基于DICOM3.0的超聲射頻數據的提取和傳輸

欒強厚+黃鑫+王正發+鄧啟路+何敏娜

摘要：目的：基于DICOM3.0標準提取并封裝超聲射頻數據，以解決超聲射頻數據無損傳輸和共享問題。方法：獲取、分析超聲射頻數據，提取關鍵數據進行一系列處理后，得到超聲圖像等關鍵數據，將數據封裝成DICOM3.0格式的標準文件，并保證數據無損傳輸和共享。結果：實驗證明，數據封裝后能有效解決超聲射頻數據無損傳輸和共享的問題。結論：該系統從原始數據提取并得出超聲圖像等關鍵數據，將其封裝成DICOM3.0標準文件，有效解決了超聲射頻數據無損傳輸和共享的問題。

關鍵詞：超聲射頻；提取；DICOM3.0；無損封裝；傳輸

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）06-0096-03

超聲射頻（Radio Frequency， RF）數據是指超聲診斷儀接收到的包含所有與生物組織發生交互作用后反射的超聲回波信號，保留了各組織間結構差別及特性信息。分析這些射頻信號將可以區分不同組織，獲得組織的特征信息[1]。

超聲圖像數據來源于超聲射頻信號，超聲射頻數據含有大量的原始信息，但由于其數據存儲格式不統一，數據封裝有損壓縮，不利于超聲射頻數據的完整傳輸及共享。本文通過獲取超聲射頻數據，提取關鍵超聲圖像等關鍵數據，將關鍵數據完整封裝成DICOM3.0格式的文件，從而實現超聲射頻數據的無損傳輸和共享。

1 提取超聲射頻數據

1.1 超聲射頻數據存儲格式

超聲射頻數據在RIFF格式的文件中以特定的形式存儲。如表1所示，各頭文件包含單幀射頻數據掃描線的條數和采樣點數，包含探頭的中心頻率和采樣率等。超聲射頻數據頭文件的偏移字節數由idx1確定，確定頭文件中的idx1，便可確定數據的起始點，進而讀取相關數據[2]。

1.2 射頻數據提取和處理

數據提取類中涉及了許多功能函數，關鍵函數fread（）從數據流中提取特定大小的關鍵數據以便獲取有效的超聲圖像，其中buffer指針表示提取數據，size表示提取元素的大小（字節），count表示提取元素的個數，stream指針用于指向數據提取的原文件，最后返回所提取的數據值。

對提取的超聲射頻數據經過：動態濾波、包絡檢波、二次采樣和對數壓縮等一系列處理后，便可以得到如圖1所示涵蓋全部有效提取的超聲圖像及相關信息的關鍵數據[3][4]。

2 射頻數據封裝成DICOM3.0標準文件

較早前版本而言，DICOM3.0版本增加了保證網絡通信所需要的組件以及將影像設備連接到網絡的功能，定義了DICOM圖像的存儲格式和DICOM圖像的傳輸標準。現階段絕大部分醫院的超聲設備都配置了DICOM接口，可以提取關鍵超聲射頻數據封裝成DICOM標準超聲圖像。

2.1 DICOM圖像的存儲格式

DICOM文件分為文件頭和數據集兩部分：

如圖2所示，文件頭包含“前同步”和“前綴”，數據集由大量的數據元組成。為了匹配部分計算機通用文件格式的兼容性，含128字節的“前同步”因其沒有結構，不能作為“數據元”編碼。另外，“前綴”含大寫字母“DICM”4個字節。每個文件包含一個數據集，代表一個信息對象的實例，文件頭可以被分割為多個部分，并隨機存放，當文件頭未被使用時，它必須全部賦值為0。數據集是“數據元”的有序集合，如圖3所示，在文件中“數據元”由4個域組成。“數據元”在數據集中按“數據元標簽（Data Element Tag）”增序排列。“數據元”由“數據元標識符”唯一標示，在DICOM文件數據集中只能出現一次[5]。

在系統中，我們創建一個封裝了DICOM文件讀取、瀏覽和存儲的基本成員函數和成員變量的類，該類沒有父類，具有良好的重用性和移植性，可以在其他的應用程序開發中使用。該函數中除了儲存圖像數據信息外，還能存儲病人基本信息等與圖像相關的部分關鍵信息。該類命名為CDicom。存儲封裝DICOM醫學圖像的主要功能函數為：Save（LPCSTR fileName），具體功能代碼如下：

m_dib為CDib類，存儲并創建了一幅位圖，此時已經可以使用前面創建的CDib類進行操作。執行函數后，DICOM圖像數據就與CDib類相關聯，并且可以利用CDib類來進行諸如圖像顯示、圖像基本處理等相關操作。

2.2 DICOM圖像的傳輸標準

DICOM基于TCP＼IP網絡協議和消息交換機制，通訊過程通常包括：建立連接、連接協商、數據傳輸和關閉連接[6]。

待數據傳輸準備完成后，請求連接的一方使用TCP/IP協議及指定的地址與接收方建立連接。請求方發送數據傳輸單元PDU至接收方，接收方分析PDU，并響應請求或拒絕，隨后檢查PDU的合法性，檢查合法后雙方都可向對方發送消息，實現雙向數據交互。

建立連接完成之后，確定服務對象之間交互數據的類型和對傳輸的數據進行編碼等，連接協商。

經協商，服務對象雙方可進行數據傳輸和編碼方式匹配，根據DICOM協議，使用特定軟件將數據封裝為P_DATA_TF PDU形式進行數據傳輸，如圖4所示。一個數據傳輸單元PDU可以包含一個或者多個PDV（Presentation Data Value）。DICOM命令和數據是以流的形式存放在PDV中的。

連接建立后，為了減輕系統運行負荷，不妨礙其他用戶的合法訪問，服務對象在數據傳輸完成后，必須能被任意一方關閉連接[7]。

為減少系統開發時間和成本，解決DICOM文件傳輸的問題，增加程序的可移植性，我們選用了國內企業開發的第三方DICOM傳輸控件：DICOM3網絡傳輸 ActiveX 控件。該控件封裝了大量的功能函數，支持VC的二次開發，支持DICOM文件接收的Store SCP傳輸，支持DICOM文件發送的Store SCU傳輸和Echo SCU服務，支持DICOM查詢取回的Query/Retrive服務。endprint

2.2.1 StoreSCP服務和StoreSCU服務

服務器或計算機終端在開啟StoreSCP服務后才能接收DICOM文件，StoreSCP服務會自動監聽StoreSCU服務的請求。在獲取StoreSCU服務請求后，StoreSCP服務會將接收到的DICOM文件存儲在預先設置的存儲路徑下，并反饋存儲應答信號到StoreSCU服務，以完成一次DICOM文件接收的服務。DICOM文件在計算機之間或醫學超聲設備之間傳輸都必須遵守這一規則[8]。

為了避免系統發生錯誤，計算機在設置StoreSCP服務的端口號時，必須注意計算機所設置的端口號與其正在使用或預留的端口號不同。

2.2.2 C-MOVE服務和C-FIND服務

計算機或服務器在連接網絡時需要得到C-FIND服務的支持，按照查詢條件獲取所需的DICOM文件信息。在此過程中，我們只從DICOM文件中查看病人列表信息。部分計算機或服務器可提供C-MOVE SCP服務，若要獲得DICOM文件需要得到C-MOVE服務的支持。

C-MOVE服務和C-FIND服務的實現過程與存儲服務過程類似，但在使用前必須預先設置好具體的請求參數，包括：服務器地址、服務器端口、被叫入口地址和呼叫程序入口地址等，并通過系統編程實現傳輸功能[9]。

3 結語

本文通過獲取的超聲射頻數據，并分析數據格式，提取關鍵數據經過一系列處理后，得到超聲圖像相關數據。對獲取的超聲圖像數據以DICOM3.0為標準，將其全部封裝成DICOM3.0格式的標準文件，能有效解決超聲射頻數據無損傳輸和共享的問題。如圖5所示，通過與圖1的對比不難發現，通過提取、封裝和數據傳輸，可以從其他的服務器或計算機終端上查看包含所有有效關鍵信息的超聲圖像。

參考文獻

[1]肖舜金.基于USB3.0超聲射頻信號的采集與傳輸系統[D].電子科技大學，2012.

[2]張力強.RIFF文件淺析[J].電腦知識與技術，2005（06）：29-32.

[3]龐海燁.彩超診斷系統軟件化模塊的設計與實現[D].電子科技大學，2012.

[4]王巍群，趙興群，夏翎.B型超聲射頻信號高速數據采集系統設計[J].中國醫學物理學雜志，2006（05）：376-379.

[5]胡陽秋，高小榕，高上凱.DICOM醫學圖像采集的方法與實踐[J].北京生物醫學工程，2001（01）：1-5.

[6]張曉東，賈富倉，羅火靈，徐洪偉.基于DICOM的醫學圖像傳輸服務設計[J].計算機工程，2011（S1）：255-257.

[7]郟巖巖.DICOM圖像處理和通信服務程序設計與實現[D].華南理工大學，2013.

[8]師為禮，宋野，顏雁.基于DICOM3.0標準的醫學圖像傳輸的研究與實現[J].長春理工大學學報，2008（01）：121-123.

[9]何艷敏.基于DICOM標準的醫學圖像通信與處理[D].電子科技大學，2004.endprint