基于DICOM 3.0标准构建放射治疗数字系统

方勇，刘向峰， 罗玉文

1.湖北省孝感市中心医院 a.放疗科；b.设备科，湖北 孝感 432100；2.广东省顺德市同江医院 肿瘤科，广东顺德 528300

基于DICOM 3.0标准构建放射治疗数字系统

方勇1a，刘向峰1b， 罗玉文2

1.湖北省孝感市中心医院 a.放疗科；b.设备科，湖北 孝感 432100；2.广东省顺德市同江医院 肿瘤科，广东顺德 528300

目的 通过DICOM3.0标准接口，构建放射治疗数字系统。方法 以星型拓扑结构联接该系统的各模块，在放疗TPS工作站上实现放疗数字系统服务器功能。遵守TCP/IP网络协议，采用B/S模式的Web浏览器方式，在Windows窗口下实现数据的共享。结果 构建放射治疗数字系统，使TPS各工作站实现了资源共享。结论 DICOM 3.0标准，适应医院信息系统发展的要求，有利于提高放射治疗的效率，提升放射治疗质量控制和质量保证。

放射治疗数字系统；医学影像存档与传输系统；DICOM3.0；放射治疗

0 前言

PACS（医学影像存档与传输系统）使医学影像资料能够便捷地采集、存储、处理及传输，实现了医疗资源共享。笔者针对放射治疗运行模式的现状，提出构建基于DICOM3.0标准的放射治疗数字系统，从而实现放射治疗模式的数字网络化。

1 DICOM标准文件解析

DICOM标准是由美国放射学会（ACR）和全美电子厂商联合会（NEMA）联合推出的医学数字图像和通讯标准。该标准已成为医学影像领域的国际通用标准，涵盖了医学数字图像的采集、归纳、通讯、显示及查询等所有信息的交换协议，以开放互连的构架和面向对象的方法定义了一套包含各种类型的医学诊断图像的相关的分析、报告等信息的对象集。这是将设备纳入PACS系统必需的条件。

DICOM文件一般由DICOM文件头及DICOM数据元素组成，头文件含有128个字节的引言，然后是长度为4个字节的字符串“DICM”来标识DICOM文件。DICOM文件格式如图1所示。

图1 DICOM文件格式

DICOM图像C语言数据结构：

DICOM依赖面向对象机制和网络传输协议完成协议中定义的功能。服务类使用者（SCU）和服务类提供者（SCP）的所有信息封装于被称为信息实体（IE）模块的“对象”中，在Windows窗口下，借助TCP/IP 协议传输这些信息。

2 放射治疗数字系统的设计

2.1 放射治疗流程

放射治疗是利用放射线治疗肿瘤的一种手段。对于需要放疗的肿瘤患者，首先医生全面了解病情后，通过CT机或模拟定位机将患者的治疗部位扫描下来，导入计划系统勾画出肿瘤的位置。然后物理师按照医生的临床要求，制定放射治疗计划，并在模拟机下验证计划无误后，才能交由技师对患者执行治疗计划。放射治疗流程如图2所示。

图2 放射治疗流程

2.2 放射治疗数字系统

图3 放射治疗数字系统的拓扑结构

放射治疗的数字系统是基于DICOM3.0标准，将放射治疗每一步骤流程功能模块化。在Windows窗口下，采用Web浏览器方式的B/S模式，遵守TCP/IP网络协议，实现各模块间的资源共享。按照放射治疗流程，本系统将放疗分为：① 医生工作站；② 定位工作站；③ 计划工作站；④ 验证工作站；⑤ 治疗工作站。放射治疗数字系统的拓扑结构如图3所示。

2.2.1 医生工作站

医生工作站的主要功能是建立放疗病人的电子病历。该病历不仅包括病人的个人基本信息外，而且还包括检验、影像、医疗方面的信息。具备病人资料的管理，检索功能。由于该电子病历是在Windows窗口下采用Web浏览器方式实现的，而医学影像是DICOM标准格式，因此需要在电子病历界面加载图像控件，将DICOM格式的图像转换成BMP格式，才能在Web浏览器方式下的电子病历界面显示出来。这是医生工作站查阅病人医学影像的关键。

2.2.2 定位工作站

在放射治疗中，定位主要是确定患者的治疗靶区。分为普通定位和精确定位。普通定位是在模拟定位机下，根据患者的骨性标志确定患者的治疗靶区；精确定位是首先通过CT机，或者PET/CT将患者的治疗区域平扫下来，然后由医生逐层勾画出治疗位置，经图像重建后生成DRR图像。由于当前的医疗影像设备基本都遵守DICOM标准，满足PACS的要求，因此，在定位工作站中，生成的DICOM定位图像可以直接传输给计划工作站。

2.2.3 计划工作站

计划工作站主要功能是利用其专业的放射治疗计划系统为肿瘤患者制定最优化的治疗计划。它是整个放射治疗流程体系的核心。因此，将计划工作站设置为放射治疗数字化体系的服务器。采用B/S模式，使每个工作站间实现多点对多点的资源共享。专业化的放射治疗计划系统具备强大的功能，也具有很强的兼容性。能够自动识别读取DICOM标准的图像。计划系统生成的治疗计划文件，包括：射线能量、射野大小，摆位坐标，处方剂量，光栅数据等参数，在专门的资源共享区间，被治疗工作站与验证工作站调用。计划工作站接受的患者图像也存储在指定的共享文件夹内，每一例患者的DICOM图像都存在其对应的存储文件夹区间，方便其它工作站实时查阅和调用。

2.2.4 验证工作站

验证工作包括治疗靶区位置的验证和剂量的验证。位置的验证是将患者按照治疗计划的要求，在模拟定位机下透视治疗部位于计划靶区是否基本一致，并拍摄X光平片存档；剂量验证是通过剂量验证设备电离室矩阵（MAPCHECK）测量或者利用高量程胶片刻度测量，然后与计划的剂量分布进行对比。验证工作站同样是在安装有专业放射治疗验证软件的计算机上实现，支持放射治疗数据系统的各项技术功能参数。

2.2.5 治疗工作站

治疗工作站主要是读取计划系统生成的治疗文件，包括：射线能量、射野大小、处方剂量、光栅数据等参数，并将这些参数加载在放射治疗直线加速器上，技师控制机器执行治疗。

3 小结

本文主要在DICOM3.0标准的基础上阐述了放射治疗数字系统的框架结构和各个模块的功能。构建该数字系统的关键是采用B/S模式的Web浏览器方式实现各个模块之间的患者信息、影像数据和计划数据的相互传输，共享识别。放射治疗数字系统的建立，适应医院信息系统发展的要求，有利于提高放射治疗的效率，提升放射治疗质量控制和质量保证，从而保障放射治疗的精确定位、精确计划、精确治疗的“三精”实施。

[1] David J, Kruglinski. Visual C++技术内幕[M].潘爱民,王国印,译.北京:清华大学出版社,1999.

[2] 侯庆锋,李月卿,王昌元,等. WINDOWS环境下DICOM医学图像显示方法的初步研究[J].医学影像学杂志,2005,15(11):1013-1015.

[3] 邱明辉,邱本胜,刘海一,等.一种基于Windows NT平台的DICOM服务器[J].中国医学影像杂志, 1999,7(1):45.

[4] 徐潘辉,等.DICOM医学数字图像格式与BMP通用图像格式转换软件的设计与实现[J].医疗设备信息,2006,(3):1-5．

[5] 孔俊,唐厚君.DICOM 医学图像数据接口的Jaya实现[J].中国生物医学工程学,2004,23(1):10-14．

[6] 郝玮琳,杜建军,刘有军.基于ITK、VTK的D ICOM图像的显示及信息提取[J].北京生物医学工程, 2008,27(2):151-155.

[7] 白洋,彭承琳,郭兴明.医学体数据可视化的研究和实现[J].北京生物医学工程,2005,24(3): 183-186.

[8] 谢长生,熊华明,陈颉.DICOM图像显示的研究与实现[J].计算机工程与科学,2002,24(6):38.

[9] 林春漪,尹俊勋,马丽红,等.论解读DICOM医学图像文件及其显示的VC++实施办法[J].现代医学仪器与应用,2005,17(1):1-4.

[10] 胡阳秋,高小榕,高上凯.医学图像DICOM格式转换软件的设计与实现[J].北京生物医学工程,2000,19(4):193-197.

Construction of Digital Radiotherapy System Based on DICOM 3.0 Standards

FANG Yong, LIU Xiang-feng,LUO Yu-wen
1.a. Radiotherapy Department; b.Equipment Deparment, The Central Hospital of Xiaogan, Xiaogan Hubei,432000, China; 2.Oncology Department,Tongjiang Hospital of Shunde, Shunde Guangdong, 528300, China

Objective Through DICOM 3.0 standard interface, building digital radiotherapy system.Methods To achieve server functions of the digital radiotherapy system at TPS workstation, we use star topology structure to connect system modules. With TCP/IP protocol and B/S mode, we implement data share in windows. Result Construct the digital radiotherapy system, and achieve the data share among TPS workstations. Conclusions The DICOM 3.0 standards meet the requirements of hospital information system,and help to improve the efficiency and quality of radiotherapy.

radiotherapy; PACS; DICOM standard

TN911.73

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2011.07.013

1674-1633(2011)07-0051-02

2010-11-20

作者邮箱：fangyongxg@163.com