医学数字影像 接收医学数字影像的一种方法

　　摘要：按照医学数字影像与通信(DICOM)网络体系结构，本文提出了一种建立在消息处理算法和库函数(DCMTK)调用基础之上的医学数字影像接收方法，并将其组件化。 　　关键词：医学影像；消息；组件
　　中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2007)18-31717-01
　　A Method of Receiving Medical Digital Imaging
　　LIANG Yu-en,SHEN Jian-gang
　　(Computer Application Engineering,Zhejiang Institute Mechanical &Electrical Engineering, Hangzhou 310053,China)
　　Abstract:According to the Digital Imaging and Communications in Medicine(DICOM) Network Architecture, this paper proposes a method of receiving medical digital imaging based on message processing and library function (DCMTK) call, and of their components.
　　Key words:Medical Image;Message;Component
　　
　　1 引言
　　
　　医学数字影像与通信(DICOM)标准是美国放射学会和全美电子制造商协会联合制定的。该标准共分十三章，从1985年1.0版发展到现在的3.0版，已成为医学影像信息的国际通用标准。DICOM标准涵盖了有关医学数字影像的采集、通信、显示及查询等方面的信息交换协议，大大简化了医学影像信息的交换。如今，大部分医学影像设备(如CR,CT,DR,US,MRI等)出厂时都配备有标准DICOM端口，通过DICOM端口获取医学影像信息是医学应用系统的一项基本而重要的工作。本文阐述了DICOM通信原理，给出了一种实用的影像接收方法和实验结果。
　　
　　2 基本原理
　　
　　2.1 DICOM通信原理
　　DICOM网络体系结构如图1所示。最底层物理网络(同轴电缆、双绞线、集线器、分布式光纤接口等)是应用广泛的TCP/IP协议。在这之上是DICOM上层协议(Upper Layer) 。它利用OSI模型的表示层和联合控制服务元素(ACSE)对上层消息交换提供通信支持；另一方面，DICOM上层协议又是构建在TCP/IP协议之上，这赋予DICOM标准良好的兼容性和可扩展性。DICOM应用消息交换(Message Exchange)是DICOM网络中消息交换的规则。消息是由单条或多条命令组成的命令流，其后可跟数据流。消息是信息的载体，DICOM网络通过消息交换实现信息互通。医学影像应用(Medical Imaging Application)处于最顶层，是医学影像信息的使用者或提供者。
　　图1DICOM网络体系结构
　　在DICOM标准中，通信活动发生在应用实体(Application Entity)之间，而应用实体包含消息交换及部分上层协议功能。应用实体根据角色的不同分为两类，一类是服务类用户(SCU)；另一类是服务提供者(SCP)，这类似客户／服务器结构。SCU与SCP配对使用，相互通信过程如下：
　　(1)SCU向SCP发出连接请求，SCP确认并响应连接。
　　(2)SCU与SCP之间进行消息交换。DICOM把这些消息称为DICOM服务单元(DICMSE)，例如C-Store消息（影像存储用）、Ｃ-Find消息(按属性查询用) 、N-Set消息(修改信息用)等。
　　(3)消息交换完成后，SCU发出连接释放请求，SCP确认并响应后释放连接，整个通信
　　活动结束。
　　步骤(1)和步骤(3)使用DICOM上层协议，步骤(2)涉及消息交换。
　　2.2 应用框架
　　在DICOM标准中，把发送影像的一方即医学影像设备称为SCU，接收影像的一方如医学影像工作站称为SCP。根据通信原理可知，实现DICOM影像的接收功能，实际上就是对SCP应用实体的实现。SCP的实现途径，一是直接根据协议文本编码，其优点是能完整实现DICOM标准，可维护性好，但工作量大；二是购买商用DICOM接口软件，经过二次开发实现所需功能，其优点是能显著缩短开发周期，不要求使用者对DICOM标准有很深了解，但要付出一定的经济代价，所购的接口软件不一定能与应用系统完全兼容，所提供的功能也不能完全满足特定的使用要求。本文提出的方法是：设计消息处理算法，DICOM消息交换和上层协议则调用的DCMTK函数库．这样既避免了大量的协议编码工作，又可灵活修改满足不同场合的使用要求，且较经济。图2是影像接收的应用框图。为了便于使用，用VC++将C-Store消息处理算法和DCMTK函数库封装在动态链接库Dcm.dll中，然后，用Borland C++ Builder 6.0写成一个VCL组件StorageSCP,调用Dcm中的函数，医学影像应用再调用组件，从而完成影像文件的接收工作。
　　图2应用框架
　　
　　3 实现方法及结果
　　
　　3.1 影像接收处理算法
　　由DICOM通信原理可知,要接收DICOM格式的医学影像文件需要完成三个步骤：TCP/IP通信；DICOM上层协议；C-Store消息处理。TCP/IP通信通过Windows Sockets API实现，后两项调用DCMTK库函数实现。Dcm.dll中的函数RunStroageSCP是影像接收的具体实现，算法如下：
　　(1)启动Windows Sockets，初始化网络。
　　TCP/IP初始化调用Windows Sockets API函数执行，函数原型为：
　　int WSAStartup(WORDwVersionRequested，LPWSADATAIpWSAData)；
　　DICOM网络初始化调用DCMTK库函数，其原型为：
　　OFCondition ASC_initalizedNetwork(T_ASC_NetworkRole role，
　　int acceptorPort，
　　int timeout，
　　T_ASC_Network * * network)；
　　其中，第一项参数指定应用实体所承担的角色，SCP 是接收者，所以应填NET_ACCEPTOR；第二项参数设置监听端口号。
　　(2)SCU连接请求处理。判断是否支持请求数据包中所列的通信条件(传输语法、编码顺序、压缩算法等)，若支持就返回连接确认，否则拒绝连接。接收连接请求用如下函数完成：
　　OFCondition ASC_receiveAssociation(T_ASC_Network * network，
　　T_ASC_Association * * association，
　　long maxReceivePDUSize，
　　void * * associatePDU=NULL，
　　unsigned long * associatePDULength=NULL，
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　　DL_BLOCKOPTIONS block=DUL_BLOCK，
　　int timeout=0)；
　　(3)处理C-Store消息。监听是否收到影像存储请求C-STORE-RQ消息，若收到则调用DIMSE_sotreProvider函数接收并存储影像文件。函数原型为：
　　OFCondition DIMSE_storeProvider(T_Assocation*assoc,
　　T_ASC_PresentationContextID presIdCmd,
　　T_DIMSE_C_StoreRQ* request,
　　Const char* imageFileName,
　　Int writeMetaheader,
　　DcmDataset * * imageDataSet,
　　DIMSE_StoreProviderCallback callback,
　　Void * callbackData,
　　T_DIMSE_BlockingMode blockMode,
　　Int timeout);
　　接收完成后向父窗口(通常是StorageSCP组件)发送自定义消息DICOM_STORAGE_RECEPTION，产生通知事件．重复执行步骤(3)，直至应用结束再转步骤(4)。
　　(4) 关闭连接。调用的函数原型为
　　OFCondition ASC_dropSCPAssociation(T_ASC_Association * association)；
　　3.2 StorageSCP组件
　　将接收影像的功能封装成ＶＣL组件主要是为了便于使用。组件中利用线程技术实现对接收功能函数RunStorageSCP的调用，因此，该组件在与SCU进行的同时不影响其他任务的执行。组件主要属性、成员函数和事件如下：
　　属性StorageSCPOptiom Option;SCP参数
　　成员函数 Run();运行SCP
　　事件 OnReception;单幅影像接收完成
　　 OnEndOfStudy;一组影像接收完成
　　成员函数 Run启动影像接收SCP,过程如下：
　　(1)载入Dcm.dll库,注册RLE/JPEG解码器，因为因为发送DICOM影像像素部分可能是以压缩格式存储的。
　　(2)创建StorageSCPThread线程。
　　(3)启动线程，调用Dcm.dll库中的RunStroageSCP影像接收函数，监听网络，接收影像。
　　(4)收到影像，触发事件函数。
　　成员函数ConfigStoreSCP对 StoreSCP的属性进行配置，如监听端口号、传输语法、编码顺序等，如果存入ini文件，每次组件启动时读入这些参数，并对组件进行初始化设置。
　　3.3 结果
　　StoreSCP组件作为医学影像应用的一部分，在医院放射科进行了测试，接收到计算X线成像设备（CR）发送的数字化胸片影像。图像完整清晰，无信息丢失；接收过程耗时符合要求，无明显迟滞；组件工作稳定，与应用系统兼容性好，可维护性强。测试中发现，组件因调用Dcm.dll库函数，对内存需求相应要大一些。
　　
　　4 结论
　　
　　本文所讨论的基于DCMTK函数库调用的DICOM影像接收方法，经医学应用证明是可行的、有效的。DICOM标准中的其他信息交换可以用类似于本文所提方法实现，可对StoreSCP进行功能扩充，或者构建新的SCU、SCP组件，并在Dcm.dll库中增加与之相应的消息处理算法。
　　
　　参考文献：
　　[1]DICOMPS3-2004Digital Imaging and Communications in Medicine[S].
　　[2]John M,Tom C, Harold H. Borland C + + Builder编程指南[M]．北京：电子工业出版社，1998.420-517．
　　[3]李兰友．Visual C++．NET图形图像编程[M].北京：电子工业出版社，2002.10-52．
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
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