Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lữu trữ, in ấn và truyền tải thông tin trong hình ảnh y tế

Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Nguyễn Ngọc Sơn, học viên lớp cao học Mạng máy tính và
truyền thông 11BMTTT-2011B, Viện Công nghệ thông tin - Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội, xin cam đoan:
Bản luận văn "Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và
truyền tải thông tin trong hình ảnh Y tế" là do chính tôi viết với sự hướng dẫn
khoa học của PGS.TS. Đặng Văn Chuyết. Nội dung của luận văn có tham khảo
nhưng không sao chép toàn bộ từ các tài liệu đã được công bố. Các chương
trình và kết quả trong bản luận văn là kết quả của quá trình chạy chương trình do
bản thân tôi tìm hiểu và xây dựng.

Hà Nội, ngày

tháng 10 năm 2013
Học viên

Nguyễn Ngọc Sơn

Nguyễn Ngọc Sơn

1

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DICOM

Digital Image and Communication in Medicine

IOD

Information Object Definition

AE

Application Entity

PACS

Picture Archive and Communication System

ACR

American College of Radiology

NEMA

National Electric Manufacturer’s Association

SCU

Service Class User

SCP

Service Class Provider

SOP

Service-Object Pair

UID

Unique IDentification

DIMSE

DICOM Message Service Element

TCP/IP

Transmission Control Procotol/Internet Protocol

OSI

Open System Interconnection

HIS

Hospital Information System

RIS

Radiology Information System

RAID

Redundant Array of Inexpensive Disks

WAN

Wide Area Network

LAN

Local Area Network

ATM

Asynchoronous Transfer Mode

CT

Computed Tomography

MRI

Magnetic Resonance Imaging

HL7

Health Level 7

Nguyễn Ngọc Sơn

2

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. Minh họa đối tượng thông tin hình ảnh
Bảng 2: Các lớp đối tượng của DICOM
Bảng 3: Các dịch vụ của DICOM
Bảng 4: Các dịch vụ DIMSEs tổ hợp
Bảng 5: Các dich vụ DIMSEs tiêu chuẩn
Bảng 6 : Mã hóa bộ kí tự đặc biệt của DICOM
Bảng 7: Một số giá trị tiêu biểu của VR
Bảng 8:Khuôn dạng thành phần dữ liệu với VR là OB, SQ, UN.
Bảng 9: Thành phần dữ liệu với VR ẩn
Bảng 10: Thành phần dữ liệu với VR ẩn
Bảng 11: Minh họa khái niệm thứ tự byte theo Little và Big Endian
Bảng 12: Khuôn dạng của một Thành phần Dữ liệu với VR ẩn được định nghĩa là
một Chuỗi các Mục (VR=SQ) với ba Mục có chiều dài hiện.
Bảng 13: Khuôn dạng của một Thành phần Dữ liệu với VR hiện được định nghĩa là
một Chuỗi các Mục (VR=SQ) có chiều dài không xác định, có chứa hai Mục có
chiều dài hiện
Bảng 14: Khuôn dạng của một Thành phần Dữ liệu với VR ẩn được định nghĩa là
một Chuỗi các Mục (VR=SQ) có chiều dài không xác định, chứa hai Mục: một Mục
có chiều dài hiện và một Mục có chiều dài không xác định.
Bảng 15: Các Cú pháp Chuyển đổi DICOM

Bảng 16: Các dịch vụ DIMSE
Bảng 17: Các thao tác trung gian dịch vụ file dicom hỗ trợ

Nguyễn Ngọc Sơn

3

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1. Mô hình thiết bị tạo và lưu trữ DICOM
Hình 2: Phạm vi ứng dụng của DICOM
Hình 3: Minh họa khái niệm IOD và mô đun
Hình 4: Minh hoạ khái niệm Lớp SOP
Hình 5: Cấu trúc của bộ dữ liệu và thành phần dữ liệu
Hình 6: Một Dữ liệu Điểm ảnh 16 bit
Hình 7: Một Lớp hình ảnh
Hình 8: Mã hoá dữ liệu điểm ảnh với VR= OW
Hình 9: Một Dữ liệu Điểm ảnh (pixel data) có 16 Bit (2 Byte) với một Overlay
Hình 10: DICOM và mô hình OSI
Hình 11: Cấu trúc tầng ứng dụng DICOM
Hình 12 : Cấu trúc Bản tin DICOM
Hình 13: Dịch vụ nguyên thuỷ của DIMSE
Hình 14: Dòng thông báo và thao tác
Hình 15: Mô hình lưu trữ trung gian DICOM
Hình 16: Khuôn dạng file DICOM

Hình 17: Bộ File
Hình 18: Thành phần của hệ thống PACS
Hình 19: Các thành phần trong hệ thống nhận ảnh
Hình 20: Sơ đồ khối quá trình thực hiện trong máy tính cổng nhận ảnh
Hình 21: Sơ đồ giao diện cho thiết bị tạo ảnh sử dụng chuẩn DICOM bằng mô hình
cặp SCU và SCP của dịch vụ DICOM C-STORE
Hình 22: Cấu trúc mô hình tuần tự IDNET-1
Hình 23: Sơ đồ mô hình giao diện trực tiếp
Hình 24: Sơ đồ mô hình truy cập bộ nhớ
Hình 25: Sơ đồ mô hình dùng chung ổ đĩa
Hình 26: Sơ đồ mô hình mạng kết nối của GE

Nguyễn Ngọc Sơn

4

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

Hình 27: Giao diện của mô đun US (Ultra Sound) trong PACS với máy tính cổng
nhận ảnh
Hình 29: Kiểm tra kết nối giữa client và server image
Hình 30: Ảnh chụp từ kính hiển vi được import vào phần mềm SanteDICOM
Hình 31: Chỉnh sửa các thông tin file DICOM bằng phần mềm SanteDICOM
Hình 32: Truy cập vào Image Server để lấy ảnh DICOM
Hình 33: Phần mềm ClearCanvas hỗ trợ xem ảnh DICOM với nhiều chức năng

Nguyễn Ngọc Sơn

5

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..........................................................................................................1
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..............................................................................2
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...........................................................................................3
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...............................................................................4
Mục lục ...........................................................................................................................6
LỜI CẢM ƠN..............................................................................................................10
TỔNG QUAN VỀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN .................................................11
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHUẨN DICOM .................................................12
1. Giới thiệu chuẩn DICOM: ...................................................................................12
2. Mục tiêu của chuẩn ............................................................................................15
3. Phạm vi và trường ứng dụng của DICOM ........................................................15
3.1. Thích nghi DICOM: ......................................................................................16
3.2. Cấu trúc của chuẩn DICOM ...........................................................................17
CHƢƠNG 2: ĐỊNH NGHĨA THÔNG TIN VÀ CÁC DỊCH VỤ TRONG
DICOM ........................................................................................................................21
1. Định nghĩa thông tin ............................................................................................21
2. Lớp đối tượng của DICOM .................................................................................22
3. Lớp dịch vụ của DICOM .....................................................................................23
4. Mã hóa và cấu trúc dữ liệu dùng trong DICOM .................................................25

4.1 Mã hóa giá trị: .................................................................................................25
4.1.1. Bộ ký tự ....................................................................................................25
4.1.2 Giá trị thể hiện VR ....................................................................................26
4.1.3. Giá trị quy định và thuật ngữ tự quy định ................................................30
4.1.4. Số giá trị VM và phân giới .......................................................................31
5. Bộ dữ liệu...............................................................................................................31
5.1. Khái niệm ........................................................................................................31
5.2. Thứ tự Byte kiểu Little Endian và Big Endian ................................................35
5.3. Các loại thành phần dữ liệu .............................................................................36

Nguyễn Ngọc Sơn

6

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

5.4. Cách sắp xếp các Bộ Dữ liệu...........................................................................37
6. Thành phần Dữ liệu Riêng .....................................................................................40
7. Mã hoá dữ liệu Điểm ảnh, Overlay, và Dạng sóng ..............................................40
7.1. Dữ liệu Điểm ảnh, Overlay, và các Thành phần dữ liệu liên quan .................40
7.1.1. Mã hoá dữ liệu Điểm ảnh ..................................................................................... 40
7.1.2. Mã hoá Dữ liệu Overlay ........................................................................................ 42
7.2. Mã hoá dạng nguyên gốc và nén ................................................................................. 43
7.3. Dữ liệu Dạng sóng ........................................................................................................... 44
8. Định danh Duy nhất (UID) ................................................................................................... 44
8.1. Khái niệm UID ................................................................................................................. 44

8.2. UID do DICOM định nghĩa .......................................................................................... 45
8.3. UID định nghĩa riêng .......................................................................................45
8.4. Cú pháp Chuyển đổi ........................................................................................45
9. Mô hình tổng quát truyền tin DICOM ............................................................................... 46
10. Trao đổi thông tin thông qua mạng vật lý ...................................................................... 46
10.1. DICOM và Mô hình tham chiếu cơ bản OSI ......................................................... 46
10.2 Cấu trúc Tầng ứng dụng DICOM .............................................................................. 47
10.3. Cấu trúc bản tin DICOM ............................................................................................. 49
10.3.1. Bộ Lệnh ......................................................................................................... 49
10.3.2. Thành phần Lệnh .......................................................................................... 49
11. Dịch vụ DICOM.................................................................................................................... 50
11.1. Các loại dịch vụ .............................................................................................51
11.2. Tương tác DIMSE-service-user ....................................................................52
11.3. Chế độ dịch vụ ...............................................................................................52
11.4. Các dịch vụ Liên kết ......................................................................................53
11.5. Các dịch vụ DIMSE ......................................................................................53
11.5.1. Dịch vụ DIMSE-C .................................................................................54
11.5.2. Các dịch vụ DIMSE-N ...........................................................................54
12. Trao đổi thông tin thông qua phương tiện trung gian ................................................. 55

Nguyễn Ngọc Sơn

7

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

12.1. Mô hình Lưu trữ Trung gian DICOM ..................................................................... 55
12.1.1. Lớp Trung gian Vật Lí ................................................................................. 56
12.1.2. Lớp Khuôn dạng Trung gian ....................................................................... 56
12.1.3. Lớp Khuôn dạng Dữ liệu DICOM ............................................................. 57
12.2. Khuôn dạng file DICOM............................................................................................. 58
13.3. Các Dịch vụ File DICOM ........................................................................................... 60
13.3.1. Bộ File............................................................................................................ 60
13.3.2. Các Chỉ số File .............................................................................................. 60
13.3.3. Các Dịch vụ và Chức năng Quản lí File .................................................... 61
13.3.4. Truy nhập Nội dung File ............................................................................. 62
13.3.5. Bộ Kí tự ......................................................................................................... 62
13.3.6. Chỉ số File DICOMDIR .............................................................................. 63
CHƢƠNG 3: HỆ THỐNG LƢU TRỮ VÀ TRUYỀN ẢNH PACS ........................64
1. Khái niệm ...............................................................................................................64
2. Máy tính cổng nhận ảnh ........................................................................................65
3. Giao diện cho các thiết bị tạo ảnh tuân theo chuẩn DICOM .................................67
3.1 Mô hình giao diện tuần tự ................................................................................67
3.2 Mô hình giao diện trực tiếp ..............................................................................68
3.3 Mô hình truy cập bộ nhớ ..................................................................................69
3.4. Mô hình ổ đĩa dùng chung ...............................................................................69
3.5 Mô hình mạng kết nối .....................................................................................70
4. Giao diện với các mô đun khác của PACS ............................................................70
5. Phương pháp chống lỗi cho quá trình nhận ảnh ....................................................71
6. PACS Controller và hệ thống cơ sở dữ liệu ..........................................................72
6.1 Cấu trúc của PACS Controller và hệ thống lưu trữ ảnh ...................................72
6.1.1 Máy chủ lưu trữ......................................................................................................... 72
6.1.2 Hệ thống cơ sở dữ liệu ............................................................................................ 73
6.2 Nhiệm vụ của PACS Controller .......................................................................73
6.2.1Nhận ảnh ....................................................................................................73

Nguyễn Ngọc Sơn

8

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

6.2.2 Sắp xếp ảnh ................................................................................................................ 73
6.2.3 Định tuyến ảnh .......................................................................................................... 73
6.2.4 Lưu trữ ảnh ................................................................................................................. 73
6.2.5 Giao diện với HIS và RIS ...................................................................................... 74
6.2.6 Cập nhật cơ sở dữ liệu ............................................................................................. 74
6.2.7 Truy xuất ảnh ............................................................................................................. 74
6.3 Thiết bị lưu trữ..................................................................................................75
6.3.1 Các yêu cầu đối với thiết bị lưu trữ: .................................................................... 75
6.3.2. Các phương tiện lưu trữ ......................................................................................... 75
CHƢƠNG 4: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG HỖ TRỢ CHẨN ĐOÁN
ẢNH Y KHOA DỰA TRÊN CHUẨN DICOM ........................................................77
1. Mục tiêu của hệ thống............................................................................................77
2. Yêu cầu về hệ thống ..............................................................................................77
2.1 Phần mềm .......................................................................................................77
2.2 Máy chủ lưu trữ (ImageServer) . ......................................................................77
2.3 Máy trạm (Workstation) ...................................................................................78
KẾT LUẬN ..................................................................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..........................................................................................83

Nguyễn Ngọc Sơn

9

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, tôi xin tỏ lòng kính trọng, sự biết ơn sâu sắc
đến PGS.TS. Đặng Văn Chuyết đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình viết
luận văn tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn và kính trọng tới Quý thầy, cô Viện Công nghệ
thông tin & Truyền thông - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đặc biệt là các
Thầy (Cô) trong bộ môn Truyền thông & Mạng máy tính đã tận tình hướng
dẫn, truyền đạt kiến thức cho Tôi trong thời gian Tôi học tập và nghiên cứu tại
đây.
Kiến thức và sự hiểu biết chung của con người là vô hạn, nhận thức của
Tôi là hữu hạn, tuy nhiên những gì Tôi tiếp thu được trong quá trình học tập tại
Viện Công nghệ thông tin và truyền thông vô cùng bổ ích, nó không chỉ làm nền
tảng cho quá trình nghiên cứu khóa luận mà còn là hành trang quí báu để tôi
tự tin, vững bước trong cuộc sống và công tác.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sự ủng hộ của của gia đình, đồng nghiệp và bạn bè
những người thân yêu đã luôn động viên, giúp đỡ và cũng là là chỗ dựa vững
chắc cho tôi trong suốt khoá học..
Cuối cùng, tôi xin kính chúc Quý thầy cô, đồng nghiệp, gia đình dồi dào
sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý.
Xin trân trọng cảm ơn!
Học viên

Nguyễn Ngọc Sơn

Nguyễn Ngọc Sơn

10

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

TỔNG QUAN VỀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN
Công nghệ thông tin ngày càng phát triển mạnh mẽ và đạt được nhiều
thành tựu to lớn phục vụ mọi mặt trong cuộc sống cho con người. Trong đó lĩnh
vực y tế ngày càng được quan tâm. Việc lưu trữ và trao đổi lượng thông tin
trong và giữa các bệnh viện là rất lớn; vì vậy yêu cầu về chuẩn hóa các giao tiếp
(các dữ liệu trao đổi) đã được đề xuất và bước đầu triển khai, đây là cuộc cách
mạng trong Y tế giúp rút ngắn thời gian khám chữa bệnh cho bệnh nhân và chẩn
đoán nhanh, chính xác, hiệu quả cho các chuyên gia. DICOM là một trong
những chuẩn đó, nó tạo nên một “ngôn ngữ” chung cho phép “giao tiếp” hình ảnh
và các thông tin y tế liên quan giữa các thiết bị và hệ thống trong mạng thông tin y
tế. Việc phát triển chuẩn này đang là vấn đề được quan tâm của nhiều nước trên
thế giới. Việt Nam cũng theo đà phát triển đó, hiểu và nắm bắt chuẩn DICOM là
vấn đề không thể thiếu để hòa mình vào thế giới công nghệ trong lĩnh vực y tế.
Dựa trên cơ sở đó luận văn tập trung vào ba vấn đề chính:
1. Nghiên cứu chuẩn DICOM.
2. Nghiên cứu các hệ thống PACS để xử lý, lưu trữ, và trao đổi thông tin
DICOM.

3. Cài đặt thử nghiệm hệ thống PACS bằng phần mềm mã nguồn mở Clear
Canvas.
Bố cục của luận văn
Luận văn được chia làm 4 chương:
+ Chương 1. Tổng quan về chuẩn DICOM
+ Chương 2. Định nghĩa thông tin và các dịch vụ trong DICOM
+ Chương 3. Hệ thống lưu trữ và truyền ảnh PACS
+ Chương 4. Thực hành
+ Kết luận

Nguyễn Ngọc Sơn

11

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHUẨN DICOM
1. Giới thiệu chuẩn DICOM:
Lượng bệnh nhân tới các cơ sở Y tế ở Hoa Kỳ hàng năm ngày một tăng. Theo
Trung tâm thống kê Y tế quốc gia thuộc CDC – Hoa Kỳ, năm 1980 có 68.556.000
lượt khám chữa bệnh trong đó có 23.000 ca chụp X-quang. Việc lưu trữ hồ sơ bệnh
án là một khối lượng công việc khổng lồ. Công nghệ thông tin đã giúp được phần
nào bằng cách số hóa lượng hồ sơ trên. Tuy nhiên có rất nhiều hãng sản xuất cũng
như chủng loại máy móc chẩn đoán hình ảnh nên việc trao đổi thông tin giữa các hệ
thống gặp nhiều khó khăn.
Trước nhu cầu đó, trường Đại học Chẩn đoán hình ảnh của Hoa Kỳ (ACR)

và Hiệp hội các nhà sản xuất thiết bị điện tử Quốc gia (NEMA) đã thiết lập thành
một uỷ ban chung vào năm 1983, để phát triển một Chuẩn gọi là chuẩn ARCNEMA nhằm mục đích :
- Phát triển trao đổi thông tin hình ảnh số mà không phải quan tâm đến nhà
sản xuất thiết bị.
- Làm thuận tiện hoá sự phát triển và mở rộng của của hệ thống thu nhận và
truyền ảnh (PACS), có thể giao tiếp với các thành phần khác trong hệ thống thông
tin bệnh viện (RIS).
- Cho phép tạo ra các cơ sở dữ liệu chẩn đoán mà có thể được truy cập bởi
một phạm vi lớn các thiết bị phân tán về mặt địa lí.
Phiên bản DICOM đầu tiên (Version 1.0) công bố năm 1985 xác định việc
truyền bản tin khuôn dạng dữ liệu và các lệnh ứng dụng. Phiên bản thứ hai
(Version 2.0) công bố năm 1988 định nghĩa thêm về phần cứng giao thức phần
mềm và từ điển dữ liệu chuẩn. Tuy nhiên, vấn đề kết nối mạng chưa rõ ràng qua
hai phiên bản này.
- DICOM (Version 3.0) ra đời có những ưu điểm hơn hẳn các phiên bản
trước. Thể hiện ở chỗ:
a. Khả dụng với môi trường mạng. Các phiên bản trước chỉ thích nghi với
môi trường truyền điểm-tới-điểm (point-to-point). Để có thể hoạt động trong môi

Nguyễn Ngọc Sơn

12

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

trường mạng cần có Khối Giao diện Mạng NIU (Network Interface Unit). DICOM

3.0 hỗ trợ hoạt động trong môi trường mạng sử dụng giao thức mạng chuẩn công
nghiệp như OSI và TCP/IP.
b. Khả dụng với môi trường trung gian ngoại tuyến (off-line). Các phiên bản
trước không định ra khuôn dạng file DICOM. DICOM hỗ trợ hoạt động trong môi
trường ngoại tuyến sử dụng các trung gian theo chuẩn công nghiệp như CD-R và
MOD, hệ thống file logic như ISO 9660 và Hệ thống File PC (FAT 16).
c. Định rõ sự tác động của việc thiết bị tuân theo chuẩn đối với việc trao đổi
các Lệnh (command) và Dữ liệu (data). Các phiên bản trước bị hạn chế trong truyền
dữ liệu, nhưng DICOM 3.0, thông qua khái niệm Lớp dịch vụ (Service Class), đã
định ra ngữ nghĩa (sematic) của các Lệnh và các Dữ liệu liên quan.
d. Định rõ mức thích nghi. Các phiên bản trước chỉ định rõ mức tuân thủ thấp
nhất. Phiên bản DICOM 3.0 qui định rõ ràng đối tượng thực hiện (implementor)
phải cấu trúc một Bản Báo cáo Thích nghi (Comformance Statement) lựa chọn cụ
thể các mục đáp ứng như thế nào.
e. Được cấu trúc là một tài liệu đa thành phần. Do đó tạo thuận lợi cho sự
phát triển của Chuẩn trong môi trường phát triển nhanh chóng bằng việc thêm vào
các đặc tính mới. DICOM được thiết kế dạng tài liệu đa phần tuân theo cách thức
của ISO.
f. Đưa ra các Đối tượng thông tin (Information Object) một cách rõ ràng
không chỉ hình ảnh và đồ hoạ mà còn cả báo cáo, in ấn..
g. Định rõ cách xác định duy nhất Đối tượng Thông tin (Information Object).
Điều này tạo thuận lợi khi sử dụng các khái niệm trừu tượng trong quan hệ của các
Đối tượng Thông tin hoạt động trong mạng.
- DICOM là một chuẩn mở và nó tồn tại thông qua các Thủ tục của Ủy ban
Chuẩn DICOM. Các kế hoạch phát triển sắp tới từ các tổ chức thành viên của
Chuẩn dựa trên phản hồi từ người dùng Chuẩn. Các kế hoạch này sẽ được đưa
vào chuẩn ở các phiên bản tiếp theo.
Như vậy : DICOM là chuẩn định nghĩa ra các quy tắc định dạng và trao đổi hình

Nguyễn Ngọc Sơn

13

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

ảnh y tế cũng như các thông tin liên quan, nói cách khác, nó tạo nên một “ngôn
ngữ” chung cho phép “giao tiếp” hình ảnh và các thông tin y tế liên quan giữa các
thiết bị và hệ thống trong mạng thông tin y tế.
- Tuy nhiên để thích ứng với chuẩn ARC-NEMA trước đó hoặc tiêu chuẩn riêng
của nhà sản xuất, cần phải có một chuyển đổi từ ARC-NEMA sang DICOM và
chuyển đổi đặc tính riêng của nhà sản xuất sang ARC-NEMA hoặc DICOM. Để giải
quyết yêu cầu này cần tập hợp các modun phần mềm tạo nên thư viện mã hóa. Thư
viện mã hóa cần có những đặc tính sau:
+ Sử dụng chung cho các thiết bị tạo ảnh của các nhà sản xuất khác nhau.
+ Tương thích với các nền phần cứng khác nhau.
+ Kiến trúc phần mềm dựa theo hướng tiếp cận top-down.
+ Ngôn ngữ lập trình chuẩn.

Hình 1. Mô hình thiết bị tạo và lưu trữ DICOM

Nguyễn Ngọc Sơn

14

KTMTTT2011B

Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

2. Mục tiêu của chuẩn
- DICOM tạo thuận lợi cho khả năng hoạt động tương tác của các thiết bị
thích nghi, cụ thể là:
- Định ra ngữ nghĩa của lệnh và các dữ liệu liên quan, đưa ra chuẩn cho các
thiết bị tương tác lệnh và dữ liệu với nhau.
- Định ra ngữ nghĩa của dịch vụ file, khuôn dạng file và các thư mục thông
tin cần thiết cho truyền tin ngoại tuyến.
- Định rõ các yêu cầu thích nghi của ứng dụng thực hiện chuẩn, cụ thể một
bản báo cáo thích nghi phải định ra đầy đủ thông tin để xác địnhcacs chức năng
có thể đáp ứng, nhờ đó có thể phối hợp hoạt động với các thiết bị khác nhau tuân
theo chuẩn.
- DICOM được xây dựng chú trọng vào việc thu nhận ảnh chẩn đoán trong
chụp quang tuyến, tim mạch và thành phần liên quan. Tuy nhiên nó cũng được
ứng dụng rộng rãi trong trao đổi hình ảnh và các thông tin hình ảnh liên quan
khác và cả với các môi trường y tế khác.
3. Phạm vi và trƣờng ứng dụng của DICOM
- Chuẩn DICOM gắn với lĩnh vực thông tin y tế. Với lĩnh vực này, nó định ra
sự trao đổi thông tin số giữa các thiết bị hình ảnh và các hệ thống khác. Do các
thiết bị hình ảnh đó có thể hoạt động tương tác (interoperate) với các thiết bị y tế
khác, phạm vi của Chuẩn cần thiết phải chồng lên các khu vực khác trong hệ
thống thông tin y tế.
Theo dõi
Bệnh
nhân
Hành
chính

HIS/RIS

Dữ liệu
thí
Hình ảnh
nghiệm

chẩn
đoán

Phạm vi của
DICOM

Hình 2: Phạm vi ứng dụng của DICOM

Nguyễn Ngọc Sơn

15

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

Chuẩn tăng cường khả năng hoạt động tương tác của các thiết bị hình ảnh y
tế bằng cách định ra:
- Với truyền tin qua mạng, một bộ Giao thức (protocol) được tuân theo bởi
các thiết bị tuân theo chuẩn.
- Cú pháp (syntax) và Ngữ nghĩa (semantic) của Lệnh (command) và các

thông tin liên quan được trao đổi sử dụng các Giao thức.
- Với truyền tin bằng phương tiện trung gian, đưa ra một bộ các dịch vụ lưu
trữ trung gian, cũng như Khuôn dạng File và cấu trúc thư mục y tế
- Thông tin sử dụng trong ứng dụng cũng được đòi hỏi tuân theo Chuẩn.
Chuẩn không qui định:
- Các chi tiết thực thi với mọi đặc tính của Chuẩn trên một thiết bị.
- Bộ tổng thể các đặc tính và chức năng được yêu cầu từ một hệ thống tạo
bởi một nhóm các thiết bị tuân theo Chuẩn.
- Một thủ tục Kiểm tra/Thông qua để đánh giá mức độ thích nghi của một
ứng dụng với Chuẩn.
3.1. Thích nghi DICOM:
- Một thành phần quan trọng của bất cứ một chuẩn nào là phải định nghĩa
tính thích nghi với nó, hay nói cách khác là tính tuân thủ những điều mà chuẩn đề
ra. DICOM là chuẩn có sự thích nghi là hoàn toàn tự nguyện. Ủy ban của Chuẩn
không tạo ra bất kỳ sự áp đặt nào. Mặc dù vây, DICOM vẫn có một phần rành
riêng để quy định sự thích nghi.
- Các nhà sản xuất muốn chứng minh thiết bị hay phần mềm của họ thích
nghi với chuẩn đều phải đưa ra một Báo cáo thích nghi (Comformance Statement)
miêu tả một cách cụ thể sản phẩm của họ thích nghi với chuẩn như thế nào. Một
báo cáo thích nghi được tham khảo với một khuôn dạng chuẩn do DICOM đề ra,
do vậy mà việc đối chiếu các trình bày về thích nghi trở nên đơn giản và khoa
học. Người sử dụng và nhà sản xuất có thể xác định xem liệu hai thiết bị tuân
theo DICOM có thể giao tiếp ăn khớp với nhau hay không bằng cách đối chiều
bản báo cáo thích nghi của hai thiết bị với nhau.

Nguyễn Ngọc Sơn

16

KTMTTT2011B

Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

- Các nội dung cơ bản trong báo cáo thích nghi DICOM:
- Mô hình thực thi của ứng dụng: Mô hình thực thi (Implementation Model)
của ứng dụng là một lược đồ đơn giản thể hiện cách mà một ứng dụng liên kết
với cả phạm vi cục bộ trong một thiết bị được đưa ra và từ xa thông qua giao
diện DICOM.
VD: Hoạt động, cục bộ có thể tạo ra một đối tượng thông tin hình ảnh
DICOM, còn hoạt động từ xa là hiển thị đối tượng đó.
- Ngữ cảnh thể hiện được sử dụng: Bao gồ cú pháp trừu tượng và cú pháp
chuyển đổi tương ứng. Thuật ngữ cú pháp trừu tượng được sử dụng trong phần này
vì nó được định nghĩa trong một chuẩn quốc tế khác mà DICOM tham chiếu đến.
Một bản báo cáo thích nghi DICOM sẽ liệt kê cả ngữ cảnh thể hiện mà ứng dụng
đưa ra trong thỏa thuận cũng như khi đã được chấp nhận.
- Cách liên kết được thực hiện: Báo cáo thích nghi phải miêu tả sự thực hiện liên
kết. (ví dụ như khi nào tạo các liên kết và chấp nhận nhiều liên kết) cho từng hoạt
động trong mô hình.
3.2. Cấu trúc của chuẩn DICOM
Cấu trúc của DICOM gồm những phần sau:
-

Thích nghi: Định nghĩa các nguyên tắc thực thi chuẩn gồm các yêu cầu thích
nghi và báo cáo thích nghi CS (Conformance Statement).

-

Định nghĩa đối tượng thông tin IOD (Information Object Definion):

Định rõ một số lớp đối tượng thông tin IOC (Information Object Classes), cung
cấp các định nghĩa trừu tượng về các thực thể thế giới thực được sử dụng trong
truyền hình ảnh y tế và các thông tin liên quan như đồ thị dạng sóng, báo cáo
liều chiếu xạ … Mỗi định nghĩa đối tượng thông tin bao gồm một sự mô tả mục
đích của nó và các thuộc tính định nghĩa của nó.

Nguyễn Ngọc Sơn

17

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

IOD HÌNH ẢNH
- Tên
- ID
- Ngày sinh
- Giới tính

Modun
Bệnh
nhân
Modun
Nghiên
cứu
Chung

Modun
Thiết bị
Chung

Modun
Series
Chung
Modun
Dữ liệu
Điểm ảnh

Modun
Hình ảnh
chung

Hình 3: Minh họa khái niệm IOD và mô đun
- Định nghĩa các lớp dịch vụ SC (Service Classes):Định nghĩa một số lớp
dịch vụ liên quan đến một hay nhiều đối tượng thông tin với một hay nhiều lệnh
được thực hiện trên những đối tượng đó. Định nghĩa lớp dịch vụ đưa ra các yêu cầu
cho các thành phần lệnh và cách tọa lệnh tác động tới đối tượng thông tin. Nó cũng
định ra những yêu cầu cho đối tượng cung cấp và sử dụng dịch vụ truyền tin. Một
số lớp dịch vụ điển hình là: Lớp dịch vụ lưu trữ, lớp dịch vụ truy vấn, lớp dịch vụ
quản lý.
- Ngữ nghĩa và cấu trúc dữ liệu: Định rõ cách DICOM có cấu trúc và mã
hóa thông tin bộ dữ liệu là kết quả thu được của việc sử dụng đối tượng thông tin
và lớp dịch vụ. Nó cũng xác định một số công nghệ nén hình ảnh . Đồng thời đưa
ra qui tắc mã hóa cần thiết để đặt cấu trúc cho một dòng dữ liệu DS (Data Set). Bộ
dữ liệu được tạo ra bởi các thành phần dữ liệu DE (Data Element). Ngoài ranos
định ra ngữ nghĩa của một số chức năng chung đối vói nhiều đối tượng thông tin.
Nó cũng xác định quy tắt mã hóa cho các bộ ký tự quốc tế được sử dụng.

- Từ điển dữ liệu: Là danh sách định nghĩa duy nhất cho mọi thành phần dữ
liệu của DICOM để thể hiện thông tin. Cùng với các thành phần được sử dụng cho
mã hóa trung gian và danh sách các định danh duy nhất được đưa ra bởi DICOM.
Với mỗi thành phần dữ liệu nó quy định: Nhãn, tê, giá trị thể hiện (Value

Nguyễn Ngọc Sơn

18

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

Representation), số giá trị VM (Value Multiplicity)…
- Trao đổi bản tin: Định rõ cả dịch vụ và giao thức được sử dụng bởi một
ứng dụng trong môi trường hình ảnh y tế để trao đổi bản tin thông qua các dịch vụ
hỗ trợ truyền tin. Một bản tin được tạo nên bởi dòng lệnh theo sau là một dòng dữ
liệu phụ thuộc.
- Hỗ trợ truyền thông mạng cho việc trao đổi bản tin: Định rõ các dịch vụ
truyền tin và các giao thức tần trên cần thiết để hỗ trợ việc truyền tin giữa các
DICOM như được định nghĩa ở trên. Những dịch vụ và giao thức truyền tin này
đảm bảo quá trình truyền tin giữa các ứng dụng DICOM được thực thiện một cách
có hiệu quả và với phương thức bình đẳng trên mạng.
- Khuôn dạng file và lưu trữ trung gian: Khuôn dạng file và lưu trữ trung
gian quy định mô hình cơ bản cho việc lưu trữ thông tin hình ảnh phương tiện cầm
tay. Mục đích của phần này là cung cấp một cơ chế cho phép trao đổi các loại hình
ảnh y tế và thông tin liên quan trên một dải lớn các phương tiện trung gian vật lý.
Sơ lược ứng dụng lưu trữ trung gian: Phần này định ra việc áp dụng ứng với

các phần của chuẩn DICOM mà quá trình thực hiện tuân thủ. Các áp dụng ứng với
các thành phần của chuẩn này được gọi là sơ lược ứng dụng. Một báo cáo thích
nghi như vậy áp dụng khả năng trao đổi tương tác của hình ảnh và các thông tin
liên quan trên phương tiện lưu trữ cho ứng dụng y tế cụ thể. Nó tuân theo cơ chế
cho việc trao đổi nhiều loại thông tin khác nhau trên phương tiện lưu trữ trung
gian.
-

Chức năng lưu trữ và khuôn dạng trung gian cho trao đổi dữ liệu: Phần này

của chuẩn tạo điều kiện cho việc trao đổi thông tin giữa các ứng dụng trong môi
trường thông tin y tế bằng cách xác định một cấu trúc mô tả mối quan hệ giữa các
mô hình lưu trữ trung gian và một phương tiện trung gian vật lý với khuôn dạng
phương tiện trung gian cụ thể.
-

Chức năng hiển thị chuẩn mức xám: Xác định chức năng hiển thị được

chuẩn hóa để hiển thị nhất quán các hình ảnh đa mức xám. Chức năng này cung
cấp phương pháp cho việc hiệu chuẩn một hệ thống hiển thị cụ thể với mục đích

Nguyễn Ngọc Sơn

19

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

thể hiện hình ảnh một cách thống nhất trên các phương tiện hiển thị khác nhau.
-

Sơ lược an toàn: Xác định các sơ lược an toàn mà sự thực thi cho là tuân

thủ. Sơ lược an toàn được định nghĩa bằng cách tham chiếu đến các chuẩn an toàn
bên ngoài sử dụng công nghệ an toàn như Public Keys hay Smart Card. Mạt mã dữ
liệu có thể sử dụng các phương án mã hóa chuẩn khác nhau. Phần này không đưa
ra chính sách an toàn mà chuẩn chỉ cung cấp cơ chế có thể được sử dụng để thực
hiện các chính sách an toàn chú trọng vào trao đổi các đối tượng của DICOM.
Đây là phần việc quản lý của từng áp dụng cục bộ với các chính sách an toàn phù
hợp.
-

Nguồn ánh xạ nội dung: Phần này của chuẩn quy định khuôn mẫu cho cấu

trúc tài liệu là các đối tượng thông tin DICOM. Bộ các thuật ngữ sử dụng trong
các đối tượng thông tin. Từ điển các thuật ngữ được định nghĩa và duy trì bởi
DICOM. Sự chuyển đổi thuật ngữ giữa các quốc gia.

Nguyễn Ngọc Sơn

20

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

CHƢƠNG 2: ĐỊNH NGHĨA THÔNG TIN VÀ CÁC DỊCH VỤ
TRONG DICOM
1. Định nghĩa thông tin
DICOM khác với ARC-NEMA phiên bản 1.0 và 2.0 trên nhiều phương diện.
Quan trọng nhất là cơ chết thiết kế của chuẩn đã thay đổi. Nếu như ở phiên bản 1.0,
2.0 dựa vào mô hình “ẩn” (implicit) của thông tin được sử dụng trong các phòng
chiếu chụp, các thành phần dữ liệu được tập hợp dựa trên kinh nghiệm của người
thiết kế. Ngược lại, DICOM dựa vào mô hình “hiện” (explicit model) và chi tiết
của những thứ như: bệnh nhân, hình ảnh, báo cáo … trong hoạt động chiếu chụp và
mối quan hệ giữa chúng với nhau. Những hình ảnh này được gọi là mô hình quan
hệ thực thể (E-R)
Sự tiếp cận phát triển cấu trúc dữ liệu dựa trên mô hình và phân tích trừu
tượng các thực thể trong mô hình gọi là thiết kế hướng đối tượng (Object – orient
design). Các đối tượng (Object) là các Thực thể (Enity) được định nghĩa bằng mô
hình. Miêu tả đặc trưng của mỗi thực thể là các thuộc tính (Attribute). DICOM gọi
các đối tượng dựa trên mô hình là các Đối tượng Thông tin (Information Object),
các mô hình và bảng các thuộc tính định nghĩa chúng là các Định nghĩa Đối tượng
Thông tin (Information Object Definition – IOD). Các thực thể trong mô hình là
trừu tượng, Nếu một giá trị thực thay thế cho thuộc tính, Thực thể được gọi là một
trường hợp cụ thể (Instance).

Nguyễn Ngọc Sơn

21

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin

trong hình ảnh Y tế

Định nghĩa Đối tƣợng Thông tin (IOD)
Thực thể
Bệnh

Hình ảnh
Modun
Bệnh nhân

nhân
Nghiên
cứu
Thiết bị

Nghiên cứu

Thiết bị
Thông tin chung

Hình ảnh
Điểm ảnh

Instance

Thuộc tính

Tên bệnh nhân
Giới tính
Ngày sinh

ID
Ngày nghiên cứu
Giờ nghiên cứu
Bác sĩ
…
Nhà sản xuất
…
Số hiệu ảnh
Loại hình ảnh
Hàng
Cột
Số mẫu/pixel
Dữ liệu điểm ảnh
…

Anonymized
M
1970.09.11
5957346
1999.02.7
11:32:05
Tommy
PUJI PHOTO FILM CO.
02421
CR
440
440
1
OW[193600*2byte at offset….

Bảng 1. Minh họa đối tượng thông tin hình ảnh
2. Lớp đối tƣợng của DICOM
DICOM có 2 lớp thông tin là lớp đối tượng và lớp dịch vụ SOP (Service
Object Pair). Lớp đối tượng định nghĩa các đối tượng như bệnh nhân, thiết bị tạo
ảnh, thông tin xét nghiệm… trong lớp đối tượng này, DICOM định ra 2 lớp nhỏ là
lớp tiêu chuẩn và lớp tổ hợp. Mỗi lớp tiêu chuẩn bao gồm các đặc tín vốn có của
thực thể hiện diện trong thế giới thực. Lớp tổ hợp là do ACR-NEMA định nghĩa từ
các thông tin tổ hợp của các thiết bị tạo ảnh khác nhau.

Nguyễn Ngọc Sơn

22

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

Bảng2: Các lớp đối tượng của DICOM
3. Lớp dịch vụ của DICOM
- Lớp dịch vụ của DICOM định nghĩa các dịch vụ như lưu trữ, in, chất vấn
và truy vấn …Mỗi lớp đều có một từ điển định nghĩa các thuộc tính để mã hóa dữ
liệu một cách chính xác.

Bảng 3: Các dịch vụ của DICOM
Các dịch vụ của DICOM được sử dụng để truyền đối tượng bên trong các
thiết bị và cho thiết bị thực hiện một dịch vụ cho đối tượng. Ví dụ như dịch vụ lưu
trữ, dịch vụ hiển thị…. Một lớp dịch vụ được xây dựng trên một tập các phẩn tử

Nguyễn Ngọc Sơn

23

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

dịch vụ truyền thông DICOM được gọi là DIMSE (Dicom Message Service
Elements). Các DIMSEs là các chương trình phần mềm để thực hiện những chức
năng xác định. Có 2 loại DIMSEs là 1cho đối tượng tổ hợp và 1 cho đối tượng tiêu
chuẩn. Mỗi DIMSE tổ hợp được một cặp thiết bị gồm 1 thiết bị đưa ra theo yêu
cầu và 1 thiết bị nhận đáp ứng yêu cầu đó. Vì trong môi trường hướng đối tượng
nên các dịch vụ của DICOM được coi là một lớp dịch vụ. Nếu 1 thiết bị cung cấp
dịch vụ thì nó được gọi là SCP (Service Class Provider), còn thiết bị sử dụng dịch
vụ thì được gọi là SCU (Service Class User). Chẳng hạn như đĩa từ là SCP để cho
PACS controller lưu trữ dữ liệu còn CT scanner là Scu để cho đĩa từ trong PACS
controller lưu trữ ảnh. Tuy nhiên, có thể 1 thiết bị vừa là SCP vừa là SCU nhưu
PACS controller, nó gửi ảnh tới trạm hiển thị bằng cách đưa ra yêu cầu dịch vụ thì
nó là SCU. Nếu nó nhận ảnh từ các thiết bị tạo ảnh bằng cách cung cấp dịch vụ
lưu trữ thì nó lại là SCP.

Bảng 4: Các dịch vụ DIMSEs tổ hợp

Bảng 5: Các dich vụ DIMSEs tiêu chuẩn

Nguyễn Ngọc Sơn

24

KTMTTT2011B


Đề tài: Nghiên cứu chuẩn DICOM để xử lý, lưu trữ, in ấn và truyền tải thông tin
trong hình ảnh Y tế

Lƣu trữ !

Dịch vụ (DIMSE)

Hình ảnh CT

IOD

Lƣu trữ Hình ảnh CT

Lớp SOP

Lƣu trữ Hình ảnh CT này !

SOP Cụ thể

Hình 4: Minh hoạ khái niệm Lớp SOP
4. Mã hóa và cấu trúc dữ liệu dùng trong DICOM
4.1 Mã hóa giá trị:
4.1.1. Bộ ký tự
- Bộ ký tự CR (Character Repertorie) là một bộ xác định các kí tự khác nhau
được đưa ra cho một mục đích nào đó và được xác định độc lập với cách mã hóa

của chúng. Các giá trị là văn bản hay chuỗi kí tự được tạo bởi các kí tự điều khiển
(Control Character) và kí tự đồ họa (Graphic Character). Phụ thuộc vào môi trường
ngôn ngữ địa phuơng, các DICOM AE (Application Entity) thực thể ứng dụng sẽ
trao đổi thông tin với nhau qua các bộ kí tự phù hợp được sử dụng. Các bộ kí tự
DICOM hỗ trợ được định nghĩa trong ISO 8859.

Nguyễn Ngọc Sơn

25

KTMTTT2011B