Проверка соответствия результата медицинского исследования стандарту DICOM

Введение

В наше время информационные технологии все глубже проникают в медицину, поэтому существует потребность в создании единой компьютерной сети для медицинского оборудования, которая могла бы без труда расширяться подключением нового оборудования, организовывала бы доступ ко всем аппаратам внутри сети. Но универсальные компьютерные технологии не обладают возможностями подключения различного рода медицинских аппаратов. Данную проблему решают медицинские коммуникационные стандарты. Самым распространенным считается стандарт DICOM.

Стандарт DICOM

DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine, цифровые изображения и обмен ими в медицине) – это коммуникационный стандарт для передачи медицинских изображений и другой медицинской информации между компьютерами, опирающийся на стандарт Open System Interconnection (OSI), разработанный Международной организацией по стандартам (International Standards Organization, ISO). Медицинские изображения создаются с помощью различных методов лучевой диагностики: ультразвуковая диагностика, эндоскопия, рентгенография, компьютерная и магнитно-резонансная томография и др.

Стандартом DICOM определено два информационных уровня [1]:

·файловый уровень – DICOM File Format (DICOM-файл) – объектный файл с теговой организацией для представления кадра изображения (или серии кадров) и сопровождающей или управляющей информации;

·сетевой уровень – DICOM Network Protocols (сетевой DICOM-протокол) – для передачи DICOM-файлов и управляющих DICOM-команд по сетям с поддержкой TCP/IP.

Проверка соответствия результата медицинского исследования стандарту DICOM

DICOM-файл является результатом одного из методов лучевой диагностики (медицинского исследования) и представляет собой сложную структуру данных, включающую в себя данные о пациенте, данные об оборудовании, полученные во время исследования изображения, и другую сопровождающую информацию. Для корректного использования DICOM-файла требуется проверять соответствие полученного результата медицинского исследования со стандартом. В данной работе рассмотрен принцип действия программы, решающей поставленную задачу.

Разработанная программа написана на языке C++ с помощью среды разработки Qt Creator. Наша программа поэтапно проверяет соответствие DICOM-файла относительно стандарта DICOM.  Она принимает на вход DICOM-файл, а затем по результатам проверки формирует отчет, в котором подробно описываются все обнаруженные нарушения стандарта. Формат DICOM-файла описан в международном стандарте DICOM [2]. Далее рассмотрим каждый этап проверки.

Этап 1. Проверка расширения файла.

На первом этапе проверяется расширение файла, которое должно быть “.dcm”. А также проверяются первые 128 байт, которые в DICOM-файле не используются и должны быть заполнены нулями. За ними должны следовать символы “D”, “I”, “C”, “M”.

Этап 2. Проверка заголовка.

Далее проверяется структура заголовка, который следует после символов “D”, “I”, “C”, “M” и занимает 794 байта. В заголовке содержатся данные, разделенные на классы информационных объектов [2, PS3.3], в которых хранится информация о модальности устройства, версии программного обеспечения, фотометрических данных, количестве изображений, условиях исследования, синтаксисе передачи данных и др.

Этап 3. Проверка структуры данных

Вся подробная информация о пациенте, исследовании, производителе медицинского оборудования представляет собой последовательность данных, состоящую из отдельных элементов. Элемент данных является минимальной единицей информации в DICOM-файле.

Элемент данных состоит из 4-х компонентов [2, PS3.5]:

·тег – уникальный идентификатор элемента, состоящий из пары 16-битных слов, определяющих номер группы и номер элемента;

·тип данных – строка из двух символов, содержащая аббревиатуру типа данных;

·длина поля данных – число, равное количеству байт в поле данных;

·поле данных – значение информационного объекта.

Порядок следования байт в двоичных словах зависит от наличия поля типа данных, а также от типа установленного синтаксиса передачи (обусловленного типом процессора):

·если элементы передаются без поля типа данных (тип данных определяется по тегу), то в словах (тег, длина, данные двоичного типа) сначала передаются младшие байты;

·если присутствует поле типа данных, то в зависимости от типа процессора сначала передаются младшие, либо старшие байты.

На этом этапе проверяется, что последовательность данных состоит только из элементов с описанной выше структурой, а также с указанным в DICOM-файле типе синтаксиса передачи.

Этап 4. Проверка существования тега в словаре данных

В стандарте DICOM приводится словарь данных [2, PS3.6], который содержит полный список элементов данных. Фактически, словарь данных является централизованным реестром, который определяет коллекцию всех элементов данных DICOM, доступных для представления информации, элементы, используемые для взаимозаменяемого кодирования мультимедиа, а также список уникально идентифицированных элементов, описанных в стандарте. На данном этапе проверяется существование тега элемента данных в словаре.

Этап 5. Проверка типа данных

Стандарт DICOM определяет типы данных [2, PS3.5], которые можно использовать при описании элемента данных (например, число, дата, текст, имя и др.). Здесь проверяется соответствие значения типа данных и типа поля данных.

Этап 6. Проверка мультимедиа

Синтаксис передачи информации в DICOM-файле несет сведения о структуре данных мультимедиа, показывая были ли они предварительно сжаты и их формат. Непосредственно данные мультимедиа хранятся в значении тега Pixel Data и могут быть либо в несжатом формате, либо в инкапсулированном (сжатом) формате. Поддерживаемые форматы изображений и видео приведены в стандарте DICOM [2, PS3.5] (например, форматы изображений: JPEG, RLE, JPEG-LS, JPEG 2000; форматы видео: MPEG2, MPEG-4, HEVC). На данном этапе происходит проверка заявленного значения синтаксиса передачи информации и фактического значения мультимедиа (Pixel Data).

Пример работы программы

Рассмотрим пример работы программы на двух файлах, один из которых соответствует стандарту DICOM, а другой нет. Результаты проверки приведены на рисунках 1 и 2. При нахождении несоответствия стандарту программа сообщает пользователю об ошибке и обозначает место, где ошибка была найдена.

Рисунок 1. Вывод результатов успешной проверки

Рисунок 2. Вывод результатов неудачной проверки

Вывод

Разработанная нами программа позволяет проверить DICOM-файл с результатами медицинского исследования на соответствие стандарту DICOM. Данная программа может быть полезна для оценки правильности работы при создании DICOM-файлов. Также программа может использоваться для обнаружения файлов с ошибочной структурой, несоответствующей стандарту, так как такие файлы не всегда смогут отображаться и считываться корректно. Поэтому для корректного отображения данных важно, чтобы DICOM-файл  с результатами медицинского исследования полностью удовлетворял требованиям стандарта DICOM.