DICOM标准：DICOM服务类详解，了解存储服务类、查询/检索服务类（Q/R Service Class）和工作流管理服务类等原理

目录

一、概述

二、存储服务类（Storage Service Class）

存储操作（C-STORE）

确认操作（C-STORE-RSP）

三、查询/检索服务类（Query/Retrieve Service Class）

查询操作（C-FIND）

移动操作（C-MOVE）

获取操作（C-GET）

四、工作流管理服务类（Workflow Management Service Class）

工作列表操作（C-FIND）

工作流状态管理（N-CREATE、N-SET、N-GET）

工作流结果（N-DELETE）

五、DICOM服务类实例

存储服务类

查询/检索服务类

工作流管理服务类

六、总结

一、概述

DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）标准不仅定义了数据模型，还包括多种服务类，用于在不同的医疗设备和系统之间传输和管理医学影像数据。DICOM服务类的目标是确保设备与系统间的互操作性，提高影像数据管理的效率和准确性。本文将重点介绍三种主要的DICOM服务类：存储服务类（Storage Service Class）、查询/检索服务类（Query/Retrieve Service Class）和工作流管理服务类（Workflow Management Service Class）。

二、存储服务类（Storage Service Class）

存储服务类是DICOM标准中最基本和最常用的服务类之一，用于在不同的设备和系统之间传输医学影像数据。存储服务类主要包括两个操作：存储（C-STORE）和确认（C-STORE-RSP）。

存储操作（C-STORE）

  1. 功能

    • 存储操作用于将DICOM对象从一个设备发送到另一个设备。通常，发送端设备（Service Class User, SCU）是影像生成设备，如CT机或MRI机，而接收端设备（Service Class Provider, SCP）是存储设备，如PACS（Picture Archiving and Communication System）。

  2. 请求消息

    • 请求消息包含DICOM对象的SOP Instance UID、数据元素和像素数据等。

  3. 过程

    • SCU将包含影像数据和相关元数据的DICOM对象打包成C-STORE请求消息，发送给SCP。
    • SCP接收请求消息，解析其中的数据元素，并将影像数据存储到本地数据库或文件系统中。

  4. 示例代码

         1）使用fo-dicom框架的实现  ：

using Dicom;
using Dicom.Network;
using System;
using System.IO;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        // 创建DicomClient实例
        var client = new DicomClient();

        // 打开并加载DICOM文件
        var dicomFile = DicomFile.Open("path/to/dicom/file.dcm");

        // 创建一个C-STORE请求并添加到客户端
        client.AddRequest(new DicomCStoreRequest(dicomFile));

        // 配置客户端并建立连接
        client.NegotiateAsyncOps();
        await client.AddRequestAsync(new DicomCStoreRequest(dicomFile));

        // 向PACS系统发送请求
        await client.SendAsync("PACS_IP", 104, false, "SCU_AE", "PACS_AE");
    }
}

   2） 使用DCMTK库的实现： 

#include "dcmtk/dcmnet/dfindscu.h"
#include "dcmtk/dcmnet/dimse.h"
#include "dcmtk/dcmdata/dcdatset.h"
#include "dcmtk/dcmdata/dcfilefo.h"
#include <cstring>

int main()
{
    OFCondition status;
    T_ASC_Network *net;
    T_ASC_Association *assoc;

    // 初始化网络
    status = ASC_initializeNetwork(NET_REQUESTOR, 0, 30, &net);
    if (status.bad()) return 1;

    // 请求建立关联
    T_ASC_Parameters *params;
    ASC_createAssociationParameters(&params, ASC_DEFAULTMAXPDU);
    ASC_setAPTitles(params, "SCU_AE", "PACS_AE", NULL);
    ASC_setTransportLayerType(params, false);
    ASC_setPresentationAddresses(params, "SCU_IP", "PACS_IP:104");

    status = ASC_requestAssociation(net, params, &assoc);
    if (status.bad()) return 1;

    // 打开并加载DICOM文件
    DcmFileFormat dcmff;
    dcmff.loadFile("path/to/dicom/file.dcm");

    // 创建C-STORE请求
    T_DIMSE_C_StoreRQ req;
    T_DIMSE_C_StoreRSP rsp;
    std::memset(&req, 0, sizeof(req));
    req.MessageID = assoc->nextMsgID++;
    strcpy(req.AffectedSOPClassUID, UID_CTImageStorage);
    dcmff.getDataset()->findAndGetOFString(DCM_SOPInstanceUID, req.AffectedSOPInstanceUID);
    req.Priority = DIMSE_PRIORITY_MEDIUM;
    req.DataSetType = DIMSE_DATASET_PRESENT;

    // 发送C-STORE请求
    status = DIMSE_storeUser(assoc, DIMSE_BLOCKING, 0, &req, NULL, dcmff.getDataset(), NULL, NULL, &rsp, NULL, DIMSE_DATASET_PRESENT);

    // 释放关联
    ASC_releaseAssociation(assoc);
    ASC_dropAssociation(assoc);
    ASC_dropNetwork(&net);

    return 0;
}

确认操作（C-STORE-RSP）

  1. 功能

    • 确认操作是对存储操作的响应消息。接收端设备（SCP）接收到DICOM对象后，发送确认消息给发送端设备（SCU），表示存储操作是否成功。

  2. 确认消息

    • 确认消息包含操作的状态码，如成功、失败或部分成功等。

  3. 过程

    • SCP在成功存储影像数据后，生成C-STORE-RSP响应消息，并将其发送回给SCU。状态码的解析和处理由SCU完成。
三、查询/检索服务类（Query/Retrieve Service Class）

查询/检索服务类用于在不同的设备和系统之间查询和检索医学影像数据。主要包括三个操作：查询（C-FIND）、移动（C-MOVE）和获取（C-GET）。

查询操作（C-FIND）

  1. 功能

    • 查询操作用于在DICOM数据库中查询特定条件的DICOM对象。查询条件可以包括患者姓名、患者ID、检查日期、影像类型等。

  2. 请求消息

    • 请求消息包含查询条件和返回数据元素的列表。

  3. 过程

    • SCU生成包含查询条件的C-FIND请求消息，并发送给SCP。
    • SCP根据查询条件在数据库中查找匹配的DICOM对象，并返回结果列表。

  4. 示例代码

          1）使用fo-dicom框架的实现  ：

using Dicom;
using Dicom.Network;
using System;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        // 创建DicomClient实例
        var client = new DicomClient();

        // 创建一个C-FIND请求，查询患者姓名为"John Doe"的影像
        var request = new DicomCFindRequest(DicomQueryRetrieveLevel.Study)
        {
            PatientName = "John Doe"
        };

        // 处理响应
        request.OnResponseReceived += (req, response) =>
        {
            Console.WriteLine(response.Dataset?.GetString(DicomTag.StudyInstanceUID));
        };

        // 添加请求到客户端
        client.AddRequest(request);

        // 向PACS系统发送请求
        await client.SendAsync("PACS_IP", 104, false, "SCU_AE", "PACS_AE");
    }
}

 2） 使用DCMTK库的实现： 

#include "dcmtk/dcmnet/dfindscu.h"

int main()
{
    DcmFindSCU findscu;

    // 设置应用实体标题
    findscu.setAETitle("SCU_AE");
    findscu.setPeerAETitle("PACS_AE");
    findscu.setPeerHostName("PACS_IP");
    findscu.setPeerPort(104);

    // 创建查询数据集
    DcmDataset query;
    query.putAndInsertOFStringArray(DCM_PatientName, "John Doe");

    // 添加Presentation Context
    findscu.addPresentationContext(UID_FINDStudyRootQueryRetrieveInformationModel);

    // 发送C-FIND请求
    findscu.sendFindRequest("PACS_IP", 104, &query, UID_FINDStudyRootQueryRetrieveInformationModel);

    return 0;
}

移动操作（C-MOVE）

  1. 功能

    • 移动操作用于将DICOM对象从一个设备传输到另一个设备。在移动操作中，发送端设备（SCU）发送请求消息给接收端设备（SCP），请求将匹配的DICOM对象传输到指定的第三方设备。

  2. 请求消息

    • 请求消息包含DICOM对象的查询条件和目标设备的AE Title。

  3. 过程

    • SCU生成包含查询条件和目标设备AE Title的C-MOVE请求消息，并发送给SCP。
    • SCP根据查询条件查找匹配的DICOM对象，并将其传输到目标设备，同时向SCU发送C-MOVE-RSP确认消息。

  4. 代码示例   

         1）使用fo-dicom框架的实现  ： 

using Dicom;
using Dicom.Network;
using System;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        // 创建DicomClient实例
        var client = new DicomClient();

        // 创建一个C-MOVE请求，查询患者姓名为"John Doe"的影像
        var request = new DicomCMoveRequest("TARGET_AE", DicomQueryRetrieveLevel.Study)
        {
            PatientName = "John Doe"
        };

        // 处理响应
        request.OnResponseReceived += (req, response) =>
        {
            Console.WriteLine($"Move response: {response.Status}");
        };

        // 添加请求到客户端
        client.AddRequest(request);

        // 向PACS系统发送请求
        await client.SendAsync("PACS_IP", 104, false, "SCU_AE", "PACS_AE");
    }
}

 2） 使用DCMTK库的实现： 

#include "dcmtk/dcmnet/dmovescu.h"

int main()
{
    DcmMoveSCU movescu;

    // 设置应用实体标题
    movescu.setAETitle("SCU_AE");
    movescu.setPeerAETitle("PACS_AE");
    movescu.setPeerHostName("PACS_IP");
    movescu.setPeerPort(104);

    // 创建查询数据集
    DcmDataset query;
    query.putAndInsertOFStringArray(DCM_PatientName, "John Doe");

    // 添加Presentation Context
    movescu.addPresentationContext(UID_MOVEStudyRootQueryRetrieveInformationModel);

    // 发送C-MOVE请求，将结果移动到TARGET_AE
    movescu.sendMoveRequest("PACS_IP", 104, &query, UID_MOVEStudyRootQueryRetrieveInformationModel, "TARGET_AE");

    return 0;
}

获取操作（C-GET）

  1. 功能

    • 获取操作类似于移动操作，但不同的是，获取操作请求将DICOM对象传输回发送端设备（SCU）本身。

  2. 请求消息

    • 请求消息包含DICOM对象的查询条件。

  3. 过程

    • SCU生成包含查询条件的C-GET请求消息，并发送给SCP。
    • SCP根据查询条件查找匹配的DICOM对象，并将其传输回SCU，同时发送C-GET-RSP确认消息。

      4. 代码示例   

         1）使用fo-dicom框架的实现  ： 

using Dicom;
using Dicom.Network;
using System;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        // 创建DicomClient实例
        var client = new DicomClient();

        // 创建一个C-GET请求，查询患者姓名为"John Doe"的影像
        var request = new DicomCGetRequest(DicomQueryRetrieveLevel.Study)
        {
            PatientName = "John Doe"
        };

        // 处理响应
        request.OnResponseReceived += (req, response) =>
        {
            Console.WriteLine($"Get response: {response.Status}");
        };

        // 添加请求到客户端
        client.AddRequest(request);

        // 向PACS系统发送请求
        await client.SendAsync("PACS_IP", 104, false, "SCU_AE", "PACS_AE");
    }
}

   2） 使用DCMTK库的实现： 

#include "dcmtk/dcmnet/dgetscu.h"

int main()
{
    DcmGetSCU getscu;

    // 设置应用实体标题
    getscu.setAETitle("SCU_AE");
    getscu.setPeerAETitle("PACS_AE");
    getscu.setPeerHostName("PACS_IP");
    getscu.setPeerPort(104);

    // 创建查询数据集
    DcmDataset query;
    query.putAndInsertOFStringArray(DCM_PatientName, "John Doe");

    // 添加Presentation Context
    getscu.addPresentationContext(UID_GETStudyRootQueryRetrieveInformationModel);

    // 发送C-GET请求
    getscu.sendGetRequest("PACS_IP", 104, &query, UID_GETStudyRootQueryRetrieveInformationModel);

    return 0;
}

四、工作流管理服务类（Workflow Management Service Class）

工作流管理服务类用于管理医疗影像工作流程，如预约、检查、报告等。主要包括四个操作：工作列表（C-FIND）、工作流状态（N-CREATE、N-SET、N-GET）和工作流结果（N-DELETE）。

工作列表操作（C-FIND）

  1. 功能

    • 工作列表操作用于查询DICOM工作列表，获取待处理的检查任务。工作列表可以包含患者信息、检查类型、预约时间等。

  2. 请求消息

    • 请求消息包含查询条件和返回数据元素的列表。
工作流状态管理（N-CREATE、N-SET、N-GET）

  1. N-CREATE

    • 功能：用于创建新的工作流实例，表示一个新的检查任务。
    • 请求消息：包含新的工作流实例的详细信息，如患者信息、检查类型等。

  2. N-SET

    • 功能：用于更新工作流实例的状态，如检查开始、检查完成等。
    • 请求消息：包含工作流实例的唯一标识符和新的状态信息。

  3. N-GET

    • 功能：用于获取工作流实例的详细信息。
    • 请求消息：包含工作流实例的唯一标识符。
工作流结果（N-DELETE）

  1. 功能

    • 用于删除工作流实例，表示检查任务已完成并从工作列表中移除。

  2. 请求消息

    • 包含工作流实例的唯一标识符。
五、DICOM服务类实例

为了更好地理解DICOM服务类的概念和应用场景，我们以一个具体的实例进行说明。假设我们有一个PACS系统和一个影像工作站，需实现以下操作：

存储服务类

  1. 操作描述

    • 影像工作站生成一张新的CT图像，并将其存储到PACS系统中。
    • 影像工作站发送C-STORE请求消息，将CT图像对象传输到PACS系统。
    • PACS系统接收到CT图像对象后，发送C-STORE-RSP确认消息给影像工作站，表示存储操作成功。

  2. 过程与技术

    • 影像工作站使用图像采集设备（如CT机）生成DICOM对象，包含影像数据和元数据。
    • DICOM对象通过网络传输协议发送至PACS系统，PACS系统解析并存储图像。
    • PACS系统将操作结果通过C-STORE-RSP消息反馈给影像工作站。
查询/检索服务类

  1. 操作描述

    • 医生在影像工作站上查询某个患者的所有CT影像。
    • 影像工作站发送C-FIND请求消息，查询PACS系统中的CT影像对象。
    • PACS系统返回匹配的CT影像对象列表给影像工作站。
    • 医生选择其中一张CT影像，并请求将其传输到影像工作站进行查看。
    • 影像工作站发送C-MOVE请求消息，请求PACS系统将CT影像对象传输到影像工作站。
    • PACS系统将CT影像对象传输到影像工作站，并发送C-MOVE-RSP确认消息。

  2. 过程与技术

    • 影像工作站通过网络协议与PACS系统建立连接。
    • 影像工作站发送C-FIND请求，PACS系统查询数据库并返回匹配结果。
    • 影像工作站选择需要的影像，发送C-MOVE请求，PACS系统将影像传输至影像工作站。
    • PACS系统确认传输成功并发送C-MOVE-RSP消息。
工作流管理服务类

  1. 操作描述

    • 放射科接收到一位新患者的CT检查预约。
    • PACS系统发送N-CREATE请求消息，创建新的工作流实例，表示一个新的CT检查任务。
    • 检查开始时，影像工作站发送N-SET请求消息，更新工作流实例的状态为“检查开始”。
    • 检查完成后，影像工作站发送N-SET请求消息，更新工作流实例的状态为“检查完成”。
    • 医生查看和报告完毕后，PACS系统发送N-DELETE请求消息，删除工作流实例，表示检查任务已完成并从工作列表中移除。

  2. 过程与技术

    • PACS系统接受预约信息，生成新的工作流实例并发送N-CREATE请求。
    • 在检查流程中，影像工作站通过N-SET消息更新工作流状态。
    • 检查完成后，工作流状态再次更新为“检查完成”。
    • 医生完成报告后，PACS系统通过N-DELETE消息删除工作流实例。
六、总结

        DICOM服务类定义了多种操作，用于在不同的医疗设备和系统之间传输和管理医学影像数据。通过理解存储服务类、查询/检索服务类和工作流管理服务类的概念、应用场景和操作原理，我们可以更好地实现医学影像数据的互操作性和工作流管理。具体实例有助于我们掌握这些服务类在实际应用中的操作和流程，提高医疗影像数据管理的效率和准确性。

        通过深入了解DICOM服务类的各个方面，我们能够更好地在实际医疗环境中应用这些标准和技术，以提高医疗影像数据的传输和管理效率，增强不同设备和系统间的互操作性，从而更好地服务于医疗实践和病人护理。

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