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基于DICOM標準的打印工作站的設計與實現

來源:中華現代影像學雜志 作者:楊志延,王景中 2006-9-3
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摘要: 【摘要】 本文主要討論基于DICOM標準的打印工作站的設計與實現,根據DICOM標準中打印管理服務類的定義,實現DICOM打印工作流程,統一管理醫院掃描設備,實現醫院信息系統中信息輸出的模塊化與標準化。打印工作站。DICOM信息服務元 圖像存檔與通訊系統(picture archiving and communication system,PACS)是對醫學圖像信......


    【摘要】  本文主要討論基于DICOM標準的打印工作站的設計與實現,根據DICOM標準中打印管理服務類的定義,實現DICOM打印工作流程,統一管理醫院掃描設備,實現醫院信息系統中信息輸出的模塊化與標準化。

    【關鍵詞】  DICOM;打印工作站;服務類用戶;服務類提供者;DICOM信息服務元

    圖像存檔與通訊系統(picture archiving and communication system,PACS)是對醫學圖像信息進行數字化采集、存儲、管理、傳輸和重現的系統。它的主要作用是,利用計算機系統代替傳統的膠片圖像記錄、膠片和報告的庫房存儲、檢查圖像的人工傳遞、在光箱上重現圖片。PACS充分利用了計算機網絡的特點,將醫學圖像進行數字化處理,通過網絡進行傳輸,利用顯示設備重現圖像。目前國內PACS產品標準化的程度不高,許多產品比較注重功能上的設計,卻對系統的模塊化設計、標準的應用等投入力量不足。這樣的系統很難與有著多年技術積累的國外系統抗衡。很多國外產品擁有許多功能獨立的模塊,如PACS控制器和圖像存儲服務器,符合DICOM標準的圖像顯示工作站、DICOM打印工作站、DICOM圖像與其他格式圖像轉換工具等,這些產品通過DICOM標準交換與共享信息,給醫院提供了更多的選擇余地。DICOM標準是醫學數字圖像通訊的標準,它是在PACS系統發展的過程中產生的,使得不同廠家之間的設備得以通訊。目前國內醫院所使用的打印設備只能將圖像以膠片的形式輸出,而且所輸出的圖像是黑白的,不能滿足醫院日益增長的需要。根據醫院的需要,我們開發了打印工作站,它不僅可以將圖像輸出到膠片上,同時還可以輸出到激光打印機和DVD上。本文介紹基于DICOM標準的打印工作站的設計與實現。

    1  打印工作站的功能

    打印工作站相當于一個打印路由器,它把從CT控制臺發出的打印任務分配到不同的打印機或介質上。本系統支持3種輸出設備:DICOM膠片打印機,普通激光打印機以及CD刻錄機,工作站模型如圖1所示。

    2  打印工作站的設計

    2.1  基本概念  首先介紹本文涉及到的幾個基本概念。

    2.1.1  Print Management SCU(service class user)和Print Management SCP(service class provider)  是指打印管理服務類用戶和打印管理服務類提供者。通常的打印設備相當于Print Management SCP,比如DICOM膠片打印機。本打印工作站不僅要完成Print Management SCP的工作,而且要完成Print Management SCU的工作。因為打印工作站首先作為Print Management SCP接收到CT機等設備發出的打印請求,獲得數據信息,然后作為Print Management SCU向膠片打印機發出打印請求。

    2.1.2  DICOM消息服務元素(DICOM Message Service Element,DIMSE)  為了實現醫學圖像信息的交互,DIMSE定義了應用服務元素(包括服務和協議)。DIMSE依賴DIMSE協議來提供服務。DIMSE協議定義了建立消息需須的編碼規則。而消息又是由命令集和與該命令集相關的數據集合組成的。

    圖1  打印工作站模型

    2.1.3  SOP(service object pair) 類  SOP類定義了一些規則和語法,這些規則限制DIMSE服務的使用。

    2.1.4  基本打印管理元SOP類  是要實現DICOM打印工作站必須支持的最少類的集合。任何打印管理服務類的實現都必須至少支持一種基本打印管理元(SOP)類。

    2.1.5  Annotation SOP類  實現的是圖像上和病人信息等有關的文字內容的傳遞。如果SCU和SCP支持該類,圖像數據和這些文字信息將被分開傳送,如果不支持該類,SCU在傳送數據信息之前,進行預處理,將文字信息融進圖像像素中。

    2.2  打印工作站的UseCase模型設計  UseCase描述系統外部的參與者與系統提供的用例之間的某種聯系。所謂用例是對系統提供的功能的一種描述,參與者是那些可能使用這些用例的人或者外部系統。使用UseCase來描述系統靜態的功能場景。UseCase圖對于組織和模型化系統的動作是很重要的。打印工作站的UseCase見圖2。該圖從用戶界面上描述了打印工作站的功能。但要實現這些功能,須了解DICOM標準中打印管理服務類的內容。圖2  打印工作站的UseCase圖

    2.3  打印管理服務類  DICOM打印管理服務類定義了打印工作站必須支持的和可支持的對象類。SCU與SCP建立連接時,需要協商所支持的類。前面提到基本打印管理元SOP類是必須支持的SOP類的最小集合,任何打印管理服務類的實現都必須至少支持一種基本打印管理元(SOP)類。本打印工作站支持基本灰度打印管理元SOP類以及基本彩色打印管理元SOP類。表1是基本灰度打印管理元SOP類所包含的SOP類。

    表1  基本灰度打印管理元(略)


    3  打印工作站的實現(以基本灰度打印管理元類為例介紹打印工作站的實現過程)

    DICOM標準定義了兩組DIMSE服務,(1)DIMSE-N:這些服務應用于標準化的SOP實例。(2)DIMSE-C:這些服務應用于合成的SOP實例。
在開發打印工作站的工程中,都是根據DIMSE-N服務實現的,我院實現了6種DIMSE-N服務中的5種:N-GET,N-CREATE,N-SET,N-ACTION,N-DELETE。以N-SET服務為例,介紹DIMSE-N服務的步驟如下。

    3.1  N-SET服務的步驟  (1)DIMSE服務用戶(也就是前面提到的SCU)向DIMSE服務提供者(前面提到的SCP)發出N-SET請求原語請求修改屬性值。(2)DIMSE服務提供者向DIMSE服務用戶發出N-SET指示原語。(3)如果上面的操作被執行,DIMSE服務用戶修改相應的屬性值,并且向DIMSE服務提供者發出N-SET回復來標明接收了N-SET請求原語。如果是這種情況,將不會執行下面的步驟。(4)如果前兩步的操作沒有正確執行,DIMSE服務用戶就會向DIMSE服務提供者發出錯誤代碼來拒絕N-SET請求。(5)DIMSE服務提供者向DIMSE服務用戶發出N-SET確認原語,完成N-SET操作。其余幾種服務雖然傳遞的數據內容不一樣,但是SCU和SCP的交互過程大致都是如此。

    3.2  基本灰度打印管理元包括4個SOP類  實現打印工作站的同時也是實現這4個SOP類的過程。(1)SCU使用N-CREATE向SCP請求建立一個Basic Film Session SOP實例,SCU會初始化SOP類的屬性值。SCP收到請求后,創建SOP實例,并初始化指定的屬性值,然后SCP會返回成功,警告或者失敗的狀態值。Basic Film Session SOP類主要傳送的是打印的頁數,打印的優先級,媒介類型等屬性。(2)SCU使用N-CREATE向SCP請求建立一個Basic Film Box SOP實例,在創建Basic Film Box SOP實例的過程中,SCP將在屬性中添加SOP類和SOP實例UID將Basic Film Box SOP實例和Basic Film Session SOP 實例聯系起來。同時,SCP將會創建Basic Image Box SOP實例,并在Basic Film Box SOP實例的屬性中添加Basic Image Box SOP實例的屬性值,這樣就將Basic Film Box和Basic Image Box 聯系起來。另外,本系統支持Annotation SOP類,因此,在這一步,SCP也會根據Annotation 顯示格式ID來創建Basic Annotation Box SOP 實例。最后SCP返回用來標志創建是否成功的狀態碼。在這一步中主要填充圖像顯示格式以及圖像大小等屬性值。(3)SCU使用N-SET請求SCP更新Basic Grayscale Image Box SOP實例。SCP根據指定的SOP實例UID來設置Basic Grayscale Image Box的值。在這一步中將會設置圖像的位置(一個Basic Film Box 與多個Basic Greyscale Image Box對應)以及圖像的像素值,圖像的模式(如果是Basic Color Image Box,有RGB,HSV等模式)。(4)SCU使用N-ACTION請求SCP打印膠片,SCU指定最后產生的Basic Film Box SOP實例的UID。(5)SCU使用N-DELETE請求SCP刪除Basic Film Box SOP實例層次結構。Basic Film Box SOP實例層次結構包括一個Basic Film Box SOP實例,一個或多個Image Box SOP 實例,零個或者多個Basic Annotation Box SOP實例。(6)上面5步完成以后,打印工作站作為SCP完成了與CT機的交互,獲得了圖像數據,然后根據需要,將任務分別分配到激光打印機,CD/DVD刻錄機或者膠片打印機。(7)如果要把圖像輸出到激光打印機或者刻錄機,需要將DICOM圖像轉化為BMP圖像,因此在進行圖像信息傳遞后,將會根據前5步所獲得屬性與數據值將圖像轉換為灰度或者彩色BMP圖像。(8)如果要把圖像輸出到膠片打印機,打印工作站就需要作為SCU繼續與膠片打印機進行交互,完成數據的傳送。步驟與前5步相似,只是此時要完成SCU的功能。CT機的圖像要輸出到何種設備,可以在打印工作站的配置界面完成,如圖3所示。在此界面,可以添加需要的打印設備,可以添加CT、MR等掃描設備,并且可以在打印設備和掃描設備之間建立通道。一旦通道建立,CT機圖像將會輸出到該通道指定的打印設備上。

    圖3  打印工作站的配置界面

    4  總結

    經過打印工作站,整個醫院的影像掃描設備可以被合理地進行統一管理,而且可以把影像輸出到多個打印設備,同時進行打印與刻錄操作,大大提高了工作效率,而且打印工作站支持彩色圖像,利用激光打印機打印彩色圖像,滿足了目前很多醫院的需要。本系統目前已經在多家醫院完成了測試,效果良好。

    【參考文獻】

    1  黃志聰,莊天戈.DICOM標準的發展及最新變化.中國醫療器械雜志,2004,28(3):203-207.

    2  梁梁,王湘云,林家瑞.全自動DICOM影像打印工作流的設計與實現.中國醫療器械雜志,2003,27(6):400-404.

    3  夏慧琳,白香梅.談PACS及其在醫院的發展前景.醫療設備信息,2001,2:22-23.

    4  王曉楠.DICOM通信的設計和實現.計算機工程與應用,2004,13:131-132.

    5  周綠漪,堯德中,秦衛仕.醫學圖像標準研究及面向對象實現.計算機研究,2003,2(1):80-82.
   
    6  ACR/NEMA.Digital image and communications in medicine(DICOM).Washington:National Electrical Manufactures Association.

    (編輯:李建偉)

    作者單位: 100041 北京,北方工業大學信息工程學院


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