医学数字影像传输系统间互联及互操作性的初步实践

医学数字影像传输系统间互联及互操作性的初步实践 摘要：目的：研究不同来源的医学影像存档与通讯系统(picture archiving and communication systems, PACS)间医学数字影像传输（DICOM）互联和互操作性。方法：在Siemens和GE公司的DICOM影像显示站(Magic View 1000与Advantage Windows 2.0)间进行DICOM水平的互联和CT、MR和血管造影的DICOM影像的相互传输和处理操作的分析和测试，包括分析比较DICOM遵从性陈述(DICOM conformance statement)的相关参数；观测系统联接和影像及其相关属性的传送以及 DICOM影像的相互操作和处理。结果：在DICOM conformance statement中被相互支持的影像对象类型(object class)如CT、MR和SC(screen capture)的DICOM信息对象(DICOM information object，包括影像数据及其相关属性)被完整传送，未被Magic View支持的影像对象类型XA（X-ray angiography）则传输失败；除三维功能外，所有后处理功能操作均可直接进行，三维处理功能在进行文件夹转换后亦顺利实现。结论：DICOM 标准是实现不同来源的医学数字影像设备或系统间互联和互操作性最有效的途径。 　　DICOM（digital imaging and communications in medicine,医学数字影像传输）标准为在标准网络框架内不同来源的医学数字影像设备间互联、影像相互交流和操作提供了技术实现的可能性。由于该标准对具体的实现机制并未作强制性规定，允许各医学影像设备商灵活地采用相应亚标准完成对DICOM标准的支持，因此，对不同来源的DICOM影像设备间的互联（interconnectivity)和互操作性（interoperability)及其程度需通过测试才能确定其实际兼容状况。我院构建的DICOM标准PACS（picture archiving and communication systems，影像存档及通讯系统）包括了GE公司和Siemens公司2个不同的PACS亚系统，我们对两者的互联及互操作性作了实测，现如下。 与方法 一、设备 　　1. Siemens亚系统包括螺旋CT、数字胃肠机、胶片数字化仪、照相服务器、2台影像显示站。MagicView1000（以下简称MV，为Siemens医学影像后处理软件平台）安装在2台显示站（DRC104和DVC01）内，采用Siemens内部网络协议PACSnet(支持ACR/NEMA 2.0标准）实现网络功能，对DICOM3.0标准的支持则通过加装DICOM网关(DICOM gateway)软件Magic Link(版本VA10A）而实现。该版本的Magic Link支持DICOM storage service class的SCU（service class user）和SCP（service class proveder)，可接收（作为provider)和送出（作为user) 供存储DICOM影像。 　　2. GE亚系统包括数字血管造影机、心脏血管造影机和1台影像显示站，该站内装有医学影像后处理软件系统Advantage Windows 2.0(以下简称AW），其内置有DICOM3.0接口系统（ID/Net V3.0），亦支持DICOM storage service class（作为SCU和SCP），可直接接收和送出DICOM影像。 　　两个亚系统的DICOM影像通过兼作DICOM网关的MV和AW实现相互交流。 二、测试对象 　　测试的影像包括螺旋CT影像（Siemens Somaton Plus 4A），血管造影影像（GE DLX/LCA）以及AW站内预装的CT（GE Hispeed）和MRI（GE Signal l.5T）范例影像。 三、研究方法 　　(1) 比较分析DICOM conformance statement (DICOM遵从性陈述）以评估互联和互操作性的可行性及程度；(2) 通过系统的DICOM 日志文件观察应用间网络连接、DICOM影像传送以及相关的系统消息以监测MV和AW间DICOM互联状态，并利用系统的“dump”功能，比较已传输的影像文件头（image file header)包含的基本特征信息确定DICOM 信息对象(DICOM information object)传输的完整性；(3) DICOM影像互操作性研究，即以MV和AW的所有影像显示、测量和后处理功能对所接收到的DICOM影像进行操作和处理。 结果 一、DICOM conformance statement比较(见表1) 表1　conformance statement 相关参数比较 DICOM参数  Magic Link  ID/NET3.0  功能描述   storage class  CT, MR, CR, SC,NM, US①  CT, MR, XA, RF, SC①  作为SCU和SCP   conformance level  level 2  level 2  充分支持   TCP/IP Port  50082  4006  DICOM影像I/O      ① DICOM对象类型(DICOM object class): 包括CT(computer tomography)、MR(magenatic resonance)、CR(computer radiography)、XA(X-ray angiography)、SC(secondary capture)、 RF(radiology fluorography)、 NM(nuclear medicine)、 US(ultrasound)等。另外，表中其余外文及缩写均为医学数字影像传输（DICOM）标准中的专用术语和参数，用中文表示反而不易理解，特此  　　从表1可见，Magic Link和ID/NET3.0均支持CT、MR和SC storage class，但XA storage class不被Magic Link支持。 二、互联及传输过程观察 　　传送相互支持的影像对象类型（如CT、MR、SC），互联两端的系统日志示应用间的连接和协商过程均正常，并报告影像传输成功完成，被传输影像序列出现在接收方“Work List”中。当试图从AW传送血管造影影像（对象类型XA）到MV，网络互联显示失败，AW的DICOM系统日志显示错误提示：“remote node did not accept any usable SOP classes"，但将其转换为对象类型SC后重新传输则成功。 三、dump结果比较 　　在MV， 选择“Image/ NEMA Dump”选单可展示指定的DICOM影像文件头的相关信息于屏幕；在AW则可在UNIX指令模式，调用可执行程序dump image data完成此项任务。我们对选定的DICOM影像在传输前后分别进行了dump操作并比较，结果表明所有类型的影像文件的 DICOM影像相关信息的传输是完整的。 四、DICOM影像相互操作测试 　　在MV对来自AW的CT、MRI和血管造影（对象类型SC）的DICOM 影像作后处理评价功能测试，AW亦相应地对来自MV的DICOM CT 影像进行处理和评价（结果见表2）。除MV的三维影像处理外（AW无三维影像处理功能），所有评价和处理功能均顺利实现。三维影像处理初测操作失败，屏幕提示错误：“imput folder not valid”，在重新建立一新的AF（actual fodler）文件夹，将影像拷贝至该文件夹后，再重调用各三维处理功能，则最大信号强度投影MIP、多平面重建（MPR）和三维表面重建处理均顺利通过测试。  表2　DICOM影像在MV（Magic View 1000）和AW (Advantage Windows 2.0)上相互处理的结果  　应用功能  MV  AW  　应用功能  MV  AW   影像处理    影像评价   　加/减影处理  +  N  　角度测量  +  +   　　(add/sub)   　边缘强化  +  N  　影像注释(annotation)  +  +   　旋转和镜像  +  +  　距离测量(distance)  +  +   　影像联接(link)  +  N  　剖面CT值分布(profile)  +  N   　放大(zoom in/out)  +  +  　兴趣区统计学分析  +  +   　放大镜(magnify glass)  +  +  　像素透镜(pixel len)  +  N   　卷动影像(scorolling)  +  +  三维(3D)影像处理   　窗宽/窗位  +  +  　最大信号强度投影(MIP)  ±  N    　多平面重建(MPR)  ±  N   　3D 表面重建(SSD)  ±  N  注：+ 测试成功；±经转换后测试成功；N无此功能  讨论 　　一、实现不同来源的医学成像设备的互联和影像的互操作性，是发展DICOM标准最根本的目的［1-3］ 　　影像设备的多源性是医学影像学科普遍具有的特点，是实现医学影像学环境网络化所面临的最大挑战［3］，亦是长期制约PACS成为开放系统的关键因素。DICOM3.0标准的基本目标即实现不同医学影像学系统和设备间的完全互联和影像的互操作性，为医学影像网络化发展开拓了广阔的前景。所谓DICOM互联系指应用实体(appilcation entity，如MV和AW)间建立联接，并以遵从DICOM协议的方式交换DICOM信息(DICOM messag)。DICOM影像互操作性指应用实体间相互处理和操纵DICOM影像的能力(包括简单的窗宽/窗位调节到复杂的三维重建)，通常称为功能互操作性(functional interoperability)。由于DICOM3.0标准并未明确规定DICOM信息模式(DICOM information mode)中的信息对象的调用方式，使不同的医学影像产品商提供的医学影像应用软件在实现对DICOM影像的处理和功能操作的方式上可能存在差异［4］，因此，需进行实测研究才能确定不同来源的影像设备间DICOM影像互操作性及程度。 二、研究DICOM conformance statement 是确定互联性和互操作性的首要步骤 　　任何被声称支持DICOM标准的医学影像设备，必须提供其相应的DICOM conformance statement文件［1］，通过比较研究此文件，用户即可初步确定两个DICOM设备间的互联性和某些简单的应用功能的互操作性。研究的要点着重于两方面：(1) SOP(service object pair) class 支持范围。MV与AW之间能够直接实现互联和CT、MR DICOM影像的互传，皆因Magic Link 和ID/NET3.0都支持CT、MR storage class 的SOP；而对于血管造影影像，则因Magic Link 不支持XA storage class，不能直接由AW传至MV， DICOM互联过程被中断，只有当转换为SC class，满足了Magic Link所支持的SOP class后才能被成功地传送。一个医学影像应用实体能提供至少一个SOP(譬如CT storage class)，即可声称为“full DICOM”。由此可见，声称full DICOM的影像设备间，并非一定能实现DICOM水平的互联。因此，SOP class支持范围是决定互联性的关键。(2) 确定遵从性水平(conformance level)。DICOM标准第3部分将遵从性规定为3个水平层次，即level 0、1、2：level 0仅支持部分用户定义的影像属性；level 1支持DICOM IOD（information object definition）的Type 1和Type 2属性；level 2则充分支持所有IOD 和Type 1、Type 2、Type 3属性［4］。Magic Link VA10A和ID/Net3.0均提供了完全的 level 2支持，这是两者间互操作性的理论保证，因此遵从性水平是确定DICOM影像互操作性的基础。 三、DICOM信息对象完整传送是实现互操作性的关键［5］ 　　在充分支conformance level 2的两个应用实体间成功地完成DICOM信息对象的传送，应能满足实现常规的影像显示、测量和评价等功能互操作性要求。但是，对于复杂的功能操作，如三维重建，由于其可能要求某些影像采集设备特定的和比较精确的几何参数定义（如空间坐标系统和参照系统等），因此，其互操作性需测试后才能确定。在我们的测试中，在初始文件夹(folder)中调用三维处理功能失败，拷贝至应用软件环境中重建的文件夹后则处理成功，说明 MV的三维影像处理功能所要求的相关属性和参数均已被完整地传输和转换，初次调用处理失败，可能是应用软件系统对影像文件管理方式实现的差异或不足所致。 　　我们对MagicView 1000和Advantage Windows 2.0间DICOM互联和DICOM影像互操作性测试的实践表明，DICOM标准是完成不同来源的医学数字化影像系统间互联和影像互操作性最直接、最有效的手段。可实现很好的相互兼容性。  参考文献 1　Bidgood WD, Horii SC, Prior FW， et al. Understanding and using DICOM, the data interchange standard for biomedical imaging. J Am Med Informat Associat, 1997, 4:199-122. 2　Mattheus R. European standardization efforts: an important framework for medical imaging. Euro J Radiol, 1993, 17:28-37. 3　Horii SC, Bidgood WD. Network and ACR-NEMA protocols. RadioGraphics, 1992,12:537-548. 4　Bidgood WD, Horii SC. Introduction to the ACR-NEMA DICOM standard. RadioGraphics, 1992,12:345-355. 5　Lou SL, Hoogstrate DR, Huang HK. An automated PACS image acquisition and recovery scheme for image integrity based on the DICOM standard. Comput Med Imaging Graph, 1997, 21:209-218.   作者：不详