07051 Suchen und Übertragen von Bildern mit DICOM: Dienste für die Bildkommunikation
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Die Übertragung von Bildern und anderen medizinischen Dokumenten über Netzwerkverbindungen sowie der Zugriff auf Bildarchive sind die wichtigsten Dienste des DICOM-Standards. Dieser Beitrag beschreibt die Dienste im Detail, nennt Optionen, Fehlerquellen und Optimierungsmöglichkeiten und beschreibt frei verfügbare Werkzeuge, die es dem Leser ermöglichen, diese DICOM-Dienste selbst auszuprobieren. von: |
1 Einleitung
Dienste für die Bildkommunikation
Für die Übertragung, Archivierung und den Zugriff auf medizinische Bilder in digitaler Form hat sich weltweit der DICOM-Standard (Digital Imaging and Communications in Medicine) als Datenformat und Übertragungsprotokoll durchgesetzt. In „Grundlagen des DICOM-Standards” (s. Kap. 07050) haben wir überblicksartig die Konzepte und Funktionsweise des DICOM-Standards vorgestellt. Aufbauend darauf sollen in diesem Beitrag die wichtigsten DICOM-Netzwerkdienste im Detail vorgestellt werden, nämlich die Dienste für die Bildkommunikation und den Zugriff auf Bildarchive. Konkret definiert der DICOM-Standard drei Dienste, die im Zusammenspiel miteinander diese Funktionen ermöglichen:
Für die Übertragung, Archivierung und den Zugriff auf medizinische Bilder in digitaler Form hat sich weltweit der DICOM-Standard (Digital Imaging and Communications in Medicine) als Datenformat und Übertragungsprotokoll durchgesetzt. In „Grundlagen des DICOM-Standards” (s. Kap. 07050) haben wir überblicksartig die Konzepte und Funktionsweise des DICOM-Standards vorgestellt. Aufbauend darauf sollen in diesem Beitrag die wichtigsten DICOM-Netzwerkdienste im Detail vorgestellt werden, nämlich die Dienste für die Bildkommunikation und den Zugriff auf Bildarchive. Konkret definiert der DICOM-Standard drei Dienste, die im Zusammenspiel miteinander diese Funktionen ermöglichen:
| • | Storage ist der DICOM-Dienst für den Versand von Bildern über eine Netzwerkverbindung, sei es innerhalb eines Hauses, etwa vom bildgebenden System zum Archiv oder zum Befundungsarbeitsplatz, oder über Weitverkehrsstrecken für telemedizinische Anwendungen. |
| • | Query ist der DICOM-Dienst, der eine Suche in einem Bildarchiv nach einzelnen Bildern, Serien, kompletten Studien nach bestimmten Suchparametern wie Patientenname, Datum der Studie oder Art der bildgebenden Verfahren ermöglicht. Das Ergebnis einer Suchanfrage ist – im Erfolgsfall – eine Liste von „Treffern” im Bildarchiv, von denen jeder über einen eindeutigen Schlüssel zum „Download” angefordert werden kann. |
| • | Retrieve ist schließlich der DICOM-Dienst, über den ein „Download” von Bildern aus einem Bildarchiv gestartet werden kann. Dabei können einzelne Bilder, Serien oder auch komplette Studien sowie alle zu einem Patienten vorliegenden Daten angefordert werden. Die eigentliche Übertragung der Bilder vom Archiv zum Empfänger wird allerdings nicht über den Retrieve-Dienst realisiert, sondern über den oben genannten Storage-Dienst, über den die Bilder zuvor bereits ins Archiv eingestellt wurden. |
Verschiedene Optionen (Suchschlüssel, Informationsmodelle, Komprimierungsverfahren) bieten dabei die für eine Praxistauglichkeit erforderliche Flexibilität und stellen gleichzeitig sicher, dass Sender und Empfänger jederzeit wissen, welche Art von Daten ausgetauscht werden soll. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Aushandlung der Netzwerkverbindung beim Verbindungsaufbau, die im folgenden Abschnitt dargestellt wird.
2 Verbindungsaufbau
Da der Netzwerkverbindungsaufbau samt Aushandlung der Dienste zwischen Client und Server in dem erwähnten Kapitel 05050 ausführlich dargestellt wurde, sollen an dieser Stelle nur die Aspekte kurz wiederholt werden, die für diesen Beitrag relevant sind.
Dynamisches Aushandeln der Verbindung
Sobald zwischen zwei DICOM-Systemen eine Netzwerkverbindung geöffnet wird (im Normalfall als Anfrage vom Client an den Server), beginnt eine dynamische Aushandlung der DICOM-Dienste, die über diese Verbindung genutzt werden können. Zu diesem Zweck überträgt der Client eine Liste aller gewünschten DICOM-Dienste und Optionen an den Server und dieser antwortet mit einer Liste der akzeptierten DICOM-Dienste und Optionen. Der Server kann dabei nur die Vorschläge des Clients akzeptieren oder ablehnen, nicht aber neue Dienste vorschlagen. Nun kann die Netzwerkverbindung für die Übertragung von Nachrichten im Rahmen der vereinbarten (d. h. vom Client vorgeschlagenen und vom Server akzeptierten) Dienste genutzt werden, bis einer der beiden Kommunikationspartner die Verbindung mit einer entsprechenden Nachricht beendet. Für jeden DICOM-Dienst ist dabei genau definiert, welche Nachrichten mit welchen Daten zwischen Client und Server ausgetauscht werden können.
Sobald zwischen zwei DICOM-Systemen eine Netzwerkverbindung geöffnet wird (im Normalfall als Anfrage vom Client an den Server), beginnt eine dynamische Aushandlung der DICOM-Dienste, die über diese Verbindung genutzt werden können. Zu diesem Zweck überträgt der Client eine Liste aller gewünschten DICOM-Dienste und Optionen an den Server und dieser antwortet mit einer Liste der akzeptierten DICOM-Dienste und Optionen. Der Server kann dabei nur die Vorschläge des Clients akzeptieren oder ablehnen, nicht aber neue Dienste vorschlagen. Nun kann die Netzwerkverbindung für die Übertragung von Nachrichten im Rahmen der vereinbarten (d. h. vom Client vorgeschlagenen und vom Server akzeptierten) Dienste genutzt werden, bis einer der beiden Kommunikationspartner die Verbindung mit einer entsprechenden Nachricht beendet. Für jeden DICOM-Dienst ist dabei genau definiert, welche Nachrichten mit welchen Daten zwischen Client und Server ausgetauscht werden können.
AE Title und Transfersyntax
Wesentliche Informationen, die bei dieser Aushandlung ausgetauscht werden, sind neben einigen technischen Parametern wie der maximalen Paketgröße für die Netzwerkübertragung zum einen die symbolischen Namen („Application Entity Titles”, kurz „AE Titles”) von Client und Server, zum anderen die Zuordnung von Codierungen („Transfersyntaxen”) zu jedem Dienst. Die Transfersyntax legt insbesondere fest, ob und in welcher Art eine Datenkompression bei der Übertragung zum Einsatz kommt.
Wesentliche Informationen, die bei dieser Aushandlung ausgetauscht werden, sind neben einigen technischen Parametern wie der maximalen Paketgröße für die Netzwerkübertragung zum einen die symbolischen Namen („Application Entity Titles”, kurz „AE Titles”) von Client und Server, zum anderen die Zuordnung von Codierungen („Transfersyntaxen”) zu jedem Dienst. Die Transfersyntax legt insbesondere fest, ob und in welcher Art eine Datenkompression bei der Übertragung zum Einsatz kommt.
3 DICOM Storage: Übertragung von Bild-, Befund- und Messdaten
Eine SOP Class je Datenstruktur (IOD)
Mit dem DICOM-Storage-Dienst können Bilder, Befunde, Messdaten usw. – kurz: alle Arten von digitalen Dokumenten, für die der DICOM-Standard eine Datenstruktur (Informationsobjekt, „Information Object Definition”, IOD) definiert, zwischen DICOM-fähigen Systemen übertragen werden. Für jede Datenstruktur definiert DICOM dabei eine eigene SOP Class, d. h. einen separaten Netzwerkdienst samt „Unique Identifier” (UID), über welche die Nutzung dieses Dienstes bei der Verbindungsaushandlung zwischen Client und Server ausgehandelt werden kann. Ausgehandelt wird also nicht der Dienst „Übertragung von DICOM-Bildern”, sondern: „Übertragung von CT-Bildern”, „Übertragung von Ultraschallbildern”, „Übertragung von Angiografien” usw. Dadurch kann recht feingranular ausgehandelt werden, welche Bildtypen ein System empfangen und verarbeiten kann und welche nicht.
Mit dem DICOM-Storage-Dienst können Bilder, Befunde, Messdaten usw. – kurz: alle Arten von digitalen Dokumenten, für die der DICOM-Standard eine Datenstruktur (Informationsobjekt, „Information Object Definition”, IOD) definiert, zwischen DICOM-fähigen Systemen übertragen werden. Für jede Datenstruktur definiert DICOM dabei eine eigene SOP Class, d. h. einen separaten Netzwerkdienst samt „Unique Identifier” (UID), über welche die Nutzung dieses Dienstes bei der Verbindungsaushandlung zwischen Client und Server ausgehandelt werden kann. Ausgehandelt wird also nicht der Dienst „Übertragung von DICOM-Bildern”, sondern: „Übertragung von CT-Bildern”, „Übertragung von Ultraschallbildern”, „Übertragung von Angiografien” usw. Dadurch kann recht feingranular ausgehandelt werden, welche Bildtypen ein System empfangen und verarbeiten kann und welche nicht.
Tabelle 1 stellt die Liste aller 103 in der aktuellen Ausgabe von 2011 definierten Storage SOP Classes vor. Die zugehörigen UIDs wurden hier aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen, können aber im DICOM-Standard, welcher im Internet [1] kostenlos zum Download zur Verfügung steht, in Teil 4, Tabelle B.5-1 eingesehen werden. Neben einer Vielzahl von Bildformaten für die verschiedenen bildgebenden Verfahren finden sich auch Signaldaten (EKGs, Hämodynamik, Elektrophysiologie), strukturierte Befund- und Messdaten für verschiedene Anwendungsfälle („Structured Reporting”, SR), beschreibende Daten für die konsistente Bilddarstellung („Presentation States”), Bestrahlungspläne und Dosimetriedaten aus der Strahlentherapie („Radiotherapy”, RT), Beschreibungsdaten für Implantate, in DICOM „gekapselte” Befunddokumente im PDF- und CDA-Format und vieles mehr. Vereinfacht lässt sich sagen, dass der DICOM-Standard neben den eigentlichen Bildformaten versucht, auch Datenformate für alle digitalen Objekte zu definieren, die im Zusammenhang mit der medizinischen Bildgebung entstehen oder für die Auswertung von Bildern benötigt werden.
