第29回医用マルチメディア研究会

DICOM規格の初歩(基礎と実例紹介)

アレイ株式会社ソリューション本部

山中誠一

医療情報技師/医用画像情報専門技師

目次

• 今日のゴール

• DICOMの簡単な歴史

• DICOM規格とは

• すべての基本

• DICOM通信の基本

• 良く耳にする用語

• DICOMの範囲

• 良く起きる問題

• まとめ

• 参考文献、情報参照先

• 付録

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今日のゴール

• DICOMとはどんなものなのかを理解しよう

• 用語の意味を理解しよう

• DICOMと周辺規格を知ろう

• 良く起きる問題の傾向を知っておこう

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DICOMの簡単な歴史(1)

• その前に、DICOM(ダイコム)とは?「Digital Imaging and Communications in Medicine」米国放射線学会 (ACR) と北米電子機器工業会 (NEMA) が開発した、医用画像のフォーマットと、それらの画像を扱う医用画像機器間の通信プロトコルを定義した標準規格

• 1970年代X線CTの実用化を皮切りに画像診断が電子化当初の目標は機器の性能向上

• 次第に各装置間での画像の共通利用を考え始める当時は装置ごとに専用の接続方法が必要でコスト(時間、費用)が掛かったユーザー、ベンダーとも大変な労力

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DICOMの簡単な歴史(2)

• 1983年ACRとNEMAが医用デジタル画像と通信の規格作成を開始

• 1985年ACR-NEMA300-1985(Ver 1.0)

• 1988年ACR-NEMA300-1988(Ver 2.0)

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ACR-NEMA Ver 1.0 全114ページ ACR-NEMA Ver 2.0 全124ページ

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DICOMの簡単な歴史(2)

• 1983年ACRとNEMAが医用デジタル画像と通信の規格作成を開始

• 1985年ACR-NEMA300-1985(Ver 1.0)

• 1988年ACR-NEMA300-1988(Ver 2.0)

• 1993年 RSNA(Radiological Society of North America,北米放射線学会)で承認名称はDICOMに変更されたが、バージョン番号は継承(3.0)

• 1998年から2002,2005,2010年を除いて2011年まで更新されている

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DICOM1992-1995 全865ページ DICOM 2011 全4092ページ

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小まとめ

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1. DICOMの歴史について学びました。

DICOM規格とは(1)

• DICOM2011は20章構成PS3.1～PS3.20 (PS = Part of Standard)

• 9章(1対1の通信用)と13章(1対1のプリント通信用)は廃止された

• PS 3.2 はパート3.2ではなく、パート2と呼ぶ

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DICOM規格とは(2)

PS タイトル PS タイトル

3.1 序文と概要 3.11 媒体保存応用プロファイル

3.2 適合性 3.12 媒体相互交換のための媒体フォーマットと物理媒体

3.3 情報オブジェクト定義 3.14 グレースケール標準表示関数

3.4 サービスクラス仕様 3.15 セキュリティプロファイル

3.5 データ構造と符号化 3.16 コンテンツマッピング

3.6 データ辞書 3.17 説明情報

3.7 メッセージ交換 3.18 DICOMオブジェクトへのWebアクセス

3.8 メッセージ交換のためのネットワーク通信サポート

3.19 アプリケーションホスティング

3.10 媒体相互交換のための媒体保存とファイルフォーマット

3.20 DICOMとHL7間の相互変換

※日本語訳はJIRA Web ページよりPart 16,18,20を除く

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すべての基本(1) サービス(1)

• DICOMではサービス(何をするか?)と情報オブジェクト(対象となるデータ)の組み合わせで機能を定義している

• サービスはPS3.4(Service Class Specification)で定義している。たとえば…

サービス名 動作

Storage Service Class 装置間でオブジェクト(画像など)を転送する機能

Print Management Service Class 画像をプリントする機能

Modality Worklist ManagementService Class (MWM)

検査情報を管理する機能

Query/Retrieve Service Class 画像の問い合わせ、検索と転送をする機能

など

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すべての基本(1) サービス(2)

• サービスには提供者と利用者がある

提供者 : Service Class Provider →SCP利用者 : Service Class User →SCU

• 先ほどのStorage Service Classを図示すると…

モダリティ(CT)

Storage SCU

PACS

Storage SCP

CT Image Storage Service Class

※PACS Picture Archiving and Communication System画像保存通信システム、画像サーバーシステム

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CT装置からCT Image Storage Service Classを利用して画像を送信する

CT装置は画像保存サービスを利用するので SCU

PACSは画像保存サービスを提供するので SCP

※装置間で画像などを転送する機能

すべての基本(2) オブジェクト(1)

• PS3.3(Information Object Definitions ) で情報オブジェクト(IOD)を定義している。

• たとえば…CT画像、CR画像、患者情報、検査情報、レポート…

• CT画像の場合 (PS3.3 Page 147)Computed Tomography Image Information Object Definition

例を次ページに示します

※IOD Information Object Definition 情報オブジェクト定義

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例 : CT Image IODの構成要素の定義

• Patient…患者情報• Study…検査情報• Series…シリーズ情報• Image…画像情報

各要素について参照先(Reference)や必須、オプションの指定(Usage M/U)が記述されている

IE(Information Entity)情報実態

Module

モジュール

Tag

タグ

IODの階層構造6/14/2013 15

例 : Patient Module の定義

• 属性名Attribute Name

• タグ番号 (次ページで説明します)Tag

• 属性のタイプType

• 属性の簡単な説明Attribute Description

Type 説明

1 必須項目。DICOMデータの中に含まれていなければならない。

2 DICOMデータの中に少なくともタグ情報が含まれていなければならない。データは空でもよい。

3 なくてもよい。

1C 他のタグの内容によってType1になる(CはConditionalの意)

2C 他のタグの内容によってType2になる(CはConditionalの意)

属性のタイプ

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DICOMタグとは(1)

• PS 3.6 (Data Directory)で定義している

• (gggg,eeee)形式で表されるgggg = グループ番号eeee = エレメント番号

• 情報の内容を示すための識別子(タグ)

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DICOMタグとは(2)

• VR ( Value Representation)タグの内容を表現するための型PS3.5(Data Structures and Encoding)で定義

• VRごとに使える文字の種類、データの長さ(固定、最大長)、フォーマットなどが異なる

• VM(Value Multiplicity)ひとつの中にいくつのデータを格納できるか1 : １つ, 1-n : 1以上2-2n : 2以上、偶数個というタグも

• 右端に”RET”とあるのは廃止(Retired)タグ

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DICOMオブジェクトの構造(1)

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データ要素 データ要素 データ要素 データ要素 データ要素…

一つのDICOMオブジェクト(例:CT画像1枚)

Tag(0010,0020)

VR“LO”

Value Length10

Value Field“9999012345”

Patient ID Long String64文字まで

データの長さ このデータの患者ID Patient’s Birth Date

Date日付をYYYYMMDDで表す

8 : データの長さ

Tag(0010,0030)

VR“DA”

Value Length8

Value Field“19801030”

患者の生年月日

(次のデータ要素)

• IODの定義に従って、データ要素が並んでいる• DICOM Tagは値の小さい順(タグの重複、逆順は禁止)• Value Fieldは必ず偶数バイト。奇数バイトのときは1バイト付加する。

VRによりスペースかNULL文字かが決められている。• グループナンバーが奇数のタグはDICOM規格書で定義していない。

プライベートタグと呼ばれ、各装置固有の情報などを格納できる。• 画像データもデータ要素の一つ。

小まとめ

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1. DICOMの歴史について学びました。2. DICOMの基本構造について学びました。

DICOM規格書の構成サービスとオブジェクトオブジェクトの構造IE,Module,Tag,VR,VM

サービスとデータの構造がわかったところで、DICOM通信の方法を見てみましょう。

DICOM通信の基本3ステップ

SCUがSCPにサービスの利用を要求する

SCPはリクエストの内容の許諾

(Accept),拒否(Reject)を回答す

る

SCUはサービスを利用する

サービスの利用を終了するときにSCUがアソシエーションの解放を要求する

SCPはこのアソシエーション内のステータスを

返却する

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利用したいサービス、Transfer Syntax等を知らせる

画像を送信する、ワークリストを問い合わせる等

Success, Warning, Failの

別、エラーコード、エラーメッセージ等

※SCU:Service Class User / SCP:Service Class Provider Page.13

1検査の画像をすべて送り終えた、等

Reject されたらサービスは利用できない

良く耳にする用語(1)

用語 解説

UID Unique ID / 固有識別子のこと。唯一無二であること。DICOM規格で決まっているUIDと、日々生成されるUIDがあります。Study Instance UID, Series Instance UID, SOP Instance UID等。

SOP Service Object Pairオブジェクトとサービスの組み合わせのこと。一つのDICOMオブジェクトを指す使われ方もします。

AE Title Application Entity Title アプリケーション実態タイトルシステム内でのアプリケーションを特定する名前。施設内等でユニークにすること。AEと略されて使用されることが多いが、間違い。

Transfer Syntax(PS3.6 Data Dictionary)

転送構文と呼ばれる。DICOMデータの格納形式を示す。3つの条件がある。1. バイトの並び Little Endian / Big Endian2. VRをDICOMデータに含めるExplicit VR / 含めない Implicit VR3. 画像データの格納方法非圧縮、JPEG,Lossless JPEG, RLE など

※圧縮形式はすべて Explicit VR になる

C-ECHO(エコー) サービスクラスの一つ(Verification SOP Class)。DICOM装置間での疎通確認ができる。PingのDICOM版ともいえる。使用例:Pingが通ったのにECHOが通らない!

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※VR: Value Representation(Page.18)Implicit 暗黙的Explicit 明示的

良く耳にする用語(2)

用語 解説

Q/R Query/Retrieveの略。画像サーバー等に検査画像の問い合わせ(Query)および画像取得(Retrieve)をおこなうこと。QとRは別のサービスだがあまり区別されない。使用例 :Aさん Q/Rが遅いんだけど、どうして?

Bさん Queryなの?Retrieveなの?Aさん 両方だよ。

Character Set(文字集合)

DICOMオブジェクトで使用されている文字種。DICOMタグ(0008,0005) Specific Chracter Setが適

切に設定されていないと文字化けを起こす。装置によってサポートする文字種が異なることがある。例 : ISO IR-6 アルファベット、ISO-IR 87 JIS漢字(ひらがな、全角カタカナ)、ISO IR-13 半角カタカナ

Conformance Statement コンフォーマンスステートメント。P3.2(Conformance)で定義。各装置のDICOMの適合性の宣言書。どのようなサービスやオブジェクトをサポートするかが記述されている。メーカーのWebページからダウンロード可能なことが多い。

規格違反 DICOM規格書の内容に沿っていないことを指す。文字列の長さ、文字種、数値の範囲が規格に合っていない、Type 1のタグが存在しない、など多岐にわたる。DICOM規格のあいまいさから来る解釈の違いなどが原因のこともある。

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良く耳にする用語(3)

用語 解説

HL7 Health Level 7の略。医療情報交換のための標準規約で、患者管理、オーダ、照会、財務、検査

報告、マスタファイル、情報管理、予約、患者紹介、患者ケア、ラボラトリオートメーション、アプリケーション管理、人事管理などの情報交換を取り扱う(日本HL7協会Webページより)

IHE Integrating the Healthcare Enterpriseの略。1999年アメリカで活動を開始した医療分野での業務シナリオを提案する団体。日本ではIHE-Jとして2001年から活動している。DICOM,HL-7,XMLなど他の標準規格を利用、組み合わせて標準仕様を策定する。

PDI IHEのプロファイルのひとつ。可搬媒体(CD-R)で医用画像等を扱う際の標準化仕様。

TCP/IP, IP Address DICOMの通信で使用される通信プロトコル。IPアドレスは各装置に割り当てられる住所のようなもの。

Port Number(ポート番号)

各装置内で各サービスに割り当てられる番号。実際の通信はIPアドレス+ポート番号で行われている。サービスによってはポート番号の規定値がある(HTTP:80, FTP:20/21, POP3:110など)

DICOMと関連する用語

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DICOMの範囲 通信プロトコル編

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HIS病院情報システム

RIS放射線部門システム

画像サーバー

モダリティ

CD取り込み装置

3Dワークステーション

DICOMプリンター

画像ビューアー

レポートシステム

DICOMで通信

モダリティ

モダリティ

DICOM以外で通信(HL7, HTTP,独自プロトコル等)

※一例です。

MWM,MPPS

StoragePrint

Q/R, Storage

DICOMで良く起きる問題(1)

• モダリティからPACSに画像が送信できない、などの問題• 装置設置時の場合や運用開始後に突然発生する場合がある

• ネットワークのトラブル

• 物理層(ケーブル、Hub), ポート番号重複など

• DICOM設定の問題

• AE Title, ポート番号,装置に登録されている接続相手の情報の相違

• サポートしていないSOP ClassやTransfer Syntaxでサービスを利用しようとした

• DICOM規格違反のためPACSが画像の受け取りを拒否した

• DICOM規格違反ではないが、PACSが受け取りを拒否した

• 同一SOP Instance UIDのオブジェクトを送信した(上書きを禁止している場合)

• 保存領域が足りなくなった

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DICOMで良く起きる問題(2)

• 表示した画像の階調(濃淡)が異なる• 表示デバイスの特性が異なる。PS3.14(Grayscale Standard Display Function)で解決策を定義している。

• 患者氏名が文字化けする• (0008, 0005) Specific Character Setの宣言とオブジェクト内の文字コードが相違

• 宣言内の文字種を表示装置がサポートしていない

• 使用する文字種を制限する

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最後のまとめ

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1. DICOMの歴史について学びました。2. DICOMの基本構造について学びました。

DICOM規格書の構成サービスとオブジェクトオブジェクトの構造IE,Module,Tag,VR,VM

3. DICOM通信の3ステップを学びました。4. 良く耳にする用語の一例を学びました。5. 放射線科内での装置で利用されるDICOM通信について学びました。6. DICOM利用時によく起きる問題について学びました。

参考文献、情報参照先

• DICOM規格• http://medical.nema.org/

• JIRA 日本画像医療システム工業会• http://www.jira-net.or.jp/

• DICOMの世界http://www.jira-net.or.jp/dicom/

• Wikipedia• DICOM http://ja.wikipedia.org/wiki/DICOM

• IHE-J• http://www.ihe-j.org/

• 日本HL7協会• http://www.hl7.jp/

• DICOM入門• 篠原出版社

• IHE入門,IHE超入門• 日本IHE協会普及推進委員会

• これで解決！医用画像可搬媒体の取扱い• ピラールプレス

※書籍はAmazon で購入できます。

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ご清聴ありがとうございました。

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