DICOM - DICOM

Цифровая визуализация и коммуникация в медицине ( DICOM ) - это стандарт для передачи и управления медицинской информацией и связанными с ней данными. DICOM чаще всего используется для хранения и передачи медицинских изображений, что позволяет интегрировать медицинские устройства обработки изображений, такие как сканеры, серверы, рабочие станции, принтеры, сетевое оборудование, а также системы архивирования изображений и связи (PACS) от различных производителей. Он получил широкое распространение в больницах и находит применение в небольших приложениях, таких как кабинеты стоматологов и врачей.

Файлы DICOM могут передаваться между двумя объектами, которые могут получать изображения и данные пациента в формате DICOM. Различные устройства поставляются с заявлениями о соответствии DICOM, в которых указывается, какие классы DICOM они поддерживают. Стандарт включает определение формата файла и сетевой протокол связи, который использует TCP / IP для связи между системами.

Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) принадлежит авторское право на опубликованный стандарт , который был разработан Комитетом по DICOM стандартам, члены которого также частично члены NEMA по. Он также известен как стандарт NEMA PS3 и стандарт ISO 12052: 2017 «Информатика здравоохранения - Цифровая визуализация и коммуникация в медицине (DICOM), включая рабочий процесс и управление данными».

Приложения

DICOM используется во всем мире для хранения, обмена и передачи медицинских изображений . DICOM играет центральную роль в развитии современной радиологической визуализации : DICOM включает стандарты для таких методов визуализации, как рентгенография, ультрасонография, компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная томография (МРТ) и лучевая терапия. DICOM включает протоколы для обмена изображениями (например, через портативные носители, такие как DVD), сжатия изображений, трехмерной визуализации, представления изображений и отчетов о результатах.

Части стандарта

Стандарт DICOM разделен на связанные, но независимые части.

История

Титульная страница ACR / NEMA 300, версия 1.0, выпущенная в 1985 г.

DICOM - это стандарт, разработанный Американским колледжем радиологии (ACR) и Национальной ассоциацией производителей электрооборудования (NEMA).

В начале 1980-х годов никому, кроме производителей устройств компьютерной томографии или магнитно-резонансной томографии , было очень трудно декодировать изображения, создаваемые машинами. Радиологи и медицинские физики хотели использовать изображения для планирования доз при лучевой терапии . ACR и NEMA объединили усилия и сформировали комитет по стандартизации в 1983 году. Их первый стандарт, ACR / NEMA 300, названный «Цифровое изображение и связь», был выпущен в 1985 году. Вскоре после его выпуска стало ясно, что необходимы улучшения. Текст был расплывчатым и имел внутренние противоречия.

В 1988 году была выпущена вторая версия. Эта версия получила большее признание среди поставщиков. Передача изображения была указана по выделенному 2-парному кабелю ( EIA-485 ). Первая демонстрация технологии взаимодействия ACR / NEMA V2.0 была проведена в Джорджтаунском университете 21–23 мая 1990 г. В этом мероприятии приняли участие шесть компаний: DeJarnette Research Systems, General Electric Medical Systems, Merge Technologies, Siemens Medical Systems, Vortech ( приобретена компанией Kodak в том же году) и 3M. Коммерческое оборудование, поддерживающее ACR / NEMA 2.0, было представлено на ежегодном собрании Радиологического общества Северной Америки (RSNA) в 1990 году теми же поставщиками. Многие вскоре поняли, что вторая версия тоже нуждается в доработке. Было создано несколько расширений ACR / NEMA 2.0, таких как Papyrus (разработанный Университетской больницей Женевы, Швейцария) и SPI (Standard Product Interconnect), управляемый Siemens Medical Systems и Philips Medical Systems.

Первое крупномасштабное развертывание технологии ACR / NEMA было осуществлено в 1992 году армией и военно-воздушными силами США в рамках программы MDIS (Medical Diagnostic Imaging Support), базирующейся в Ft. Детрик, Мэриленд. Loral Aerospace и Siemens Medical Systems возглавили консорциум компаний по развертыванию первой американской военной системы PACS (система архивации изображений и связи) на всех основных медицинских учреждениях армии и ВВС и узлах телерадиологии в большом количестве военных клиник США. DeJarnette Research Systems и Merge Technologies предоставили межсетевые интерфейсы модальностей от сторонних средств визуализации к сети Siemens SPI. Управление по делам ветеранов и ВМФ также закупили системы по этому контракту.

В 1993 году была выпущена третья версия стандарта. Затем его название было изменено на «Цифровые изображения и коммуникации в медицине», сокращенно DICOM. Были определены новые классы обслуживания, добавлена ​​сетевая поддержка и введено Заявление о соответствии. Первоначально стандарт DICOM назывался «DICOM 3.0», чтобы отличать его от своих предшественников. DICOM постоянно обновлялся и расширялся с 1993 года с целью обеспечения обратной совместимости изменений, за исключением редких случаев, когда более ранняя спецификация была неправильной или двусмысленной. Официально не существует «версии» стандарта, кроме текущего, поэтому номер версии «3.0» больше не используется. Для стандарта нет «второстепенных» версий (например, нет такой вещи, как «DICOM 3.1»), и в настоящее время нет планов по разработке новой несовместимой версии стандарта (то есть без «DICOM 4.0»). На стандарт следует ссылаться без указания даты выпуска конкретной опубликованной версии, за исключением случаев, когда задействуются особые требования соответствия, которые зависят от устаревшей функции, которая больше не документирована в текущем стандарте.

Хотя стандарт DICOM достиг почти универсального уровня признания среди поставщиков медицинского оборудования для визуализации и ИТ-организаций здравоохранения, у стандарта есть свои ограничения. DICOM - это стандарт, направленный на решение проблем технической совместимости при медицинской визуализации. Это не структура или архитектура для достижения полезного клинического рабочего процесса. Инициатива « Интеграция предприятия здравоохранения» (IHE), основанная на DICOM (и HL-7 ), определяет профили для выбора функций из этих стандартов для реализации транзакций для конкретных случаев использования взаимодействия с медицинской визуализацией.

Хотя он всегда совместим с Интернетом и основан на передаче по TCP , со временем возникла растущая потребность в поддержке транспорта HTTP через порт 80, чтобы упростить использование в веб-браузере. Совсем недавно было определено семейство веб-служб DICOM RESTful для обеспечения удобного доступа мобильных устройств к объектам и службам DICOM, включая WADO-RS, STOW-RS и QIDO-RS, которые вместе составляют инициативу DICOMweb .

Производные

Есть некоторые производные от стандарта DICOM в других областях применения. К ним относятся DICONDE ( Цифровое изображение и коммуникация в неразрушающей оценке ), который был создан в 2004 году как способ для производителей и пользователей неразрушающего контроля обмениваться данными изображений, и DICOS ( Цифровое изображение и коммуникация в безопасности ), который был создан в 2009 году для использования в обмен имиджем в безопасности аэропортов .

Формат данных

DICOM группирует информацию в наборы данных . Например, файл рентгеновского снимка грудной клетки может содержать идентификатор пациента в файле, так что изображение никогда не может быть по ошибке отделено от этой информации. Это похоже на то, как форматы изображений, такие как JPEG, также могут иметь встроенные теги для идентификации и иного описания изображения.

Объект данных DICOM состоит из ряда атрибутов, включая такие элементы, как имя, идентификатор и т. Д., А также одного специального атрибута, содержащего данные пикселей изображения (т.е. логически главный объект не имеет «заголовка» как такового, являясь просто список атрибутов, включая данные пикселей). Один объект DICOM может иметь только один атрибут, содержащий данные пикселей. Для многих модальностей это соответствует одному изображению. Однако атрибут может содержать несколько «кадров», что позволяет хранить кинопетли или другие многокадровые данные. Другой пример - данные NM, где изображение NM по определению является многомерным многокадровым изображением. В этих случаях трехмерные или четырехмерные данные могут быть инкапсулированы в один объект DICOM. Данные пикселей могут быть сжаты с использованием различных стандартов, включая JPEG , JPEG без потерь , JPEG 2000 и кодирование длин серий (RLE) . Сжатие LZW (zip) может использоваться для всего набора данных (а не только для данных пикселей), но это редко применяется.

DICOM использует три разные схемы кодирования элементов данных. С элементами данных явного представления значений (VR) для VR, которые не являются OB, OW, OF, SQ, UT или UN, формат каждого элемента данных следующий: ГРУППА (2 байта) ЭЛЕМЕНТ (2 байта) VR (2 байта) ) LengthInByte (2 байта) Данные (переменной длины). Для других явных элементов данных или неявных элементов данных см. Раздел 7.1 Части 5 стандарта DICOM.

Один и тот же базовый формат используется для всех приложений, включая использование сети и файлов, но при записи в файл обычно добавляется настоящий «заголовок» (содержащий копии нескольких ключевых атрибутов и деталей приложения, написавшего его).

Отображение изображения

Чтобы продвигать идентичное отображение изображений в градациях серого на разных мониторах и единообразных печатных изображений с разных принтеров, комитет DICOM разработал справочную таблицу для отображения значений пикселей, присвоенных цифровым способом. Чтобы использовать стандартную функцию отображения в градациях серого (GSDF) DICOM , изображения необходимо просматривать (или распечатывать) на устройствах, которые имеют эту справочную кривую, или на устройствах, которые были откалиброваны по кривой GSDF.

Представления о ценности

В дополнение к представлению значения каждый атрибут также имеет кратность значения, указывающую количество элементов данных, содержащихся в атрибуте. Для представлений значений символьной строки, если кодируется более одного элемента данных, последовательные элементы данных разделяются символом обратной косой черты «\».

Услуги

DICOM состоит из сервисов, большинство из которых связаны с передачей данных по сети. Формат файлов для автономных носителей является более поздним дополнением к стандарту.

Магазин

Служба DICOM Store используется для отправки изображений или других постоянных объектов (структурированных отчетов и т. Д.) В систему архивирования и передачи изображений (PACS) или на рабочую станцию.

Обязательства по хранению

Служба фиксации хранилища DICOM используется для подтверждения того, что образ был постоянно сохранен устройством (либо на резервных дисках, либо на резервных носителях, например, записан на компакт-диск). Пользователь класса обслуживания (SCU: аналогично клиенту ), модальность или рабочая станция и т. Д. Использует подтверждение от поставщика класса обслуживания (SCP: аналогично серверу ), например, станции архивации, чтобы убедиться, что это безопасно удалить изображения локально.

Запрос / получение

Это позволяет рабочей станции находить списки изображений или других подобных объектов, а затем извлекать их из системы архивирования изображений и связи.

Рабочий список модальности

Служба рабочего списка модальности DICOM предоставляет список процедур визуализации, которые были запланированы для выполнения устройством получения изображения (иногда называемым системой модальности). Пункты рабочего списка включают соответствующие сведения о предмете процедуры (идентификатор пациента, имя, пол и возраст), типе процедуры (тип оборудования, описание процедуры, код процедуры) и порядке процедуры (обращающийся врач, регистрационный номер. , повод для экзамена). Устройство получения изображения, такое как компьютерный томограф, запрашивает у поставщика услуг, такого как RIS , эту информацию, которая затем представляется оператору системы и используется устройством формирования изображения для заполнения деталей в метаданных изображения.

До использования службы рабочего списка модальности DICOM оператору сканера требовалось вручную вводить все необходимые данные. Ввод вручную выполняется медленнее и сопряжен с риском неправильного написания имен пациентов и других ошибок при вводе данных.

Модальность выполняемого шага процедуры

Дополнительная услуга к рабочему списку модальности, это позволяет модальности отправлять отчет о проведенном обследовании, включая данные о полученных изображениях, времени начала, времени окончания и продолжительности исследования, доставленной дозе и т. Д. Это помогает радиологическому отделению более точная справка об использовании ресурса (станции сбора). Эта служба, также известная как MPPS, позволяет лучше координировать свою работу с серверами хранения изображений, предоставляя серверу список объектов для отправки до или во время фактической отправки таких объектов.

Распечатать

Служба печати DICOM используется для отправки изображений на принтер DICOM, обычно для печати рентгеновской пленки. Существует стандартная калибровка (определенная в DICOM, часть 14) для обеспечения согласованности между различными устройствами отображения, включая распечатку бумажных копий.

Офлайн-медиа (файлы)

Формат автономных медиафайлов указан в части 10 стандарта DICOM. Такие файлы иногда называют «файлами части 10».

DICOM ограничивает имена файлов на носителе DICOM 8 символами (некоторые системы ошибочно используют 8.3, но это не соответствует стандарту). Из этих имен нельзя извлекать какую-либо информацию (PS3.10, раздел 6.2.3.2). Это частый источник проблем с носителями, созданными разработчиками, которые не внимательно прочитали спецификации. Это историческое требование для поддержания совместимости со старыми существующими системами. Он также требует наличия каталога мультимедиа, файла DICOMDIR, который предоставляет индексную и сводную информацию для всех файлов DICOM на носителе. Информация DICOMDIR предоставляет значительно больше информации о каждом файле, чем любое имя файла, поэтому необходимость в значимых именах файлов меньше.

Файлы DICOM обычно имеют расширение .dcm, если они не являются частью носителя DICOM (что требует, чтобы они были без расширения).

Тип MIME для файлов DICOM определяется RFC 3240 как application / dicom.

Единый Идентификатор типа для DICOM файлов org.nema.dicom.

Кроме того, организация IHE постоянно проводит тестирование обмена мультимедийными данными и процесс «connectathon» для компакт-дисков и сетевых операций .

Области применения

Основное применение стандарта DICOM - получение, хранение и распространение медицинских изображений. Стандарт также предоставляет услуги, связанные с визуализацией, такие как управление рабочими списками процедур визуализации, печать изображений на пленке или цифровых носителях, таких как DVD, отчет о состоянии процедуры, например, завершение получения изображений, подтверждение успешного архивирования изображений, шифрование наборов данных, удаление идентификационной информации пациента из наборов данных. , организация макетов изображений для просмотра, сохранение манипуляций с изображениями и аннотаций, калибровка отображаемых изображений, кодирование ЭКГ, кодирование результатов САПР, кодирование структурированных данных измерений и сохранение протоколов сбора данных.

Типы оборудования

Определения информационных объектов DICOM кодируют данные, полученные с помощью самых разных типов устройств визуализации, включая КТ (компьютерная томография), МРТ (магнитно-резонансная томография), УЗИ , рентген , рентгеноскопия , ангиография , маммография , томосинтез груди, ПЭТ ( позитронно-эмиссионная томография ), ОФЭКТ (однофотонная эмиссионная компьютерная томография), эндоскопия, микроскопия, визуализация всего предметного стекла, ОКТ (оптическая когерентная томография).

DICOM также реализуется устройствами, связанными с изображениями или рабочим процессом обработки изображений, включая PACS (системы архивирования и передачи изображений), средства просмотра изображений и станции отображения, CAD (системы компьютерного обнаружения / диагностики), системы трехмерной визуализации, приложения для клинического анализа, принтеры изображений. , Пленочные сканеры, устройства записи мультимедиа (которые экспортируют файлы DICOM на компакт-диски, DVD и т. Д.), Средства импорта носителей (которые импортируют файлы DICOM с компакт-дисков, DVD, USB-накопителей и т. Д.), RIS (системы радиологической информации), VNA (независимые от производителей архивы), системы EMR (электронных медицинских карт) и системы отчетности по радиологии

Области медицины

Во многих областях медицины есть специализированная рабочая группа в рамках DICOM, и DICOM применим к любой области медицины, в которой преобладает визуализация, включая: радиологию, кардиологию, онкологию, ядерную медицину, лучевую терапию, неврологию, ортопедию, акушерство, гинекологию, офтальмологию. , стоматология, челюстно-лицевая хирургия, дерматология, патология, клинические испытания, ветеринария и медицинская / клиническая фотография

Номера портов по IP

DICOM зарезервировал следующие номера портов TCP и UDP Управлением по присвоению номеров Интернета (IANA): 104 хорошо известных порта для DICOM по протоколу управления передачей (TCP) или протоколу дейтаграмм пользователя (UDP). Поскольку 104 находится в зарезервированном подмножестве, многие операционные системы требуют специальных привилегий для его использования; 2761 зарегистрированный порт для DICOM с использованием Integrated Secure Communication Layer (ISCL) через TCP или UDP; 2762 зарегистрированный порт для DICOM с использованием протокола TLS через TCP или UDP; 11112 зарегистрированный порт для DICOM с использованием стандартной открытой связи через TCP или UDP. Стандарт рекомендует, но не требует использования этих номеров портов.

Недостатки

Согласно докладу, представленному на международном симпозиуме в 2008 году, стандарт DICOM имеет проблемы, связанные с вводом данных. «Основным недостатком стандарта DICOM является возможность ввода, вероятно, слишком большого количества необязательных полей. Этот недостаток в основном проявляется в несогласованности заполнения всех полей данными. Некоторые объекты изображения часто являются неполными, потому что некоторые поля остаются пустыми, а некоторые - заполнены неверными данными ".

Другой недостаток заключается в том, что формат файла допускает исполняемый код и может содержать вредоносные программы .

Связанные стандарты и SDO

DVTk - это проект с открытым исходным кодом для тестирования, проверки и диагностики коммуникационных протоколов и сценариев в медицинских средах. Он поддерживает профили интеграции DICOM, HL7 и IHE.

Health Level 7 - это некоммерческая организация, занимающаяся разработкой международных стандартов взаимодействия в области информатики здравоохранения. HL7 и DICOM управляют совместной рабочей группой для согласования областей, в которых эти два стандарта пересекаются, и решения вопросов интеграции изображений в электронную медицинскую карту.

Integrating the Healthcare Enterprise (IHE) - это спонсируемая отраслью некоммерческая организация, которая профилирует использование стандартов для решения конкретных задач в сфере здравоохранения. DICOM включен в различные профили IHE, связанные с визуализацией.

Систематизированная номенклатура медицины (SNOMED) - это систематизированный, обрабатываемый компьютером сборник медицинских терминов в медицине и ветеринарии, содержащий коды, термины, синонимы и определения, которые охватывают анатомию, болезни, результаты, процедуры, микроорганизмы, вещества и т. Д. Данные DICOM используют SNOMED для кодирования соответствующих концепций.

XnView поддерживает .dic/ .dicomдля типа MIMEapplication/dicom

Стандарты, используемые DICOM

Наиболее известные стандарты и протоколы, используемые DICOM:

  • DICOM Использует сетевую модель OSI. Он использует 2 сетевых протокола, на которых основан Интернет и которые позволяют передавать данные, TCP / IP и протокол передачи гипертекста HTTP . Кроме того, DICOM имеет собственный тип содержимого MIME .
  • DICOM использует другие протоколы, такие как DHCP , SAML ...
  • DICOM использует систему кодирования под названием SNOMED CT , основанную на медицинских и клинических терминах.
  • DICOM использует внешний алфавит, известный как LOINC .
  • В случае изображений груди используются другие типы структурированных файлов, известные как BI-RADS .

Стандарты, использующие DICOM

Стандарт DICOM используется в большом количестве ресурсов (IHE, HL7 ... a), связанных с изображениями.

Стандарты ISO12052: 2017 и CEN 12052 относятся к стандарту DICOM.

Смотрите также

  • 3DSlicer - бесплатный программный пакет с открытым исходным кодом для анализа изображений и научной визуализации, с интегрированной поддержкой компонентов стандарта DICOM.
  • Ambra Health - предлагает бесплатный веб-просмотрщик DICOM Viewer
  • Амира
  • CinePaint
  • GIMP
  • Ginkgo CADx - кроссплатформенный просмотрщик DICOM.
  • IDL - часто используется для просмотра медицинских изображений
  • ImageJ
  • InVesalius - бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом, которое можно использовать для просмотра изображений DICOM и преобразования стеков изображений DICOM в 3D-модели и их экспорта в .STL
  • IrfanView
  • MicroDicom - бесплатная программа просмотра DICOM для Windows .
  • Noesis - бесплатный импортер и экспортер DICOM с 3D-визуализацией для Windows .
  • OsiriX - коммерческое приложение для обработки изображений, предназначенное для изображений DICOM.
  • Orthanc - легкий, RESTful DICOM store.
  • Studierfenster (StudierFenster) - бесплатная некоммерческая онлайн-платформа Open Science для обработки медицинских изображений (MIP) на базе клиент / сервер

использованная литература

внешние ссылки