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ACRNEMA300标准模板
第六节ACR-NEMA300标准
一、ACR-NEMA300标准
PACS在20世纪80年代初有较大的发展。
但由于各成像设备厂家所用数据格式不一,因而影响了它们之间的信息交换、互连与通信,并阻碍了PACS本身的发展。
所有这些促使美国放射设备的用户:
美国放射协会(americancollegeofradiology,简称ACR)和设备制造商有关组织电气制造商协会(nationalelectricalmanufacturesassociation,简称NEMA)于1983年联合成立了一个联合委员会,开发”数据成像与通信”标准ACR-NEMA300,其宗旨是:
(1)促进数字图像信息间的通信,而不论提供这些信息的设备由何厂制造,也不论信息以何种数据格式来表示。
(2)便于进一步开发和扩展PACS系统,使与医院中的其它信息系统连接。
(3)建立一诊断信息数据库,让分布在各地的各种设备访问共享。
联合委员会于1985,1988年先后推出了ACR-NEMA300-85,ACR-NEMA300-88二个版本(俗称ACR-NEMA1.0和ACR-NEMA2.0,统称ACRNEMA)。
以后于1993年推出NEMAPS3:
”医学数据成像与通信(DICOM)”,简称DICOM3.0。
这里先讨论ACR-NEMA标准。
ACR-NEMA标准规定了:
①硬件接口包括物理层的电气规范、信号的电气特性、插座各脚定义、插座的机械尺寸,信号定时规范;②最少软件命令组;③成像设备与网络接口单元(NIU)间或两成像设备间通信的统一的数据格式集。
图6-174网络环境下ACR-NEMA标准接口示意在网络环境下,接口的一边是成像装置,另一边为网络接口单元NIU(图6-174)。
该NIU实为一个网关,其性质由所使用的网络来决定。
它应提供相当于一台PC的本地处理能力。
则是在不使用网络时,ACR-NEMA接
口在两个支持ACR-NEMA标准的仪器设备之间的位置图6-175。
这里一个设备是成像装置,另一设备可能是打印机或工作站。
成yI
ACR-XFAIA.
援u屮db
图6-175两成像装置与ACR-NEMA标准接口
二、ACR-NEMA模型与ISO-OSI模型比较
ACR-NEMA也采用分层模型,各层的命名与功能划分均参考ISO-OSI参考模型,但两者不完全相同。
兹将它们的比较列于图6-176。
由图可见,不同于OSI的七层结构体系,在ACR-NEMA中将传输与网络层合并为传输/网络层,因而减为六层。
两层合并原因
在于ACR-NEMA标准定义了一个点对点的接口,因此原来网络层功能以及它的路由控制部分无存在的必要了。
兹将各层功能简述于
Q5I齐脛
ACR-NFMA丼层
啊幣爲总
鮭血用
81题
图6-176OSI与ACR-NEMA分层比较
(一)物理层
本层包括硬件规格,接口访问与字交换协议,它定义了相互关连的信号时序,使数据能经由接口传输。
数据链路层经过本层发送数据,进行流量控制与错误检测。
(二)数据链路层
本层与ISO-OSI数据链路层相应,它的功能是把来自传输/网络层的数据加上控制字组装成帧,经过物理层发出去。
在从物理层接收数据时应去掉帧控制字,检查传输错误并将数据送到传输/网络层。
帧结构如图6-177(a)所示。
帧内第一个字为帧描述符字,最后一个字是帧校验序列。
(三)传输/网络层
如前所述,在ACR-NEMA标准中,由于它定义了一个点对点的接口,类似于ISOOSI中的网络层以及与之有关的路由控制部分是不需要的。
因此以网络/传输层概括了ISO-OSI中的网络层与传输层的功能。
本层的功能是将上一层来的报文分成每块不超过2048
字的数据块,随后在加上分组(包)序列号与描述头后进行分组,
再传给下一层--数据链路层。
在接收数据时,则将来自数据链路层的分组重组成报文后发送至上层(会话层)。
如果某一装置欲利用
这一接口经过外部网络进行连接,则需要明白地知道源与目的地
址。
这些地址参数是在建立通道时由会话层所提供的。
地址信息必须与虚拟通道号一起给出并予存储以支持虚拟通道的服务。
其因此要规定块序列号是为了保证报文中的数据块能准确地重组。
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图6-177帧结构、数据分组与分组描述符字结构示意图6-177(b)
为数据分组结构。
它从分组描述符字开始。
分组描述符字包括一通
道号,分组类型和一服务类字段,如图6-177(c)所示。
第二个字是所需的数据块序列号包括15位二进制数与表示最后一个数据块的
标志位(1位)。
第3个字是报文数据块,其长度在0到2048字之间。
每一分组有一8位的通道号。
在传输/网络层功能中有一个保留信道--”0”信道。
它专门用来提供两个端-端应用进程中处理ACR-NEMA报文的连接,以避免多通道的服务。
”0”通道及其提
供的联接在系统启动或两个端一端进程工作后即被建立。
(4)会话层
在ISO-OSI参考模型中,会话层是应用程序和通信协议的接口层。
在ACR-NEMA中会话层定义了用来建立与断开同其它装置的应用程序作端-端连接的协议。
上面所述的各层协议提供了通向物理接口、完成帧差错控制以及经由规定的接口平面来建立的虚拟通道的约定。
由于使用这一接口的装置可能担负着许多任务,并涉及到外部网络,故需要一个协议,以便利用虚拟通道来建立端到端的报文连接。
会话层协议中还有一些附加服务。
可能有三类装置要利用本接口:
①主成像装置;②专用成像装置;③网络接口单元(NIU)。
当数据出入传输/网络层时,这三类装置对数据的处理是各不相同的。
1.主成像装置主成像装置要求会话层经过应用层软件发出并接收各种报文及命令。
它必须组合成报文,选择目的地,并以特定的格式与结构将这一信息送至正在发送的传输/网络层。
会话层及应用服务还应确定对所收到的报文的处理并构成命令来响应。
另外此类服务或传输/网络层须负责将数据块排序。
2.专用成像装置专用成像装置指打印机,数字化仪等,它们能
接收或发出图像数据并对这些数据进行特定的操作。
数据接收器要求会话层有一些专门服务将这些数据经过默认的”0”通道分送到
指定的应用地点。
产生数据的装置的会话层将利用默认的目的地形成一个连接。
若这类装置安装在与外部网络相连的系统上,则与它相连的网络接口单元必须提供一个默认的目的地以便分送报文。
3.网络接口单元这类设备常与成像装置相连。
它的主要功能是为成像装置提供与外部网络的接口或数据通路。
我们不指望该设备提供会话层到应用层的服务,而只能提供翻译或中继服务。
它负责解释所包含的连接控制数据与目的地的地址,并将之传到目的地。
如果NIU支持一默认地址的成像装置,则它必须能接受默认的识别号及相应的网络地址以便建立连接。
(五)表示层和应用层
这是ACR-NEMA标准体系中的最高二层。
ACR-NEMA标准
经过报文格式来描述它们。
表示层的功能是:
建立报文(完成建组
并加以组合)。
表示层把经过应用层程序进
图6-178报文传送示意入设备的数据按ACR-NEMA的标准重新组
织成组和元素。
ACR-NEMA标准还提供一些命令来调用某些操作,后者只在与另一设备联接的情况下才行。
下面简述数据发送与接收的过程:
图6-178说明,表示层与应用层中的报文在进入会话层后加上与”目的地连接请求”传到传输/网络层。
在该层中报文被分割成0〜2048字的数据块,加上数据描述符字和块序列号成为分组,并
传到数据链路层,再加上帧描述符字和帧校验序列,组成一帧,然
后经由物理层的电缆经过接口来发送出去。
三、报文格式
(一)报文与组
为了解释图像,应提供有关图像的最起码的信息。
这些信息可分成图像的识别、患者、图像采集装置、图像表示与显示等信息、覆盖(overlay),图像像素数据等若干类。
图像(或其它数据)、与之相关的信息以及相关的指令应包含在一个报文(message)中。
该报文应由代表上述各类信息的”组”(group)来构成。
每一”组”再进一步分成若干数据”元素”(element)
ACR-NEMA1.0和2.0版本均规定了24个组。
组号、相应的信息类型以及大致内容如表6-29所示。
每一组中有一些数据元素是必选(required)的,一些元素是任
选(optional)的。
必选元素应提供显示图像和解读图像所必须的数据。
任选数据元素则必须提供附加信息。
各”组”在报文中按从0000H开始的序号排列,每一”组”在报文中最多出现一次。
组号是一个无符号整数。
偶数组号属ACR-NEMA标准来使用,奇数号组留作制造商或用户来使用。
奇数组号中比标准组号大1号的组称为阴影组(shadowgroups)。
表6-29标准组的识别号及其内容
组号(16进制)
信息类型
内容
0000
命令
为两成像装置间的端-端通信能力提供信息
0008
识别
为用户提供唯一的图像识别参数
0010
申卄患、者
与患者有关的信息
0018
采集
提供与图像采集装置及成像过程有关的信息
0020
关系
提供图像在患者体内的位置信息以及冋其它相关图像间的关系信息
0028
图像表示
提供能以统一、可重复的方式进行图像表示与显示的信息
4000
文本
ASCII文本
6000-601E
的偶数号
覆盖
将图像的像素数据覆盖的信息
7FE0
「像素数据
图像像素数据信息
阴影组留作制造商或用户填入数据元素。
其信息与标准组属于
同一类别。
若某一数据元素在标准组中定义为”必选”,则以某种
方式将它放在阴影组中的事确实不会影响对它在标准组中的情况。
阴影组用来传输那些被标准略去的信息或补充标准规定的数据。
组
0000H定义为命令组,它含有报文中拟利用的那些数据的有关信息。
组0001H就是组0000H的阴影组。
其它的各组被定义为数据组。
所有数据组的集合被定义为数据集。
(二)数据集类型
表6-30各数据集类型组的分类
数据集
组
0008H00101H0018H
0020H0028H
4000H
6000H-601EH
中的偶数号
7FE0H
私人组
(奇数
号)
图像(IMAGE)
R
O
O
R
O
文本(TEXT)
O
R
N
N
O
图形(GRAPHICS)
O
O
R
N
O
其它(OTHER)
O
N
N
N
O
识另U符
(IDENTIFIER)
O
N
N
N
N
空集(NULL)
N
N
N
N
N
R:
必选;O:
任选;N:
禁用
各数据集类型应由它们所包含的组来规定。
对于一给定的数据
集类型其包含的组可分为必选、任选、或禁用等分组。
表6-30
为各数据集类型中组的分类。
由表可见任何含有组7FE0H的数据
集根据定义为图像(IMAGE)类的数据集。
这样,组7FE0H不可用于其它数据集类型。
文本(TEXT)类数据集总是含有组4000H。
图形(GRAPHICS)类数据集至少包含6000H-601EH(偶数)中的一组。
其它(OTHER)类数据集被用来作为那些无法被归之于图像、文本或图形各类的数据集。
识别符(IDENTIFIER)类和空集(NULL)均是其它(OTHER)数据集的一种特殊类别。
空集类中不包含任何组,它用在报文中只含有命令组(0000H)的情况下。
除表6-30所示的数据集外,标准定义了3个附加的数据集类型。
它们是IMAGE,TEXT和GRAPHICS的阴影数据集:
PRIVATEIMAGE,PRIVATETEXT及PRIVATEGRAPHICS。
(3)数据元素
每一”组”被分为若干”数据元素”,后者含有信息段,数据元素的成份包含在四个字段中,它们依次是:
组号、数据元素号、长度和值(Value)。
ACR-NEMA标准中,在某指定组中的某一特定数据元素被称为元素名(组号,数据元素号),数据元素号为一无符号整数字。
组号和数据元素号的一个特定组合在报文中最多出现1次。
各组中数据元素号0000H为第1个数据元素。
它的值是一个二进制数,表示从它自己值的字段结束至下一组开头的字节数。
所有各组不论是标准、阴影、用户或特定制造商等分组必须有这个元素。
标准规定具有相同组号的所有数据元素必须放在一起并根据数据元素号按序来排列。
在阴影组中,数据元素0001H至7FFFH留作制造商使用,而8000H至FFFFH间的元素号留作用户使用。
(4)长度
长度字段为一双字(32bits),是无符号二进制整数,代表从该长度字段结束至下一数据元素开头的字节数(若该元素为最后一个元素则为至下一个可能字段的字节数)。
这一二进制数必须是一
偶数。
(五)值
数据元素的”值”应是偶数字节数。
除非另有规定,一般这个”值”是ASCII字符串。
当一个字由2个ASCII字符构成时,则第一个字符相应于该字的低字节,例如某个”值”表示为4344其意思为DC。
其中第一个字符D由低字节44代表,而ASCII值E2E313532表示1985.11.25。
某些”值”规定用二进制来表示。
二进制值几乎均采用2的补码形式。
唯一的例外是像素值。
它可用补码表示,也
能够用原码表示,具体由各元素来说明。
对于双精度的32位二进制整数,在传输时先传输两个低字节。
数据元素的”值”字段必须用这一整数来表示它到组或报文结束的长度(字节数)。
在指定的”值”字段可用多值来表示。
对于ASCII值只有反斜杠才能用作分界符,例如下面典型报文中(0028,0030)中的值。
多个二进制值一般应是16位2的补码字的序列。
组号与数据元素号的组合唯一地确定了对应的”值”的表示形式,这在后面的数据字典举例中不难看出。
(六)”数据元素”的类型
”数据元素”粗分为三种类型:
第一类:
类型1”数据元素”,它是存储或显示数据所必须的,类型1数据元素含有有意义的”值”并将随每一报文发送。
”值”字段应包含有效的数据。
如图像的行数或列数均用类型1来表示。
还有一类”数据元素”称类型1D,该类型元素若不随报文发送,则接收者将取标准所规定的缺省值。
例如图像维数属类型1D,缺省值为2。
若不采用该缺省值(如缺省值规为2而使用者想用3),则这些元素应随报文发送,其”值”字段应包含有效数据。
第二类:
类型2”数据元素”,用于解释的主要部分(如检查号,患者方位等),该类型”数据元素”应随每一报文发送(有例外:
如数据元素含于任选组中,则不必发送)。
若”数据元素”的”值”未知,该”数据元素”在发送时须将其长度置零,且将”值”字段取消。
与类型1D相似,有类型2D”数据元素”,该类型元素若不随报文发送,接收者应取标准所规定的缺省值,若不采用该缺省值则这些元素必须随报文发送,如图像数目,缺省值为1幅。
若数据元素的值未知则与类型2同样处理即,在发送时将长度置零,且将”值”字段取消。
第三类:
类型3”数据元素”,用于解释的次要部分,如窗位、窗宽等。
并不一定要求发送者发送类型3”数据元素”(若要发送则必须与值字段一起发送)。
也不一定要求接收者对类型3数据元素作解释。
类型1、2数据元素的差别是:
所有类型1数据元素在某有效报文发出以前必须已知。
而类型2则否,能够是未知的,但仍须作为零长度来元素的发送。
如欲了解附加的有用信息则类型3元素很有用,但可选也可不选。
(七)阴影组
上面是标准组和私有组中的”数据元素”所要遵循的一些规则,但对阴影组来说单有这些规则还是不够的,还应遵守另一些规则。
例如,使用时可能发生几个生产商或用户定义同一奇数组中的元素的情况,为避免因共享数据集而发生冲突,要规定一套办法在每一奇数号组中对元素进行分配。
在除命令信息阴影组(组1)以外的每一奇数号组中,保留一固定的”数据元素”号的数据块(0010H-00FFH)以此用来表明该组中数据元素的归属。
每一识别
符(IDENTIFIER)元素应是含有制造商或用户识别码的类型1自由
格式(FF)、单(S)值ASCII字符串(AT),在第一个识别符元素中插入一识别码后制造商或用户就在指定组中保留数据兀素。
其保留
规则如下:
(1)(”识别符”)元素0010H识别制造商保留元素1000H-10FFH的归属。
元素0011H识别制造商保留元素1100H-11FFH的归属,以此类推一直到元素007FH识别制造商保留元素7F00H-7FFFH的归属。
(2)(”识别符”)元素0080H识别用户保留元素8000H-80FFH的归属元素。
0081H识别用户保留元素8100H-81FFH的归属。
依次类推直至元素00FFH识别用户保留元素FF00H-FFFFH的归属。
(3)某一元素集中的元素应从XX00H-xxFFH顺序编号。
报文中实际的元素号应将”识别符”的元素号映像后替换XX。
例如”识别符”元素号为0010H。
将10映射过去替换XX。
实际元素号就变成1000H-10FFH。
(4)总之,对奇数号组来说,”组”号、”数据元素”号以及制造商或用户的识别码确定了有关值的独一无二的表示形式。
(八)典型报文举例
应用举例是教学和书本理论的深化理解,举一个例子看一下
就可了解到报文是如何构成的。
其中有些描述在学了后面的章节后
才能理解,读者可暂时不论。
含有命令SEND-REQUEST的典型报
文如下,各字按传送次序由左至右排列。
组
丿兀糸
长度
值
意义
说明
0000
0000
00040000
00560000
从本字段的结束至
下一组开始的偶数
字节
0000
0001
00040000
01A00010
从本字段的结束至
报文结束的偶数字
节
0000
0010
000C0000
43412D52454E
414D3120302E
”ACR-NEMA
1.0”
识别码
0000
0100
0000
0001
0001H
命令字段
=SEND-REQUEST
0000
0110
0000
123A
123A
由成像装置生成的报文识别号
0000
0200
00040000
43443148
”DCH1”
发送者逻辑地址
0000
0300
00040000
43413148
”ACH1”
接收者逻辑地址
0000
0800
0000
0000
0000H
数据类型=图像
0008
0001
00040000
00800000
组长度
0008
0001
00040000
013E0010
报文长度
0008
0010
000C0000
43412D52454E
414D3120302E
”ACR-NEMA1.0”
识别码
0008
0020
000A0000
393I3538312E
2E313532
”1985.11.25”
分项检查日期
0008
0030
00080000
323I303A3A35
”12:
05:
59”
分项检杳时间
0008
0040
0000
0000
0000H
数据集类型=图像
0008
0060
0000
5254
”DR”
成像模式
0008
0070
00040000
42414443
”ABCD”
制造商
0008
0080
000E0000
454DF48
C41
”MercyHospital”
医院识别号
0008
0090
00000000
检查医师未知
0010
0000
00040000
0040
组长度
0010
0010
000E0000
4F4A454E2C53
4A204DE
”JONES,JimC._”
患者姓名
0010
0020
00080000
303I2D
”102-304_”
患者识别号
0010
0030
000A0000
39313632
”1926.11.25”
中IFr/Urt甘口
312E2E3I3532
患者出生日期
0010
0040
0000
204D
”M-”
患者性别=男
0018
0000
00040000
00000000
组长度为零-无其
匕兀素传送
0020
0000
00040000
00180000
组长度
0020
0010
00040000
39323330
”2903”
分项检查号
0020
0020
00040000
5C522046
”R/F”
患者取向
0028
0000
00040000
002C0000
组长度
0028
0010
0000
0400
0400H
行数=1024
0028
0011
0000
0400
0400H
列数=1024
0028
0030
00060000
2E205C33332E
”_.3\.3”
像素的实际尺寸=
0.3X0.3像素
0028
0100
0000
0008
0008H
每个像素指疋的位
数=8
7FE0
0000
00040000
00080010
组长度
7FE0
0010
00000000
XXXXXX
X
X
•••XXXXX
XXX
像素数据(524,288
个字)
四、报文内容
(1)概述
一个报文含有一个数据集,如前所述数据集有四类:
图像、”覆盖”、文本和其它。
除了特定图像的医学内容以外还可能包含:
(1)图像的时间顺序例如相隔3个月的两张胸片上肺部肿瘤的发展;在每秒一张连拍30秒的图像序列上反映的动脉与静脉对肿瘤供血的差异等;
(2)图像数据与该图像在患者体内位置之
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