DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine) ist der internationale Standard, der den Austausch medizinischer Bilder und damit verbundener Daten über verschiedene Geräte und Systeme hinweg erleichtert.
Er ermöglicht die Integration medizinischer Bildgebungsgeräte wie Scanner, Server, Workstations, Drucker, Netzwerk-Hardware und Bildarchivierungs- und Kommunikationssysteme (PACS) verschiedener Hersteller.
Eine Schlüsselkomponente des DICOM-Standards ist die Transfersyntax, die definiert, wie DICOM-Daten kodiert und zwischen Systemen übertragen werden. Dies stellt sicher, dass medizinische Bilder und zugehörige Daten präzise über verschiedene Systeme und Geräte hinweg ausgetauscht werden können.
Eine DICOM-Transfersyntax ist ein Satz von Kodierungsregeln, der eine eindeutige Darstellung einer oder mehrerer abstrakter Syntaxen bietet. Sie ermöglicht es kommunizierenden Anwendungsentitäten (Application Entities), gemeinsame Kodierungstechniken auszuhandeln, die beide unterstützen, wie z. B. Byte-Reihenfolge und Kompressionsmethoden.
Eine Transfersyntax ist ein Attribut eines Präsentationskontextes, von denen einer oder mehrere bei der Herstellung einer Assoziation zwischen DICOM-Anwendungsentitäten ausgehandelt werden.
DICOM definiert eine Standard-Transfersyntax, 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-Transfersyntax unterstützen.
Die DICOM-Transfersyntax spielt eine entscheidende Rolle in medizinischen Bildgebungs-Workflows, indem sie Interoperabilität, Effizienz und Flexibilität gewährleistet.
• Interoperabilität: Verschiedene Bildgebungsgeräte und Software verschiedener Hersteller können auf der Grundlage der Transfersyntaxen, die sie beide unterstützen, nahtlos zusammenarbeiten. Diese Interoperabilität erweitert sich über das Krankenhausumfeld hinaus und erleichtert Teleradiologie und Telemedizin, indem sie den Austausch medizinischer Bilder außerhalb des Krankenhauses ermöglicht.
• Effizienz: Durch die Verwendung komprimierter Formate können Bilder schneller übertragen werden und weniger Speicherplatz beanspruchen.
• Flexibilität: Benutzer können eine Transfersyntax basierend auf ihren spezifischen Bedürfnissen wählen, wie z. B. verlustfreie oder verlustbehaftete Kompression.
Die DICOM-Transfersyntax definiert zwei Hauptaspekte von DICOM-Dateien:
• Datenkodierung: Dies spezifiziert, wie die Datenelemente innerhalb einer DICOM-Datei kodiert werden, was sich hauptsächlich auf den Bildkompressionsalgorithmus auswirkt, der sowohl die Dateigröße als auch die Bildqualität beeinflussen kann.
• Byte-Reihenfolge: Dies bestimmt, wie Multi-Byte-Datentypen, wie Ganzzahlen und Fließkommazahlen, in der Datei dargestellt werden. Die zwei gängigen Byte-Reihenfolgen sind Little Endian und Big Endian, die die Reihenfolge diktieren, in der Bytes angeordnet sind, um diese Datentypen darzustellen.
Die Transfersyntax regelt auch die Serialisierung von DICOM-Objekten, die das Objekt in einen Byte-Stream für die Übertragung oder Speicherung umwandelt.
Eine DICOM-Datei besteht aus:
• Datei-Header: Enthält eine 128-Byte-Präambel, ein 4-Byte-Präfix ('D', 'I', 'C', 'M') und Datei-Metainformationen.
• Datensatz: Repräsentiert eine einzelne SOP-Instanz, die sich auf eine einzelne SOP-Klasse bezieht. Die zur Kodierung des Datensatzes verwendete Transfersyntax wird durch die Transfer Syntax UID der DICOM-Datei-Metainformationen identifiziert.
Die DICOM-Transfersyntax stellt sicher, dass Bilder von verschiedenen Modalitäten wie Röntgen, CT und MRT zwischen verschiedenen Systemen ausgetauscht und korrekt interpretiert werden können.
Zum Beispiel kann ein CT-Scanner Bilder unter Verwendung einer spezifischen Transfersyntax an ein PACS senden, und ein Radiologe kann diese Bilder an einer Workstation unter Verwendung derselben Transfersyntax betrachten.
Diese Standardisierung ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Konsistenz und Genauigkeit bei der Interpretation medizinischer Bilder über verschiedene Modalitäten hinweg.
• Reduzierte Fehler: DICOM bietet einen standardisierten Weg, medizinische Bilder und Informationen zu speichern, zu senden und zu empfangen, ohne dass eine manuelle Dateneingabe erforderlich ist, was Fehler reduziert und die Effizienz verbessert.
• Verbesserte Effizienz: Die elektronische Übertragung medizinischer Bilder unter Verwendung des DICOM-Standards hat Gesundheitssysteme weitaus effizienter gemacht. Dies kann Anbietern helfen, Patienten schneller zu diagnostizieren und Behandlungen sofort zu beginnen.
• Bessere Diagnose und Patientenversorgung: Die Implementierung von DICOM erleichtert den Zugang zu Informationen und Diagnosen. Die Interoperabilität von DICOM-konformen Geräten stellt sicher, dass Ärzte weltweit auf medizinische Daten zugreifen können.
• Verbesserter Arbeitsablauf: Manuelles Ablegen, Abrufen und Transportieren von Ordnern gehört in der medizinischen Bildgebung der Vergangenheit an.
• Strukturierte Befundung: DICOM ermöglicht die Erstellung strukturierter Berichte, was der Zusammenarbeit und Forschung zugutekommen kann.
• Kompatibilitätsprobleme: Verschiedene Anbieter könnten Variationen in ihren DICOM-Implementierungen einführen, was zu Kompatibilitätsproblemen führen kann.
• Datenbezogene Herausforderungen: Inkonsistenzen in Datenformaten, Variationen bei der Metadaten-Tagging oder sogar Unterschiede darin, wie Patienteninformationen aufgezeichnet werden, können den nahtlosen Datenaustausch behindern.
• Sicherheitsbedenken: Sichere DICOM-Implementierungen erfordern möglicherweise zusätzliche Verschlüsselungs- und Authentifizierungsprozesse, die Verzögerungen oder technische Probleme bei der Übertragung medizinischer Bilder verursachen können.
• Leistungsprobleme: Sichere DICOM-Protokolle können Latenz einführen und Verarbeitungszeiten erhöhen, was in klinischen Umgebungen, in denen ein schneller Zugriff auf medizinische Bilder unerlässlich ist, ein kritisches Anliegen ist.
• Einschränkungen bei der Kompression: Während Kompressionstechniken wie Lauflängenkodierung (RLE) Dateigrößen reduzieren können, sind sie für bestimmte Arten medizinischer Bilder möglicherweise weniger effektiv, was potenziell zu größeren Dateigrößen und reduzierter Bildqualität führen kann.
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DICOM-Transfersyntaxen werden von der NEMA (National Electrical Manufacturers Association) definiert und registriert. NEMA garantiert die Einzigartigkeit aller Namen der DICOM-Transfersyntax. Privat definierte Transfersyntax-Namen können ebenfalls verwendet werden; sie werden jedoch nicht von der NEMA registriert.
Die Transfersyntax legt Folgendes fest:
• Die Byte-Reihenfolge (Little/Big Endian)
• Ob VRs (Value Representations) serialisiert sind (explizit/implizit)
• Ob Pixeldaten komprimiert sind oder nicht
Die folgende Tabelle listet die verfügbaren DICOM-Transfersyntaxen und ihre entsprechenden UIDs auf:
| Transfer Syntax UID | Name der Transfersyntax |
| 1.2.840.10008.1.2 | Implicit VR Endian: Standard-Transfersyntax für DICOM |
| 1.2.840.10008.1.2.1 | Explicit VR Little Endian |
| 1.2.840.10008.1.2.1.99 | Deflated Explicit VR Little Endian |
| 1.2.840.10008.1.2.2 | Explicit VR Big Endian |
| 1.2.840.10008.1.2.4.50 | JPEG Baseline (Process 1): Standard-Transfersyntax für verlustbehaftete JPEG 8-Bit Bildkompression |
| 1.2.840.10008.1.2.4.51 | JPEG Baseline (Processes 2 & 4): Standard-Transfersyntax für verlustbehaftete JPEG 12-Bit Bildkompression (nur Process 4) |
| 1.2.840.10008.1.2.4.57 | JPEG Lossless, Nonhierarchical (Processes 14) |
| 1.2.840.10008.1.2.4.70 | JPEG Lossless, Nonhierarchical, First- Order Prediction (Processes 14): Standard-Transfersyntax für verlustfreie JPEG-Bildkompression |
| 1.2.840.10008.1.2.4.80 | JPEG-LS Lossless Image...source |
| 1.2.840.10008.1.2.4.95 | JPIP Referenced Deflate |
| 1.2.840.10008.1.2.5 | RLE Lossless |
| 1.2.840.10008.1.2.6.1 | RFC 2557 MIME Encapsulation |
| 1.2.840.10008.1.2.4.100 | MPEG2 Main Profile Main Level |
| 1.2.840.10008.1.2.4.102 | MPEG-4 AVC/H.264 High Profile / Level 4.1 |
| 1.2.840.10008.1.2.4.103 | MPEG-4 AVC/H.264 BD-compatible High Profile / Level 4.1 |
Die DICOM-Transfersyntax ist ein entscheidendes Element des DICOM-Standards, das den effizienten und zuverlässigen Austausch medizinischer Bilder und zugehöriger Informationen ermöglicht. Sie gewährleistet die Interoperabilität zwischen verschiedenen medizinischen Bildgebungsgeräten und -systemen, verbessert die Workflow-Effizienz und steigert die Patientenversorgung durch:
• Bereitstellung eines standardisierten Formats zur Kodierung und Übertragung medizinischer Bilddaten.
• Erleichterung der Kommunikation zwischen verschiedenen medizinischen Bildgebungsgeräten und -systemen.
• Ermöglichung einer effizienten Kompression medizinischer Bilder.
• Unterstützung verschiedener Bildgebungsmodalitäten, einschließlich Röntgen, CT und MRT.
Während die DICOM-Transfersyntax Herausforderungen wie Kompatibilitätsprobleme und Sicherheitsbedenken mit sich bringen kann, überwiegen die Vorteile die Nachteile, was sie zu einer wesentlichen Technologie in der modernen medizinischen Bildgebung macht.
Die DICOM-Transfersyntax ist eine fundamentale Komponente des DICOM-Standards. Sie ermöglicht den effizienten und zuverlässigen Austausch medizinischer Bilder und zugehöriger Informationen. Sie gewährleistet Interoperabilität zwischen medizinischen Bildgebungsgeräten und -systemen, verbessert die Workflow-Effizienz und steigert die Patientenversorgung.
Während mit der Verwendung der DICOM-Transfersyntax Herausforderungen verbunden sind, überwiegen die Vorteile die Nachteile, was sie zu einer wesentlichen Technologie in der modernen medizinischen Bildgebung macht. Durch die Förderung von Interoperabilität und Standardisierung spielt die DICOM-Transfersyntax eine vitale Rolle bei der Verbesserung der Patientenversorgung und der Weiterentwicklung des Feldes der medizinischen Bildgebung.
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