Mã hóa & câú trúc dữ liệu DICOM

Luận Văn: Mã hóa & câú trúc dữ liệu DICOM

Chơng ITổng quan DICOMI.1. Giới thiệu Chuẩn DICOM .6 I.1.1. Quá trình hình thành và phát triển .6I.1.2. Phạm vi và trờng ứng dụng .8I.1.3. Mục tiêu .9I.1.4. Xu hớng hiện tại .9I.2. Các thành phần DICOM .11I.2.1. Cấu trúc tài liệu: .11I.2.2. Tổng quan nội dung các phần DICOM 11I.3. Thích nghi DICOM: 21I.4. DICOM trong hệ thống thông tin y tế: 23I.4.1. DICOM với PACS, HIS, RIS: .23I.4.2. Quan hệ DICOM với các Chuẩn thông tin khác: .24II.1. Tổng quan: .26II.2. Định nghĩa thông tin DICOM: 28II.2.1. Mô hình E-R: .28II.2.2. Mô hình DICOM Thế giới Thực: 29II.2.3. Mô hình thông tin DICOM .30II2.3.1. Thuộc tính .32II.2.3.2. Dịch vụ truyền tin trực tuyến và lu trữ trung gian .33II.2.3.3. Nhóm Dịch vụ DIMSE 33II.2.3.4. Lớp Cặp Đối tợng-Dịch vụ (SOP) 33II.2.3.5. Thoả thuận Liên kết 34II.2.3.6. Định nghĩa Lớp Dịch vụ .34II.2.3.7. Định nghĩa Đối tợng Thông tin .35II.2.3.7.1. Định nghĩa Đối tợng Thông tin Thờng .35II.2.3.7.2. Định nghĩa Đối tợng Thông tin Phức 39II.2.4. Sự mở rộng Mô hình DICOM Thế giới thực 44II.3. Các lớp dịch vụ DICOM .48II.3.1. Lớp Dịch vụ Xác minh .501 II.3.2. Lớp Dịch vụ Lu trữ .50II.3.3. Lớp Dịch vụ Chất vấn/Truy vấn .51II.3.4. Lớp Dịch vụ Thông báo Nội dung Nghiên cứu 54II.3.5. Lớp Dịch vụ Quản lí Bệnh nhân 54II.3.6. Lớp Dịch vụ Quản lí Nghiên cứu 55II.3.7. Lớp Dịch vụ Quản lí Kết quả 56II.3.8. Lớp Dịch vụ Quản lí In .57II.3.9. Lớp Dịch vụ Lu trữ Trung gian 58II.3.10. Lớp Dịch vụ Giao Lu trữ .58II.3.11. Lớp Dịch vụ Quản lí Danh sách Công việc Căn bản .59II.3.12. Lớp Dịch vụ Quản lí Hàng đợi 61II.3.13 Lớp SOP Lu trữ Trạng thái Hiển thị Softcopy Mức Xám .61III.1. Mã hoá giá trị .64III.1.1. Các Bộ Kí tự .64III.1.2. Giá trị Thể hiện VR .65III.2. Bộ Dữ liệu .68III.2.1. Khái niệm .68III.2.2. Thành phần Dữ liệu 68III.2.3. Thứ tự byte kiểu Little Endian và Big Edian 71III.2.4. Các loại thành phần dữ liệu .72III.2.5. Cách sắp xếp các Bộ Dữ liệu 73III.2.6. Thành phần Dữ liệu Riêng 76III.3. Mã hoá dữ liệu Điểm ảnh, Overlay, và Dạng sóng .76III.3.1. Dữ liệu Điểm ảnh, Overlay, và các Thành phần dữ liệu liên quan 76III.3.1.1. Mã hoá dữ liệu Điểm ảnh .76III.3.1.2. Mã hoá Dữ liệu Overlay 78III.3.2. Mã hoá dạng nguyên gốc và nén .79III.3.3. Dữ liệu Dạng sóng .80III.4. Định danh Duy nhất (UID) .80III.4.1. Khái niệm UID .802 III.4.2. UID do DICOM định nghĩa .80III.4.3. UID định nghĩa riêng .81III.5. Cú pháp Chuyển đổi 81IV.1. Mô hình tổng quát truyền tin DICOM 82IV.2. Trao đổi thông tin thông qua mạng vật lý .83IV.2.1. DICOM và Mô hình tham chiếu cơ bản OSI 83IV.2.2 Cấu trúc Tầng ứng dụng DICOM .84IV.2.3. Cấu trúc bản tin DICOM 85IV2.3.1. Bộ Lệnh 86IV.2.3.2. Thành phần Lệnh .86IV.2.4. Dịch vụ DICOM .87IV.2.4.1. Các loại dịch vụ .88IV.2.4.2. Tơng tác DIMSE-service-user 88IV.2.4.3. Chế độ dịch vụ .89IV.2.3.4. Các dịch vụ Liên kết 89IV.2.3.5. Các dịch vụ DIMSE .90IV.2.3.5.1. Dịch vụ DIMSE-C 90IV.2.3.5.2. Các dịch vụ DIMSE-N .91IV.3. Trao đổi thông tin thông qua phơng tiện trung gian .92IV.3.1. Mô hình Lu trữ Trung gian DICOM 92IV.3.1.1. Lớp Trung gian Vật Lí 92IV.3.1.2. Lớp Khuôn dạng Trung gian 93IV.3.1.3. Lớp Khuôn dạng Dữ liệu DICOM 93IV.3.2. Khuôn dạng file DICOM 94a. Thông tin Đầu File DICOM 95b. Bộ Dữ liệu .95c. Hỗ trợ Thông tin Quản lí File 95d. Khuôn dạng File DICOM An toàn 96IV.3.3. Các Dịch vụ File DICOM .96IV.3.3.1. Bộ File 96IV.3.3.2. Các Chỉ số File .97IV.2.3.3. Các Dịch vụ và Chức năng Quản lí File .973 IV.2.3.4. Truy nhËp Néi dung File 98IV.3.3.5. Bé KÝ tù 98IV.3.3.6. ChØ sè File DICOMDIR .984 Ch¬ng ITæng quan vÒ ChuÈn DICOM5 I.1. Giới thiệu Chuẩn DICOMDICOM (The Digital Image and Communication in Medicine) là Chuẩn định ra các qui tắc định dạng và trao đổi hình ảnh y tế cũng nh các thông tin liên quan. Hình ảnh y tế thu nhận từ các thiết bị khác nhau nh máy CT, cộng hởng từ, siêu âm, y học hạt nhân Nó tạo lên một ngôn ngữ chung cho phép giao tiếp hình ảnh và các thông tin y tế liên quan giữa các ứng dụng hay hệ thống khác nhau. I.1.1. Quá trình hình thành và phát triểnCác Phiên bản trớc DICOM Với sự ra đời của máy CT (Computer Tomography) vào những năm 70, cũng nh việc sử dụng ngày càng nhiều máy tính và thiết bị tạo ảnh số trong công tác y tế, các thiết bị này tạo ra ảnh với các định dạng khác nhau, thì nhu cẫu có một chuẩn chung cho truyền ảnh số và các thông tin có liên quan ngày càng lớn. Trớc nhu cầu đó, The American College of Radiology (ACR) và The National Electrical Manufacturers Association (NEMA) đã thiết lập thành một uỷ ban chung vào năm 1983, để phát triển một Chuẩn nhằm mục đích :- Phát triển trao đổi thông tin hình ảnh số, không quan tâm đến nhà sản xuất thiết bị.- Làm thuận tiện sự hoá sự phát triển và mở rộng của của hệ thống thu nhận và truyền ảnh (PACS), có thể giao tiếp với các thành phần khác trong hệ thống thông tin bệnh viện (RIS).- Cho phép tạo ra các cơ sở dữ liệu chẩn đoán mà có thể đợc chất vấn bởi một phạm vi lớn các thiết bị phân tán về mặt địa lí.ACR-NEMA Standards Publication No. 300-1985, đợc công bố năm 1985 là phiên bản 1 (ACR-NEMA Verson 1.0). Phiên bản này tiếp tục đợc hoàn thiện: No1-tháng 10/1986, No2-tháng 1/1988. ACR-NEMA Standards Publication No. 300-1988, công bố năm 1988 đợc coi là phiên bản 2 (ACR-NEMA Verson 2.0). Các phiên bản này định rõ kết nối phần cứng, có một bộ tối thiểu các lệnh phần mềm, và một bộ khuôn dạng dữ liệu. Vấn đề kết nối mạng cha rõ ràng qua hai phiên bản này. Nhu cầu cho sự ra đời của DICOM 6 Vấn đề nảy sinh vào năm 1988 khi nhiều ngời sử dụng thấy nhu cầu của việc giao diện giữa các thiết bị hình ảnh và mạng. Mặc dầu điều này vẫn có thể thực hiện đợc với Version 2.0, nhng Chuẩn vẫn thiếu các phần cần thiết cho giao tiếp mạng mạnh mẽ. Do ACR-NEMA Verson 2.0 không đợc thiết kế để kết nối trực tiếp thiết bị hình ảnh với mạng, giải quyết vấn đề này đòi hỏi phải có thay đổi lớn của chuẩn. Uỷ ban chung sớm nhận thấy rằng một phiên bản mới phải đợc ra đời và phiên bản sau đòi hỏi phải duy trì tính tơng thích với các phiên bản trớc.Chuẩn DICOM DICOM (Verson 3.0) ra đời có những u điểm hơn hẳn các phiên bản trớc. Thể hiện ở chỗ:a. Khả dụng với môi trờng mạng. Các phiên bản trớc chỉ thích nghi với môi trờng truyền điểm-tới-điểm (point-to-point). Để có thể hoạt động trong môi trờng mạng cần có Khối Giao diện Mạng NIU (Network Interface Unit). DICOM 3.0 hỗ trợ hoạt động trong môi trờng mạng sử dụng giao thức mạng chuẩn công nghiệp nh OSI và TCP/IP.b. Khả dụng với môi trờng trung gian ngoại tuyến (off-line). Các phiên bản trớc không định ra khuôn dạng file DICOM. DICOM hỗ trợ hoạt động trong môi trờng ngoại tuyến sử dụng các trung gian theo chuẩn công nghiệp nh CD-R và MOD, hệ thống file logic nh ISO 9660 và Hệ thống File PC (FAT 16). c. Định rõ sự tác động của việc thiết bị tuân theo chuẩn đối với việc trao đổi các Lệnh (command) và Dữ liệu (data). Các phiên bản trớc bị hạn chế trong truyền dữ liệu, nhng DICOM 3.0, thông qua khái niệm Lớp dịch vụ (Service Class), đã định ra ngữ nghĩa (sematic) của các Lệnh và các Dữ liệu liên quan.d. Định rõ mức thích nghi. Các phiên bản trớc chỉ định rõ mức tuân thủ thấp nhất. Phiên bản DICOM 3.0 qui định rõ ràng đối tợng thực hiện (implementor) phải cấu trúc một Bản Báo cáo Thích nghi (Comformance Statement) lựa chọn cụ thể các mục đáp ứng nh thế nào. e. Đợc cấu trúc là một tài liệu đa thành phần. Do đó tạo thuận lợi cho sự phát triển của Chuẩn trong môi trờng phát triển nhanh chóng bằng việc thêm vào các đặc tính mới. DICOM đợc thiết kế dạng tài liệu đa phần tuân theo cách thức của ISO.f. Đa ra các Đối tợng thông tin (Information Object) một cách rõ ràng không chỉ hình ảnh và đồ hoạ mà còn cả báo cáo, in ấn 7 g. Định rõ cách xác định duy nhất Đối tợng Thông tin (Information Object). Điều này tạo thuận lợi khi sử dụng các khái niệm trừu tợng trong quan hệ của các Đối tợng Thông tin hoạt động trong mạng. I.1.2. Phạm vi và trờng ứng dụng Chuẩn DICOM gắn với lĩnh vực thông tin y tế. Với lĩnh vực này, nó định ra sự trao đổi thông tin số giữa các thiết bị hình ảnh và các hệ thống khác. Do các thiết bị hình ảnh đó có thể hoạt động tơng tác (interoperate) với các thiết bị y tế khác, phạm vi của Chuẩn cần thiết phải chồng lên các khu vực khác trong hệ thống thông tin y tế. Hình I.1.3: Phạm vi ứng dụng của DICOMChuẩn tăng cờng khả năng hoạt động tơng tác của các thiết bị hình ảnh y tế bằng cách định ra:- Với truyền tin qua mạng, một bộ Giao thức (protocol) đợc tuân theo bởi các thiết bị tuân theo chuẩn.- Cú pháp (syntax) và Ngữ nghĩa (semantic) của Lệnh (command) và các thông tin liên quan đợc trao đổi sử dụng các Giao thức.- Với truyền tin bằng phơng tiện trung gian, đa ra một bộ các dịch vụ lu trữ trung gian, cũng nh Khuôn dạng File và cấu trúc th mục y tế - Thông tin sử dụng trong ứng dụng cũng đợc đòi hỏi tuân theo Chuẩn.Chuẩn không qui định:- Các chi tiết thực thi với mọi đặc tính của Chuẩn trên một thiết bị.8Phạm vi của DICOMDữ liệu thí nghiệmHành chính HIS/RISHình ảnh chẩn đoánTheo dõi Bệnh nhân - Bộ tổng thể các đặc tính và chức năng đợc yêu cầu từ một hệ thống tạo bởi một nhóm các thiết bị tuân theo Chuẩn.- Một thủ tục Kiểm tra/Thông qua để đánh giá mức độ thích nghi Chuẩn.I.1.3. Mục tiêu Chuẩn DICOM tạo thuận lợi cho khả năng hoạt động tơng tác (interoperability) của các thiết bị thích nghi. Cụ thể là:- Định ra ngữ nghĩa của Lệnh và các Dữ liệu liên quan. - Định ra ngữ nghĩa của dịch vụ file, khuôn dạng file và các th mục thông tin cần thiết cho truyền tin ngoại tuyến.- Định rõ yêu cầu thích nghi của trong thực hiện Chuẩn. Cụ thể, một Bản Báo cáo Thích nghi phải định ra đầy đủ thông tin để xác định các chức năng, nhờ đó có thể phối hợp hoạt động một thiết bị tuân theo Chuẩn khác.- Tạo thuận lợi cho hoạt động trong môi trờng mạng.- Đợc cấu trúc thuận lợi cho việc đa vào các dịch vụ mới, vì thế tạo thuận lợi hỗ trợ các ứng dụng hình ảnh y tế trong tơng lai.- Sử dụng các chuẩn quốc tế hiện tại khả dụng.Mặc dầu DICOM mang lại nhiều u điểm trong thực hiện hệ thống PACS, tuy nhiên, sử dụng DICOM một mình không thể đảm bảo chắc chắn mọi mục tiêu của PACS có thể đạt đợc. Chuẩn DICOM chỉ tạo điều kiện cho khả năng phối hợp hoạt động của hệ thống trong một môi trờng nhiều thiết bị, chứ bản thân nó không thể đảm bảo chắc chắn khả năng phối hợp hoạt động.Chuẩn đợc xây dựng chú trọng vào việc thu nhận hình ảnh chẩn đoán trong chụp quang tuyến, tim mạch và thành phần liên quan. Tuy nhiên, nó cũng đợc ứng dụng trong rộng rãi trong đổi hình ảnh và các thông tin không phải hình ảnh liên quan khác, và cả với môi trờng y tế khác. I.1.4. Xu hớng hiện tại DICOM là một chuẩn mở và nó tồn tại thông qua các Thủ tục của Uỷ ban Chuẩn DICOM. Các kế hoạch phát triển sắp tới từ các tổ chức thành viên của Chuẩn dựa trên phản hồi từ phía ngời sử dụng Chuẩn. Các kế hoạch này sẽ đợc đa vào Chuẩn ở các phiên bản tiếp theo. Mặt khác, việc cập nhật cần đợc tiến hành để duy trì tính tơng thích với các phiên bản trớc. 9 Hình I.2.5: Mô hình truyền tin cơ sở DICOM10Thực thể ứng dụngPhân giới Dịch vụ File Căn bản DICOMứng dụng Thông tin Y tếĐịnh nghĩa Lớp Dịch vụĐịnh nghĩa Đối tượng Thông tinM hoá và cấu trúc Bộ Dữ liệu- Từ điển Dữ liệuãTrao đổi Bản tinKhuôn dạng FileTầng Trên DICOMTầng Bảo Mật(Tuỳ chọn)Tầng Bảo Mật(Tuỳ chọn)Tầng Chuyển vậnTCP/IPTrung gian Vật lý và Khuôn dạng File Trung gianTrao đổi Mạng-Truyền tin Trực tuyếnTrao đổi Lưu trữ Trung gian-Truyền tin Ngoại tuyếnPhân giới Dịch vụ Tầng trên DICOM [...]... nghĩa và Cấu trúc Dữ liệu Định rõ cách Thực thể ứng dụng DICOM cấu trúc và mã hoá thông tin Bộ Dữ liệu là kết quả thu đợc của việc sử dụng Đối tợng Thông tin và Lớp Dịch vụ Nó cũng xác định một số công nghệ nén hình ảnh chuẩn (ví dụ: JPEG lossess và lossy) Đa ra qui tắc mã hoá cần thiết để cấu trúc lên một Dòng Dữ liệu đợc trong một Bản tin Dòng Dữ liệu này là kết quả của Bộ Dữ liệu Bộ Dữ liệu đợc tạo... Từ điển Dữ liệu PS 3.16 Nguồn ánh xạ Nội Dung Mô hình Thực thi PS 3.5 Ngữ nghĩa và Cấu trúc Dữ liệu PS 3.3 Định nghĩa Đối tượng Thông tin PS 3.10 Sơ lược ứng dụng Trung gian PS 3.4 Định nghĩa Lớp Dịch vụ Lớp SOP, Vai trò và Cú pháp Chuyển đổi PS 3.11 Lưu trữ Trung gian & Khuôn dạng File cho Trao đổi Dữ Liệu Tầng Truyền thông PS 3.12 Khuôn dạng Trung gian &Trung gian Vật lý cho Trao đổi Dữ Liệu PS 3.15... liệu đợc tạo ra bởi các Thành phần Dữ liệu Phần PS 3.5 cũng định ra ngữ nghĩa của một số chức năng chung phổ dụng đối với nhiều Đối tợng Thông tin Nó cũng xác định qui tắc mã hoá cho các bộ kí tự quốc tế đợc sử dụng trong DICOM 15 PS 3.6 Từ điển Dữ liệu Là danh sách định nghĩa duy nhất mọi Thành phần Dữ liệu DICOM đợc đa ra để thể hiện thông tin Với mỗi Thành phần Dữ liệu, nó qui định: - Một Nhãn duy... lưu 0-n 0-n 0-n Hình ảnh Tài liệu SR Phổ MR 0-n 0-n 0-n 0,n Đối tượng Chiếu chụp LUT Overlay 29 0-n Trạng thái Hiển thị 0-n Dạng sóng 0-n Dữ liệu thô Hình II.2.2 Mô hình DICOM thế giới thực II.2.3 Mô hình thông tin DICOM Mô hình thông tin DICOM định nghĩa cấu trúc và cách tổ chức các thông tin liên quan tới truyền hình ảnh Mô hình Thông tin DICOM đợc rút ra từ Mô hình DICOM Thế giới thực Nó xác định... Public key hay smart card Mật mã dữ liệu có thể sử dụng các phơng án mã hoá chuẩn hoá khác nhau 20 Phần này không đa ra chính sách an toàn Chuẩn chỉ cung cấp cơ chế có thể đợc sử dụng để thực hiện các chính sách an toàn chú trọng vào trao đổi các đối tợng DICOM PS 6.16: Nguồn ánh xạ Nội dung Phần này của Chuẩn qui định: Khuôn mẫu cho cấu trúc tài liệu là Đối tợng Thông tin DICOM Bộ các thuật ngữ trong... dạng file DICOM hỗ trợ việc ghi thông tin của bất cứ Đối tợng Thông tin nào - Khuôn dạng file DICOM an toàn hỗ trợ việc ghi dữ liệu trong một lớp mật mã 18 - Dịch vụ file DICOM cho cung cấp độc lập cho các khuôn dạng trung gian và trung gian vật lý cơ bản Nó định ra nhiều khái niệm lu trữ trung gian: - Phơng pháp nhận diện một bộ file trên một phơng tiện trung gian - Phơng pháp đặt tên file DICOM trong...I.2 Các thành phần DICOM I.2.1 Cấu trúc tài liệu: DICOM là một tài liệu đa phần (multi-part) Các phần liên quan với nhau nhng lại nằm trên các tập độc lập Theo tài liệu mới nhất (năm 2003), DICOM bao gồm các thành phần sau đây: PS 3.1 Giới thiệu và Tổng quan (Introduction and Overview) PS 3.2 Thích nghi... chuẩn DICOM ứng dụng Hình ảnh Y tế Trao đổi Bản tin ứng dụng DICOM Phân giới Dịch vụ Tầng trên Giao thức Tầng trên DICOM cho TCP/IP TCP/IP Mạng Phân giới Dịch vụ File Trung gian A Trung gian B Trung gian C Khuôn dạng Trung gian Khuôn dạng Trung gian Khuôn dạng Trung gian & & & Phương tiện Phương tiện Phương tiện Vật lí Vật lí Vật lí 17 Trao đổi Phương tiện Lưu trữ Hình I.2.2.4: Mô hình Truyền tin DICOM. .. II.2.3 Mô hình thông tin DICOM II2.3.1 Thuộc tính Thuộc tính của một IOD miêu tả các đặc tính của một Đối tợng Thế giới thực cụ thể Các Thuộc tính liên quan với nhau đợc nhóm lại vào các Modun 32 Thuộc tính đợc mã hoá thành các Thành phần Dữ liệu Trong một IOD, khi nhiều Modun chứa cùng một Thuộc tính giống nhau, thì Thuộc tính sẽ đợc mã hoá một lần trong một Thành phần Dữ liệu II.2.3.2 Dịch vụ truyền... hợp tác chặt chẽ với CEN (Uỷ ban châu âu về chuẩn hoá), cho ra đời một số tài liệu phụ hợp tác Sự chú trọng của IS&C vào trao đổi khuôn dạng phơng tiện trung gian với DICOM cũng đòi hỏi nhiều sự hợp tác chung ở Mĩ, DICOM tham gia trong các nỗ lực kết hợp đầu tiên cho chuẩn y tế với ANSI-HISBB mà từ đó DICOM làm hài hoà cấu trúc tên bệnh nhân, và bắt đầu tiến trình liên kết với HL7 Sự hợp tác này bây . lossy)Đa ra qui tắc mã hoá cần thiết để cấu trúc lên một Dòng Dữ liệu đợc trong một Bản tin. Dòng Dữ liệu này là kết quả của Bộ Dữ liệu. Bộ Dữ liệu đợc tạo ra. ở PS 3.4PS 3.5: Ngữ nghĩa và Cấu trúc Dữ liệu ịnh rõ cách Thực thể ứng dụng DICOM cấu trúc và mã hoá thông tin Bộ Dữ liệu là kết quả thu đợc của việc sử