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基于DICOM标准的打印工作站的设计与实现

来源:中华现代影像学杂志 作者:杨志延,王景中 2006-9-3
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摘要: 【摘要】 本文主要讨论基于DICOM标准的打印工作站的设计与实现,根据DICOM标准中打印管理服务类的定义,实现DICOM打印工作流程,统一管理医院扫描设备,实现医院信息系统中信息输出的模块化与标准化。打印工作站。DICOM信息服务元 图像存档与通讯系统(picture archiving and communication system,PACS)是对医学图像信......


    【摘要】  本文主要讨论基于DICOM标准的打印工作站的设计与实现,根据DICOM标准中打印管理服务类的定义,实现DICOM打印工作流程,统一管理医院扫描设备,实现医院信息系统中信息输出的模块化与标准化。

    【关键词】  DICOM;打印工作站;服务类用户;服务类提供者;DICOM信息服务元

    图像存档与通讯系统(picture archiving and communication system,PACS)是对医学图像信息进行数字化采集、存储、管理、传输和重现的系统。它的主要作用是,利用计算机系统代替传统的胶片图像记录、胶片和报告的库房存储、检查图像的人工传递、在光箱上重现图片。PACS充分利用了计算机网络的特点,将医学图像进行数字化处理,通过网络进行传输,利用显示设备重现图像。目前国内PACS产品标准化的程度不高,许多产品比较注重功能上的设计,却对系统的模块化设计、标准的应用等投入力量不足。这样的系统很难与有着多年技术积累的国外系统抗衡。很多国外产品拥有许多功能独立的模块,如PACS控制器和图像存储服务器,符合DICOM标准的图像显示工作站、DICOM打印工作站、DICOM图像与其他格式图像转换工具等,这些产品通过DICOM标准交换与共享信息,给医院提供了更多的选择余地。DICOM标准是医学数字图像通讯的标准,它是在PACS系统发展的过程中产生的,使得不同厂家之间的设备得以通讯。目前国内医院所使用的打印设备只能将图像以胶片的形式输出,而且所输出的图像是黑白的,不能满足医院日益增长的需要。根据医院的需要,我们开发了打印工作站,它不仅可以将图像输出到胶片上,同时还可以输出到激光打印机和DVD上。本文介绍基于DICOM标准的打印工作站的设计与实现。

    1  打印工作站的功能

    打印工作站相当于一个打印路由器,它把从CT控制台发出的打印任务分配到不同的打印机或介质上。本系统支持3种输出设备:DICOM胶片打印机,普通激光打印机以及CD刻录机,工作站模型如图1所示。

    2  打印工作站的设计

    2.1  基本概念  首先介绍本文涉及到的几个基本概念。

    2.1.1  Print Management SCU(service class user)和Print Management SCP(service class provider)  是指打印管理服务类用户和打印管理服务类提供者。通常的打印设备相当于Print Management SCP,比如DICOM胶片打印机。本打印工作站不仅要完成Print Management SCP的工作,而且要完成Print Management SCU的工作。因为打印工作站首先作为Print Management SCP接收到CT机等设备发出的打印请求,获得数据信息,然后作为Print Management SCU向胶片打印机发出打印请求。

    2.1.2  DICOM消息服务元素(DICOM Message Service Element,DIMSE)  为了实现医学图像信息的交互,DIMSE定义了应用服务元素(包括服务和协议)。DIMSE依赖DIMSE协议来提供服务。DIMSE协议定义了建立消息需须的编码规则。而消息又是由命令集和与该命令集相关的数据集合组成的。

    图1  打印工作站模型

    2.1.3  SOP(service object pair) 类  SOP类定义了一些规则和语法,这些规则限制DIMSE服务的使用。

    2.1.4  基本打印管理元SOP类  是要实现DICOM打印工作站必须支持的最少类的集合。任何打印管理服务类的实现都必须至少支持一种基本打印管理元(SOP)类。

    2.1.5  Annotation SOP类  实现的是图像上和病人信息等有关的文字内容的传递。如果SCU和SCP支持该类,图像数据和这些文字信息将被分开传送,如果不支持该类,SCU在传送数据信息之前,进行预处理,将文字信息融进图像像素中。

    2.2  打印工作站的UseCase模型设计  UseCase描述系统外部的参与者与系统提供的用例之间的某种联系。所谓用例是对系统提供的功能的一种描述,参与者是那些可能使用这些用例的人或者外部系统。使用UseCase来描述系统静态的功能场景。UseCase图对于组织和模型化系统的动作是很重要的。打印工作站的UseCase见图2。该图从用户界面上描述了打印工作站的功能。但要实现这些功能,须了解DICOM标准中打印管理服务类的内容。图2  打印工作站的UseCase图

    2.3  打印管理服务类  DICOM打印管理服务类定义了打印工作站必须支持的和可支持的对象类。SCU与SCP建立连接时,需要协商所支持的类。前面提到基本打印管理元SOP类是必须支持的SOP类的最小集合,任何打印管理服务类的实现都必须至少支持一种基本打印管理元(SOP)类。本打印工作站支持基本灰度打印管理元SOP类以及基本彩色打印管理元SOP类。表1是基本灰度打印管理元SOP类所包含的SOP类。

    表1  基本灰度打印管理元(略)


    3  打印工作站的实现(以基本灰度打印管理元类为例介绍打印工作站的实现过程)

    DICOM标准定义了两组DIMSE服务,(1)DIMSE-N:这些服务应用于标准化的SOP实例。(2)DIMSE-C:这些服务应用于合成的SOP实例。
在开发打印工作站的工程中,都是根据DIMSE-N服务实现的,我院实现了6种DIMSE-N服务中的5种:N-GET,N-CREATE,N-SET,N-ACTION,N-DELETE。以N-SET服务为例,介绍DIMSE-N服务的步骤如下。

    3.1  N-SET服务的步骤  (1)DIMSE服务用户(也就是前面提到的SCU)向DIMSE服务提供者(前面提到的SCP)发出N-SET请求原语请求修改属性值。(2)DIMSE服务提供者向DIMSE服务用户发出N-SET指示原语。(3)如果上面的操作被执行,DIMSE服务用户修改相应的属性值,并且向DIMSE服务提供者发出N-SET回复来标明接收了N-SET请求原语。如果是这种情况,将不会执行下面的步骤。(4)如果前两步的操作没有正确执行,DIMSE服务用户就会向DIMSE服务提供者发出错误代码来拒绝N-SET请求。(5)DIMSE服务提供者向DIMSE服务用户发出N-SET确认原语,完成N-SET操作。其余几种服务虽然传递的数据内容不一样,但是SCU和SCP的交互过程大致都是如此。

    3.2  基本灰度打印管理元包括4个SOP类  实现打印工作站的同时也是实现这4个SOP类的过程。(1)SCU使用N-CREATE向SCP请求建立一个Basic Film Session SOP实例,SCU会初始化SOP类的属性值。SCP收到请求后,创建SOP实例,并初始化指定的属性值,然后SCP会返回成功,警告或者失败的状态值。Basic Film Session SOP类主要传送的是打印的页数,打印的优先级,媒介类型等属性。(2)SCU使用N-CREATE向SCP请求建立一个Basic Film Box SOP实例,在创建Basic Film Box SOP实例的过程中,SCP将在属性中添加SOP类和SOP实例UID将Basic Film Box SOP实例和Basic Film Session SOP 实例联系起来。同时,SCP将会创建Basic Image Box SOP实例,并在Basic Film Box SOP实例的属性中添加Basic Image Box SOP实例的属性值,这样就将Basic Film Box和Basic Image Box 联系起来。另外,本系统支持Annotation SOP类,因此,在这一步,SCP也会根据Annotation 显示格式ID来创建Basic Annotation Box SOP 实例。最后SCP返回用来标志创建是否成功的状态码。在这一步中主要填充图像显示格式以及图像大小等属性值。(3)SCU使用N-SET请求SCP更新Basic Grayscale Image Box SOP实例。SCP根据指定的SOP实例UID来设置Basic Grayscale Image Box的值。在这一步中将会设置图像的位置(一个Basic Film Box 与多个Basic Greyscale Image Box对应)以及图像的像素值,图像的模式(如果是Basic Color Image Box,有RGB,HSV等模式)。(4)SCU使用N-ACTION请求SCP打印胶片,SCU指定最后产生的Basic Film Box SOP实例的UID。(5)SCU使用N-DELETE请求SCP删除Basic Film Box SOP实例层次结构。Basic Film Box SOP实例层次结构包括一个Basic Film Box SOP实例,一个或多个Image Box SOP 实例,零个或者多个Basic Annotation Box SOP实例。(6)上面5步完成以后,打印工作站作为SCP完成了与CT机的交互,获得了图像数据,然后根据需要,将任务分别分配到激光打印机,CD/DVD刻录机或者胶片打印机。(7)如果要把图像输出到激光打印机或者刻录机,需要将DICOM图像转化为BMP图像,因此在进行图像信息传递后,将会根据前5步所获得属性与数据值将图像转换为灰度或者彩色BMP图像。(8)如果要把图像输出到胶片打印机,打印工作站就需要作为SCU继续与胶片打印机进行交互,完成数据的传送。步骤与前5步相似,只是此时要完成SCU的功能。CT机的图像要输出到何种设备,可以在打印工作站的配置界面完成,如图3所示。在此界面,可以添加需要的打印设备,可以添加CT、MR等扫描设备,并且可以在打印设备和扫描设备之间建立通道。一旦通道建立,CT机图像将会输出到该通道指定的打印设备上。

    图3  打印工作站的配置界面

    4  总结

    经过打印工作站,整个医院的影像扫描设备可以被合理地进行统一管理,而且可以把影像输出到多个打印设备,同时进行打印与刻录操作,大大提高了工作效率,而且打印工作站支持彩色图像,利用激光打印机打印彩色图像,满足了目前很多医院的需要。本系统目前已经在多家医院完成了测试,效果良好。

    【参考文献】

    1  黄志聪,庄天戈.DICOM标准的发展及最新变化.中国医疗器械杂志,2004,28(3):203-207.

    2  梁梁,王湘云,林家瑞.全自动DICOM影像打印工作流的设计与实现.中国医疗器械杂志,2003,27(6):400-404.

    3  夏慧琳,白香梅.谈PACS及其在医院的发展前景.医疗设备信息,2001,2:22-23.

    4  王晓楠.DICOM通信的设计和实现.计算机工程与应用,2004,13:131-132.

    5  周绿漪,尧德中,秦卫仕.医学图像标准研究及面向对象实现.计算机研究,2003,2(1):80-82.
   
    6  ACR/NEMA.Digital image and communications in medicine(DICOM).Washington:National Electrical Manufactures Association.

    (编辑:李建伟)

    作者单位: 100041 北京,北方工业大学信息工程学院


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