Другие dicom. Стандарт DICOM разделен на несколько взаимосвязанных, но независимых частей. Подходы к интеграции диагностического оборудования
- История разработки стандарта DICOM Предпосылки Подходы к интеграции диагностического оборудования Назначение и структура стандарта Практическое применение стандарта DICOM в России
В наше время, когда сети компьютеров и средства мультимедиа стали для инженеров вполне привычным явлением, может показаться удивительным, что проблема электронного обмена медицинскими изображениями все еще существует.
История разработки стандарта DICOM.
К началу 80-х годов проблема интеграции сложных цифровых устройств стояла уже достаточно остро, что побудило Американский институт радиологии (ACR) и Национальную ассоциацию производителей электрооборудования CШA (NEMA) заняться 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:
Развитию систем архивирования и передачи изображений (PACS), обеспечению их взаимодействия с автоматизированными больничными информационными системами, созданию , 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 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 (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 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 , 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 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.
Проиллюстрируем стиль стандарта на простом примере. Термин "медицинское изображение" нередко вводит нас в заблуждение из-за устойчивости восприятия понятия "изображение". Для определения термина "сложное изображение" в стандарте используется ER-диаграмма, показанная на рис. 1.
Из нее видно, что сложное изображение представляет собой элемент серии изображений, полученной при исследовании одного и того же пациента. Кроме элементарного изображения, компонентами сложного изображения могут быть несколько кривых (например, задающих область интереса на обзорном снимке), наложений (растровых текстов с параметрами исследования, фамилией врача-диагноста и т. д.), несколько таблиц (или формул) преобразования пикселов изображения при его визуализации, таблица или формула преобразования пикселов изображения из внутренней формы хранения, используемой производителем данного оборудования, в универсальную внешнюю форму. Допускаются отдельные кривые или их наложение, не связанное ни с каким двумерным изображением, что теоретически позволяет обеспечить передачу не только изображений лучевой диагностики, но и, допустим, кардиограмм. Однако такой подход не является ни эффективным, ни целесообразным.
Практическое применение стандарта DICOM в России
В силу целого ряда причин большая часть устройств медицинской визуализации, используемых в настоящее время в российских лечебно-профилактических учреждениях, произведена за пределами нашей страны. В ближайшем будущем это положение по-видимому сохранится, особенно в части устройств, использующих цифровую обработку сигналов. Как правило, программное обеспечение таких устройств не русифицировано и их интеграция в уже существующие и вновь разрабатываемые российские медицинские информационные системы оказывается достаточно затруднительной.
Поскольку многие из вновь разработанных устройств медицинской визуализации обеспечивают возможность передачи создаваемых ими изображений в стандарте DICOM, это может значительно облегчить задачу интеграции. Структура сообщений стандарта DICOM позволяет без особого труда вычленить из сообщений само изображение, игнорируя другую информацию. Тем самым разработчик может начать с самой простой задачи - приема и визуализации изображений, передаваемых с устройств вторичного сбора данных (secondary capture devices), например сканеров рентгеновских снимков, но при этом применять свою программу для обработки сообщений, полученных и другими методами визуализации, пропуская дополнительную информацию. (Судя по всему, этим подходом воспользовались уже упоминавшиеся фирмы "Федеральное медицинское агентство" и Optiware). Конечно, на этом пути тоже встретятся немалые трудности, особенно если производитель оборудования применяет собственные алгоритмы уплотнения вместо JPEG. Если же эти трудности удается обойти, то на рабочие места врачей можно передавать не только сканированные рентгеновские снимки, но также и изображения, полученные большинством других методов медицинской визуализации. Затем программу анализа сообщений DICOM можно дополнять функциональными модулями, обеспечивающими , специфической для конкретного метода медицинской визуализации.
В целом использование стандарта DICOM представляется интересной и важной задачей, решение которой способно принести ощутимую пользу конечным потребителям медицинских изображений - лечащим врачам и консультантам. Здесь надо иметь в виду одно очень важное обстоятельство: пока речь будет идти об интерпретации снимков одного пациента, то передача условий проведения исследований, описанная в стандарте DICOM, вряд ли будет немедленно востребована врачами. Значительную часть этой информации они могут получить, глядя на снимок, на основании знания сложившейся практики проведения исследований, надписей со значениями параметров, сделанных на изображении, текстов описаний и заключений, приложенных к снимку. Передача условий проведения исследований гораздо важнее для последующей автоматизированной обработки результатов исследований, особенно той, что проводится с научно-методическими целями. Поэтому затраты на активное внедрение стандарта DICOM надо рассматривать как , необходимые для постепенной автоматизации не только процесса передачи, но также и клинической интерпретации медицинских изображений.
Во многих медицинских задачах принципиальное значение имеет формат обрабатываемых изображений. Если планируется использование данных широким кругом получателей и последующая обработка результатов исследования, по следует пользоваться форматом передачи данных, описанным в международном стандарте DICOM .
Файл, хранящий одно изображение в стандарте DICOM является сложной структурой данных, включающей в себя не только непосредственно изображений, но и сопутствующую информацию, такую как: данные об оборудовании, на котором проводилось исследование; описание проведенного исследования; параметры и описание серии; системы координат связанной с изображением; атрибуты, определяющие само изображение; тек- стово-графические элементы, графики и комментарии, выполняемые медицинским персоналом и атрибуты, описывающие преобразования над полученными данными и т.д. Подробное описание структуры любого DICOMфайла приведено в части 10 стандарта.
Отдельный DICOM файл содержит как заголовок (который хранит информацию об имени пациента, типе исследования, размере изображения и т.д), так и все данные изображения (которые могут содержать информацию
в трех измерениях). Это его отличие от популярного формата Analyze, который хранит данные изображения в одном файле (*.img) и данных заголовка
в другом файле (*.hdr). Другое различие между DICOM и Analyze в том, что данные DICOM изображения могут быть сжаты для уменьшения размера изображения. Файлы могут быть сжаты, используя методы с потерей данных или без потерь в формате JPEG, так же как формат без потерь RunLength Encoding (который является идентичным сжатию битов, используемому в изображениях формата TIFF).
Первые 794 байта DICOM файла используются для DICOM заголовка, который описывает размерность изображения и сохраняет другую текстовую информацию об исследовании. Размер заголовка изменяется в зависимости от количества сохраненной в заголовке информации. Данные изображения следуют за информацией заголовка.
Заметим, что DICOM первые 128 байт в файле не используются (заполнены нолями), за ними следуют символы "D", "I", "C", "М". Далее следует определенным образом сгруппированная информация заголовка, занимающая 794 байта. В заголовке содержатся данные о модальности устройства и его производителе, фотометрическая информация, версия программного обеспечения, условия исследований, параметры сканирования, количество элементов изображения, синтаксис передачи данных, введенная информация о пациенте и др.
Любой DICOM-файл имеет идентификационный номер (File ID), записанный в заголовке. Идентификационный номер имеет до восьми компо-
нент, каждая из которых может содержать до восьми символов. Это позволяет работать с данными в режиме иерархической структуры.
Отсутствие необходимых элементов заголовка изображения является нарушением DICOM стандарта, поскольку это может привести к неверной диагностической интерпретации данных. Большинство просмотровых программ DICOM формата не проверяет наличие большинства этих элементов, извлекая только информацию заголовка, которая описывает размер изображения.
Стандарт NEMA предшествовал DICOM, его структура очень похожа и много тех же самых элементов. Главное различие - формат NEMA не имеет 128-байтового буфера данных или префикса "DICM".
Важен элемент, определяющий синтаксис передачи. Он говорит о структуре данных изображения, показывая, были ли данные сжаты. Многие DICOM-программы могут работать только с несжатыми данными. DICOM изображения могут быть сжаты как обычной JPEG схемой сжатия с потерями (где теряется часть высокочастотной информации) так и JPEG схемой без потерь, которая редко применяется вне медицинского отображения (это оригинал и редкий Huffman JPEG без потерь, а не более поздний и эффективный алгоритм JPEG-LS). Эти коды описаны в части 5 DICOM стандарта.
Синтаксис передачи UID также говорит о порядке байта в наборе данных. Различные компьютеры хранят целые числа по-разному. Поэтому, для некоторых данных возможно требуется изменить порядок данных в соответствии используемому компьютером.
Для большинства МРТ и КТ используемая фотометрическая интерпретация монохромна (например, обычно изображенная пикселами в серой шкале). В DICOM этим монохромным изображениям сопоставляют фотометрическую интерпретацию "MONOCHROME1" (малые значения темные, большие значения dim) или "MONOCHROME2" (низие значения темные, большие значения яркие). Однако, целый ряд медицинских изображений (УЗИ, позитронно-эмиссионные томограммы и др.) содержат цвет, поэтому они описываются различными фотометрическими интерпретациями (например, палитра, RGB, CMYK, YBR, и т.д). Некоторые цветные изображения (например, RGB) хранят 3 цвета в каждом пикселе (красный, зеленый и синий), в то время как монохромные и палитровые изображения обычно хранят только один образец на изображение. Каждое изображение хранит 8 бит (256 уровней) или 16 битов (65 535 уровней), хотя некоторые сканеры сохраняют данные в 12 или 32 битном разрешении. Так что RGB изображение, хранящее 3 образца в пикселе в 8 битах может потенциально описать 16 миллионов цветов (2563 ).
4.3. Центр окна и ширина окна (яркость и контраст)
В медицинском отображении обычно говорят о центре окна (window level, L) и ширине окна (window width, W) изображения.
Уровнем окна называют некоторое центральное значение интенсивностей пикселей изображения. Как правило, по умолчанию задается некоторое среднее значение интенсивности для всего обрабатываемого набора данных изображения.
Ширина окна позволяет задавать диапазон интенсивностей пикселов изображения относительно выбранного уровня окна. Всем пикселам, интенсивность которых меньше нижней границы выбранного окна присваивается нулевой значение (черные на изображении), а всем пикселам, интенсивность которых больше верхней границы – присваивается максимальноя интенсивность (яркие на изображении). Выбор ширины окна позволяет растянуть тона изображения на полный диапазон яркостей.
Изменение ширины окна меняет контрастность изображения, и изменение уровня окна – его яркость. Эти значения особенно важны для рентгена, компьютерных или позитронно-эмиссионных томографов, которые создают последовательно калиброванные интенсивности, что позволяет использовать определенную пару L/W для каждого изображения. Например в компьютерной томографии при исследованиях легких используют окно с уровнем -500 HU и шириной 1500 HU, при исследовании костной системы задаю окно с уровнем 500 HU и шириной 2500 HU, в то время как для просмотра изображений печении наиболее оптимальным является окно с уровнем 50 HU и шириной 150 HU.
В магнитно-резонансной томографии контраст изображений относителен и зависит от конкретного исследуемого объекта и вида изображения. Поэтому выбранный уровень и ширина окна, наилучшие для одного протокола, вероятно, не подойдут для другого протокола исследования или другого аппарата.
Информационные технологии активно внедряются в различные направления медицины, становясь мощным инструментом в руках врачей. Роль ИТ
в медицине сегодня столь же разнопланова, насколько разнообразна сама медицина, и уже можно с уверенностью сказать: ИТ не просто дополняют медицину, они выводят ее на новый качественный уровень.
4.4. Подходы к интеграции диагностического оборудования
Информационные технологии имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами ведения карт пациентов и использованием пленок при работе с изображениями:
- мультимодальное 2D и 3D совмещение изображений и их обработка;
- информация о пациенте доступна различным специалистам, в т.ч. и вне клиники;
- цифровая форма изображений обеспечивает экономию материалов,
времени, а также площадей отводимых под архив.
Интеграция устройств медицинской визуализации в российские информационные системы оказывается затруднительной, т.к. большая их часть произведена за пределами нашей страны и программное обеспечение таких устройств не русифицировано. Облегчить задачу интеграции может использование стандарта DICOM при создании изображений.
Структура сообщений стандарта DICOM позволяет вычленить из сообщений само изображение, игнорируя другую информацию. Тем самым разработчик может начать с самой простой задачи - приема и визуализации изображений, передаваемых с устройств вторичного сбора данных, например сканеров рентгеновских снимков, но при этом применять свою программу для обработки сообщений, полученных и другими методами визуализации, пропуская дополнительную информацию. (Этим подходом воспользовались фирмы "Федеральное медицинское агентство" и Optiware). Затем программу анализа сообщений DICOM можно дополнять функциональными модулями, обеспечивающими обработку информации. При этом нужно иметь в виду, что при интерпретации снимков одного пациента, информация об условиях проведения исследований, описанная в стандарте DICOM, вряд ли будет немедленно востребована врачами; поскольку она гораздо важнее для последующей автоматизированной обработки результатов исследований, особенно проводимой с научно-методическими целями.
Существуют разные способы решения задачи интеграции устройств медицинской визуализации . Например, фирма Siemens в дополнение к диагностическим устройствам предлагает системy SIENET, обеспечивающую передачу изображений на специализированные рабочие станции, расположенные в любом месте лечебного учреждения. Для этой передачи используются собственные протоколы обмена, поэтому система SIENET допускает прием и обработку изображений, полученных в основном на устройствах производства фирмы Siemens. Чтобы сделать систему более открытой, ее разработчики включили в нее дополнительную возможность передачи циркулирующих в ней изображений во внешние информационные системы и сети по стандарту DIСОМ.
Другой подход предлагает российская фирма ТАНА. Она использует
систему перехвата изображений непосредственно на входе видеомониторов компьютеров диагностических устройств. Затем эти изображения могут быть обработаны с помощью предлагаемого этой фирмой программного обеспечения и напечатаны или переданы по компьютерной сети. Этот подход дешевле описанного выше и позволяет относительно легко подключаться к диагностическим устройствам разных фирм-производителей. 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 компьюте-
Третий подход предлагает 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 и российская фирма "Федеральное медицинское агентство". Для этих пакетов характерны достаточно скромные требования к используемым компьютерам.
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:
- развитию систем архивирования и передачи изображений (PACS),
- обеспечению их взаимодействия с автоматизированными больничными информационными системами,
- 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.
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
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:
- 4.1 Методика проверки наличия внутренних стандартов и их соответствия действующим правилам (стандартам) аудиторской деятельности