医学成像设备图像文件的规范性研究

【作 者】邱明辉

中国人民解放军总医院计算机应用与管理科，北京市，100853

0 引言

DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）是一种规定数字医学影像和相关信息的格式及其信息交换方法的国际标准。图像存档和通讯系统（Picture Archiving and Communication System,PACS）以数字的方法来存储、管理、传送和显示医学影像及其相关信息[1]。DICOM标准的诞生为PACS系统顺利推广和实施奠定了重要基础，可以说没有DICOM标准PACS至今很难在医院成功应用[2]。自从1993年DICOM标准产生以后，无论是国外还是国内影像设备厂商都支持这个标准，可以说如果医学影像设备不支持DICOM标准将无法在市场销售。

DICOM是不断发展和完善的标准，DICOM标准委员会每年都要对标准进行完善和补充。DICOM标准内容极其复杂，大体可以分为两大部分：文件格式规范，信息交换与通讯规范。DICOM图像文件包含信息量大，主要包括医疗机构信息、设备厂商信息、患者信息、检查参数以及图像象素描述信息等。

因为DICOM标准的复杂性以及不断发展和完善的特点，造成了部分影像设备厂商或PACS系统的图像文件存在不同程度的不规范性。不规范的图像文件不仅会影响图像的显示质量，甚至有些PACS系统还无法显示这些图像，且可能导致图像文件无法与外界进行DICOM信息交换，更有甚者当这些图像文件再次被传送回影像设备处理或打印时，或若干年后医院更换PACS系统时，可能无法再利用。因此，医学成像设备图像文件的规范性直接影响到PACS系统的应用效果和质量。

1 DICOM标准的医学图像文件

一个标准的DICOM图像文件由五部分组成[3]：① 固定128个字节的开始部分，由各厂商填充，如果不使用，则所有数据置为00H。绝大部分厂家都没有使用，因此几乎所有的文件都为00H。 ② DICOM图像文件标志前缀，固定设置为“DICM” ③DICOM“元元素”（Meta Elements）。④ DICOM数据集（包括患者基本信息、检查相关信息和象素信息等）。

前三部分构成了DICOM文件“元信息”（File Meta Information）或者称之为头信息。 “元信息”编码比较简单，而DICOM数据集编码方式[3-6]极为复杂。由于DICOM图像文件格式已有很多文章介绍，这里不再赘述。

2 规范文件

作者多年研究发现：大部分影像设备和PACS厂商的图像文件都比较规范。一个标准的DICOM图像文件头实例见参考文献[7]。

3 不规范文件存在的问题

虽然大多数设备厂商的影像文件都比较规范，但由于DICOM标准的复杂性以及不断发展和完善的特点，致使部分影像设备厂商或PACS系统的图像文件存在不同程度的非规范性问题，现将这些问题归纳总结如下。

3.1 SOP Class UID值不规范

某影像设备厂商早期设备产生的MR图像文件，标签为(0008，0016)的数据元素SOP Class UID，其值为： 1.2.840.123619.4.2，不符合DICOM规范，MR图像文件此数据元素的正确值应该为：1.2.840.10008.5.1.4.1.1.4或1.2.840.10008.5.1.4.1.1.4.1。

不正确的SOP Class UID值可能导致在DICOM通讯中，接收图像方拒绝接收发送方的图像数据，因为图像接收方不知道发送方要请求存储什么类型的图像文件。这样的图像文件在有的PACS系统中无法显示。

3.2 图像文件的数据元素前后描述矛盾

有的影像设备厂商，图像文件的数据元素前后描述矛盾，把数据元素的VR值搞错，例如：

标签为（7FE0，0010）的数据元素类型表示有错，因为图像文件中描述的一个象素数据分配和存储的数据位数都为8位，即标签为（0028，0100）元素值和（0028，0101）元素值都为8，即占一个字节，因此，标签为（7FE0，0010）的数据元素（即象素数据）类型应该为OB，而不是OW，只有象素数据分配和存储的数据位数都大于8时，象素数据类型才能为OW。

3.3 汉字信息表示不规范

在图像文件中存储汉字信息，部分PACS厂商把患者的中文名字和性别等直接写入从影像设备获取到的图像文件相应数据元素中，没有严格遵从DICOM标准。例如：

上述表示有两点不规范：

(1)标签为（0008，0005）的数据元素值应该为：GB18030或ISO_IR 192，即表示汉字字符集或UNICODE字符集UTF-8，而ISO_IR 100表示拉丁文字符集。

(2)患者姓名和性别等汉字信息应该表示为三部分[3,7]：单字节字符、象形文字和发音字符。各部分之间由“=”分隔，这3部分中的任何一个部分都可以省略。三部分的顺序为单字节字符、象形文字和发音字符。即使用“单字节字符=象形文字=发音字符”格式表示。

规范表示如下：

上述不规范图像文件如果通过DICOM通讯被送回影像设备工作站显示，而设备工作站又是西文环境时，将可能导致图像文件无法送回影像设备工作站，因为影像设备工作站有可能把汉字认为是非法字符，从而中断DICOM通讯。即使成功送回设备工作站，显示的患者信息也会出现乱码，影响医生阅片。

3.4 医疗机构名称错误

标准DICOM文件头信息中存储有医疗机构的名称，标明执行影像检查的医院，这个信息对于其他医院的医生阅片很重要，关系到图像质量的可信度。下面是我院一台CR设备图像的实例：

标签为（0008，0080）的数据元素值存储有错，应该存储为医院或医疗机构的名称，对于我们医院通常存储为：“PLA 301 Hospital”或“PLA General Hospital”，当然也可以存储为汉字字符“解放军总医院”，但必须按照DICOM标准存储汉字信息的规范进行存储。这个错误本不应该出现，可能是由于影像设备安装或调试工程师失误所致。

3.5 图标图像标签错误

影像设备厂商把图标图像错误存放在私有元素组(0089，1010)中，其实DICOM标准有一个专用的数据元素组（0088,0200）Icon Image Sequence，用于存放图标图像数据序列。对于上述图像，PACS图像显示系统在调用检查图像的缩略图时读取不到数据。

3.6 非原始图像标识错误

非原始图像是指：通过视频输出采集到的图像并转化为DICOM标准的图像，或通过数字化胶片扫描仪把胶片图像转换为数字化DICOM标准的图像，或通过普通扫描仪把纸张资料转换为DICOM标准的图像，换句说，就是间接图像。例如某公司通过视频采集卡采集到的超声图像，转换为DICOM图像后其文件头部分内容如下：

上述图像文件存在两点不规范：

（1）标签为(0008,0008)元素组存储值错误

（0008,0008）元素组用以存储图像类型，说明图像的特征，为多值元素，最多可以存储4个值，多个值之间使用“”分隔，其中第一个值和第二个值为必需值，第三个和第四个值为可选值。下面说明这四个值的含义和取值范围：

第一个值：标识象素数据的特性，取下列值之一：

ORIGINAL 表示原始图像

DERIVED 表示衍生图像

第二个值：标识患者检查特性，取下列值之一：

PRIMARY 表示患者做检查直接产生的图像，即原始图像

SECONDARY 表示患者检查结束后建立的图像，即间接图像

第三个值：标识检查设备特有的特征，不同类型的检查设备，取值不同，取值范围DICOM也做了规定，不能随意取值，此值为可选值。

第四个值：实现者专有的标识特征，各厂商在其实现的DICOM准从性文档中加以说明。

由于图像为视频卡采集并转换成DICOM图像，厂商已经在（0008,0016）元素组中存储值为“1.2.840.10008.5.1.4.1.1.7”，即表示间接捕获图像存储（Secondary Capture Image Storage）,因此（0008,0008）元素组的第一个值和第二个值就不应该为“ORIGINALPRIMARY”，否则就自相矛盾。正确取值为：DERIVEDSECONDARY。

针对超声图像，按照DICOM标准，第三个值的正确取值应该为下列值之一：

第三个值不应该是LOCALIZER，因为LOCALIZER表示CT定位图像。

同样针对超声图像，DICOM规定：第四个值的取值范围如下：

(2)图像文件头中缺少(0008,0064)元素数据组

标签为(0008,0064)元素数据组用以描述图像是哪种方式转换而成图像，因为这个元素组为1型元素组，即这个元素组必须存在且不能为空值。此元素组的正确取值如下：

上述不规范存储图像，在有的PACS系统特别是规范性要求较高图像显示系统中将无法显示，尤其是在做图像后处理时造成处理错误。

4 讨论

医学成像设备图像文件的规范性直接影响到PACS系统的应用效果和质量。如何解决这些规范性问题，笔者提出如下建议：

(1)在建设PACS系统时，写好PACS需求方案RFP (Request For Proposal)，特别是其中的详细技术规范。RFP作为医院选择PACS厂商的依据， 可以说写好RFP是医院成功引进PACS的首要任务，也是关键任务。当然写好RFP并非一件容易工作，需要工程技术人员熟悉DICOM标准和PACS的相关知识，还要全面掌握医院的信息化建设情况。在选择产品时，医院工程技术人员要严格按照RFP要求测试PACS产品。严格按照院方RFP要求引进的产品，类似汉字信息表示不规范、非原始图像标识错误等问题完全可以避免。

(2)使用QC（Quality Control）系统用于纠正存入PACS系统中的不规范图像文件。影像设备图像在存入PACS系统之前，必须经过QC验证后方可存入系统中。例如汉字的不规范表示问题、SOP Class UID值不规范问题等通过QC可以得到较好解决。

(3)影像设备产生的不规范图像，我们可以要求厂商及时纠正。例如医疗机构名称错误、图标图像标签错误等，这类问题只能由厂家解决。

[1]邱明辉,邱本胜,刘海一.一种基于Windows NT平台的DICOM服务器[J].中国医学影像学杂志,1999(1): 44-46.

[2]Huang H K.PACS: basic principles and applications[M].USA:John Wiley & Sons,1999.

[3]National Electrical Manufacturers Association.Digital Imaging Communication in Medicine (DICOM)[S].NEMA Standards Publication PS 3,2007.

[4]邱明辉,张纪国.基于DICOM标准的医学图像显示与处理系统的研究与实现[J].医疗设备信息,2004,(11): 18-20,41.

[5]梁存升,冯骥.DICOM标准分析及其应用[J].中国医学装备,2006,(2): 21-23.

[6]徐潘辉,林峰.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): 2-6.

[7]邱明辉,刘海一.DICOM标准医学图像文件解析及工具软件的研制[J].中国医学影像学杂志,2009,17(5): 368-373.