醫(yī)學成像設備圖像文件的規(guī)范性研究

【作 者】邱明輝

中國人民解放軍總醫(yī)院計算機應用與管理科，北京市，100853

0 引言

DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）是一種規(guī)定數(shù)字醫(yī)學影像和相關信息的格式及其信息交換方法的國際標準。圖像存檔和通訊系統(tǒng)（Picture Archiving and Communication System,PACS）以數(shù)字的方法來存儲、管理、傳送和顯示醫(yī)學影像及其相關信息[1]。DICOM標準的誕生為PACS系統(tǒng)順利推廣和實施奠定了重要基礎，可以說沒有DICOM標準PACS至今很難在醫(yī)院成功應用[2]。自從1993年DICOM標準產生以后，無論是國外還是國內影像設備廠商都支持這個標準，可以說如果醫(yī)學影像設備不支持DICOM標準將無法在市場銷售。

DICOM是不斷發(fā)展和完善的標準，DICOM標準委員會每年都要對標準進行完善和補充。DICOM標準內容極其復雜，大體可以分為兩大部分：文件格式規(guī)范，信息交換與通訊規(guī)范。DICOM圖像文件包含信息量大，主要包括醫(yī)療機構信息、設備廠商信息、患者信息、檢查參數(shù)以及圖像象素描述信息等。

因為DICOM標準的復雜性以及不斷發(fā)展和完善的特點，造成了部分影像設備廠商或PACS系統(tǒng)的圖像文件存在不同程度的不規(guī)范性。不規(guī)范的圖像文件不僅會影響圖像的顯示質量，甚至有些PACS系統(tǒng)還無法顯示這些圖像，且可能導致圖像文件無法與外界進行DICOM信息交換，更有甚者當這些圖像文件再次被傳送回影像設備處理或打印時，或若干年后醫(yī)院更換PACS系統(tǒng)時，可能無法再利用。因此，醫(yī)學成像設備圖像文件的規(guī)范性直接影響到PACS系統(tǒng)的應用效果和質量。

1 DICOM標準的醫(yī)學圖像文件

一個標準的DICOM圖像文件由五部分組成[3]：① 固定128個字節(jié)的開始部分，由各廠商填充，如果不使用，則所有數(shù)據置為00H。絕大部分廠家都沒有使用，因此幾乎所有的文件都為00H。 ② DICOM圖像文件標志前綴，固定設置為“DICM” ③DICOM“元元素”（Meta Elements）。④ DICOM數(shù)據集（包括患者基本信息、檢查相關信息和象素信息等）。

前三部分構成了DICOM文件“元信息”（File Meta Information）或者稱之為頭信息。 “元信息”編碼比較簡單，而DICOM數(shù)據集編碼方式[3-6]極為復雜。由于DICOM圖像文件格式已有很多文章介紹，這里不再贅述。

2 規(guī)范文件

作者多年研究發(fā)現(xiàn)：大部分影像設備和PACS廠商的圖像文件都比較規(guī)范。一個標準的DICOM圖像文件頭實例見參考文獻[7]。

3 不規(guī)范文件存在的問題

雖然大多數(shù)設備廠商的影像文件都比較規(guī)范，但由于DICOM標準的復雜性以及不斷發(fā)展和完善的特點，致使部分影像設備廠商或PACS系統(tǒng)的圖像文件存在不同程度的非規(guī)范性問題，現(xiàn)將這些問題歸納總結如下。

3.1 SOP Class UID值不規(guī)范

某影像設備廠商早期設備產生的MR圖像文件，標簽為(0008，0016)的數(shù)據元素SOP Class UID，其值為： 1.2.840.123619.4.2，不符合DICOM規(guī)范，MR圖像文件此數(shù)據元素的正確值應該為：1.2.840.10008.5.1.4.1.1.4或1.2.840.10008.5.1.4.1.1.4.1。

不正確的SOP Class UID值可能導致在DICOM通訊中，接收圖像方拒絕接收發(fā)送方的圖像數(shù)據，因為圖像接收方不知道發(fā)送方要請求存儲什么類型的圖像文件。這樣的圖像文件在有的PACS系統(tǒng)中無法顯示。

3.2 圖像文件的數(shù)據元素前后描述矛盾

有的影像設備廠商，圖像文件的數(shù)據元素前后描述矛盾，把數(shù)據元素的VR值搞錯，例如：

標簽為（7FE0，0010）的數(shù)據元素類型表示有錯，因為圖像文件中描述的一個象素數(shù)據分配和存儲的數(shù)據位數(shù)都為8位，即標簽為（0028，0100）元素值和（0028，0101）元素值都為8，即占一個字節(jié)，因此，標簽為（7FE0，0010）的數(shù)據元素（即象素數(shù)據）類型應該為OB，而不是OW，只有象素數(shù)據分配和存儲的數(shù)據位數(shù)都大于8時，象素數(shù)據類型才能為OW。

3.3 漢字信息表示不規(guī)范

在圖像文件中存儲漢字信息，部分PACS廠商把患者的中文名字和性別等直接寫入從影像設備獲取到的圖像文件相應數(shù)據元素中，沒有嚴格遵從DICOM標準。例如：

上述表示有兩點不規(guī)范：

(1)標簽為（0008，0005）的數(shù)據元素值應該為：GB18030或ISO_IR 192，即表示漢字字符集或UNICODE字符集UTF-8，而ISO_IR 100表示拉丁文字符集。

(2)患者姓名和性別等漢字信息應該表示為三部分[3,7]：單字節(jié)字符、象形文字和發(fā)音字符。各部分之間由“=”分隔，這3部分中的任何一個部分都可以省略。三部分的順序為單字節(jié)字符、象形文字和發(fā)音字符。即使用“單字節(jié)字符=象形文字=發(fā)音字符”格式表示。

規(guī)范表示如下：

上述不規(guī)范圖像文件如果通過DICOM通訊被送回影像設備工作站顯示，而設備工作站又是西文環(huán)境時，將可能導致圖像文件無法送回影像設備工作站，因為影像設備工作站有可能把漢字認為是非法字符，從而中斷DICOM通訊。即使成功送回設備工作站，顯示的患者信息也會出現(xiàn)亂碼，影響醫(yī)生閱片。

3.4 醫(yī)療機構名稱錯誤

標準DICOM文件頭信息中存儲有醫(yī)療機構的名稱，標明執(zhí)行影像檢查的醫(yī)院，這個信息對于其他醫(yī)院的醫(yī)生閱片很重要，關系到圖像質量的可信度。下面是我院一臺CR設備圖像的實例：

標簽為（0008，0080）的數(shù)據元素值存儲有錯，應該存儲為醫(yī)院或醫(yī)療機構的名稱，對于我們醫(yī)院通常存儲為：“PLA 301 Hospital”或“PLA General Hospital”，當然也可以存儲為漢字字符“解放軍總醫(yī)院”，但必須按照DICOM標準存儲漢字信息的規(guī)范進行存儲。這個錯誤本不應該出現(xiàn)，可能是由于影像設備安裝或調試工程師失誤所致。

3.5 圖標圖像標簽錯誤

影像設備廠商把圖標圖像錯誤存放在私有元素組(0089，1010)中，其實DICOM標準有一個專用的數(shù)據元素組（0088,0200）Icon Image Sequence，用于存放圖標圖像數(shù)據序列。對于上述圖像，PACS圖像顯示系統(tǒng)在調用檢查圖像的縮略圖時讀取不到數(shù)據。

3.6 非原始圖像標識錯誤

非原始圖像是指：通過視頻輸出采集到的圖像并轉化為DICOM標準的圖像，或通過數(shù)字化膠片掃描儀把膠片圖像轉換為數(shù)字化DICOM標準的圖像，或通過普通掃描儀把紙張資料轉換為DICOM標準的圖像，換句說，就是間接圖像。例如某公司通過視頻采集卡采集到的超聲圖像，轉換為DICOM圖像后其文件頭部分內容如下：

上述圖像文件存在兩點不規(guī)范：

（1）標簽為(0008,0008)元素組存儲值錯誤

（0008,0008）元素組用以存儲圖像類型，說明圖像的特征，為多值元素，最多可以存儲4個值，多個值之間使用“”分隔，其中第一個值和第二個值為必需值，第三個和第四個值為可選值。下面說明這四個值的含義和取值范圍：

第一個值：標識象素數(shù)據的特性，取下列值之一：

ORIGINAL 表示原始圖像

DERIVED 表示衍生圖像

第二個值：標識患者檢查特性，取下列值之一：

PRIMARY 表示患者做檢查直接產生的圖像，即原始圖像

SECONDARY 表示患者檢查結束后建立的圖像，即間接圖像

第三個值：標識檢查設備特有的特征，不同類型的檢查設備，取值不同，取值范圍DICOM也做了規(guī)定，不能隨意取值，此值為可選值。

第四個值：實現(xiàn)者專有的標識特征，各廠商在其實現(xiàn)的DICOM準從性文檔中加以說明。

由于圖像為視頻卡采集并轉換成DICOM圖像，廠商已經在（0008,0016）元素組中存儲值為“1.2.840.10008.5.1.4.1.1.7”，即表示間接捕獲圖像存儲（Secondary Capture Image Storage）,因此（0008,0008）元素組的第一個值和第二個值就不應該為“ORIGINALPRIMARY”，否則就自相矛盾。正確取值為：DERIVEDSECONDARY。

針對超聲圖像，按照DICOM標準，第三個值的正確取值應該為下列值之一：

第三個值不應該是LOCALIZER，因為LOCALIZER表示CT定位圖像。

同樣針對超聲圖像，DICOM規(guī)定：第四個值的取值范圍如下：

(2)圖像文件頭中缺少(0008,0064)元素數(shù)據組

標簽為(0008,0064)元素數(shù)據組用以描述圖像是哪種方式轉換而成圖像，因為這個元素組為1型元素組，即這個元素組必須存在且不能為空值。此元素組的正確取值如下：

上述不規(guī)范存儲圖像，在有的PACS系統(tǒng)特別是規(guī)范性要求較高圖像顯示系統(tǒng)中將無法顯示，尤其是在做圖像后處理時造成處理錯誤。

4 討論

醫(yī)學成像設備圖像文件的規(guī)范性直接影響到PACS系統(tǒng)的應用效果和質量。如何解決這些規(guī)范性問題，筆者提出如下建議：

(1)在建設PACS系統(tǒng)時，寫好PACS需求方案RFP (Request For Proposal)，特別是其中的詳細技術規(guī)范。RFP作為醫(yī)院選擇PACS廠商的依據， 可以說寫好RFP是醫(yī)院成功引進PACS的首要任務，也是關鍵任務。當然寫好RFP并非一件容易工作，需要工程技術人員熟悉DICOM標準和PACS的相關知識，還要全面掌握醫(yī)院的信息化建設情況。在選擇產品時，醫(yī)院工程技術人員要嚴格按照RFP要求測試PACS產品。嚴格按照院方RFP要求引進的產品，類似漢字信息表示不規(guī)范、非原始圖像標識錯誤等問題完全可以避免。

(2)使用QC（Quality Control）系統(tǒng)用于糾正存入PACS系統(tǒng)中的不規(guī)范圖像文件。影像設備圖像在存入PACS系統(tǒng)之前，必須經過QC驗證后方可存入系統(tǒng)中。例如漢字的不規(guī)范表示問題、SOP Class UID值不規(guī)范問題等通過QC可以得到較好解決。

(3)影像設備產生的不規(guī)范圖像，我們可以要求廠商及時糾正。例如醫(yī)療機構名稱錯誤、圖標圖像標簽錯誤等，這類問題只能由廠家解決。

[1]邱明輝,邱本勝,劉海一.一種基于Windows NT平臺的DICOM服務器[J].中國醫(yī)學影像學雜志,1999(1): 44-46.

[2]Huang H K.PACS: basic principles and applications[M].USA:John Wiley & Sons,1999.

[3]National Electrical Manufacturers Association.Digital Imaging Communication in Medicine (DICOM)[S].NEMA Standards Publication PS 3,2007.

[4]邱明輝,張紀國.基于DICOM標準的醫(yī)學圖像顯示與處理系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].醫(yī)療設備信息,2004,(11): 18-20,41.

[5]梁存升,馮驥.DICOM標準分析及其應用[J].中國醫(yī)學裝備,2006,(2): 21-23.

[6]徐潘輝,林峰.DICOM醫(yī)學數(shù)字圖像格式與BMP通用圖像格式轉換軟件的設計與實現(xiàn)[J].醫(yī)療設備信息,2006,(3): 2-6.

[7]邱明輝,劉海一.DICOM標準醫(yī)學圖像文件解析及工具軟件的研制[J].中國醫(yī)學影像學雜志,2009,17(5): 368-373.