孔 俊, 唐厚君
(上海交通大學信息與控制工程系,上海200240)
摘 要: DICOM3.0標準作為目前通用的醫(yī)學圖像標準,最重要的特性之一在于其面向?qū)ο笮浴１狙芯恳?br />
據(jù)這一重要特性,描述了如何使用面向?qū)ο蟮腏ava語言實現(xiàn)該標準的接口軟件。從而解決了DICOM硬件設(shè)備與
后繼PACS處理軟件的接口問題。同時,為了克服現(xiàn)有PACS系統(tǒng)的硬件瓶頸,對數(shù)據(jù)讀入方式采取了優(yōu)化,大大
降低了CPU運行時間和內(nèi)存占用空間,提高了系統(tǒng)的運行質(zhì)量和性能。
關(guān)鍵詞: 醫(yī)學數(shù)字成像和通訊;圖像存儲和傳輸系統(tǒng);接口;面向?qū)ο?br />
中圖分類號: R318.19文獻標識碼:A
引言
原始數(shù)據(jù)的進入是進行圖像分析的第一步。但是專用醫(yī)學圖像(如CT,MRI)不采用BMP,JPEG等
般格式,而是以DICOM格式[1]存放的。因此需要通過一個通用數(shù)據(jù)接口提供雙向服務(wù);(1)實現(xiàn)DICO
數(shù)據(jù)的解碼,得到圖像及相關(guān)病歷信息。(2)提供DICOM圖像數(shù)據(jù)向BMP、JPEG等普通格式轉(zhuǎn)化的功能
(3)經(jīng)計算機處理后的圖像數(shù)據(jù)及其他一些非DICOM圖像數(shù)據(jù)編碼為DICOM格式,亦即形成新的CT/
MRI文件,從而可以進入DICOM專用網(wǎng)絡(luò)。
1 DICOM標準
DICOM協(xié)議主要是針對PACS系統(tǒng)中的圖像格式的定義和圖像通信的規(guī)范。其作為目前通用的醫(yī)學圖
標準,最重要的特性之一在于其面向?qū)ο笮浴＿@就決定了在該標準的軟件實現(xiàn)中,Java具有獨特的優(yōu)越性。
DICOM標準的面向?qū)ο笮允腔谝唤M顯式的、細節(jié)化的實體-關(guān)系模型(Entity-Relation模型)。模
具有以下三要素:(1)各種實體如患者(patient)、圖像(image)、研究(studies)等代表對象。(2)屬性
描述了對象的特性。屬性賦值以后,抽象的實體成為實例(Instance)。(3)服務(wù)處理信息對象的方法,
文件的存儲和傳輸操作。E-R模型可用關(guān)系圖來表示:
圖1 E-R模型關(guān)系圖
例如源實體名為貓,目標實體名為老鼠,關(guān)系為抓,則該模型的意思為一只貓抓0只或多只老鼠。
2 用Java實現(xiàn)接口的優(yōu)勢
Java具有以下幾個特點[2]:(1)面向?qū)ο笮?(2)與平臺無關(guān)性,(3)方便的網(wǎng)絡(luò)移植性。用Java來實
DICOM接口,可以體現(xiàn)良好的數(shù)據(jù)抽象和數(shù)據(jù)封裝,這與DICOM標準的基本設(shè)計思想完全吻合。最終
標是建立起一個與平臺無關(guān),同時基于網(wǎng)絡(luò)運行的醫(yī)學圖像分析系統(tǒng)。因此這套用Java開發(fā)的DICOM
據(jù)接口以Java包的形式向整個系統(tǒng)提供無縫連接,同時對其它基于Java的醫(yī)學軟件提供通用服務(wù)。
3 軟件設(shè)計與實現(xiàn)
已有的同類型軟件具有的主要問題在于:(1)通用性不夠,只適用于特定范圍。(2)功能的實用性沒有
收稿日期:2003-06-13
好的貼近醫(yī)院的使用習慣。(3)無法保證效率。具體而言,就是指運算時間和內(nèi)存占用這兩方面的性能
標。由于一般情況下,對軟件性能的要求不是基于單個文件,醫(yī)院通常對每個患者的一次病理分析會產(chǎn)生
十兆的DICOM文件序列,軟件的算法結(jié)構(gòu)和內(nèi)存分配是否合理會對軟件的性能有非常明顯的影響。
3.1 通用性設(shè)計分析
目前很多DICOM軟件之所以通用性不是很好,是由于設(shè)計時沒有能夠充分考慮到DICOM數(shù)據(jù)編碼
靈活性,因而沒有在程序中作相應(yīng)處理。
DICOM文件是標準的二進制流文件,它實際上是對各種對象的屬性信息和對應(yīng)值進行編碼,其結(jié)構(gòu)層
為:數(shù)據(jù)元素(Data Element)數(shù)據(jù)集(Data Set)消息(Message)。作為最小單位的每一個數(shù)據(jù)元素在DI
COM的數(shù)據(jù)字典中都有明確定義:惟一性標志(TAG),名稱(NAME)和類型表示(VR)。數(shù)據(jù)字典以靜態(tài)屬
的形式封裝進獨立的Java類。從局部看,按照TAG值升序,DICOM文件順次存放如下結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)元素:
標志類型表示長度值域
圖2 文件結(jié)構(gòu)
整體來講,文件分為信息頭和圖像兩大部分。前者存放患者信息和圖像的總體指標,后者存放圖像的
素信息。DICOM標準規(guī)定:信息頭中一些關(guān)鍵屬性值的設(shè)置非常靈活,而且對其它相關(guān)方面有直接影響。
一些文獻中試圖對這種靈活性進行歸納,本研究認為這些歸納并不全面。而一個全面的總結(jié)正是通
型程序結(jié)構(gòu)的設(shè)計基礎(chǔ),具體如下:
(1)傳輸語法對信息頭和圖像部分編碼的影響。傳輸語法(Transfer Syntax)屬性的值控制整個文件
編碼結(jié)構(gòu)。程序必須據(jù)此判斷:
①類型表示(VR)在編碼時顯式(exlicit)還是隱式(implicit)列出,相應(yīng)“長度”項的位置(距“標志”項的
移量)會有不同。而“值”的讀取一般依賴于正確的“長度”。
②字節(jié)順序(byte ordering)是低位地址低位字節(jié)順序(Little Endian)還是低位地址高位字節(jié)順序(Bi
Endian)。從根本上影響到JAVA I/O中對二進制字節(jié)流的組合方式。
③圖像數(shù)據(jù)是否經(jīng)過壓縮。大部分DICOM圖像是沒有經(jīng)過壓縮的原始數(shù)據(jù),對于壓縮圖像,可以
JPEG壓縮和游程編碼壓縮(RLE)兩大類,并下分有損和無損情況。Sun公司提供了處理JPEG壓縮/解
縮包.com.sun.image.codec.jpeg。RLE的壓縮/解壓縮算法包也是外掛的,可以很方便實現(xiàn)。
(2)信息頭部分對圖像部分編碼的影響
①圖像類別。圖像類別(Modality)屬性直接影響后面象素值的讀取,對于MRI灰度圖像,沒有CT灰
圖像所具有的斜率,截距概念,也就沒有相關(guān)的預處理過程。同時MRI灰度圖像沒有預定義窗寬、窗位,
11 第1期孔 俊等:DICOM醫(yī)學圖像數(shù)據(jù)接口的Java實現(xiàn)
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