DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) ist der internationale Standard, der den Austausch medizinischer Bilder und verwandter Daten zwischen verschiedenen Geräten und Systemen erleichtert.
Es ermöglicht die Integration von medizinischen Bildgebungsgeräten wie Scannern, Servern, Workstations, Druckern, Netzwerkhardware und Bildarchivierungs- und Kommunikationssystemen (PACS) verschiedener Hersteller.
Eine wichtige Komponente des DICOM-Standards ist die Transfersyntax, die definiert, wie DICOM-Daten kodiert und zwischen Systemen übertragen werden. Dadurch wird sichergestellt, dass medizinische Bilder und zugehörige Daten präzise zwischen verschiedenen Systemen und Geräten ausgetauscht werden können.
Eine DICOM-Übertragungssyntax ist ein Satz von Kodierungsregeln, der eine oder mehrere abstrakte Syntaxen eindeutig wiedergibt. Sie ermöglicht es kommunizierenden Anwendungsentitäten, gemeinsame Kodierungstechniken auszuhandeln, die beide unterstützen, wie z. B. Bytereihenfolge und Komprimierungsmethoden.
Eine Transfersyntax ist ein Attribut eines Präsentationskontextes, von dem eine oder mehrere davon bei der Einrichtung einer Assoziation zwischen DICOM-Anwendungseinheiten ausgehandelt werden.
DICOM definiert eine Standard-Übertragungssyntax, die DICOM Implicit VR Little Endian Transfer Syntax (identifiziert durch Transfer Syntax UID = „1.2.840.10008.1.2"). Jede konforme DICOM-Implementierung muss diese Standard-Übertragungssyntax unterstützen.
Die DICOM-Transfer-Syntax spielt eine entscheidende Rolle in Arbeitsabläufen der medizinischen Bildgebung, da sie Interoperabilität, Effizienz und Flexibilität gewährleistet.
• Interoperabilität: Verschiedene Bildgebungsgeräte und Software verschiedener Hersteller können auf der Grundlage der Transfersyntaxen, die beide unterstützen, nahtlos zusammenarbeiten. Diese Interoperabilität geht über das Krankenhausumfeld hinaus und erleichtert Teleradiologie und Telemedizin, da sie den Austausch medizinischer Bilder außerhalb des Krankenhauses ermöglicht.
• Effizienz: Durch die Verwendung komprimierter Formate können Bilder schneller übertragen werden und benötigen weniger Speicherplatz.
• Flexibilität: Benutzer können eine Übertragungssyntax wählen, die ihren spezifischen Anforderungen entspricht, z. B. eine verlustfreie oder verlustbehaftete Komprimierung.
Die DICOM-Übertragungssyntax definiert zwei Hauptaspekte von DICOM-Dateien:
• Datenkodierung: Dies gibt an, wie die Datenelemente in einer DICOM-Datei kodiert werden. Dies wirkt sich hauptsächlich auf den Bildkomprimierungsalgorithmus aus, der sich sowohl auf die Dateigröße als auch auf die Bildqualität auswirken kann.
• Bytereihenfolge: Dies bestimmt, wie Multi-Byte-Datentypen, wie Ganzzahlen und Gleitkommazahlen, in der Datei dargestellt werden. Die beiden üblichen Bytereihen sind Little Endian und Big Endian, die die Reihenfolge vorgeben, in der Bytes angeordnet werden, um diese Datentypen darzustellen.
Die Transfer-Syntax regelt auch die Serialisierung von DICOM-Objekten, wodurch das Objekt zur Übertragung oder Speicherung in einen Bytestream umgewandelt wird.
Eine DICOM-Datei besteht aus:
• Datei-Header: Enthält eine 128-Byte-Präambel, ein 4-Byte-Präfix ('D', 'I', 'C', 'M') und Datei-Metainformationen.
• Datensatz: Stellt eine einzelne SOP-Instanz dar, die sich auf eine einzelne SOP-Klasse bezieht. Die zur Kodierung des Datensatzes verwendete Übertragungssyntax wird durch die UID der Übertragungssyntax der DICOM-Datei-Metainformationen identifiziert.
Die DICOM-Transfer-Syntax stellt sicher, dass Bilder aus verschiedenen Modalitäten wie Röntgen, CT und MRT ausgetauscht und von verschiedenen Systemen korrekt interpretiert werden können.
Beispielsweise kann ein CT-Scanner Bilder mithilfe einer bestimmten Übertragungssyntax an ein PACS senden, und ein Radiologe kann diese Bilder auf einer Workstation mit derselben Übertragungssyntax betrachten.
Diese Standardisierung ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Konsistenz und Genauigkeit der medizinischen Bildinterpretation über verschiedene Modalitäten hinweg.
• Weniger Fehler: DICOM bietet eine standardisierte Methode zum Speichern, Senden und Empfangen von medizinischen Bildern und Informationen, ohne dass eine manuelle Dateneingabe erforderlich ist. Dadurch werden Fehler reduziert und die Effizienz verbessert.
• Verbesserte Effizienz: Die elektronische Übertragung medizinischer Bilder mithilfe des DICOM-Standards hat die Gesundheitssysteme wesentlich effizienter gemacht. Dies kann Ärzten helfen, Patienten schneller zu diagnostizieren und sofort mit der Behandlung zu beginnen.
• Bessere Diagnose und Patientenversorgung: Die Implementierung von DICOM erleichtert den Zugang zu Informationen und Diagnosen. Die Interoperabilität von DICOM-kompatiblen Geräten stellt sicher, dass Ärzte weltweit auf medizinische Daten zugreifen können.
• Verbesserter Arbeitsablauf: Das manuelle Ablegen, Abrufen und Transportieren von Ordnern gehört in der medizinischen Bildgebung der Vergangenheit an.
• Strukturierte Berichterstattung: DICOM ermöglicht die Erstellung strukturierter Berichte, was der Zusammenarbeit und Forschung zugute kommen kann.
• Kompatibilitätsprobleme: Verschiedene Anbieter können Variationen in ihren DICOM-Implementierungen einführen, was zu Kompatibilitätsproblemen führen kann.
• Datenbezogene Herausforderungen: Inkonsistenzen in den Datenformaten, Variationen bei der Metadaten-Tagging oder sogar Unterschiede in der Art und Weise, wie Patienteninformationen aufgezeichnet werden, können einen reibungslosen Datenaustausch behindern.
• Sicherheitsbedenken: Sichere DICOM-Implementierungen erfordern möglicherweise zusätzliche Verschlüsselungs- und Authentifizierungsprozesse, was zu Verzögerungen oder technischen Problemen bei der Übertragung medizinischer Bilder führen kann.
• Leistungsprobleme: Sichere DICOM-Protokolle können zu Latenz führen und die Verarbeitungszeiten verlängern, was in klinischen Umgebungen, in denen ein schneller Zugriff auf medizinische Bilder unerlässlich ist, ein kritisches Problem darstellt.
• Einschränkungen bei der Komprimierung: Komprimierungstechniken wie Run-Length Encoding (RLE) können zwar die Dateigröße reduzieren, sie sind jedoch für bestimmte Arten von medizinischen Bildern möglicherweise weniger effektiv, was möglicherweise zu größeren Dateigrößen und einer verringerten Bildqualität führt.
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DICOM-Übertragungssyntaxen werden von der NEMA (National Electrical Manufacturers Association) definiert und registriert. NEMA garantiert die Eindeutigkeit aller Namen der DICOM-Übertragungssyntax. Privat definierte Transfer-Syntaxnamen können ebenfalls verwendet werden; sie werden jedoch nicht von NEMA registriert.
Die Übertragungssyntax legt Folgendes fest:
• Die Byte-Reihenfolge (kleiner/großer Endian)
• Ob Vrs (Wertdarstellungen) serialisiert sind (explizit/implizit)
• Ob Pixeldaten komprimiert sind oder nicht
In der folgenden Tabelle sind die verfügbaren DICOM-Übertragungssyntaxen und die entsprechenden UIDs aufgeführt:
| UID der Übertragungssyntax | Syntaxname übertragen |
|---|---|
| 1.2.840.10008,12 | Implizite VR Endian: Standard-Übertragungssyntax für DICOM |
| 1.2.840.10008,1.2.1 | Explizite VR Little Endian |
| 1,2,840.10008,12.1,99 | Deflationierter expliziter VR Little Endian |
| 1.2.840.10008,1.2.2 | Expliziter VR Big Endian |
| 1,2,840.10008,12.4,50 | JPEG-Baseline (Prozess 1): Standardübertragungssyntax für die verlustbehaftete JPEG-8-Bit-Bildkomprimierung |
| 1.2.840.10008,12.4.51 | JPEG-Baseline (Prozesse 2 und 4): Standardübertragungssyntax für die verlustbehaftete JPEG-12-Bit-Bildkomprimierung (nur Prozess 4) |
| 1.2.840.10008,12.4.57 | JPEG Verlustfrei, nicht hierarchisch (Prozesse 14) |
| 1.2.840.10008,12.4.70 | JPEG Verlustfreie, nicht hierarchische Vorhersage erster Ordnung (Prozesse 14): Standardübertragungssyntax für die Verlustfreie JPEG-Bildkomprimierung |
| 1.2.840.10008,12.4.80 | JPEG-LS Verlustfreies Bild... Quelle |
| 1,2,840.10008,12.4,95 | JPIP referenziert Deflate |
| 1.2.840.10008,1,2.5 | RLE Verlustfrei |
| 1.2.840.10008.1.2.6.1 | RFC 2557 MIME-Kapselung |
| 1.2,840.10008,12.4.100 | MPEG2-Hauptprofil Hauptebene |
| 1.2.840.10008,12.4.102 | MPEG-4 AVC/H.264 Hochprofile/Stufe 4.1 |
| 1.2.840.10008,12.4.103 | MPEG-4 AVC/H.264 BD-kompatibles Hochprofile/Level 4.1 |
Die DICOM-Übertragungssyntax ist ein entscheidendes Element des DICOM-Standards und ermöglicht den effizienten und zuverlässigen Austausch medizinischer Bilder und verwandter Informationen. Sie gewährleistet die Interoperabilität zwischen verschiedenen medizinischen Bildgebungsgeräten und -systemen, verbessert die Effizienz der Arbeitsabläufe und verbessert die Patientenversorgung durch:
• Bereitstellung eines standardisierten Formats für die Kodierung und Übertragung medizinischer Bilddaten.
• Erleichterung der Kommunikation zwischen verschiedenen medizinischen Bildgebungsgeräten und -systemen.
• Ermöglicht eine effiziente Komprimierung medizinischer Bilder.
• Unterstützung verschiedener Bildmodalitäten, einschließlich Röntgen, CT und MRT.
Die DICOM-Transfer-Syntax kann zwar Herausforderungen wie Kompatibilitätsprobleme und Sicherheitsbedenken mit sich bringen, doch die Vorteile überwiegen die Nachteile und machen sie zu einer unverzichtbaren Technologie in der modernen medizinischen Bildgebung.
Die DICOM-Übertragungssyntax ist eine grundlegende Komponente des DICOM-Standards. Sie ermöglicht den effizienten und zuverlässigen Austausch von medizinischen Bildern und zugehörigen Informationen. Es gewährleistet die Interoperabilität zwischen medizinischen Bildgebungsgeräten und -systemen, verbessert die Effizienz der Arbeitsabläufe und verbessert die Patientenversorgung.
Die Verwendung der DICOM-Transfersyntax ist zwar mit Herausforderungen verbunden, doch die Vorteile überwiegen die Nachteile und machen sie zu einer unverzichtbaren Technologie in der modernen medizinischen Bildgebung. Durch die Förderung von Interoperabilität und Standardisierung spielt die DICOM-Transfersyntax eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Patientenversorgung und der Weiterentwicklung des Bereichs der medizinischen Bildgebung.
