ДИКОМ

Цифровая визуализация и коммуникации в медицине ( DICOM ) — это технический стандарт для цифрового хранения и передачи медицинских изображений и связанной с ними информации. Он включает определение формата файла , определяющее структуру файла DICOM , а также протокол сетевой связи , использующий TCP/IP для связи между системами. Основная цель стандарта — облегчить связь между программными и аппаратными объектами, участвующими в медицинской визуализации , особенно теми, которые созданы разными производителями. Объекты, использующие файлы DICOM, включают компоненты систем архивирования и передачи изображений (PACS) , такие как устройства обработки изображений (модальности) , радиологические информационные системы (RIS) , сканеры , принтеры , вычислительные серверы и сетевое оборудование .

Стандарт DICOM получил широкое распространение в больницах и индустрии медицинского программного обеспечения , а также иногда используется в небольших приложениях, таких как кабинеты стоматологов и врачей.

Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) владеет авторскими правами на опубликованный стандарт. который был разработан Комитетом по стандартам DICOM (в который входят некоторые члены NEMA. Он также известен как стандарт NEMA PS3 и стандарт ISO 12052:2017: «Информатика здравоохранения – цифровые изображения и связь в медицине (DICOM), включая рабочий процесс и управление данными» .

Приложения

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

История

Первая страница документа ACR/NEMA 300 версии 1.0, выпущенного в 1985 году.

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

В начале 1980-х годов кому-либо, кроме производителей устройств компьютерной томографии или магнитно-резонансной томографии, было очень сложно декодировать изображения, генерируемые этими машинами. Радиологи и медицинские физики хотели использовать эти изображения для планирования дозы лучевой терапии . ACR и NEMA сотрудничали и сформировали комитет по стандартизации в 1983 году. Их первый стандарт, ACR/NEMA 300, озаглавленный «Цифровая обработка изображений и связь», был выпущен в 1985 году. Очень скоро 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 осуществлялась по выделенному двухпарному кабелю ( EIA-485 ). Первая демонстрация технологии межсетевого взаимодействия ACR/NEMA V2.0 прошла в Джорджтаунском университете 21–23 мая 1990 года. В этом мероприятии приняли участие шесть компаний: DeJarnette Research Systems, General Electric Medical Systems, Merge Technologies, Siemens Medical Systems, Vortech ( приобретена 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 (разработан Университетской больницей Женевы, Швейцария) и SPI (Standard Product Interconnect), разработанные Siemens Medical Systems и Philips Medical Systems.

Первое крупномасштабное внедрение технологии ACR/NEMA было осуществлено в 1992 году армией и военно-воздушными силами США в рамках MDIS (поддержка медицинской диагностической визуализации). программа, базирующаяся в Ft. Детрик, Мэриленд. Loral Aerospace и Siemens Medical Systems возглавили консорциум компаний по развертыванию первой в США военной системы PACS (системы архивирования изображений и связи) во всех крупных медицинских учреждениях армии и военно-воздушных сил, а также в узлах телерадиологии в большом количестве военных клиник США. DeJarnette Research Systems и Merge Technologies предоставили интерфейсы модального шлюза от сторонних методов визуализации к сети Siemens SPI. По этому контракту системы также приобрели Управление по делам ветеранов и ВМФ.

В 1993 году была выпущена третья версия стандарта. Затем его название было изменено на «Цифровая визуализация и коммуникации в медицине», сокращенно DICOM. Были определены новые классы обслуживания, добавлена ​​поддержка сети и введено заявление о соответствии. Первоначально стандарт DICOM назывался «DICOM 3.0», чтобы отличать его от предшественников. DICOM постоянно обновляется и расширяется с 1993 года с целью обеспечить обратную совместимость изменений, за исключением редких случаев, когда более ранняя спецификация была неверной или двусмысленной. Официально не существует «версии» стандарта, кроме текущего стандарта, поэтому номер версии «3.0» больше не используется. Не существует «второстепенных» версий стандарта (например, нет такого понятия, как «DICOM 3.1»), и в настоящее время нет планов по разработке новой, несовместимой версии стандарта (т. е. нет «DICOM 4.0»). На стандарт следует ссылаться без указания даты выпуска конкретного опубликованного издания. за исключением случаев, когда применяются особые требования соответствия, которые зависят от устаревшей функции, которая больше не документируется 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 в медицинской визуализации. Это не основа или архитектура для достижения полезного клинического рабочего процесса. Инициатива «Интеграция предприятия здравоохранения» (IHE), реализованная на основе DICOM (и HL-7 ), определяет профили для выбора функций из этих стандартов для реализации транзакций для конкретных случаев использования совместимости медицинских изображений.

Хотя он всегда совместим с Интернетом и основан на передаче через TCP , со временем возникла возрастающая потребность в поддержке HTTP- транспорта по порту 80, чтобы упростить использование в веб-браузере. Совсем недавно было определено семейство веб-сервисов DICOM RESTful , обеспечивающее удобный доступ мобильных устройств к объектам и сервисам DICOM, включая WADO-RS, STOW-RS и QIDO-RS, которые вместе составляют инициативу DICOMweb .

Выводы

Существуют некоторые модификации стандарта DICOM в других областях применения. К ним относится DICONDE ( Цифровое изображение и связь в неразрушающем контроле ), который был создан в 2004 году ASTM International как способ для производителей и пользователей средств неразрушающего контроля обмениваться данными изображений. DICONDE можно использовать для компьютерной рентгенографии , цифровая рентгенография , компьютерная томография , ультразвуковое тестирование , и вихретоковый контроль .,

DICOS ( Цифровая обработка изображений и коммуникация в сфере безопасности ), которая была создана в 2009 году для использования для обмена изображениями в целях безопасности аэропортов .

Формат данных

ДИКОМ

Расширение имени файла	.dcm
Тип интернет-СМИ	приложение/диком
Единый идентификатор типа (UTI)	org.nema.dicom

DICOM группирует информацию в наборы данных . Например, файл рентгеновского изображения грудной клетки может содержать идентификатор пациента внутри файла, так что изображение никогда нельзя будет случайно отделить 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 основной 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. Другим примером являются данные НМ, где изображение НМ по определению представляет собой многомерное многокадровое изображение. В этих случаях трех- или четырехмерные данные могут быть инкапсулированы в один объект DICOM. Пиксельные данные можно сжимать с использованием различных стандартов, включая JPEG , JPEG без потерь , JPEG 2000 и кодирование длин серий (RLE) . Сжатие LZW (zip) можно использовать для всего набора данных (а не только для данных пикселей), но это реализуется редко.

DICOM использует три различные схемы кодирования элементов данных. С элементами данных явного представления значения (VR) для VR, которые не являются OB, OW, OF, SQ, UT или UN. , формат каждого элемента данных следующий: GROUP (2 байта) ELEMENT (2 байта) VR (2 байта) LongInByte (2 байта) Данные (переменная длина). Информацию о других явных или неявных элементах данных см. в разделе 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 сведения о приложении, которое его записало).

Отображение изображения

Чтобы обеспечить идентичное отображение изображений в оттенках серого на разных мониторах и единообразие печатных изображений с разных принтеров, комитет DICOM разработал справочную таблицу для отображения значений пикселей, присвоенных в цифровом виде. Чтобы использовать стандартную функцию отображения оттенков серого DICOM (GSDF) , изображения необходимо просматривать (или распечатывать) на устройствах, имеющих эту справочную кривую, или на устройствах, откалиброванных по кривой GSDF.

Представления значений

В дополнение к представлению значения каждый атрибут также имеет кратность значений , 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 файла 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 изображение постоянно хранится на устройстве (либо на резервных дисках, либо на резервном носителе, например, записанном 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 архивирования, чтобы убедиться, что он безопасно удалять изображения локально.

Запрос/получение

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

Рабочий список модальности

Служба рабочих списков модальности DICOM предоставляет список процедур визуализации, которые запланированы для выполнения устройством получения изображений (иногда называемым системой модальности). Элементы рабочего списка включают соответствующую информацию о предмете процедуры (идентификатор пациента, имя, пол и возраст), типе процедуры (тип оборудования, описание процедуры, код процедуры) и порядке процедуры (направляющий врач, инвентарный номер) . , повод для экзамена). Устройство получения изображения, такое как компьютерный томограф, запрашивает поставщика услуг, такого как RIS , чтобы получить эту информацию, которая затем представляется системному оператору и используется устройством формирования изображения для заполнения деталей в метаданных изображения.

До использования службы рабочих списков модальности DICOM оператору сканера приходилось вручную вводить все необходимые данные. Ручной ввод выполняется медленнее и приводит к риску неправильного написания имен пациентов и других ошибок при вводе данных.

Модальность выполняемого этапа процедуры

Дополнительная услуга к рабочему списку модальности, позволяющая модальности отправлять отчет о проведенном исследовании, включая данные о полученных изображениях, времени начала, времени окончания и продолжительности исследования, введенной дозе и т. д.Это помогает отделению радиологии более точно контролировать использование ресурсов (станций сбора данных). Эта служба, также известная как MPPS, позволяет лучше координировать свои действия 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 части 14 DICOM), которая помогает обеспечить согласованность между различными устройствами отображения, включая распечатку на бумажном носителе.

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 никакую информацию (PS3.10, раздел 6.2.3.2). Это распространенный источник проблем с носителями, созданными разработчиками, которые не внимательно прочитали спецификации. Это историческое требование для обеспечения совместимости со старыми существующими системами. Он также требует наличия медиа-каталога, 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 потребность в осмысленных именах файлов меньше.

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

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

Тип универсального идентификатора типа для файлов DICOM — org.nema.dicom.

также проводит постоянное тестирование обмена носителями и процесс «подключения» для компакт-дисков и работы сети Организация IHE .

Области применения

Основное применение стандарта DICOM — захват, 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 информации, идентифицирующей пациента, из наборов данных. , организацию макетов изображений для просмотра, сохранение манипуляций с изображениями и аннотаций, калибровку отображения изображений, кодирование ЭКГ, кодирование результатов CAD, кодирование структурированных данных измерений и хранение протоколов сбора данных.

Виды оборудования

Определения информационных объектов DICOM кодировать данные, полученные с помощью самых разных типов устройств обработки изображений, в том числе, КТ (компьютерная томография), МРТ (магнитно-резонансная томография), УЗИ , рентген , рентгеноскопия , ангиография , маммография , томосинтез молочной железы, ПЭТ ( позитронно-эмиссионная томография ), ОФЭКТ (однофотонная эмиссионная компьютерная томография), эндоскопия, микроскопия , и визуализация всего слайда, 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 (компьютерные системы обнаружения / диагностики), системы 3D-визуализации, приложения для клинического анализа, принтеры изображений. , сканеры пленок, устройства записи носителей (которые экспортируют файлы DICOM на компакт-диски, DVD-диски и т. д.), импортеры мультимедиа (которые импортируют файлы DICOM с компакт-дисков, DVD-дисков, USB-накопителей и т. д.), RIS (системы радиологической информации), VNA (независимые от поставщика архивы), системы EMR (электронные медицинские записи) и системы радиологической отчетности.

Области медицины

Во многих областях медицины в рамках DICOM есть специальная рабочая группа. и DICOM применим к любой области медицины, в которой преобладает визуализация, включая: радиологию, кардиологию, онкологию, ядерную медицину, лучевую терапию, неврологию, ортопедию, акушерство, гинекологию, офтальмологию, стоматологию, челюстно-лицевую хирургию, дерматологию, патологию, клинические испытания. , ветеринарная медицина и медицинская/клиническая фотография

Номера портов по IP

DICOM зарезервировал следующие портов TCP и UDP номера Управлением по присвоению номеров в Интернете (IANA): 104 общеизвестный порт для DICOM по протоколу управления передачей (TCP) или протоколу пользовательских дейтаграмм (UDP). Поскольку 104 находится в зарезервированном подмножестве, многим операционным системам для его использования требуются специальные привилегии;2761 зарегистрированный порт для DICOM с использованием интегрированного уровня защищенной связи (ISCL) через TCP или UDP;2762 зарегистрированный порт для DICOM с использованием Transport Layer Security (TLS) через TCP или UDP;Зарегистрированный порт 11112 для DICOM с использованием стандартной открытой связи через TCP или UDP.Стандарт рекомендует, но не требует использования этих номеров портов.

Недостатки

Согласно документу, представленному на международном симпозиуме в 2008 году, стандарт DICOM имеет проблемы, связанные с вводом данных. «Основным недостатком стандарта DICOM является возможность ввода слишком большого количества необязательных полей. Этот недостаток в основном проявляется в несогласованности заполнения всех полей данными. Некоторые объекты изображений часто являются неполными, поскольку некоторые поля остаются пустыми, а некоторые — нет. заполнено неверными данными».

Еще одним недостатком является то, что формат файла допускает исполняемый код и может содержать вредоносное ПО .

Сопутствующие стандарты и SDO

DVTk — это проект с открытым исходным кодом для тестирования, проверки и диагностики протоколов и сценариев связи в медицинской среде. Он поддерживает профили интеграции DICOM, HL7 и IHE.

Health Level 7  — некоммерческая организация, занимающаяся разработкой международных стандартов совместимости медицинской информатики. HL7 и DICOM управляют совместной рабочей группой для гармонизации областей, в которых эти два стандарта пересекаются, и решения проблемы интеграции изображений в электронные медицинские записи.

Integration the Healthcare Enterprise (IHE) — это спонсируемая отраслью некоммерческая организация, которая профилирует использование стандартов для конкретных случаев использования в здравоохранении. DICOM включен в различные профили IHE, связанные с визуализацией.

Систематизированная номенклатура медицины (SNOMED) представляет собой систематизированную, обрабатываемую компьютером коллекцию медицинских терминов в области медицины человека и ветеринарии, содержащую коды, термины, синонимы и определения, которые охватывают анатомию, болезни, результаты исследований, процедуры, микроорганизмы, вещества и т. д. Данные DICOM используют SNOMED для кодирования соответствующих понятий.

XnView поддерживает .dic / .dicom для MIME типа application/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 MIME . тип контента
• DICOM использует другие протоколы, такие как DHCP , SAML...
• DICOM использует систему кодирования 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 самых разных ресурсах (IHE, HL7...a), связанных с изображениями.

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

Безопасность

В декабре 2023 года исследователь кибербезопасности Сина Язданмер обнародовала критическую проблему безопасности в сервисе Store. Это открытие, представленное на брифингах Black Hat , продемонстрировало возможность злоумышленников манипулировать существующими сериями медицинских изображений. Исследование Язданмера выявило тревожную способность злоумышленников уничтожить серию изображений или ввести вводящие в заблуждение признаки заболевания.

Обеспечение безопасности данных пациентов в рамках DICOM имеет решающее значение, поскольку эти файлы часто содержат конфиденциальную личную медицинскую информацию (PHI). Меры безопасности данных DICOM включают механизмы шифрования, контроля доступа и аудита для предотвращения несанкционированного доступа, изменения или раскрытия информации о пациенте. Соблюдение таких правил, как Закон о переносимости и подотчетности медицинского страхования ( HIPAA ) в США и Общий регламент по защите данных ( GDPR ) в Европе, имеет важное значение для защиты конфиденциальности пациентов и обеспечения целостности медицинских записей.

Деидентификация DICOM

Деидентификация DICOM — это процесс удаления или анонимизации личной медицинской информации (PHI) из медицинских изображений для защиты конфиденциальности пациентов. Этот процесс имеет жизненно важное значение для обмена медицинскими данными в исследовательских, образовательных целях или деятельности в области общественного здравоохранения при соблюдении правил конфиденциальности. Методы деидентификации включают удаление или маскирование идентифицируемых элементов данных в метаданных DICOM, таких как имена пациентов, даты рождения и другие уникальные идентификаторы. Обеспечение тщательной деидентификации имеет решающее значение для баланса между преимуществами обмена данными и обязательством сохранять конфиденциальность пациентов.

См. также

• 3DSlicer – бесплатный программный пакет с открытым исходным кодом для анализа изображений и научной визуализации со встроенной поддержкой компонентов стандарта DICOM.
• Ambra Health – предлагает бесплатную веб-программу просмотра DICOM.
• Амира
• КиноПейнт
• GIMP
• Ginkgo CADx – кроссплатформенная программа просмотра DICOM.
• IDL – часто используется для просмотра медицинских изображений.
• ИзображениеJ
• InVesalius - бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом, которое можно использовать для просмотра изображений DICOM, преобразования стеков изображений DICOM в 3D-модели и экспорта их в .STL.
• ИрфанВью
• 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 магазин DICOM.
• Studierfenster (StudierFenster) - бесплатная некоммерческая онлайн-платформа Open Science для обработки медицинских изображений (MIP), клиент/серверная.

Внешние ссылки

• Стандарт DICOM , НЕТ.