轉(zhuǎn)自：DICOM命令集和數(shù)據(jù)集解析 - 微笑的艾米 - 博客園

摘?? 要：本文通過(guò)分析一個(gè)典型的DICOM消息，詳細(xì)地解析了DICOM命令集和數(shù)據(jù)集的構(gòu)成方式和其含義。并在此基礎(chǔ)上，提出了一種實(shí)現(xiàn)DICOM命令集和數(shù)據(jù)集解析的實(shí)施方案，并對(duì)該種方案的設(shè)計(jì)思路和具體實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)數(shù)字成像及通信標(biāo)準(zhǔn)，信息對(duì)象定義，服務(wù)對(duì)象對(duì)

1.???????前言

DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）是醫(yī)療設(shè)備的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，它為在不同醫(yī)療設(shè)備之間對(duì)醫(yī)學(xué)圖像等數(shù)字信息進(jìn)行各種命令操作定義了統(tǒng)一的規(guī)范。現(xiàn)在，越來(lái)越多的醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)廠家開(kāi)始施行并支持DICOM標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在廣泛使用的版本是DICOM3.0。

在本文中，利用一個(gè)實(shí)例來(lái)分析DICOM協(xié)議是如何利用DICOM命令集和數(shù)據(jù)集在不同醫(yī)療設(shè)備之間進(jìn)行圖像存儲(chǔ)操作的，并在此基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)解析DICOM命令集和數(shù)據(jù)集的實(shí)現(xiàn)方案。

2.????信息對(duì)象定義

DICOM是一個(gè)數(shù)字醫(yī)學(xué)圖像的網(wǎng)絡(luò)通訊接口標(biāo)準(zhǔn)。基于此，將現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體進(jìn)行抽象數(shù)據(jù)化是制定標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)重要步驟。DICOM標(biāo)準(zhǔn)描述了許多信息對(duì)象類（Information Object Class，簡(jiǎn)稱IOC）。這些信息對(duì)象類為現(xiàn)實(shí)世界中能夠以數(shù)字醫(yī)學(xué)圖像這種方式通訊的實(shí)體提供了一個(gè)面向?qū)ο蟮某橄蠖x，這個(gè)定義稱作信息對(duì)象定義（Information Object Definition,簡(jiǎn)稱IOD）。一個(gè)信息對(duì)象定義（IOD）是由若干包含相關(guān)信息的信息實(shí)體組成。每一個(gè)信息實(shí)體對(duì)應(yīng)著DICOM應(yīng)用模型中的現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體（如患者、圖像等）的一個(gè)數(shù)據(jù)抽象。每個(gè)信息實(shí)體是由若干屬性組成的，屬性是現(xiàn)實(shí)世界實(shí)體性質(zhì)（如患者的姓名、年齡、圖像的成像日期等）的抽象。在DICOM標(biāo)準(zhǔn)中，每個(gè)屬性用一個(gè)數(shù)據(jù)元素來(lái)描述，而一個(gè)信息實(shí)體的相關(guān)屬性的集合則用數(shù)據(jù)集來(lái)描述。

3．?服務(wù)對(duì)象對(duì)

面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)不僅描述了對(duì)象本身的屬性，同時(shí)還說(shuō)明了怎樣處理這些對(duì)象的方法。DICOM標(biāo)準(zhǔn)就是利用這個(gè)概念，定義了諸如存儲(chǔ)圖像、獲取病人信息之類的服務(wù)。由于是面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)，故服務(wù)又被稱作服務(wù)類。一個(gè)服務(wù)類由若干個(gè)相關(guān)的服務(wù)對(duì)象類（Service Object Pair Class，簡(jiǎn)稱SOP Class）組成。SOP類是DICOM標(biāo)準(zhǔn)中定義的基本功能單位。對(duì)于一個(gè)特定的SOP類來(lái)說(shuō)，一臺(tái)裝置可能扮演以下兩個(gè)角色：一：服務(wù)類提供者（Service Class Provider，簡(jiǎn)稱SCP），扮演這個(gè)角色的機(jī)器提供SOP類的服務(wù)，它相當(dāng)于客戶／服務(wù)器模型中的服務(wù)器（Server）；二：服務(wù)類使用者（Service Class User，簡(jiǎn)稱SCU），扮演這個(gè)角色的裝置使用SOP類的服務(wù)，它相當(dāng)于客戶／服務(wù)器模型中的客戶。例如一臺(tái)成像裝置要打印一幅圖像，在這種情況下，該成像裝置為與打印相關(guān)的SOP類的SCU，打印機(jī)為SCP。一個(gè)SOP類的一次具體實(shí)現(xiàn)稱作服務(wù)對(duì)象對(duì)實(shí)例，存儲(chǔ)圖像、獲取病人信息等操作就是通過(guò)SOP實(shí)例實(shí)現(xiàn)的。

圖1形象地描述了SOP類及其實(shí)例的關(guān)系。

????

?????????動(dòng)詞：Store ??服務(wù)（DIMSE）
????????????名詞：MRI?Image ??信息對(duì)象定義IOD
一般句子：Store?a?MRI?image ??SOP類
特指句子：Store?this?MRI?image ??SOP實(shí)例
?????????????

圖1 SOP類與實(shí)例

4.???????DICOM消息

一個(gè)SOP類被定義為一組特定的服務(wù)與一個(gè)相關(guān)的信息對(duì)象（IOD）的結(jié)合，一個(gè)SOP類的具體實(shí)現(xiàn)是通過(guò)DICOM消息的交互完成的。

在DICOM標(biāo)準(zhǔn)中，DICOM消息由命令集和數(shù)據(jù)集組成，其中數(shù)據(jù)集描述現(xiàn)實(shí)世界信息對(duì)象的一個(gè)實(shí)例，而命令集則描述對(duì)這個(gè)信息對(duì)象實(shí)例做何種操作。命令集由若干個(gè)命令元素組成，每個(gè)命令元素由標(biāo)簽域、值長(zhǎng)度域和值域組成。而數(shù)據(jù)集由若干個(gè)數(shù)據(jù)元素組成，每個(gè)數(shù)據(jù)元素由標(biāo)簽域、數(shù)據(jù)表示類型域（可選域）、值長(zhǎng)度域和值域組成。

無(wú)論是在命令集還是數(shù)據(jù)集中，標(biāo)簽都唯一的標(biāo)識(shí)一個(gè)命令或者數(shù)據(jù)元素，元素必須按標(biāo)簽的升序依次排列，且每個(gè)元素一般最多只能出現(xiàn)一次（嵌套除外），元素標(biāo)簽由一對(duì)組號(hào)和元素號(hào)組成，兩者均為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)；值長(zhǎng)度域是以字節(jié)數(shù)表明值域的長(zhǎng)度，其值必須為偶數(shù)；值域包含了有關(guān)操作命令的屬性值（針對(duì)命令元素而言）或者現(xiàn)實(shí)世界信息對(duì)象實(shí)例的屬性的具體值（針對(duì)數(shù)據(jù)元素而言），其長(zhǎng)度是可變的，但是不能超過(guò)值長(zhǎng)度域所規(guī)定的長(zhǎng)度。

在數(shù)據(jù)集中，數(shù)據(jù)表示類型域是一個(gè)可選項(xiàng)，說(shuō)明值域的類型。當(dāng)元素中包含該域時(shí)，稱作顯式VR（Value Representation），否則稱作隱式VR。

下面的表格描述了一個(gè)典型DICOM消息，其中數(shù)據(jù)集描述了一個(gè)圖像的具體實(shí)例，而命令集的含義則是請(qǐng)求對(duì)該圖像實(shí)例做存儲(chǔ)（C-STORE）服務(wù)，很顯然，這是一個(gè)從SCU發(fā)往SCP的存儲(chǔ)（C-STORE）請(qǐng)求（REQUEST）消息。其中組號(hào)為0000的元素為命令元素，其它為數(shù)據(jù)元素。如表1所示。

表1 C-Store服務(wù)的DICOM請(qǐng)求消息

組	元素	長(zhǎng)度	值	意義	說(shuō)明
0000	0000	0004 0000	0056 0000		從本字段的結(jié)束至下一組開(kāi)始的偶數(shù)字節(jié)
0000	0001	0004 0000	01A0 0010		從本字段的結(jié)束至報(bào)文結(jié)束的偶數(shù)字節(jié)
0000	0010	000C 0000	4341 2D52 454E 414D 3120 302E	“ACR-NEMA 1.0”	識(shí)別碼
0000	0100	0002 0000	0001	0001H	命令字段＝C-Store-Request
0000	0110	0002 0000	123A	123A	由成像裝置生成的報(bào)文識(shí)別號(hào)
0000	0200	0004 0000	4344 3148	“DCH1”	發(fā)送者邏輯地址
0000	0300	0004 0000	4341 3148	“ACH1”	接收者邏輯地址
0000	0800	0002 0000	0000	0000H	數(shù)據(jù)類型＝圖像
0008	0000	0004 0000	0080 0000
0008	0001	0004 0000	013E 0100
0008	0010	000C 0000	4341 2D52 454E 414D 3120 302E	“ACR-NEMA 1.0”	識(shí)別碼
0008	0020	000A 0000	3032 3230 312E 2E31 3532	“2002.11.25”	分項(xiàng)檢查日期
0008	0030	0008 0000	3231 303A 3A35	“12:05:59”	分項(xiàng)檢查時(shí)間
0008	0040	0002 0000	0000	0000H	數(shù)據(jù)集類型＝圖像
0008	0060	0002 0000	5254	“DR”	成像模式
0008	0070	0004 0000	4241 4443	“ABCD”	制造商
0008	0080	000E 0000	454D 4352 2059 4F48 5053 5449 4C41	“Mercy Hospital”	醫(yī)院識(shí)別號(hào)
0008	0090	0000 0000			檢查醫(yī)師未知
0010	0000	0004 0000	0042 0000		組長(zhǎng)度
0010	0010	000E 0000	4F4A 454E 2C53 4A20 4D49 4320 202E	“JONES, Jim C. “	患者姓名
0010	0020	0008 0000	3031 2D32 3033 2034	“102-304 “	患者識(shí)別號(hào)
0010	0030	000A 0000	3931 3632 312E 2E31 3532	“1926.11.25”	患者出生日期
0010	0040	0002 0000	204D	“M “	患者性別=男
0018	0000	0004 0000	0000 0000		組長(zhǎng)度為零—無(wú)其它元素傳送
0020	0000	0004 0000	0018 0000		組長(zhǎng)度
0020	0010	0004 0000	3932 3330	“2903”	分項(xiàng)檢查號(hào)
0020	0020	0004 0000	5C52 2046	“R/F”	患者取向
0028	0000	0004 0000	002C 0000		組長(zhǎng)度
0028	0010	0002 0000???	0400	0400H	行數(shù)＝1024
0028	0011	0002 0000	0400	0400H	列數(shù)＝1024
0028	0030	0006 0000	2E20 5C33 332E	“ .3\.3”	像素的實(shí)際尺寸＝0.3*0.3像素
0028	0100	0002 0000	0008	008H	每個(gè)像素指定的位數(shù)＝8
7FE0	0000	0004 0010	0008 0010		組長(zhǎng)度
7FE0	0010	0000 0000	*******…*****		像素?cái)?shù)據(jù)（524，288字節(jié)）

5.???????編碼

在實(shí)際應(yīng)用中，利用兩個(gè)基類CElement和CElementSet分別表示數(shù)據(jù)元素（或者命令元素）以及這些元素集合的抽象，并且描述各自的基本特征屬性。利用這兩個(gè)基本類可以派生出其它類。例如，我們利用類CElementSet的一個(gè)派生類DcmFile來(lái)描述一個(gè)DICOM圖像文件，在這個(gè)類中，我們實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)主要方法loadDcmFile()和writeToDcmFile()，它們的含義分別是從指定的路徑下讀取DICOM圖像文件和把數(shù)據(jù)集中的所有數(shù)據(jù)元素還原成指定路徑下的DICOM圖像文件；同樣，我們利用類CElementSet的另外一個(gè)派生類CommandSet來(lái)描述一個(gè)命令集，它包含兩個(gè)主要方法getCmdValue()和getDataType()，其含義分別是獲取此命令集描述的服務(wù)和消息類型以及獲取此命令集的操作對(duì)象（數(shù)據(jù)集）所描述的信息實(shí)體類型。

在解析一個(gè)命令集（或者數(shù)據(jù)集，例如一個(gè)DICOM圖像文件）時(shí)，可以以標(biāo)簽為標(biāo)識(shí)，讀出感興趣的命令元素（或者數(shù)據(jù)元素），并將該命令元素（數(shù)據(jù)元素）作為類CCommandElement（或者類CDataElement，均為類 CElement的派生類）的一個(gè)實(shí)例來(lái)處理。

例如在解析表1的DICOM消息時(shí)，首先應(yīng)該讀取它的命令集，即組號(hào)為0000的元素。讀取的每個(gè)命令元素作為類CCommandElement (類CElement的派生類)的一個(gè)實(shí)例存在，而讀取的所有命令元素的集合作為類CommandSet的一個(gè)實(shí)例存在。然后，再利用CommandSet提供的方法getCmdValue()和getDataType()獲取此命令集描述的服務(wù)和消息類型以及此命令集的操作對(duì)象（即數(shù)據(jù)集）所描述的信息實(shí)體類型。在本例中，根據(jù)DICOM標(biāo)準(zhǔn)，由于命令集中標(biāo)簽為［0000，0010］的值域的具體值是0001H，所以，該命令集所描述的是C-STORE服務(wù)請(qǐng)求，而標(biāo)簽為［0000，0080］的值域的具體值是0000H，因此，該命令集的操作對(duì)象（即數(shù)據(jù)集）的類型是圖像。綜合起來(lái)，這個(gè)DICOM消息的含義就是存儲(chǔ)封裝在數(shù)據(jù)集中的圖像文件。

解析完命令集后，根據(jù)解析結(jié)果，再讀取同一個(gè)DICOM消息中的數(shù)據(jù)集，即組號(hào)不是0000的元素，這里，將每個(gè)讀取的數(shù)據(jù)元素作為類CDataElement(類CElement的派生類)的一個(gè)實(shí)例存在，而讀取的所有數(shù)據(jù)元素的集合作為類DcmFile的一個(gè)實(shí)例存在。然后，調(diào)用類DcmFile所提供的writeToDcmFile()方法，將這些數(shù)據(jù)元素還原成圖像文件的形式并加以存儲(chǔ)。最后，根據(jù)命令執(zhí)行的成功與失敗，構(gòu)造一個(gè)響應(yīng)信息，返回給服務(wù)請(qǐng)求端。

6．結(jié)束語(yǔ)

DICOM標(biāo)準(zhǔn)是第一個(gè)廣為接受的醫(yī)療設(shè)備間通訊的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它作為一個(gè)計(jì)算機(jī)和醫(yī)學(xué)相關(guān)聯(lián)的紐帶起著非常重要的作用。

本文通過(guò)分析一個(gè)典型的DICOM消息，詳細(xì)地解析了DICOM命令集和數(shù)據(jù)集的構(gòu)成方式和其含義。并在此基礎(chǔ)上，提出了一種實(shí)現(xiàn)DICOM命令集和數(shù)據(jù)集解析的實(shí)施方案，并對(duì)該種方案的設(shè)計(jì)思路和具體實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。實(shí)現(xiàn)DICOM命令集和數(shù)據(jù)集的解析為遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

1.?????? National Electrical Manufacturer Association. Digital Imaging and Communication in Medicine(DICOM)[S],1999

2.?????? 賈克斌，沈波. 實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像存檔和傳輸系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵技術(shù)［J］. 中國(guó)圖像圖形學(xué)報(bào)，2000，5（A）（7）：539－544

總結(jié)

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