Ιατρική Πληροφορική. Δρ. Π. ΑΣΒΕΣΤΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Τ.Ε.

Transcript

1 Ιατρική Πληροφορική Δρ. Π. ΑΣΒΕΣΤΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ Τ.Ε. Χρήσιμες Έννοιες Δεκαεξαδικό σύστημα Ως γνωστόν ένα byte αποτελείται από 8 bits. Κάθε μία από τις δύο τετράδες bits που απαρτίζουν ένα byte ονομάζεται nibble. Πολύ συχνά ένα byte αναπαριστάται στο δεκαεξαδικό σύστημα, χρησιμοποιώντας έναν δεκαεξαδικό ψηφίο για κάθε nibble. Επομένως ένα byte μπορεί να αναπαρασταθεί από δύο δεκαεξαδικά ψηφία. Παράδειγμα: στο byte , η τετράδα 0010 αντιστοιχεί στο δεκαεξαδικό ψηφίο 2 και η τετράδα 1001 αντιστοιχεί στο δεκαεξαδικό ψηφίο 9. Επομένως, η αναπαράσταση στο δεκαεξαδικό σύστημα είναι 29. στο byte , η τετράδα 1010 αντιστοιχεί στο δεκαεξαδικό ψηφίο Α και η τετράδα 1101 αντιστοιχεί στο δεκαεξαδικό ψηφίο D. Επομένως, η αναπαράσταση στο δεκαεξαδικό σύστημα είναι AD. Πολλές φορές χρησιμοποιείται ο συμβολισμός 0x29 για να υποδηλωθεί ότι ο αριθμός είναι στο δεκαεξαδικό σύστημα. 2 1

2 Χρήσιμες Έννοιες Δεκαεξαδικό σύστημα Η μετατροπή ενός N ψήφιου δεκαεξαδικού h αριθμού στο δεκαδικό σύστημα γίνεται με χρήση της ακόλουθης σχέσης: Για παράδειγμα, ο αριθμός 0xAD είναι ο αριθμός =173 στο δεκαδικό σύστημα. Η αντίστροφη μετατροπή (από το δεκαδικό στο δεκαεξαδικό) επιτυγχάνεται με διαδοχικές ακέραιες διαιρέσεις μέχρι το πηλίκο να γίνει 0. Για παράδειγμα, ο αριθμός 356 μετατρέπεται ως ακολούθως: Άρα ο αριθμός είναι 0x Χρήσιμες Έννοιες Διάταξη bytes Διάταξη bytes σε μορφή Little Endian: για έναν αριθμό που αποτελείται από πολλαπλά bytes (π.χ. ακέραιος χωρίς πρόσημο 32 bits), το λιγότερο σημαντικό byte θα κωδικοποιηθεί πρώτο με τα εναπομείναντα bytes να κωδικοποιούνται με αύξουσα σειρά σημαντικότητας Σε μία συμβολοσειρά χαρακτήρων, όπου κάθε χαρακτήρας αντιπροσωπεύεται από ένα byte, οι χαρακτήρες θα κωδικοποιηθούν με τη σειρά εμφάνισης στη συμβολοσειρά (από αριστερά προς τα δεξιά). Παράδειγμα: έστω ο αριθμός στο δυαδικό σύστημα , ο οποίος στο δεκαεξαδικό σύστημα είναι 29 ΑD, τότε στη διάταξη Little Endian, η αποθήκευση θα είναι: ΑD

3 Χρήσιμες Έννοιες Διάταξη bytes Διάταξη bytes σε μορφή Big Endian: όπου για έναν αριθμό που αποτελείται από πολλαπλά bytes, το περισσότερο σημαντικό byte θα κωδικοποιηθεί πρώτο με τα εναπομείναντα bytes να κωδικοποιούνται με φθίνουσα σειρά σημαντικότητας. Σε μία συμβολοσειρά χαρακτήρων, όπου κάθε χαρακτήρας αντιπροσωπεύεται από ένα byte, οι χαρακτήρες θα κωδικοποιηθούν με τη σειρά εμφάνισης στη συμβολοσειρά (από αριστερά προς τα δεξιά). Παράδειγμα: έστω ο αριθμός στο δυαδικό σύστημα , ο οποίος στο δεκαεξαδικό σύστημα είναι 29 ΑD, τότε στη διάταξη Big Endian, η αποθήκευση θα είναι: 29 AD. 5 Χρήσιμες Έννοιες Αναπαράσταση χαρακτήρων Συνήθως, σε έναν υπολογιστή οι συμβατικοί χαρακτήρες (a z, A Z, 0 κ.λπ.) αποθηκεύονται με 1 byte, δηλαδή με μία τιμή από 0 έως 255 στο δεκαδικό σύστημα ή 00 έως FF στο δεκαεξαδικό σύστημα. Για τον σκοπό αυτόν, έχουν οριστεί ειδικές αντιστοιχίες μεταξύ χαρακτήρων και δυαδικών αριθμών. Μία από τις ποιες γνωστές αντιστοιχίες περιγράφεται από τον πίνακα ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Για παράδειγμα, ο χαρακτήρας Α αντιστοιχεί στον αριθμό 65 (δεκαδικόσύστημα)ή41στοδεκαεξαδικόσύστημα. Αντίστοιχα, ο χαρακτήρας a αντιστοιχεί στον αριθμό 97 (δεκαδικόσύστημα)ή61στοδεκαεξαδικόσύστημα. 6 3

4 Χρήσιμες Έννοιες Αναπαράσταση χαρακτήρων Απόσπασμα πίνακα ASCII Η τρίτη στήλη έχει τον χαρακτήρα. Η πρώτη στήλη έχει την αναπαράσταση του χαρακτήρα στο δεκαδικό σύστημα. Η δεύτερη στήλη έχει την αναπαράσταση του χαρακτήρα στο δεκαεξαδικό σύστημα. 7 Απεικονιστικά συστήματα XRAY XRay machine for the captives, Guantanamo b, by Geo Swan available under Public Domain Medical X Ray imaging ALP02 nevit, by Nevit available under CC BY SA

5 Απεικονιστικά συστήματα CT Head CT scan, by JVinocur available under CC BY SA 2.0 Blausen 0205 CATScan 01, by Dcoetzee available under CC BY Απεικονιστικά συστήματα MRI MRI Philips, by Ainali available under CC BY 3.0 MRI brain, by Fastfission available under Public Domain 10 5

6 ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΤΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ SPECT 11 Απεικονιστικά συστήματα US ULTRASOUND Philips Ultrasound EPIQ Breast, by Philips Communications available under CC BY NC ND 2.0 CRL Crown rump lengh 12 weeks ecografia Dr. Wolfgang Moroder, by Moroder available under CC BY SA

7 DICOM Εισαγωγή Τα απεικονιστικά συστήματα παράγουν εικόνες που είναι συμβατές με το πρότυπο DICOM (Digital Imaging and CΟmmunications in Medicine) DICOM είναι ένα σύνολο κανόνων (πρότυπο) για αποθήκευση εκτύπωση και μεταφορά ιατρικών εικόνων Οι κανόνες καθορίζουν: τη μορφή του αρχείου (file format) για την αποθήκευση μιας ιατρικής εικόνας. το πρωτόκολλο επικοινωνίας μεταξύ συστημάτων που είναι συμβατά με το πρότυπο DICOM. Η συμμόρφωση (compliance) με τους κανόνες αυτούς εξασφαλίζει την επικοινωνία απεικονιστικών συστημάτων από διαφορετικούς κατασκευαστές. 13 DICOM Εισαγωγή Ιστορικά στοιχεία : 1985: 1 η έκδοση του προτύπου (ACR/NEMA 300) από το American College of Radiology (ACR) και τη National Electrical Manufacturers Association (NEMA). 1988: 2 η έκδοση του προτύπου (ACR/NEMA V2.0.) 1992:3 η έκδοση του προτύπου (DICOM) παρόν: ισχύει η 3 η έκδοση με προσθήκες. Acrnema1, by Kr val available under CC BY SA

8 DICOM Εισαγωγή To πρότυπο DICOM παρέχει: Ένα καθολικό πρότυπο της ψηφιακής απεικόνισης: όλα τα ψηφιακά απεικονιστικά μηχανήματα παράγουν εικόνες που είναι συμβατές με το πρότυπο DICOM. Εξαιρετική ποιότητα εικόνας: υποστηρίζει μέχρι (16 bits) τόνους του γκρίζου. Πλήρης υποστήριξη πολλών παραμέτρων συλλογής εικόνων. Πλήρη κωδικοποίηση των ιατρικών δεδομένων: περισσότερο από τυποποιημένα χαρακτηριστικά. 15 DICOM Εισαγωγή Ένα αρχείο σε μορφή DICOM εκτός από την ιατρική εικόνα περιλαμβάνει πληροφορίες που αφορούν στην εξέταση, στον ασθενή, στο μηχάνημα, στην εικόνα αυτή κάθε αυτή κ.α. 16 Εικόνα σε αρχείο DICOM Γενικές Πληροφορίες 8

9 DICOM Εισαγωγή Ένα αρχείο σε μορφή DICOM εκτός από την ιατρική εικόνα περιλαμβάνει πληροφορίες που αφορούν στην εξέταση, στον ασθενή, στο μηχάνημα, στην εικόνα αυτή κάθε αυτή κ.α. 17 Εικόνα σε αρχείο DICOM Πληροφορίες για τον ασθενή DICOM Εισαγωγή Ένα αρχείο σε μορφή DICOM εκτός από την ιατρική εικόνα περιλαμβάνει πληροφορίες που αφορούν στην εξέταση, στον ασθενή, στο μηχάνημα, στην εικόνα αυτή κάθε αυτή κ.α. 18 Εικόνα σε αρχείο DICOM Πληροφορίες για την εξέταση 9

10 DICOM Εισαγωγή Ένα αρχείο σε μορφή DICOM εκτός από την ιατρική εικόνα περιλαμβάνει πληροφορίες που αφορούν στην εξέταση, στον ασθενή, στο μηχάνημα, στην εικόνα αυτή κάθε αυτή κ.α. 19 Εικόνα σε αρχείο DICOM Πληροφορίες για την εικόνα DICOM Δομή Αρχείου Ένα αρχείο DICOM έχει ακόλουθη δομή: Ξεκινάει με 128 bytes (preamble) ταοποίαέχουνσυνήθως (αλλά όχι πάντα) την τιμή 0. Στη συνέχεια, ακολουθεί το πρόθεμα DICM εκφρασμένο με 4 bytes ( D). Ακολουθεί μεταβλητός αριθμός bytes με τις μεταπληροφορίες, οι οποίες περιγράφουν τον τύπο κωδικοποίησης που χρησιμοποιείται στο αρχείο, τον τίτλο της εφαρμογής που έχει δημιουργήσει το αρχείο κ.α. Τέλος, είναι ένας μεταβλητός αριθμός bytes με πληροφορίες για την εικόνα, τον ασθενή, την εξέταση κ.λπ. καθώς και η εικόνα αυτή καθαυτή

11 DICOM Δομή Αρχείου Preamble DICM Μέτα Πληροφορίες Εικόνα και πληροφορίες 128 bytes 4 bytes Μεταβλητός αριθμός bytes Μεταβλητός αριθμός bytes Preamble DICM Μέτα πληροφορίες Εικόνα & πληροφορίες 21 DICOM Δομή Αρχείου Το όνομα ενός αρχείου DICOM δεν έχει μία συγκεκριμένη κατάληξη (π.χ..jpg όπως έχουν τα αρχεία για συμβατικές εικόνες από φωτογραφική μηχανή). Έναςτρόποςγιανααναγνωρίσεικάποιοςεάνένααρχείοείναι τύπου DICOM είναι να εμφανίσει το περιεχόμενο του αρχείου με κάποιο πρόγραμμα όπως το Notepad ή το Wordpad και να εντοπίσει τη λέξη DICM στην αρχή του αρχείου. Η ύπαρξη αυτής της λέξης αποτελεί σοβαρή ένδειξη ότι πράγματι πρόκειται για αρχείο τύπου DICOM. Μία δεύτερη ένδειξη είναι να εμφανίζονται συμβολοσειρές που ξεκινούν με Αυτές οι συμβολοσειρές αποτελούν μοναδικά αναγνωριστικά που χρησιμοποιούνται στο πρότυπο DICOM

12 DICOM Λεξικό Δεδομένων Το πρότυπο DICOM ακολουθεί μία αντικειμενοστραφή (object oriented) προσέγγιση για την περιγραφή των ιατρικών δεδομένων. Όλαταιατρικάδεδομένατουπραγματικούκόσμου(ασθενείς, εικόνες κ.ο.κ.) θεωρούνται ως αντικείμενα (objects) που προσδιορίζονται από χαρακτηριστικά (attributes). Ένα χαρακτηριστικό είναι μία ιδιότητα που περιγράφει μία πτυχή του αντικειμένου και περιλαμβάνει ένα όνομα και μία τιμή. Τα αντικείμενα συνδέονται μεταξύ τους με σχέσεις. 23 DICOM Μοντελοποίηση Πραγματικού Κόσμου Ασθενής 1 κάνει 1 n 1 έχει 1 n Επίσκεψη 1 Περιλαμβάνει 1 n 1 Εξέταση Περιέχει Μηχάνημα 1 1 n Δημιουργεί 1 n Σειρά Εικόνων 1 Περιέχει 0 n 24 Εικόνα 12

13 DICOM Λεξικό Δεδομένων Το πρότυπο DICOM ορίζει ένα μητρώο στο οποίο είναι καταχωρημένες περιγραφές των χαρακτηριστικών των αντικειμένων. Το μητρώο αυτό είναι γνωστό ως λεξικό δεδομένων DICOM (DICOM data dictionary) και περιλαμβάνει πάνω από καταχωρήσεις. Κάθε καταχώρηση στο λεξικό ονομάζεται στοιχείο δεδομένων (data element). Τα στοιχεία δεδομένων κατηγοριοποιούνται σε ομάδες, όπου κάθε ομάδα χαρακτηρίζεται από έναν μοναδικό δεκαεξαδικό αριθμό 4 ψηφίων (2 bytes) (π.χ. 0008, 0010 κ.λπ.), που ονομάζεται αριθμός ομάδας (Group Number). Για παράδειγμα, η ομάδα με αριθμό 0010 περιλαμβάνει στοιχεία δεδομένων που αφορούν στον ασθενή (π.χ. ονοματεπώνυμο, φύλο, ημερομηνία γέννησης, βάρος, αλλεργίες, ομάδα αίματος, διεύθυνση κατοικίας κ.λπ.). 26 DICOM Λεξικό Δεδομένων Κάθε στοιχείο δεδομένων σε μία ομάδα περιγράφεται με το συνδυασμό του αριθμού της ομάδας και ενός δεύτερου δεκαεξαδικού αριθμού, που ονομάζεται αριθμός στοιχείου (Element Number), στημορφή(gggg,eeee), όπουgggg είναι οαριθμόςομάδαςκαιeeee είναι ο αριθμός κάθε στοιχείου μέσα στην ομάδα. Ο κωδικός αυτός ονομάζεται Data Element tag ήαπλώςtag. Παράδειγμα: Patient Name (όνομα ασθενή) έχει Τα αντικείμενα συνδέονται μεταξύ τους με σχέσεις. (0010,0010). Manufacturer (κατασκευαστής) έχει tag (0008,0070). Study Date (ημερομηνία εξέτασης) έχει tag (0008,0020) 27 13

14 DICOM VR Κάθε στοιχείο του λεξικού έχει έναν τύπο δεδομένων. Υπάρχουν 27 διαφορετικοί τύποι δεδομένων με αντίστοιχες ιδιότητες. Στο πρότυπο DICOM, oι τύποι δεδομένων ονομάζονται αναπαραστάσεις τιμών (value representations VR). Κάθε VR έχει τη δική του συντομογραφία, η οποία αποτελείται από δύο γράμματα, μια περιγραφή των επιτρεπτών τιμών και ένα μήκος δεδομένων (VR length). Παραδείγματα: Το tag (0010,0010) (Patient s Name Στοιχεία ασθενή) έχει αναπαράσταση τιμής (VR) PN Το tag (0008,0020) (Study Date Ημερομηνία εξέτασης) έχει αναπαράσταση τιμής (VR) DA Το tag (0008,0030) (Study Time Ώρα εξέτασης) έχει αναπαράσταση τιμής (VR) TM 28 DICOM VR Για παράδειγμα, τα στοιχεία ενός ασθενή κατά DICOM έχουν VR τύπου PN, το οποίο σημαίνει ότι μπορεί να αποτελείται από 5 συνιστώσες με την ακόλουθη σειρά εμφάνισης: Επώνυμο Όνομα Μεσαίο όνομα Πρόθεμα ονόματος (π.χ. Mr., Mrs, Dr.) Επίθεμα ονόματος (π.χ. Jr., Ph.D.) Κάθε συνιστώσα αποτελείται από το πολύ 64 χαρακτήρες. Οι συνιστώσες διαχωρίζονται μεταξύ τους με τον χαρακτήρα ^. Δεν πρέπει να εμφανίζεται ο χαρακτήρας \. Δηλαδή τα στοιχεία ενός ασθενή αποθηκεύονται στο αρχείο DICOM στη μορφή Επώνυμο^ Όνομα^Μεσαίο όνομα^πρόθεμα ονόματος^ Επίθεμα ονόματος (χωρίς τα εισαγωγικά) 29 14

15 DICOM VR Παράδειγμα 1: για έναν ασθενή με όνομα John και επώνυμο Doe, τα στοιχεία του θα αποθηκευτούν στο αρχείο DICOM ως Doe^John (χωρίς τα εισαγωγικά). Παράδειγμα 2: για έναν ασθενή με 3 ονόματα John Robert και Quincy, χωρίς μεσαίο όνομα, επώνυμο Adams, πρόθεμα ονόματος Rev. και με 2 επιθέματα ονόματος B.A. και M.Div. τα στοιχεία του θα αποθηκευτούν στο αρχείο DICOM ως Adams^John Robert Quincy^^Rev.^B.A. M.Div. (χωρίς τα εισαγωγικά). Παράδειγμα 3: για έναν ασθενή με όνομα Susan, χωρίς μεσαίο όνομα, με 2 επώνυμα Morrison Jones, χωρίςπρόθεμα ονόματος και με 2 επιθέματα ονόματος Ph.D., Chief Executive Officer τα στοιχεία του θα αποθηκευτούν στο αρχείο DICOM ως Morrison Jones^Susan^^^Ph.D., Chief Executive Officer (χωρίς τα εισαγωγικά). 30 DICOM VR Οι ημερομηνίες έχουν VR τύπου DA, τοοποίοσημαίνειότι αποθηκεύονται στην μορφή YYYYMMDD, όπου: YYYY συμβολίζει το έτος (με 4 ψηφία) MM συμβολίζει τον μήνα (με 2 ψηφία) DD συμβολίζει την ημέρα (με 2 ψηφία) Συνεπώς, η ημερομηνία 22 Αυγούστου 1993 θα αποθηκευτεί στο αρχείο DICOM ως (χωρίς τα εισαγωγικά)

16 DICOM VR H ώρα έχει VR τύπου TM, το οποίο σημαίνει ότι αποθηκεύεται στην μορφή HHMMSS.FFFFFF, όπου: HH είναι η ώρα (εύρος: 00 έως 23 ) MM είναι τα λεπτά (εύρος: 00 έως 59 ) SS είναι τα δευτερόλεπτα (εύρος: 00 έως 59 ) FFFFFF είναι το κλασματικό τμήμα ενός δευτερολέπτου σε εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου (εύρος: έως ). Τα μεσάνυχτα ως 0000 (χωρίς τα εισαγωγικά). Μία ή περισσότερες από τις συνιστώσες MM SS ή FFFFFF μπορεί να παραλείπονται αρκεί να παραλείπονται και όσες συνιστώσες έπονται (π.χ. εάν παραλείπεται η SS πρέπει να παραλείπεται και η FFFFFF). Παραδείγματα: Η τιμή αντιστοιχεί σε 7 ώρες, 9 λεπτά και 7,0705 δευτερόλεπτα. Η τιμή 1010 αντιστοιχεί σε 10 ώρες και 10 λεπτά. Η τιμή 021 είναι άκυρη. 32 DICOM Λεξικό Δεδομένων Το μήκος δεδομένων για tags που περιέχουν συμβολοσειρές πρέπει να είναι άρτιος (ζυγός) αριθμός. Εάν το μήκος δεδομένων δεν είναι άρτιος αριθμός συμπληρώνεται κατάλληλα με ένα ή περισσότερα διαστήματα (space) στο τέλος ώστε να προκύψει άρτιο μήκος δεδομένων. Παράδειγμα: Αν το όνομα ασθενή είναι Smith Joe, δηλαδή αποτελείται από 9 χαρακτήρες, τότε το λογισμικό που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία του DICOM αρχείου στο χαρακτηριστικό με tag (0010,0010) (Patient s Name) θα πρέπει να αποθηκεύσει την τιμή Smith^Joe (χωρίς τα εισαγωγικά), δηλαδή θα πρέπει να υπάρχει ένα διάστημα στο τέλος ώστε το πλήθος των χαρακτήρων να είναι άρτιο

17 DICOM Λεξικό Δεδομένων Τμήμα από το DICOM λεξικό δεδομένων 37 DICOM Λεξικό Δεδομένων Η στήλη με την επικεφαλίδα VM (Value Multiplicity) ορίζει εάν το αντίστοιχο στοιχείο δεδομένων μπορεί να περιλαμβάνει μία ή περισσότερες τιμές. Για παράδειγμα, το λεξικό δεδομένων DICOM ορίζει το Other Patient Names (άλλα ονόματα του ασθενή) με κωδικό (0010,1001) και αναπαράσταση τιμής PN, το οποίο έχει πολλαπλότητα 1 n, δηλαδή μπορεί να περιλαμβάνει περισσότερες από μία τιμές τύπου PN. Σε περίπτωση πολλαπλών τιμών, οι τιμές αυτές πρέπει να διαχωρίζονται με το χαρακτήρα \. Π.χ. Dr^Jekyll\Mr^Hide

18 DICOM Λεξικό Δεδομένων Έστω ένας άρρεν ασθενής με το όνομα Joe Smith, ο οποίος έχει γεννηθεί στις 6 Αυγούστου 1954 Η περιγραφή του ασθενή περιλαμβάνει τρία χαρακτηριστικά: όνομα, φύλο ημερομηνία γέννησης Από το DICOM λεξικό δεδομένων βρίσκουμε ότι: το όνομα του ασθενή έχει tag (0010,0010) με VR PN το φύλο έχει tag (0010,0040) με VR CS (συμβολοσειρά μέχρι 16 χαρακτήρες, όπου διαστήματα στην αρχή ή στο τέλος αγνοούνται και επιτρεπτοί χαρακτήρες είναι κεφαλαία, 0 9, διάστημα, κάτω παύλα (_)) η ημερομηνία γέννησης έχει tag (0010,0030) με VR DA Η περιγραφή των χαρακτηριστικών του ασθενή στη γλώσσα DICOM θα είναι: (0010,0010)Smith^Joe (0010,0030) (0010,0040)M 39 DICOM Κωδικοποίηση Κωδικοποίηση: δημιουργία μίας ακολουθίας από bytes για tag και της τιμής του. Δύο βασικοί τύποι κωδικοποίησης: έμμεση αναπαράσταση τιμής (implicit VR) άμεση αναπαράσταση τιμής (explicit VR) 40 18

19 DICOM Κωδικοποίηση Κωδικοποίηση έμμεσης αναπαράστασης τιμής (implicit VR) Tag Αριθμός ομάδας (ακέραιος χωρίς πρόσημο 2 bytes) Αριθμός στοιχείου (ακέραιος χωρίς πρόσημο 2 bytes) Μήκος δεδομένων Ακέραιος L 4 bytes Δεδομένα 2 bytes 2 bytes 4 bytes L bytes Άρτιος αριθμός Lbytes 41 DICOM Κωδικοποίηση Παράδειγμα κωδικοποίησης έμμεσης αναπαράστασης τιμής (implicit VR) Little Endian tag (0010, 0010) (Patient s Name) με τιμή Smith^Joe (χωρίς τα εισαγωγικά) Byte# Χαρακτήρας ASCII DLE NUL DLE NUL LF NUL NUL NUL S m i t h ^ J o e (διάστημα) Δεκαδική 16 αναπαράσταση Δεκαεξαδική 10 αναπαράσταση Α D E 4A 6F Μήκος Αριθμός Αριθμός δεδομένων Ομάδας Στοιχείου Δεδομένα = Smith^joe (με διάστημα στο τέλος) L = (0x A) 19

20 DICOM Κωδικοποίηση Παράδειγμα έμμεσης αναπαράστασης τιμής (implicit VR) εικόνας μεγέθους = (0x ) pixels, όπου χρησιμοποιείται ένα byte ανά pixel. Tο tag είναι (7FE0,0010) Byte# Χαρακτήρας ASCII DEL DLE NUL NUL NUL SOH NUL NUL ETX NUL LF LF Δεκαδική αναπαράσταση Δεκαεξαδική αναπαράσταση E0 7F A 0A Αριθμός Ομάδας 7FE0 Αριθμός Στοιχείου 0010 Μήκος δεδομένων L=0x Δεδομένα (1byte/pixel, L bytes) 43 DICOM Κωδικοποίηση Άσκηση 5 10 Έστω η εικόνα 2 2 pixels με τιμές Ναγραφτείη αναπαράσταση κωδικοποίησης έμμεσης αναπαράστασης τιμής (implicit VR) Little Endian. Χρησιμοποιείται ένα byte ανά pixel. Tο tag είναι (7FE0,0010). Λύση Οι τιμές της εικόνας στο δεκαεξαδικό σύστημα είναι αντίστοιχα 05 0Α 0F 14. Το μέγεθος της εικόνας σε bytes 2 2 1=4 bytes. O αριθμός 4 αναπαρίσταται στο δεκαεξαδικό σύστημα με 4 bytes ως Byte# Δεκαεξαδική αναπαράσταση E0 7F Α 0F 14 Αριθμός Ομάδας 7FE0 Αριθμός Στοιχείου 0010 Μήκος δεδομένων L=0x Δεδομένα (1byte/pixel, 4 bytes) 44 20

21 DICOM Κωδικοποίηση Κωδικοποίηση άμεσης αναπαράστασης τιμής (explicit VR) όλα VR εκτός από OB, OW, OF, UT και UN Tag VR Μήκος δεδομένων Δεδομένα Αριθμός Αριθμός VR (2 Ακέραιος L 2 Άρτιος ομάδας (ακέραιος χωρίς στοιχείου (ακέραιος χωρίς χαρακτήρες) bytes αριθμός bytes πρόσημο 2 πρόσημο 2 bytes) bytes) 2 bytes 2 bytes 2 bytes 2 bytes L bytes L 45 DICOM Κωδικοποίηση Παράδειγμα κωδικοποίηση άμεσης αναπαράστασης τιμής (explicit VR) Little Endian όλα VR εκτός από OB, OW, OF, UT και UN tag (0010, 0010) (Patient s Name) με τιμή Smith^Joe (χωρίς τα εισαγωγικά) Byte# Χαρακτήρας ASCII DLE NUL DLE NUL P N LF NUL S m i t h ^ J o e (διάστημα) Δεκαδική 16 αναπαράσταση Δεκαεξαδική 10 αναπαράσταση E 0A D E 4A 6F Αριθμός Αριθμός Μήκος Ομάδας Στοιχείου VR δεδομένων L = 10 (0x000A) 21

22 DICOM Κωδικοποίηση Κωδικοποίηση άμεσης αναπαράστασης τιμής (explicit VR) OB, OW, OF, UT και UN Tag VR Μήκος δεδομένων Δεδομένα Αριθμός Αριθμός VR (OB, OW, Δεσμευμέν Ακέραιος L Άρτιος ομάδας στοιχείου OF, UT ή α bytes 4bytes αριθμός (ακέραιος χωρίς (ακέραιος χωρίς UN) (0000) bytes πρόσημο 2 πρόσημο 2 bytes) bytes) 2 bytes 2 bytes 2 bytes 2 bytes 4 bytes L bytes L 47 DICOM Κωδικοποίηση Παράδειγμα άμεσης κωδικοποίησης άμεσης αναπαράστασης τιμής (explicit VR) Little Endian OB, OW, OF, UT και UN εικόνα μεγέθους = (0x ) pixels, όπου χρησιμοποιείται ένα byte ανά pixel. Τότε, για κάθε pixel χρησιμοποιείται ο τύπος OB, το tag είναι (7FE0,0010) Byte# Χαρακτ ήρας DEL DLE NUL O B NUL NUL NUL NUL SOH NUL NUL ETX NUL LF LF ASCII Δεκαδικ ή αναπαρ άσταση Δεκαεξα δική αναπαρ άσταση E0 7F F A 0A Αριθμός Αριθμός Ομάδας Μήκος δεδομένων Στοιχείου VR Δεσμευμένα 7FE0 L=0x Δεδομένα (1byte/pixel, L bytes) 48 22

23 DICOM Κωδικοποίηση Άσκηση Να γραφτούν οι implicit VR και explicit VR κωδικοποιήσεις για τα ακόλουθα στοιχεία δεδομένων: 1. (0008,0070) (Manufacturer) (VR: LO) με τιμή LG 2. (0008,0020) (Study Date) (VR: DA) με τιμή (0008,0060) (Modality) (VR: CS) με τιμή CT 49 DICOM Τύπος στοιχείων δεδομένων Το πρότυπο DICOM ορίζει πέντε τύπου στοιχείων δεδομένων, ανάλογα με τον εάν είναι υποχρεωτική ή όχι η παρουσία τους: Τύπος 1: στοιχεία δεδομένων που θα πρέπει υποχρεωτικά να εμφανίζονται σε ένα αντικείμενο. Τα στοιχεία αυτά δεν μπορεί να είναι κενά και θα πρέπει να έχουν μία έγκυρη τιμή ανάλογα με το VR. Απουσία έγκυρης τιμής σημαίνει παραβίαση του προτύπου DICOM. Για παράδειγμα, το στοιχείο δεδομένων (0010,0020) Patient Id (κωδικός ασθενή) πρέπει υποχρεωτικά να εμφανίζεται πάντα και να έχει κενή τιμή και άρα είναι τύπου 1. Τύπος 1C: τα στοιχεία δεδομένων της κατηγορίας αυτής θα πρέπει να συμπεριλαμβάνονται σε ένα αντικείμενο υπό ορισμένες συνθήκες. Εάν πρέπει να υπάρχουν θα πρέπει να λαμβάνουν μία έγκυρη τιμή σύμφωνα με το VR. Για παράδειγμα, το στοιχείο δεδομένων (0028,2110) Image Lossy Compression (συμπίεση εικόνας με απώλειας) αφορά εικόνες που έχουν υποστεί συμπίεση και επομένως είναι τύπου 1C

24 DICOM Τύπος στοιχείων δεδομένων Το πρότυπο DICOM ορίζει πέντε τύπου στοιχείων δεδομένων, ανάλογα με τον εάν είναι υποχρεωτική ή όχι η παρουσία τους: Τύπος 2: αφορά στοιχεία δεδομένων που θα πρέπει να εμφανίζονται σε ένα αντικείμενο, αλλά μπορεί να μην έχουν τιμή. Για παράδειγμα, το στοιχείο δεδομένων (0010,0010) Patient Name πρέπει να εμφανίζεται αλλά μπορεί να είναι κενό και άρα είναι τύπου 2. Τύπος 2C: τα στοιχεία δεδομένων αυτού του τύπου θα πρέπει να συμπεριλαμβάνονται σε ένα αντικείμενο υπό συνθήκες. Εάν συμπεριλαμβάνονται, μπορεί να είναι κενά. Για παράδειγμα το στοιχείο δεδομένων (0018,0082) Inversion Time (χρόνος αντιστροφής) απαιτείται μόνο όταν το στοιχείο δεδομένων (0018,0020) Scanning Sequence (ακολουθία σάρωσης) έχει την τιμή IR, διαφορετικά δεν απαιτείται η παρουσία του. Τύπος 3: αφορά σε προαιρετικά στοιχεία δεδομένων. Δεν είναι υποχρεωτική η παρουσία τους και ακόμα και εάν είναι παρόντα μπορεί να μην έχουν τιμή. 51 DICOM Τύπος στοιχείων δεδομένων Οι πέντε τύπου συνοψίζονται στον πίνακα Τύπος Υποχρεωτική Τιμή Υποχρεωτικά Παρουσία Μη Κενή 1 NAI NAI 1C ΥΠΟ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΝΑΙ 2 ΝΑΙ ΟΧΙ 2C ΥΠΟ ΣΥΝΘΗΚΕΣ ΟΧΙ 3 ΟΧΙ ΟΧΙ 52 24

25 DICOM Μοναδικά Αναγνωριστικά Πολλές φορές στην κλινική πράξη, μία εικόνα ενός ασθενή παραλλάσσεται δημιουργώντας ένα ή περισσότερα αντίγραφα αντίγραφο μίας εικόνας στο οποίο ο ιατρός έχει σημειώσει ένα κλινικό εύρημα. συμπιεσμένη έκδοση μίας εικόνας με σκοπό τη μετάδοσής στο πλαίσιο μίας εφαρμογής τηλεϊατρικής. αντίγραφοτηςεικόναςτοοποίονααποθηκευθείγιαασφάλεια σε ένα αποθετήριο εικόνων. Η αρχική εικόνα και κάθε παραλλαγή της πρέπει να λάβουν από ένα μοναδικό αναγνωριστικό (Unique Identifier UID). Τα μοναδικά χαρακτηριστικά δεν χρησιμοποιούνται μόνο για μεμονωμένες εικόνες αλλά και για σειρές εικόνων, εξετάσεις σε πρωτόκολλα ανταλλαγής δεδομένων κ.α. 53 DICOM Μοναδικά Αναγνωριστικά Παραλλαγές μίας εικόνας. Κάθε εικόνα χρειάζεται διαφορετικό αναγνωριστικό. Manually edited instance for review Compressed instance for teleradiology Backup instance on another archive Original image of Joe Smith on main PACS archive Αναδημιουργία από Paget s Disease, from Rappod available under CC BY NC 2.5 Cropped instance for report 25

26 DICOM Μοναδικά Αναγνωριστικά Κάθε μοναδικό αναγνωριστικό είναι μία συμβολοσειρά που περιλαμβάνει αριθμούς και τελείες και έχει VR τύπου UI, το οποίο σημαίνει ότι: Περιλαμβάνει τα ψηφία 0 9 και. (π.χ ) Το πρώτο ψηφίο δεν πρέπει να είναι μηδέν. Το μέγιστο πλήθος χαρακτήρων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν είναι 64. Εάν το πλήθος των χαρακτήρων είναι περιττός αριθμός πρέπει να συμπληρωθεί στο τέλος με ένα διάστημα. Η γενική μορφή ενός αναγνωριστικού είναι <org root>.<suffix>, όπου: Το <org root> προσδιορίζει πλήρως έναν οργανισμό (π.χ. κατασκευαστής μηχανήματος) και είναι της μορφής x.y.z. Όπου x, y, z είναι αριθμοί Το <suffix> είναι επίσης της μορφής μορφής x.y.z και θα πρέπει να είναι μοναδικό στο πλαίσιο του οργανισμού 55 DICOM Μοναδικά Αναγνωριστικά Κάθε εξέταση έχει ένα μοναδικό αναγνωριστικό που είναι στο tag (0020,000D) (Study Instance UID) (π.χ ) Κάθε σειρά εικόνων έχει το αναγνωριστικό (0020,000Ε) (Series Instance UID) (π.χ ) Κάθε εικόνα έχει το αναγνωριστικό (0008,0018) (Image SOP Instance UID) (π.χ ) 58 26

27 DICOM Οργάνωση δεδομένων Το πρότυπο DICOM στηρίζεται σε μία ιεραρχική οργάνωση των δεδομένων για τη δημιουργία ενός αντικειμένου: τα στοιχεία δεδομένων χρησιμοποιούνται για την κατασκευή δομικών μονάδων πληροφοριών (information modules) δομικές μονάδες πληροφορίας ομαδοποιούνται για να σχηματίσουν οντότητες πληροφοριών (Information Entities IEs) οντότητες πληροφοριών συνενώνονται για να σχηματίσουν ορισμούς αντικειμένων πληροφοριών (Information Object Definitions IODs) 59 27