醫(yī)學(xué)科技論文的溫哥華格式(2)
醫(yī)學(xué)科技論文的溫哥華格式
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醫(yī)學(xué)數(shù)字影像傳輸系統(tǒng)間互聯(lián)及互操作性的初步實(shí)踐
摘要：目的：研究不同來源的醫(yī)學(xué)影像存檔與通訊系統(tǒng)(picture archiving and communication systems, PACS)間醫(yī)學(xué)數(shù)字影像傳輸(DICOM)互聯(lián)和互操作性。方法：在Siemens和GE公司的DICOM影像顯示工作站(Magic View 1000與Advantage Windows 2.0)間進(jìn)行DICOM水平的互聯(lián)和CT、MR和血管造影的DICOM影像的相互傳輸和處理操作的分析和測試，包括分析比較DICOM遵從性陳述(DICOM conformance statement)的相關(guān)參數(shù);觀測系統(tǒng)聯(lián)接和影像及其相關(guān)屬性的傳送以及 DICOM影像的相互操作和處理。結(jié)果：在DICOM conformance statement中被相互支持的影像對象類型(object class)如CT、MR和SC(screen capture)的DICOM信息對象(DICOM information object，包括影像數(shù)據(jù)及其相關(guān)屬性)被完整傳送，未被Magic View支持的影像對象類型XA(X-ray angiography)則傳輸失敗;除三維功能外，所有后處理功能操作均可直接進(jìn)行，三維處理功能在進(jìn)行文件夾轉(zhuǎn)換后亦順利實(shí)現(xiàn)。結(jié)論：DICOM 標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)不同來源的醫(yī)學(xué)數(shù)字影像設(shè)備或系統(tǒng)間互聯(lián)和互操作性最有效的途徑。
DICOM(digital imaging and communications in medicine,醫(yī)學(xué)數(shù)字影像傳輸)標(biāo)準(zhǔn)為在標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)框架內(nèi)不同來源的醫(yī)學(xué)數(shù)字影像設(shè)備間互聯(lián)、影像相互交流和操作提供了技術(shù)實(shí)現(xiàn)的可能性。由于該標(biāo)準(zhǔn)對具體的實(shí)現(xiàn)機(jī)制并未作強(qiáng)制性規(guī)定，允許各醫(yī)學(xué)影像設(shè)備商靈活地采用相應(yīng)亞標(biāo)準(zhǔn)完成對DICOM標(biāo)準(zhǔn)的支持，因此，對不同來源的DICOM影像設(shè)備間的互聯(lián)(interconnectivity)和互操作性(interoperability)及其程度需通過測試才能確定其實(shí)際兼容狀況。我院構(gòu)建的DICOM標(biāo)準(zhǔn)PACS(picture archiving and communication systems，影像存檔及通訊系統(tǒng))包括了GE公司和Siemens公司2個(gè)不同的PACS亞系統(tǒng)，我們對兩者的互聯(lián)及互操作性作了實(shí)測，現(xiàn)報(bào)告如下。
材料與方法
一、設(shè)備
1. Siemens亞系統(tǒng)包括螺旋CT、數(shù)字胃腸機(jī)、膠片數(shù)字化儀、照相服務(wù)器、2臺(tái)影像顯示工作站。MagicView1000(以下簡稱MV，為Siemens醫(yī)學(xué)影像后處理軟件平臺(tái))安裝在2臺(tái)顯示工作站(DRC104和DVC01)內(nèi)，采用Siemens內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)協(xié)議PACSnet(支持ACR/NEMA 2.0標(biāo)準(zhǔn))實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能，對DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)的支持則通過加裝DICOM網(wǎng)關(guān)(DICOM gateway)軟件Magic Link(版本VA10A)而實(shí)現(xiàn)。該版本的Magic Link支持DICOM storage service class的SCU(service class user)和SCP(service class proveder)，可接收(作為provider)和送出(作為user) 供存儲(chǔ)DICOM影像。
2. GE亞系統(tǒng)包括數(shù)字血管造影機(jī)、心臟血管造影機(jī)和1臺(tái)影像顯示工作站，該工作站內(nèi)裝有醫(yī)學(xué)影像后處理軟件系統(tǒng)Advantage Windows 2.0(以下簡稱AW)，其內(nèi)置有DICOM3.0接口系統(tǒng)(ID/Net V3.0)，亦支持DICOM storage service class(作為SCU和SCP)，可直接接收和送出DICOM影像。
兩個(gè)亞系統(tǒng)的DICOM影像通過兼作DICOM網(wǎng)關(guān)的MV和AW實(shí)現(xiàn)相互交流。
二、測試對象
測試的影像包括螺旋CT影像(Siemens Somaton Plus 4A)，血管造影影像(GE DLX/LCA)以及AW工作站內(nèi)預(yù)裝的CT(GE Hispeed)和MRI(GE Signal l.5T)范例影像。
三、研究方法
(1) 比較分析DICOM conformance statement (DICOM遵從性陳述)以評(píng)估互聯(lián)和互操作性的可行性及程度;(2) 通過系統(tǒng)的DICOM 日志文件觀察應(yīng)用間網(wǎng)絡(luò)連接、DICOM影像傳送以及相關(guān)的系統(tǒng)消息以監(jiān)測MV和AW間DICOM互聯(lián)狀態(tài)，并利用系統(tǒng)的“dump”功能，比較已傳輸?shù)挠跋裎募^(image file header)包含的基本特征信息確定DICOM 信息對象(DICOM information object)傳輸?shù)耐暾?(3) DICOM影像互操作性研究，即以MV和AW的所有影像顯示、測量和后處理功能對所接收到的DICOM影像進(jìn)行操作和處理。
結(jié)果
一、DICOM conformance statement比較
conformance statement 相關(guān)參數(shù)比較 DICOM參數(shù) Magic Link ID/NET3.0 功能描述
storage class CT, MR, CR,
SC,NM, US① CT, MR, XA,
RF, SC① 作為SCU和SCP
conformance level level 2 level 2 充分支持
TCP/IP Port 50082 4006 DICOM影像I/O
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DICOM對象類型(DICOM object class): 包括CT(computer tomography)、MR(magenatic resonance)、CR(computer radiography)、XA(X-ray angiography)、SC(secondary capture)、 RF(radiology fluorography)、 NM(nuclear medicine)、 US(ultrasound)等。另外，表中其余外文及縮寫均為醫(yī)學(xué)數(shù)字影像傳輸(DICOM)標(biāo)準(zhǔn)中的專用術(shù)語和參數(shù)，用中文表示反而不易理解，特此說明
從表1可見，Magic Link和ID/NET3.0均支持CT、MR和SC storage class，但XA storage class不被Magic Link支持。
二、互聯(lián)及傳輸過程觀察
傳送相互支持的影像對象類型(如CT、MR、SC)，互聯(lián)兩端的系統(tǒng)日志示應(yīng)用間的連接和協(xié)商過程均正常，并報(bào)告影像傳輸成功完成，被傳輸影像序列出現(xiàn)在接收方“Work List”中。當(dāng)試圖從AW傳送血管造影影像(對象類型XA)到MV，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)顯示失敗，AW的DICOM系統(tǒng)日志顯示錯(cuò)誤提示：“remote node did not accept any usable SOP classes"，但將其轉(zhuǎn)換為對象類型SC后重新傳輸則成功。
三、dump結(jié)果比較
在MV， 選擇“Image/ NEMA Dump”選單可展示指定的DICOM影像文件頭的相關(guān)信息于屏幕;在AW則可在UNIX指令模式，調(diào)用可執(zhí)行程序dump image data完成此項(xiàng)任務(wù)。我們對選定的DICOM影像在傳輸前后分別進(jìn)行了dump操作并比較，結(jié)果表明所有類型的影像文件的 DICOM影像相關(guān)信息的傳輸是完整的。
四、DICOM影像相互操作測試
在MV對來自AW的CT、MRI和血管造影(對象類型SC)的DICOM 影像作后處理評(píng)價(jià)功能測試，AW亦相應(yīng)地對來自MV的DICOM CT 影像進(jìn)行處理和評(píng)價(jià)(結(jié)果見表2)。除MV的三維影像處理外(AW無三維影像處理功能)，所有評(píng)價(jià)和處理功能均順利實(shí)現(xiàn)。三維影像處理初測操作失敗，屏幕提示錯(cuò)誤：“imput folder not valid”，在重新建立一新的AF(actual fodler)文件夾，將影像拷貝至該文件夾后，再重調(diào)用各三維處理功能，則最大信號(hào)強(qiáng)度投影MIP、多平面重建(MPR)和三維表面重建處理均順利通過測試。
表2 DICOM影像在MV(Magic View 1000)和AW
(Advantage Windows 2.0)上相互處理的結(jié)果
應(yīng)用功能 MV AW 應(yīng)用功能 MV AW
影像處理 影像評(píng)價(jià)
加/減影處理 + N 角度測量 + +
(add/sub)
邊緣強(qiáng)化 + N 影像注釋(annotation) + +
旋轉(zhuǎn)和鏡像 + + 距離測量(distance) + +
影像聯(lián)接(link) + N 剖面CT值分布(profile) + N
放大(zoom in/out) + + 興趣區(qū)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 + +
放大鏡(magnify glass) + + 像素透鏡(pixel len) + N
卷動(dòng)影像(scorolling) + + 三維(3D)影像處理
窗寬/窗位 + + 最大信號(hào)強(qiáng)度投影(MIP) ± N
多平面重建(MPR) ± N
3D 表面重建(SSD) ± N
注：+ 測試成功;±經(jīng)轉(zhuǎn)換后測試成功;N無此功能
討論
一、實(shí)現(xiàn)不同來源的醫(yī)學(xué)成像設(shè)備的互聯(lián)和影像的互操作性，是發(fā)展DICOM標(biāo)準(zhǔn)最根本的目的[1-3]
影像設(shè)備的多源性是醫(yī)學(xué)影像學(xué)科普遍具有的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)影像學(xué)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)化所面臨的最大挑戰(zhàn)[3]，亦是長期制約PACS成為開放系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)的基本目標(biāo)即實(shí)現(xiàn)不同醫(yī)學(xué)影像學(xué)系統(tǒng)和設(shè)備間的完全互聯(lián)和影像的互操作性，為醫(yī)學(xué)影像網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展開拓了廣闊的前景。所謂DICOM互聯(lián)系指應(yīng)用實(shí)體(appilcation entity，如MV和AW)間建立聯(lián)接，并以遵從DICOM協(xié)議的方式交換DICOM信息(DICOM messag)。DICOM影像互操作性指應(yīng)用實(shí)體間相互處理和操縱DICOM影像的能力(包括簡單的窗寬/窗位調(diào)節(jié)到復(fù)雜的三維重建)，通常稱為功能互操作性(functional interoperability)。由于DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)并未明確規(guī)定DICOM信息模式(DICOM information mode)中的信息對象的調(diào)用方式，使不同的醫(yī)學(xué)影像產(chǎn)品商提供的醫(yī)學(xué)影像應(yīng)用軟件在實(shí)現(xiàn)對DICOM影像的處理和功能操作的方式上可能存在差異[4]，因此，需進(jìn)行實(shí)測研究才能確定不同來源的影像設(shè)備間DICOM影像互操作性及程度。
二、研究DICOM conformance statement 是確定互聯(lián)性和互操作性的首要步驟
任何被聲稱支持DICOM標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，必須提供其相應(yīng)的DICOM conformance statement文件[1]，通過比較研究此文件，用戶即可初步確定兩個(gè)DICOM設(shè)備間的互聯(lián)性和某些簡單的應(yīng)用功能的互操作性。研究的要點(diǎn)著重于兩方面：(1) SOP(service object pair) class 支持范圍。MV與AW之間能夠直接實(shí)現(xiàn)互聯(lián)和CT、MR DICOM影像的互傳，皆因Magic Link 和ID/NET3.0都支持CT、MR storage class 的SOP;而對于血管造影影像，則因Magic Link 不支持XA storage class，不能直接由AW傳至MV， DICOM互聯(lián)過程被中斷，只有當(dāng)轉(zhuǎn)換為SC class，滿足了Magic Link所支持的SOP class后才能被成功地傳送。一個(gè)醫(yī)學(xué)影像應(yīng)用實(shí)體能提供至少一個(gè)SOP(譬如CT storage class)，即可聲稱為“full DICOM”。由此可見，聲稱full DICOM的影像設(shè)備間，并非一定能實(shí)現(xiàn)DICOM水平的互聯(lián)。因此，SOP class支持范圍是決定互聯(lián)性的關(guān)鍵。(2) 確定遵從性水平(conformance level)。DICOM標(biāo)準(zhǔn)第3部分將遵從性規(guī)定為3個(gè)水平層次，即level 0、1、2：level 0僅支持部分用戶定義的影像屬性;level 1支持DICOM IOD(information object definition)的Type 1和Type 2屬性;level 2則充分支持所有IOD 和Type 1、Type 2、Type 3屬性[4]。Magic Link VA10A和ID/Net3.0均提供了完全的 level 2支持，這是兩者間互操作性的理論保證，因此遵從性水平是確定DICOM影像互操作性的基礎(chǔ)。
三、DICOM信息對象完整傳送是實(shí)現(xiàn)互操作性的關(guān)鍵[5]
在充分支conformance level 2的兩個(gè)應(yīng)用實(shí)體間成功地完成DICOM信息對象的傳送，應(yīng)能滿足實(shí)現(xiàn)常規(guī)的影像顯示、測量和評(píng)價(jià)等功能互操作性要求。但是，對于復(fù)雜的功能操作，如三維重建，由于其可能要求某些影像采集設(shè)備特定的和比較精確的幾何參數(shù)定義(如空間坐標(biāo)系統(tǒng)和參照系統(tǒng)等)，因此，其互操作性需測試后才能確定。在我們的測試中，在初始文件夾(folder)中調(diào)用三維處理功能失敗，拷貝至應(yīng)用軟件環(huán)境中重建的文件夾后則處理成功，說明 MV的三維影像處理功能所要求的相關(guān)屬性和參數(shù)均已被完整地傳輸和轉(zhuǎn)換，初次調(diào)用處理失敗，可能是應(yīng)用軟件系統(tǒng)對影像文件管理方式實(shí)現(xiàn)的差異或不足所致。
我們對MagicView 1000和Advantage Windows 2.0間DICOM互聯(lián)和DICOM影像互操作性測試的實(shí)踐表明，DICOM標(biāo)準(zhǔn)是完成不同來源的醫(yī)學(xué)數(shù)字化影像系統(tǒng)間互聯(lián)和影像互操作性最直接、最有效的手段?？蓪?shí)現(xiàn)很好的相互兼容性。
參考文獻(xiàn)
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3 Horii SC, Bidgood WD. Network and ACR-NEMA protocols. RadioGraphics, 1992,12:537-548.
4 Bidgood WD, Horii SC. Introduction to the ACR-NEMA DICOM standard. RadioGraphics, 1992,12:345-355.
5 Lou SL, Hoogstrate DR, Huang HK. An automated PACS image acquisition and recovery scheme for image integrity based on the DICOM standard. Comput Med Imaging Graph, 1997, 21:209-218.
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