка на кривой задаёт исходную точку трассировки, а нормаль к кривой в этой точке соответствует направлению оси Y в двухмерном изображении для этой точки. Оси X изображения соответствует сама кривая. То есть в каждой точке двухмерного изображения направление оси X – это касательная к кривой в соответствующей точке на кривой.

Проекция минимальной/средней/максимальной интенсивности (MIP)

Значения минимальной интенсивности показывают мягкие ткани. Тогда как значения максимальной интенсивности соответствуют наиболее ярким участкам трёхмерного объекта - это либо наиболее плотные ткани, либо органы, насыщенные контрастным веществом. Минимальное/среднее/максимальное значение интенсивности берётся в диапазоне (как показано на рисунке пунктирными линиями). Минимальное значение по всей модели будет принимать воздух.

Алгоритм вычисления MIP очень простой: выбираем плоскость на 3D модели - пусть будет плоскость XY. Потом проходим по оси Z и выбираем максимальное значение интенсивности на заданном диапазоне и отображаем его на 2D плоскости:

Изображение, полученное путём проекции средней интенсивности, близко к обычному рентгеновскому снимку:

Некоторые виды радиологических исследований не дают должного эффекта без использования контрастного препарата, поскольку не отражают некоторые виды тканей и органов. Это связано с тем, что в организме человека есть ткани, плотность которых примерно одинакова. Чтобы отличать такие ткани друг от друга, используют контрастное вещество, которое придаёт крови большую интенсивность. Также контрастное вещество используется для визуализации сосудов при ангиографии.

Режим DSA для ангиографии

Ангиография - это приём, позволяющий визуализировать системы кровотоков (вены и сосуды) различных органов. Для этого используется контрастное вещество, которое вводят в исследуемый орган, и рентгеновский аппарат, создающий снимки во время ввода контрастного вещества. Таким образом на выходе аппарата получается набор снимков с разной степенью визуализации кровотоков:

Однако вместе с венами и сосудами на снимках видны ткани других органов, например, черепа. Режим DSA (Digital subtraction angiography) позволяет визуализировать только кровотоки без каких-либо других тканей. Как это работает? Берём изображение серии, в котором кровотоки ещё не визуализированы контрастным веществом. Как правило, это первое изображение серии, так называемая маска:

Затем вычитаем это изображение из всех остальных изображений серии. Получаем следующее изображение:

На этом изображении хорошо видны кровотоки и практически не видны другие ткани, что позволяет проводить более точную диагностику.

Инструментарий в 3D

Инструмент куб видимости (Clipping Box)

Инструмент Clipping Box позволяет увидеть кости и анатомические ткани в разрезе, а также показать внутренние органы изнутри. Инструмент реализуется на уровне рендера, просто ограничивая область рейтрейсинга.

В реализации область рейтрейсинга ограничивается плоскостями с нормалями, направленными в сторону отсечения. То есть куб представляется шестью плоскостями.

Инструментарий редактирования объема - вырезание многоугольником

Инструмент похож на предыдущий и позволяет удалять фрагмент объёма под произвольным многоугольником:

Под вырезанием следует понимать зануление вокселей в 3D-моделе, попавших в область многоугольника.
Также есть инструмент «Ножницы», который позволяют удалять части 3D-модели по принципу связности. Реализация: при выделении объекта происходит циклический поиск близлежащих связных вокселей, пока все близлежащие воксели не будут просмотрены. Затем все просмотренные воксели удаляются.

Линейка в 3D

В 3D можно производить измерения органов под любым углом, что невозможно для некоторых случаех в 2D.

В режиме 3D можно также воспользоваться полигональной линейкой:

Инструментарий в 4D

Совмещение нескольких томографических серий в 3D (Fusion PET-CT)

ПЭТ-КТ (англ. PET-CT) относительно новая технология, являющаяся исследовательским методом ядерной медицины. Является методом мультимодальной томографии. Четвёртым измерением в данном случае является модальность (PET и CT). Предназначена в основном для обнаружения раковых опухолей.

CT помогает получить анатомическую структуру человеческого тела:

а PET показывает определённые области концентрации радиоактивного вещества, которая напрямую связана с интенсивностью кровоснабжения данной области.

PET получает картину биохимической активности, детектируя в теле человека радиоактивные изотопы. Радиоактивное вещество скапливается в органах, насыщенных кровью. Затем радиоактивное вещество претерпевает позитронный бета-распад. Образовавшиеся позитроны в дальнейшем аннигилирует с электронами из окружающей ткани, в результате чего происходит излучение пар гамма-лучей, которые и детектируются аппаратом, и затем на основе полученной информации строится 3D изображение.

Выбор радиоактивного изотопа определяет биологический процесс, который желают отследить в процессе исследования. Процессом может быть метаболизм, транспорт веществ и др. Поведение процесса в свою очередь является ключом к верной диагностике заболевания. На изображении выше у пациента в области печени видна опухоль.

Но основываясь на PET трудно понять, в какой части тела находится область с максимальной концентрацией радиоактивного вещества. При соединении геометрии тела (CT) и областей, насыщенных кровью с высокой концентрацией радиоактивного вещества (PET), получаем:

В качестве радиоактивного вещества для PET применяются радиоактивные изотопы с разными периодами полураспада. Для образования всякого рода злокачественных образований используется фтор-18 (фтордезоксиглюкоза), йод-124 используется для диагностирования рака щитовидной железы, галлий-68 - для обнаружения нейроэндокринных опухолей.

Функционал Fusion формирует новую серию, в которой изображения обоих модальностей (и PET и CT) объединены. В реализации изображения обоих модальностей перемешиваются, а затем сортируются по оси Z (считаем, что X и Y – оси изображения). Фактически получается, что изображения в серии чередуются (PET, CT, PET, CT …). Эта серия в дальнейшем используется для отрисовки 2D fusion и 3D fusion. В случае 2D fusion изображения отрисовываются попарно(PET-CT) в порядке возрастания Z:

В данном случае сначала был отрисовано изображение CT, затем PET.

3D fusion реализован для видеокарты на CUDA. На видеокарте отрисовываются одновременно обе 3D-модели - PET и CT и получается реальный мультимодальный fusion. На процессоре fusion тоже работает, но работает несколько иначе. Дело в том, что на процессоре обе модели представлены в памяти как отдельные окто-деревья. Следовательно, при отрисовке необходимо трассировать два дерева и синхронизировать пропуск прозрачных вокселей. А это бы значительно снизило скорость работы. Поэтому было решено просто накладывать результат рендера одной 3D-модели поверх другой.

4D CardiacCT

Технология Cardiac CT используется для диагностики различных нарушений работы сердца, включая коронарную болезнь сердца, тромбоэмболия легочной артерии и другие заболевания.

4D Cardiac CT представляет собой 3D во времени. Т.е. получается небольшое видео, которое будем называть кинопетлёй, в которой каждый кадр будет представлять собой 3D-объект. Исходные данные представляют собой набор dicom-изображений сразу для всех кадров кинопетли. Для того чтобы преобразовать набор изображений в кинопетлю, необходимо сначала сгруппировать исходные изображения по кадрам, а затем для каждого кадра создать 3D. Построение 3D-объекта на уровне кадра происходит так же как и для любой серии dicom-изображений. Мы используем эвристическую сортировку изображений для группировки по кадрам, используя положение изображения на оси Z (считая что X и Y это оси изображения). Полагаем, что после группировки по кадрам, в каждом кадре получается одинаковое количество изображений. Переключение кадра фактически сводится к переключение 3D-модели.

5D Fusion Pet – CardiacCT

5D Fusion Pet – CardiacCT - это 4D Cardiac CT с добавлением fusion с PET в качестве пятой размерности. В реализации сначала создаём две кинопетли: с CardiacCT и с PET. Затем делаем fuision соответствующих кадров кинопетель, что даёт нам отдельную серию. Затем строим 3D полученной серии. Выглядит это так:

Виртуальная эндоскопия

В качестве примера виртуальной эндоскопии будем рассматривать виртуальную колоноскопию, поскольку она является наиболее распространённым видом виртуальной эндоскопии. Виртуальная колоноскопия позволяет на основе данных КТ построить объёмную реконструкцию области брюшной полости и по этой трёхмерной реконструкции произвести диагностику. Во вьюере есть инструмент полёт камеры (fly-through) с навигацией по MPR:

который в том числе позволяет автоматически следовать анатомической структуре. В частности позволяет просматривать внутрикишечную область в автоматическом режиме. Вот как это выглядит:

Полёт камеры представляет серию последовательных перемещений по внутрикишечной области. Для каждого шага вычисляется вектор перемещения камеры в следующую часть анатомической структуры. Вычисление производится на основе прозрачных вокселей в следующей части анатомической структуры. Фактически вычисляется некий средний воксель среди прозрачных. Начальный вектор перемещения задаётся вектором камеры. В инструменте Полёт камеры используется исключительно перспективная проекция.

Также есть функционал для автоматической сегментации кишечника, т.е. функционал для отделения кишечной области от остальной анатомии:

Возможна также навигация по сегментированной 3D-модели (кнопка Show camera orientation), которая по клику мыши на 3D-моделе перемещает камеру на соответствующую позицию в исходной анатомии.
Сегментация реализуется с помощью волнового алгоритма . Полагается, что анатомия замкнутая в том смысле, что она не контактирует с другими органами и внешним пространством.

Система просмотра ЭКГ (Waveform)

Отдельным модулем во viewer"е реализовано чтение данных из Waveform и их отрисовка. DICOM ECG Waveform это специальный формат хранение данных отведений электрокардиограмм, определяемый стандартом DICOM. Данные электрокардиограммы представляют собой двенадцать отведений - 3 стандартных, 3 усиленных и 6 грудных. Данные каждого отведения представляют собой последовательность измерений электрического напряжения на поверхности тела. Для того чтобы отрисовать напряжения, нужно знать масштаб по вертикали в мм/мВ и масштаб по горизонтали в мм/сек:

В качестве вспомогательных атрибутов также отрисовывается сетка для простоты измерения расстояний и масштаб в левом верхнем углу. Варианты масштаба подобраны с учётом врачебной практики: по вертикали - 10 и 20 мм/мВ, по горизонтали - 25 и 50 мм/сек. Также реализованы инструменты для измерения расстояния по горизонтали и вертикали.

DICOM-Viewer как DICOM-клиент

DICOM-Viewer, помимо прочего, представляет собой полноценный DICOM-клиент. Есть возможность производить поиск на PACS-сервере, получать из него данные и др. Функции DICOM-клиента реализованы с помощью открытой библиотеки DCMTK. Рассмотрим типичный use-case работы DICOM-клиента на примере viewer"а. Производим поиск стадий на удалённом PACS-сервере:

При выборе стадии внизу отображаются серии для выбранной стадии и количество изображений в них. Сверху справа указывается PACS-сервер, на котором будет произведён поиск. Поиск можно параметризовать, уточняя критерии поиска: PID, дата исследования, имя пациента и др. Поиск на клиенте реализуется командой C-FIND SCU с помощью библиотеки DCMTK, которая работает на одном из уровней: STUDY, SERIES и IMAGE.

Далее изображения выбранной серии можно загрузить, используя команды С-GET-SCU и C-MOVE-SCU. Протокол DICOM обязывает стороны соединения, т.е. клиента и сервера, заранее договориться, какие типы данных они собираются передавать через это соединение. Под типом данных понимается комбинация значений параметров SOPClassUID и TransferSyntax. SOPClassUID определяет тип операции, которую планируется выполнять через данное соединение. Наиболее часто используемые SOPClassUID"ы: Verification SOP Class (пинг сервера), Storage Service Class (сохранение изображений), Printer Sop Class (выполнение печати на DICOM-принтере), CT Image Storage (сохранение изображений КТ), MR Image Storage (сохранение изображение МРТ) и другие. TransferSyntax определяет формат бинарного файла. Популярные TransferSyntax"ы: Little Endian Explicit, Big Endian Implicit, JPEG Lossless Nonhierarchical (Processes 14). То есть, чтобы передать МРТ изображения в формате Little Endian Implicit, то в соединение необходимо добавить пару MR Image Storage - Little Endian Explicit.

Загруженные изображения сохраняются в локальное хранилище и, при повторном просмотре, загружаются из него, что позволяет увеличить производительность viewer"а. Сохранённые серии помечаются жёлтым значком в верхнем левом углу первого изображения серии.

Также DicomViewer как DICOM-клиент умеет записывать диски с исследованиями в формате DICOMDIR. Формат DICOMDIR реализуется в виде бинарного файла, который содержит относительные пути ко всем DICOM-файлам, которые записываются на диск. Реализуется с помощью библиотеки DCMTK. При чтении диска считываются пути ко всем файлам из DICOMDIR и после этого загружаются. Для добавления в DICOMDIR стадий и серий был разработан такой интерфейс:

Вот и всё, что я хотел рассказать про функционал DicomViewer"а. Как всегда очень приветствуется обратная связь от квалифицированных специалистов. Добавить метки

ГОСТ Р ИСО 12052-2009

Группа П85

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Информатизация здоровья

ЦИФРОВЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ И СВЯЗЬ В МЕДИЦИНЕ (DICOM), ВКЛЮЧАЯ УПРАВЛЕНИЕ ДОКУМЕНТООБОРОТОМ И ДАННЫМИ

Health informatics. Digital imaging and communication in medicine (DICOM) including workflow and data management

ОКС 35.240.80
ОКСТУ 4002

Дата введения 2010-07-01

Предисловие

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным учреждением "Центральный научно-исследовательский институт организации и информатизации здравоохранения Росздрава" (ЦНИИОИЗ Росздрава) и Государственным научным учреждением "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 468 "Информатизация здоровья" при ЦНИИОИЗ Росздрава - представителем ИСО ТК 215

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 сентября 2009 г. N 408-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 12052:2006* "Информатизация здоровья. Цифровые изображения и связь в медицине (DICOM), включая управление документооборотом и данными" (ISO 12052:2006 "Health informatics - Digital imaging and communication in medicine (DICOM) including workflow and data management", IDT)
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым здесь и далее по тексту, можно получить, перейдя по ссылке на сайт http://shop.cntd.ru . - Примечание изготовителя базы данных.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Ноябрь 2018 г.


Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации" . Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Американский колледж радиологии (ACR) и Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) в 1983 году создали комитет по разработке стандарта для цифровых изображений и связи в медицине. Третья редакция документа, разработанного этим комитетом, получила название "Цифровые изображения и связь в медицине (DICOM)". Стандарт DICOM был разработан в соответствии с процедурами, принятыми в NEMA, при взаимодействии с другими организациями по стандартизации, включая ИСО/ТК 215, CEN TК 251 в Европе и JIRA в Японии, и рецензировался такими организациями, как IEEE, HL7 и ANSI в США. В разработке стандарта DICOM активно участвовали несколько стран, в частности Канада, Германия, Франция, Италия, Япония, Корея, Тайвань и Соединенные Штаты Америки. Кроме того, более 20 стран внесли свой вклад в разработку этого стандарта. Стандарт DICOM принят в большинстве медицинских организаций во всем мире, в которых используются цифровые изображения пациентов. Большинство устройств, формирующих изображения, и информационных систем, связанных с изображениями, поддерживают этот стандарт.

В сфере информатизации здоровья настоящий стандарт связан с обменом цифровыми изображениями и относящейся к ним информацией между медицинским оборудованием, формирующим изображения, и системами, связанными с управлением этой информацией.

Настоящий стандарт способствует обеспечению функциональной совместимости систем, претендующих на соответствие. В частности, настоящий стандарт:

- определяет семантику команд и связанных с ними данных; для взаимодействующих устройств и систем должны существовать стандарты, определяющие их реакцию на команды и связанные с ними данные, а не только информацию, которая должна передаваться между устройствами и системами;

- точно определяет требования соответствия реализациям настоящего стандарта; в частности, формулировка соответствия должна устанавливать информацию, достаточную для определения функций, по которым возможна функциональная совместимость с другой системой, претендующей на соответствие;

- упрощает работу в сетевой среде и межсетевой обмен информацией;

- обеспечивает подключение новых сервисов, что упрощает поддержку будущих медицинских приложений по обработке изображений.

Несмотря на то, что настоящий стандарт в значительной степени упростил реализацию решений на основе PACS (Системы архивирования и передачи изображений) и создание комплексных отделов по обработке цифровых изображений, применение настоящего стандарта само по себе не гарантирует достижения всех целей подобных решений. Настоящий стандарт упрощает функциональную совместимость систем, претендующих на соответствие, в обстановке большого числа поставщиков различных решений, но сам по себе он не гарантирует функциональную совместимость.

Настоящий стандарт был разработан, в первую очередь, для обработки изображений в целях медицинской диагностики, применяемой в радиологии, кардиологии и других областях.

1 Область применения

В сфере информатизации здоровья настоящий стандарт связан с обменом цифровыми изображениями и относящейся к ним информацией, связанной с формированием и управлением этими изображениями, между медицинским оборудованием, формирующим изображения, и системами, связанными с управлением и передачей информации.

Настоящий стандарт предназначен для облегчения достижения функциональной совместимости медицинского оборудования, формирующего изображения, и информационных систем. Настоящий стандарт устанавливает:

- набор протоколов, которые должны использоваться системами, претендующими на соответствие настоящему стандарту;

- синтаксис и семантику команд и связанных с ними информационных моделей, обеспечивающих эффективную передачу информации между реализациями настоящего стандарта;

- информацию, которая должна быть предоставлена для реализации, претендующей на соответствие настоящему стандарту.

Настоящий стандарт не устанавливает:

- детали реализации любого положения настоящего стандарта в устройствах или системах, претендующих на соответствие;

- полный набор свойств и функций, ожидаемых от более крупной системы, созданной посредством интеграции группы устройств и систем, претендующих на соответствие настоящему стандарту;

- процедуру тестирования/проверки для оценки соответствия реализации настоящему стандарту.

В сфере информатизации здоровья медицинским системам, формирующим изображения, и оборудованию, связанному с управлением и передачей медицинской визуальной информации, возможно, потребуется взаимодействовать с другими системами из этой сферы. При этом обмен данными с такими системами может входить в область применения других стандартов.

2 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по DICOM, PS 3.

3 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

- ACSE - служебный элемент контроля соединения;

- DICOM - цифровые изображения и связь в медицине;

- OSI - взаимосвязь открытых систем;

- PACS - системы архивирования изображений и связи;

- TCP/IP - протокол контроля передачи/межсетевой протокол.

4 Требования

4.1 Основа стандарта

Настоящий стандарт основан, нормативно и в целом, на общедоступном документе, известном как "Стандарт по цифровым изображениям и связи в медицине (DICOM), PS 3".

4.2 Соответствие стандарту

Заявление о соответствии настоящему стандарту в отношении данного изделия будет иметь силу при наличии документа "Заключение о соответствии DICOM", составленного согласно требованиям DICOM, PS 3.2 (часть 2), включающего, в частности, перечень всех определений информационных объектов, характеризующих изделие, и подтверждение соответствия их содержания требованиям DICOM, PS 3.

5.1 Структура стандарта

Стандарт DICOM состоит из следующих частей:

- PS 3.1 - Часть 1. Введение и обзор;

- PS 3.2 - Часть 2. Соответствие;

- PS 3.3 - Часть 3. Определения информационных объектов;

- PS 3.4 - Часть 4. Спецификации служебных классов;

- PS 3.5 - Часть 5. Структура и семантика данных;

- PS 3.6 - Часть 6. Словарь данных;

- PS 3.7 - Часть 7. Обмен сообщениями;

- PS 3.8 - Часть 8. Поддержка сетевого взаимодействия для обмена сообщениями;

- PS 3.9 - Изъята;

- PS 3.10 - Часть 10. Хранение данных и формат файлов для обмена данными;

- PS 3.11 - Часть 11. Профили применения носителей информации;

- PS 3.12 - Часть 12. Функции хранения и форматы носителей для обмена данными;

- PS 3.13 - Изъята;

- PS 3.14 - Часть 14. Стандартная функция отображения в градациях серого;

- PS 3.15 - Часть 15. Профили безопасности и управления системой;

- PS 3.16 - Часть 16. Ресурс отображения содержимого;

- PS 3.17 - Часть 17. Пояснения;

- PS 3.18 - Часть 18. Веб-доступ к постоянным объектам DICOM.

Части DICOM являются взаимосвязанными, но при этом независимыми документами. Краткое описание каждой части приведено в 5.2-5.18.

Стандарт DICOM, PS 3 доступен для распечатки или в электронной форме на сайте DICOM по адресу: http://dicom.nema.org/.

5.2 PS 3.2 - Соответствие

В части PS 3.2 DICOM определены принципы, которым должны соответствовать реализации, претендующие на соответствие стандарту.

Требования к соответствию: PS 3.2 определяет общие требования, которым должна соответствовать любая реализация, претендующая на соответствие. Приведены ссылки на разделы других частей стандарта DICOM, касающиеся соответствия стандарту.

Заключение о соответствии: PS 3.2 определяет структуру заключения о соответствии. Определена информация, которая должна присутствовать в заключении о соответствии. Приведены ссылки на разделы других частей DICOM, касающиеся заключения о соответствии.

В PS 3.2 не определены процедуры тестирования или проверки, предназначенные для оценки соответствия реализации стандарту DICOM.

Процесс создания заключения о соответствии как для сетевого обмена, так и для обмена носителями данных представлен на рисунках 1 и 2 соответственно. Заключение о соответствии состоит из следующих разделов:

- совокупность информационных объектов, распознаваемых данной реализацией;

- совокупность служебных классов, поддерживаемых данной реализацией;

- совокупность протоколов обмена или физических сред, поддерживаемых данной реализацией;

- совокупность мер по обеспечению безопасности, поддерживаемых данной реализацией.

Рисунок 1 - Процесс создания заключения о соответствии при сетевом обмене

Рисунок 2 - Процесс создания заключения о соответствии при обмене носителями данных

5.3 PS 3.3 - Определения информационных объектов

В части PS 3.3 DICOM определены классы информационных объектов, обеспечивающих абстрактное определение реальных объектов, применительно к обмену цифровыми медицинскими изображениями и сопутствующей информацией (например, формами сигналов, структурированными отчетами, дозами лучевой терапии и т.п.). Каждое определение класса информационных объектов состоит из описания его назначения и атрибутов, определяющих данный класс. Класс информационных объектов не содержит значений атрибутов, указанных в его определении.

Определены два типа классов информационных объектов - нормализованный и составной.

Нормализованные классы информационных объектов включают в себя только атрибуты, свойственные представляемым реальным объектам. Например, класс информационного объекта "обследование", определенный как нормализованный, включает атрибуты "дата обследования" и "время обследования", поскольку они свойственны реальному обследованию. Однако "имя пациента" не является атрибутом этого класса, поскольку оно относится к обследуемому пациенту, а не к самому обследованию.

Составные классы информационных объектов могут дополнительно включать в себя атрибуты, связанные с реальными объектами, но не свойственные им. Например, класс информационного объекта "изображение компьютерной томографии", определенный как составной, содержит как свойственные изображению атрибуты (например, дату создания изображения), так и связанные с изображением, но не свойственные ему атрибуты (например, имя пациента). Составные классы информационных объектов обеспечивают структурированную основу для формулировки требований к обмену изображениями, когда само изображение и сопутствующие данные должны быть тесно связаны.

Для упрощения определений классов информационных объектов схожие атрибуты каждого класса группируются вместе. Такие группы атрибутов определяются как независимые модули, которые могут быть повторно использованы в других составных классах информационных объектов.

В PS 3.3 определена модель реального мира наряду с соответствующей информационной моделью, которая отражена в определениях информационных объектов. В последующих редакциях настоящего стандарта данная совокупность информационных объектов может быть расширена для обеспечения поддержки новой функциональности.

Для представления наличия реального объекта создается экземпляр информационного объекта, содержащий значения атрибутов класса информационного объекта. Значения атрибутов данного экземпляра информационного объекта могут изменяться со временем, точно отражая изменение состояния объекта, который он представляет. Это достигается посредством выполнения разных базовых операций над экземпляром информационного объекта, представляющих конкретную совокупность сервисов, определенную как служебный класс. Служебные классы определены в PS 3.4.

5.4 PS 3.4 - Спецификации служебных классов

В части PS 3.4 стандарта DICOM определены служебные классы. Служебный класс связывает один и несколько информационных объектов с одной и несколькими командами, которые должны быть применены к этим объектам. Спецификации служебных классов устанавливают требования к элементам команд и то, каким образом команды применяются к информационным объектам. Спецификации служебных классов устанавливают требования как к поставщикам, так и к пользователям услуг связи.

В PS 3.4 определены характеристики, присущие всем служебным классам, и то, как заявление о соответствии структурировано относительно отдельного служебного класса. Данная часть содержит ряд обязательных приложений, подробно описывающих отдельные служебные классы.

Примерами служебных классов являются следующие:

- служебный класс "хранение";

- служебный класс "запрос - отклик";

- служебный класс "управление основным рабочим списком";

- служебный класс "управление печатью".

В PS 3.4 определены операции, выполняемые над информационными объектами, установленными в PS 3.3. В PS 3.7 определены команды и протоколы для использования команд с целью реализации операций и уведомлений, описанных в PS 3.4.

5.5 PS 3.5 - Структура и семантика данных

В части PS 3.5 DICOM определено, каким образом приложения DICOM конструируют и кодируют информацию, содержащуюся в совокупности данных и являющуюся результатом использования информационных объектов и служебных классов, определенных в PS 3.3 и PS 3.4. Определена поддержка ряда стандартных методов сжатия изображения (например, JPEG с потерями и без потерь).

В PS 3.5 представлены правила кодирования, необходимые для создания потока данных, которые должны быть переданы в сообщении, как определено в PS 3.7. Такой поток данных формируется из совокупности элементов данных из набора данных.

Кроме того, в PS 3.5 определена семантика ряда типовых функций, присущих многим информационным объектам. В PS 3.5 определены правила кодирования для международных наборов символов, используемых в стандарте DICOM.

5.6 PS 3.6 - Словарь данных

Часть PS 3.6 DICOM является централизованным реестром, определяющим совокупность всех информационных элементов данных DICOM, доступных для представления информации, наряду с элементами, используемыми для кодирования взаимозаменяемых данных, и перечнем однозначно определенных объектов, установленных DICOM.

Для каждого элемента в PS 3.6 определены:

- уникальная метка, содержащая номера группы и элемента;

- имя;

- представление значения (строкой символов, целым числом и т.д.);

- многообразие значений (какое число значений имеет каждый атрибут);

- не является ли он изъятым.

Для каждого однозначно определенного объекта в PS 3.6 определены:

- уникальное значение, представляемое числом, состоящим из множества компонентов, разделенных десятичными точками, и ограниченным 64 символами;

- имя;

- тип, т.е. класс информационного объекта, либо определение кодирования для передачи данных, либо определенные хорошо известные экземпляры информационного объекта;

- часть стандарта DICOM, в которой он определен.

5.7 PS 3.7 - Обмен сообщениями

В части PS 3.7 DICOM определены сервис и протокол, используемые приложением в среде медицинских изображений для обмена сообщениями посредством поддерживающих обмен сервисов, определенных в PS 3.8. Сообщение состоит из потока команд, определенных в PS 3.7, за которым может следовать поток данных, определенный в PS 3.5.

В PS 3.7 определены:

- операции и уведомления (сервисы DIMSE), доступные для служебных классов, определенных в PS 3.4;

- правила для установления и завершения соединений, обеспечиваемых поддержкой взаимодействия, определенной в PS 3.8, и воздействие на невыполненные транзакции;

- правила управления обменом запросами и ответами команд;

- правила кодирования, необходимые для формирования потоков команд и сообщений.

5.8 PS 3.8 - Поддержка сетевого взаимодействия для обмена сообщениями

В части PS 3.8 DICOM определены коммуникационные сервисы и протоколы верхнего уровня, необходимые для поддержки, в сетевом окружении, взаимодействия между приложениями DICOM в соответствии с PS 3.3, PS 3.4, PS 3.5, PS 3.6 и PS 3.7. Коммуникационные сервисы и протоколы обеспечивают эффективный и скоординированный обмен данными между приложениями DICOM в сети.

Коммуникационные сервисы, определенные в PS 3.8, являются специфическим подмножеством сервисов OSI, определенных в и . Они относятся к сервисам верхнего уровня, которые позволяют одноранговым приложениям устанавливать соединения, передавать сообщения и закрывать соединения.

Определение сервиса верхнего уровня обеспечивает применение протокола верхнего уровня DICOM в комплексе с транспортными протоколами TCP/IP.

Коммуникационный протокол TCP/IP, определенный в PS 3.8, является универсальным коммуникационным протоколом, не относящимся исключительно к DICOM.

5.9 PS 3.9 - Изъята

Часть PS 3.9 DICOM изъята из обращения. Она называлась "Поддержка прямой связи при обмене сообщениями" и определяла сервисы и протоколы, используемые для прямой связи совместимым с ACR-NEMA 2.0 способом.

5.10 PS 3.10 - Хранение данных и формат файлов

В части PS 3.10 DICOM определена общая модель хранения медицинской визуальной информации на съемных носителях (рисунок 3). Назначением данной части является обеспечение основ для обмена медицинскими изображениями различных типов и сопутствующей информацией с использованием широкого спектра физических носителей информации.

Отличие модели обмена между носителями информации от сетевой модели показано на рисунке 3.

Рисунок 3 - Модель взаимосвязи между носителями DICOM

В PS 3.10 определены:

- многоуровневая модель хранения медицинских изображений и сопутствующей информации на носителях; эта модель вводит концепцию профилей применения носителей информации, которая определяет зависящие от применения подмножества стандарта DICOM, на соответствие которым может претендовать реализация хранения информации на носителях.

Примечание - Понятие соответствия стандарту применимо только к записи, чтению и обновлению содержимого носителя информации;


- формат файлов DICOM, поддерживающий инкапсуляцию любого информационного объекта;

- безопасный формат файлов DICOM, поддерживающий инкапсуляцию формата файлов DICOM в криптографическую оболочку;

- файловая служба DICOM, обеспечивающая независимость от формата носителя информации и самого физического носителя.

В PS 3.10 определены разные методы хранения файлов на носителях:

- метод идентификации множества файлов на одном носителе;

- метод присвоения имени файлу DICOM в конкретной файловой системе.

5.11 PS 3.11 - Профили применения носителей информации

В части PS 3.11 DICOM определены зависящие от применения подмножества стандарта DICOM, на соответствие которым может претендовать реализация. Такие зависящие от применения подмножества в данном подразделе называются профилями применения. Заявление о соответствии применимо к функционально совместимому обмену медицинскими изображениями и сопутствующей информацией, хранящейся на носителях, для конкретных случаев. Оно соответствует основам, определенным в PS 3.10, при обмене информацией различных типов, хранящейся на носителях.

Профиль применения формируется из следующих основных частей:

- имя профиля применения или список профилей применения, сгруппированных в связанный класс;

- описание медицинского контекста профиля применения;

- определение служебного класса носителя информации с указанием функций устройств для профиля применения и дополнительных возможностей;

- информационный раздел, описывающий функциональные требования к профилю применения;

- спецификация классов информационных объектов и соответствующих поддерживаемых информационных объектов, и метода кодирования, который должен быть применен при передаче данных;

- выбор форматов носителей и физических носителей для использования;

- другие параметры, подлежащие определению для обеспечения обмена между функционально совместимыми носителями информации;

- параметры безопасности, определяющие криптографические методы, которые должны быть использованы в профилях применения защищенных носителей информации.

Структура DICOM и схема механизма профилей применения обеспечивают прямое введение дополнительных классов информационных объектов и новых носителей информации, участвующих в обмене.

На рисунке 4 показано отображение отдельных аспектов профиля применения на разные части DICOM.

Рисунок 4 - Связь между профилем применения и частями DICOM

5.12 PS 3.12 - Функции хранения и форматы носителей для обмена данными

Данная часть DICOM облегчает обмен информацией между медицинскими приложениями, определяя:

- структуру для описания взаимосвязи между моделью хранения данных на носителях и конкретными физическими носителями и их форматами;

- характеристики конкретного физического носителя и связанных с ним форматов.

5.13 PS 3.13 - Изъята

Часть PS 3.13 DICOM изъята из обращения. Она называлась "Поддержка прямой связи для управления печатью" и определяла сервисы и протоколы, используемые для прямой связи сервисов управления печатью.

5.14 PS 3.14 - Стандартная функция отображения в градациях серого

В части PS 3.14 DICOM определена стандартизированная функция отображения для единообразной по стилю визуализации изображений в градациях серого. Данная функция обеспечивает методы для калибровки отдельных систем отображения с целью единообразного представления изображений на разных устройствах отображения (например, мониторах и принтерах).

Выбранная функция отображения основана на зрительном восприятии человека. Чувствительность человеческого глаза к контрастности носит явно нелинейный характер в пределах диапазона яркости устройств отображения. В DICOM использована модель зрительной системы человека Бартена.

5.15 PS 3.15 - Профили безопасности и управления системой

В части PS 3.15 DICOM определены профили безопасности и управления системой, на соответствие которым могут претендовать реализации. Профили безопасности и управления системой определены посредством ссылок на внешние стандартные протоколы, такие как DHCP, LDAP, TLS и ISCL. Протоколы безопасности могут использовать такие технологии безопасности, как открытые ключи или смарт-карты. При шифровании данных могут применяться разнообразные стандартизованные схемы шифрования.

В данной части не рассматриваются вопросы политик безопасности. Стандарт DICOM только обеспечивает механизмы, которые могут быть использованы для реализации политик безопасности при обмене объектами DICOM. На местном администраторе лежит ответственность за применение соответствующих политик безопасности.

5.16 PS 3.16 - Ресурс отображения содержимого

В части PS 3.16 DICOM определены:

- шаблоны для структурирования документов как информационных объектов DICOM;

- наборы кодированных терминов для использования в информационных объектах;

- словарь терминов, определенных и поддерживаемых DICOM;

- переводы кодированных терминов на языки конкретных стран.

5.17 PS 3.17 - Пояснения

В части PS 3.17 DICOM предоставлены справочные и обязательные приложения, содержащие поясняющую информацию.

5.18 PS 3.18 - Веб-доступ к постоянным объектам DICOM (WADO)

В части PS 3.18 DICOM определены средства, через которые запрос на доступ к постоянным объектам DICOM может быть выражен в форме запроса HTTP URL/URI, содержащего указатель на конкретный постоянный объект DICOM в виде уникального идентификатора его экземпляра.

В запросе также определен формат результата, который должен быть возвращен в ответ на запрос.

Примеры

1 Тип содержимого (MIME), например application/dicom или image/jpeg для изображений, application/dicom, application/rtf или xml для отчетов.

2 Шифрование содержимого.

3 Отчеты по HL7/CDA, Уровень 1.

Параметры запроса URL, как определено в настоящем стандарте, являются достаточными для того, чтобы сервер HTTP действовал как пользователь служебных классов (SCU) DICOM для получения запрошенного объекта от соответствующего поставщика служебных классов (SCP) DICOM, используя базовую функциональность DICOM, определенную в PS 3.4 и PS 3.7.

Библиография

	ISO/IEC 8649 Information technology - Open Systems Interconnection - Service definition for the Association Control Service Element
	ISO/IEC 8822 Information technology - Open Systems Interconnection - Presentation service definition
	ISO 17432 Health informatics - Messages and communication - Web access to DICOM persistent objects

УДК 61:004:006.354	ОКС 35.240.80
Ключевые слова: здравоохранение, информатизация здоровья, цифровые изображения, обмен информацией, управление данными, стандарт DICOM

Электронный текст документа

подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Стандартинформ, 2018

DICOM (Digital Imaging and COmmunications in Medicine, цифровые изображения и обмен ими в медицине) - это индустриальный стандарт для передачи радиологических изображений и другой медицинской информации между компьютерами, опирающийся на стандарт Open System Interconnection (OSI), разработанный Международной организацией по стандартам (International Standards Organization, ISO). Стандарт DICOM описывает "паспортные" данные пациента, условия проведения исследования, положение пациента в момент получения изображения и т.п., для того чтобы в последствии было возможно провести медицинскую интерпретацию данного изображения. Первая версия данного стандарта была разработана Американским Колледжем Радиологии (American College of Radiology, ACR) и Национальной ассоциацией производителей электронного оборудования (National Electrical Manufacturers Association, NEMA) в 1985 году.

Стандарт позволяет организовать цифровую связь между различным диагностическим и терапевтическим оборудованием, использующимся в системах различных производителей. Рабочие станции, Компьютерные (КТ) и Магнитно-резонансные Томографы (МРТ), микроскопы, УЗ-сканеры , общие архивы, хост-компьютеры и мэйнфреймы от разных производителей, расположенные в одном городе или нескольких городах, могут "общаться" друг с другом на основе DICOM с использованием открытых сетей по стандартным протоколам, например TCP/IP.

С использованием DICOM"а можно проводить различные медицинские исследования в территориально-распределенных диагностических центрах с возможностью сбора и обработки информации в нужном месте.

Стандарт DICOM версии 3.0 (окончательно выпущена в 1993 году) предназначен для передачи медицинских изображений, получаемых с помощью различных методов лучевой и иной диагностики, в его описании перечислено 29 диагностических методов. Данный стандарт получил широкое распространение в США, Японии, Германии и других странах.

История разработки стандарта DICOM

К началу 80-х годов проблема интеграции сложных цифровых устройств лучевой диагностики стояла уже достаточно остро, что побудило Американский институт радиологии (ACR) и Национальную ассоциацию производителей электрооборудования CШA (NEMA) зaнятьcя разработкой стандарта передачи цифровых медицинских изображений. В 1983 году ими был создан объединенный комитет, в задачи которого входила разработка стандарта, обеспечивающего передачу цифровых медицинских изображений, не зависящую от производителей диагностического оборудования, и способствующую:

1. развитию систем архивирования и передачи изображений (PACS),
2. обеспечению их взаимодействия с автоматизированными больничными информационными системами,
3. созданию баз данных, содержащих диагностическую информацию, получаемую с помощью большого числа удаленных друг от друга устройств различных типов.

Первая версия этого стандарта была опубликована в 1985 году, а в 1988 года вторая. Новая, третья версия стандарта была выпущена в 1991 году и перерабатывалась до 1993 года. Она получила название DICOM 3.0 (английская аббревиатура от Digital Imaging and Comminications in Medicine (Standard) и явилась существенным шагом вперед, поскольку ее можно было использовать в сетевых средах с использованием стандартных протоколов, например TCP/IP; в ней были описаны уровни совместимости со стандартом, семантика программных команд и ассоциированных с ними данных; структура стандарта была приведена в соответствие с директивами Международной организации по стандартам (ISO). Все это привело к тому, что такие крупнейшие производители диагностического оборудования, как General Electric, Philips, Siemens и др., начали планировать в составе своих систем возможность обмена изображениями в стандарте DICOM 3.0.

Казалось бы, ну что тут такого: записать медицинское изображение в каком-либо универсальном формате, скажем TIFF или BMP, а затем передавать его по любым доступным линиям связи . Однако в действительности не все так просто. Одно дело представить для всеобщего обозрения, скажем, снимок поверхности Луны , и совсем другое выполнить его профессиональную интерпретацию, например определить размеры и цвет изображенных на нем объектов . В последнем случае необходимо кроме собственно снимка иметь достаточно подробные сведения об условиях, в которых он был сделан, например о расстоянии до фотографируемого объекта, его пространственном положении, освещенности, состоянии предмета в момент получения снимка (к примеру, движение или покой), а также об экспозиции, фокусном расстоянии объектива и размере диафрагмы, характеристиках использовавшегося светофильтра и т.д. При интерпретации нередко приходится сравнивать серии снимков одного и того же объекта, полученные в разное время и в разных условиях.

Поскольку медицинские изображения нужны прежде всего для профессиональной интерпретации, то каждому такому изображению также должно сопутствовать описание условий, в которых они были сделаны, а также сведения о состоянии пациента в момент получения изображения. Попробуйте самостоятельно классифицировать такую, казалось бы, несложную вещь, как пространственное положение пациента при получении снимка, и вы поймете, что формализация подобных данных представляет собой достаточно сложную задачу. К тому же ее постановка существенно зависит от того, как и для каких целей в дальнейшем будут использоваться указанные формализованные сведения. Еще сложнее сделать такую формализацию общепринятой. Именно формализация описания условий получения и хранения изображений, а также сведений о состоянии пациента, является основной целью разработки стандартов электронной передачи медицинских изображений.

Предпосылки стандартизации

С расширением парка высокотехнологичных медицинских диагностических устройств лучевой диагностики, называемых также устройствами медицинской визуализации (цифровые рентгеновские системы, компьютерные, магнитно-резонансные, позитронно-эмиссионные томографы, системы ультразвуковой диагностики и т.д.), проблема электронного обмена медицинскими цифровыми изображениями становится все более и более актуальной. Электронный обмен позволяет обеспечить дистанционный доступ нескольких специалистов к одному и тому же медицинскому изображению, что бывает важно, например, при подготовке к консилиуму. Электронная передача медицинских изображений из одного лечебного учреждения в другое, например для проведения консультации, может выполняться за минуты или в крайнем случае за десятки минут, в то время как пересылка снимков обычными способами нередко занимает несколько дней. Наличие изображения в электронной форме позволяет выполнять достаточно сложную компьютерную обработку, к примеру, наложение изображений компьютерного томографа и магнитно-резонансного томографа и т.д., значительно улучшающую возможность постановки диагноза и принятия решений о лечении пациента. В целом электронная передача медицинских изображений лучевой диагностики способна сущеcтвенно ускорить процесс диагностики заболеваний и лечения пациентов и повысить обоснованность принимаемых медицинских решений. Однако реализация электронной передачи медицинских изображений наталкивается на многие трудности. Одно из основных препятствий связано с тем, что как устройства медицинской визуализации, так и их эксплуатация стоят очень дорого. Поэтому даже в крупнейших медицинских центрах они приобретаются постепенно, зачастую у разных поставщиков, предлагающих несовместимые аппаратные и программные средства. Не спасает положения и закупка этих устройств у одного поставщика, поскольку с течением времени менялись модели встраиваемых в них компьютеров, версии системного и прикладного программного обеспечения, форматы хранения и передачи данных. Все это существенно затрудняет задачу интеграции устройств медицинской визуализации в единой сети лечебного учреждения.

Подходы к интеграции диагностического оборудования

В настоящее время существуют разные способы решения задачи интеграции устройств медицинской визуализации. Производители могут предлагать собственные, уникальные решения. Например, знаменитая фирма Siemens, поставляющая широкий спектр медицинского диагностических устройств, в дополнение к ним предлагает системy SIENET, обеспечивающую передачу различного вида изображений на специальным образом оснащенные (и достаточно дорогие) рабочие станции, которые могут быть расположены в любом месте лечебного учреждения. Для этой передачи используются собственные протоколы обмена, поэтому система SIENET допускает прием и обработку изображений, полученных в основном на диагностических устройствах производства именно фирмы Siemens, скажем, цифровых радиографах SIREGRAPH, FLUOROSPOT, компьютерных томографах SOMATOM, магнитно-резонансных томографах MAGNETOM. Однако в нескольких американских больницах, например в Методистском госпитале Индианы, система SIENET используется в сочетании с томографами фирмы General Electric. Чтобы обеспечить большую привлекательность и сделать систему более открытой, ее разработчики включили в нее возможность передачи циркулирующих в ней изображений во внешние информационные системы и сети по стандарту DIСОМ. Однако эта возможность является скорее довеском к системе, а не ее основой. По информации фирмы Siemens, система SIENET в различной комплектации установлена в 180 учреждениях по всему миру; общее число ее рабочих станций превысило 600 единиц.

Другой подход предлагает российская фирма ТАНА. Она использует достаточно универсальную систему перехвата изображений непосредственно на входе видеомониторов компьютеров диагностических устройств. Затем эти изображения могут быть обработаны с помощью предлагаемого этой фирмой специализированного (по методам исследований) программного обеспечения и выведены на пленку или бумагу либо переданы по компьютерной сети на любую соответствующим образом оснащенную сетевую рабочую станцию. Этот подход дешевле описанного выше и позволяет относительно легко подключаться к диагностическим устройствам разных фирм-производителей, что очень важно для большинства медицинских центров. Однако при этом не обеспечиваются автоматическое получение и дальнейшая передача информации об условиях получения исходных изображений. В своих технических решениях фирма ТАНА ориентируется в основном на компьютеры фирмы Silicon Graphics, но предлагает также решения для компьютеров Pentium. В настоящее время насчитывается уже несколько десятков установок разработанного ею программного обеспечения.

Третий подход предлагает, например, германская фирма Optiware, разработавшая программный пакет Hipax, в котором основная ставка делается на получение и передачу медицинских изображений в стандарте DICOM. Ссылки на DICOM делают и другие поставщики аналогичных пакетов, например фирма Line Imaging, предлагающая пакет WinRad. Для этих пакетов характерны достаточно скромные требования к используемым компьютерам, скажем Pentium с шиной PCI, оперативной памятью 24 Мбайт, видеоадаптером и монитором, обеспечивающими режим SVGA с разрешением 1024х768 и палитрой TrueColor. Похожий подход предлагается также российской фирмой "Федеральное медицинское агентство".

Назначение и структура стандарта

Стандарт DICOM 3 распространяется на передачу растровых медицинских изображений, получаемых с помощью различных методов лучевой диагностики (рентгенография, ультразвуковая диагностика, эндоскопия, компьютерная и магнитно-резонансная томография и др., всего в нем перечислены 29 методов). Он получил широкое признание не только в США, но и во многих других странах, в том числе европейских. Стандарт DICOM был взят за основу разработки европейского стандарта MEDICOM, работа над которым велась рабочей группой WG4 технического комитета TC 251 Европейского института стандартизации CEN.

Стандарт состоит из 13 частей, из которых в текущей версии (DICOM 3.0) представлены первые 9:

Часть 1. Введение Описываются история разработки стандарта, его назначение и структура. Часть 2. Соответствие стандарту Указываются структура сертификата соответствия стандарту и критерии, которым должен удовлетворять производитель диагностического оборудования, чтобы иметь право объявить его совместимым со стандартом DICOM. Часть 3. Определение информационных объектов Специфицируются используемые в стандарте информационные объекты. Предлагается информационная модель "реального мира", описывающая взаимоотношения между нормализованными объектами (пациент, устройство) и составными (исследования, изображения и др., наследующими некоторые атрибуты нормализованных объектов). Часть 4. Спецификации классов операций Специфицируются классы действий или операций, которые могут выполняться над информационными объектами. Вводится понятие операция-объект SOP (service-object pair). Разработчики стандарта исходили из того, что применение операции к объекту может быть ограничено его свойствами, поэтому есть нужда в отдельном описании классов SOP. Например, для класса операций Хранение выделяются отдельные стандартные классы операций-объектов Хранение изображений цифровой радиографии, Хранение ультразвуковых изображений, Хранение наложений, Хранение таблицы преобразования пикселов и т.д. Аналогичные пары выделяются для оперяции Запрос/извлечение и пр. Часть 5. Структура и семантика данных Описываются типы данных и правила кодирования, используемые при передаче данных из одной системы в другую. Специфицируются форматы передачи изображений. Стандарт допускает передачу исходных и уплотненных изображений; особо описывается синтаксис передачи при использовании неискажающих и искажающих алгоритмов уплотнения JPEG. Допускаются другие, не специфицируемые в стандарте алгоритмы уплотнения. Часть 6. Словарь данных Приводится полный список элементов данных, описанных в стандарте DICOM. Каждый элемент данных идентифицируется парой целых чисел, например пара (0018,5100) идентифицирует описание положения пациента по отношению к устройству в момент проведения исследования. Кроме идентификатора, приводятся имя элемента, характеристика его значения (строка символов, число и т.д.) и допустимое число повторений элемента в сообщении. Часть 7. Обмен сообщениями Описывается структура команд и протокола обмена сообщениями в стандарте DICOM. Часть 8. Обеспечение обмена сообщениями в сетевых средах Определяются все необходимые компоненты системы обмена сообщениями в стандарте DICOM в сетевых средах, использующих протокол TCP/IP. Изложение этой части существенно опирается на соответствующие стандарты Модели взаимодействия открытых систем OSI (ISO 8222 и ISO 8649). Часть 9. Обеспечение обмена сообщениями при прямой связи абонентов (point-to-point) Приводится подробное описание прямого взаимодействия двух устройств, включая назначение каждой ножки 50-контактного разъема, уровня передаваемых сигналов, их временные характеристики и т.д. Оно напоминает описание параллельного дуплексного интерфейса миникомпьютера, и, похоже, в основном переписано из других стандартов, ранее разработанных ассоциацией NEMA.

На стадии разработки и утверждения находятся еще 4 части стандарта:

Часть 10. Носители данных и форматы файлов Описываются теоретические основы хранения медицинских изображений на различных внешних носителях данных. Часть 11. Прикладные характеристики хранения данных на внешних носителях Описываются требования к данным, которые должны храниться на внешних носителях. Описания имеют клиническую направленность, например, задают, какие данные должны храниться на внешних носителях при проведении ангиографии. Часть 12. Форматы носителей и физическая среда хранения данных Специфицируются различные носители данных, которые могут использоваться для хранения медицинских изображений, например, дискеты 3.5", компакт-диски CD ROM, магнитооптические диски и тд. Часть 13. Управление выводом на печатающие устройства при прямом соединении Описываются протоколы и операции, необходимые для вывода изображения на печатающее устройство. Вывод осуществляется системой-исполнителем, имеющей прямое соединение с системой-инициатором вывода.

Достаточно одного взгляда на представленное выше оглавление, чтобы заметить определенную формализованность изложения стандарта DICOM. И действительно, структура этого документа приведена в соответствие с директивами организации ISO , что существенно отличает DICOM от стандарта электронной передачи текстовых медицинских документов HL7. Надо сказать, что это не способствует лучшему восприятию материала. Например, здесь явно не хватает примеров реальных сообщений. Тем не менее чтение стандарта DICOM окажется достаточно поучительном для многих специалистов по медицинской информатике, в том числе даже тех из них, кто не занимается обработкой медицинских изображений.