Ein Crashkurs zum Umgang mit DICOM-Daten in der medizinischen Bildgebung

Da die Technologie Einzug in jeden Aspekt der Medizin hält, wurden auch auf dem Gebiet der Radiologie große Fortschritte erzielt. Die Radiologie stützte sich einst auf einfache zweidimensionale Bilder, die vor der Betrachtung manuell entwickelt und fixiert werden mussten. Heute sind fast alle Formen der medizinischen Bildgebung digitalisiert, und das Spektrum der Radiologie umfasst nicht nur digitale Röntgenaufnahmen, sondern auch CT-Scans, MRTs, Ultraschall und nuklearmedizinische Bildgebung. Um Standards sowie die Einheitlichkeit über die verschiedenen Arten medizinischer Bildgebungsmodalitäten hinweg zu gewährleisten, wurde das Konzept von DICOM eingeführt.

Als Medizinstudent oder sogar als ausgebildeter Radiologe kann die Aussicht, mit so viel Technologie umzugehen, ziemlich entmutigend wirken. Dieser Artikel erklärt auf einfache Weise, wie Sie mit DICOM-Dateien umgehen und deren volles Potenzial ausschöpfen können.

Was ist DICOM in der medizinischen Bildgebung?

DICOM steht für Digital Imaging and Communications in Medicine. Es ist ein standardisiertes, international akzeptiertes Format zum Betrachten, Speichern, Abrufen und Teilen medizinischer Bilder. DICOM entspricht festgelegten Protokollen, um die Genauigkeit der durch medizinische Bilder übermittelten Informationen zu gewährleisten.

Warum muss ich etwas über DICOM-Dateien lernen?

Als Student oder praktizierender Radiologe werden wahrscheinlich alle medizinischen Bilder, die Sie sehen, im DICOM-Format vorliegen. Medizinische DICOM-Bilddaten können nicht mit herkömmlicher Bildgebungssoftware geöffnet werden, die auf Betriebssystemen wie Windows oder Mac OS vorhanden ist. Ein spezieller medizinischer DICOM-Viewer muss installiert werden, um medizinische DICOM-Bilddateien abzurufen, anzuzeigen und darauf zuzugreifen. Daher ist es wichtig zu wissen, wie man dieses Format verwendet, welche relevanten Anwendungen es gibt und wie man auf die darin enthaltenen Informationen und Funktionen zugreift.

Was enthält eine medizinische DICOM-Bilddatei?

Jedes medizinische DICOM-Bild besteht aus zwei Teilen – einem Header und dem eigentlichen Bild selbst. Der Header enthält Daten, die das Bild beschreiben, wobei die Patientendaten am wichtigsten sind. Dazu gehören die demografischen Informationen des Patienten wie Name, Alter, Geschlecht und Geburtsdatum. Der Header kann auch Informationen zu den Bildeigenschaften wie Aufnahmeparameter, Pixelintensität, Matrixgröße und Abmessungen des Bildes enthalten. Wenn ein Datei-Explorer geöffnet wird, um medizinische DICOM-Bilddaten anzuzeigen, kann der Header Patienten- und Bildinformationen liefern. Der Header ist normalerweise mit dem Bild codiert, sodass der Patient, zu dem das Bild gehört, leicht identifiziert werden kann. Der Header kann jedoch manchmal verloren gehen, wenn die DICOM-Datei in andere Formate wie JPEG exportiert wird. Manchmal möchten Sie die Header-Daten absichtlich verlieren, normalerweise zum Zweck der Anonymisierung in Forschungsfällen. Dies kann nur mit speziellen Softwarefunktionen erfolgen.

Wo kann ich auf DICOM-Dateien zugreifen?

Das hängt davon ab, für welchen Zweck Sie die Dateien benötigen. Wenn Sie Patient sind und Scans gemacht wurden, erhalten Sie wahrscheinlich eine CD oder DVD mit Bildern darauf. Wenn Sie Medizinstudent sind und DICOM-Bilder zum Lernen und Studieren ansehen möchten, können Sie solche Bilder von Online-Ressourcen herunterladen. Wenn Sie Radiologe sind und auf Dateien zugreifen müssen, um sie zu interpretieren und Diagnosen zu stellen, müssen Sie einen PACS-Server verwenden.

• CDs/DVDs: Im Allgemeinen erhält der Patient bei einer medizinischen Bildgebung eine Kopie der Bilddateien auf einer CD oder DVD. Auf solchen CDs ist normalerweise ein medizinischer DICOM-Viewer enthalten, der Ihnen beim Betrachten der Bilder helfen kann. Einige CDs enthalten möglicherweise keine eigentliche Anwendung, bieten Ihnen aber einen Internetlink zum Herunterladen eines geeigneten medizinischen DICOM-Viewers.

• Online-Ressourcen: Wenn Sie Student sind und nach medizinischen Bildern zum Lernen suchen, gibt es mehrere Online-Ressourcen, die Ihnen helfen können. Einige gute Beispiele sind die Dicom-Bibliothek, die Osirix-Bildbibliothek und die Cancer Imaging Archives.

• PACS-Server: PACS steht für Picture Archiving and Communications System. Dies ist im Grunde eine Datenbank, in der alle medizinischen Bilder gespeichert werden. Ein PACS-Server muss über ausreichend Speicherplatz verfügen, da DICOM-Dateien aufgrund ihrer hohen Qualität viel Platz beanspruchen. Jedes Krankenhaus verfügt normalerweise über einen eigenen PACS-Server. Jedes medizinische Bild, das innerhalb eines Krankenhauses aufgenommen wird, wird automatisch auf diesem PACS-Server gespeichert.

Damit ein Radiologe zum Zwecke der Diagnose und Interpretation auf medizinische DICOM-Bilddateien zugreifen kann, muss eine DICOM-Workstation verfügbar sein. Dies ist in der Regel eine Softwareanwendung, die vollständig in den PACS-Server integriert werden kann: Die Anwendung muss in der Lage sein, DICOM-Bilder vom PACS-Server abzurufen sowie das Anzeigen und Bearbeiten zu ermöglichen und die bearbeiteten Bilder dann wieder auf dem PACS-Server zu speichern.

Wie betrachte ich eine DICOM-Datei?

Das Betrachten medizinischer DICOM-Bilder erfordert spezielle Software. Es gibt im Grunde zwei Arten von Software zum Betrachten medizinischer DICOM-Daten – proprietäre Software und Software von Drittanbietern. Proprietäre Software wird zusammen mit der Hardware für die medizinische Bildgebung geliefert und in der Regel vom selben Hersteller erstellt. Sobald der CT- oder MRT-Scan von der Maschine erfasst wurde, können die Bilder an derselben Workstation über den medizinischen DICOM-Viewer betrachtet werden. Proprietäre Software ermöglicht es Benutzern, sequentielle Bilder dynamisch zu betrachten und erlaubt auch die Rekonstruktion dieser Bilder. Ein wesentlicher Nachteil ist, dass diese Bilddateien nur am selben Ort wie die Hardware betrachtet werden können. Die Bilder können nur durch Komprimierung der Bilder (beschrieben im Abschnitt unten) auf tragbare Speichergeräte oder andere Computer im Netzwerk übertragen werden. Sobald Bilder jedoch exportiert werden, geht die Fähigkeit, das Originalbild anzuzeigen und zu bearbeiten, in der Regel verloren.

Software von Drittanbietern zur DICOM-Bildbetrachtung wird immer häufiger. Dies sind eigenständige Anwendungen, die DICOM-Dateien aus jeder Quelle öffnen können – dem Internet, einer CD oder DVD oder einem PACS-Server. Der Markt ist heute mit DICOM-Betrachtungsanwendungen überflutet, wobei sowohl kostenlose als auch kostenpflichtige Optionen verfügbar sind. Jeder medizinische DICOM-Viewer hat seine eigenen Funktionen, und Sie können je nach Ihren spezifischen Anforderungen unter ihnen wählen.

Was kann ich mit einer DICOM-Datei tun, außer das Bild einfach nur anzusehen?

Heutige medizinische DICOM-Viewer können mehr, als Ihnen nur beim Betrachten von DICOM-Bildern zu helfen. Einige Anwendungen sind so ausgefeilt, dass sie die Bildqualität verbessern sowie zusätzliche Daten aus den aufgenommenen Bildern generieren können, die bei der Diagnose helfen können. Einige der Funktionen, die Sie zusätzlich zum bloßen Betrachten des Bildes ausführen können, umfassen:

• Verbesserung der Bildqualität: Sie können die Helligkeit des Bildes erhöhen oder verringern. Durch Ändern des Kontrasts können Sie besser zwischen strahlendichten und strahlendurchlässigen Bereichen eines Bildes unterscheiden. Sie können auch in den interessierenden Bereich hineinzoomen. Eine spezielle Methode zur Verbesserung der Bildqualität im interessierenden Bereich umfasst Maximum- und Minimum-Intensitäts-Projektionen. Dies hilft dabei, Bereiche zu isolieren, die maximale oder minimale Strahlung absorbiert haben, und sie von umgebenden Bereichen zu unterscheiden.

• Rekonstruktion von Bildern: Der ursprüngliche DICOM-Datensatz enthält eine Reihe von zweidimensionalen Bildern, die in allen drei Ebenen aufgenommen wurden – axial, koronal und sagittal. Diese Bilder können rekonstruiert werden, um eine dreidimensionale Ansicht des anatomischen Bereichs zu geben. Dies wird als 3D-Rendering bezeichnet. Eine andere Technik, genannt Multiplanare Rekonstruktion (MPR), beinhaltet das Erstellen neuer Schnitte aus den 3D-rekonstruierten Bildern. Dies ermöglicht es dem Radiologen, verschiedene anatomische Ebenen oder Winkel aus den ursprünglich aufgenommenen Schnitten zu betrachten.

• Messungen durchführen: Einige medizinische DICOM-Viewer ermöglichen es Ihnen, lineare oder sogar volumetrische Messungen von anatomischen Strukturen durchzuführen. Dies kann bei der Behandlungsplanung und der Beurteilung der Wirksamkeit einer Behandlung nützlich sein. Beispielsweise kann bei traumatischen Verletzungen der knöchernen Orbita (Augenhöhle) eine volumetrische Analyse und ein Vergleich der verletzten Orbita mit der nicht betroffenen bei der Planung der orbitalen Rekonstruktion helfen.

• Vergleichen und Kombinieren von medizinischen Bildern: DICOM-Anwendungen ermöglichen es dem Radiologen, zwei verschiedene Bilder gleichzeitig zu vergleichen. Dies ist nützlich, wenn man den Krankheitsverlauf im Laufe der Zeit oder die Wirksamkeit einer Behandlung beurteilen möchte. Zwei verschiedene medizinische Bildgebungsmodalitäten können auch mithilfe bestimmter DICOM-Anwendungen kombiniert werden. Beispielsweise kann die Kombination von PET- und CT-Bildern sicherstellen, dass Bereiche mit hoher Stoffwechselaktivität (lokalisiert mittels PET) bestimmten anatomischen Orten (mittels CT-Scan) zugeordnet werden. Dies ermöglicht es dem Arzt, die Vorteile beider Arten von Bildgebungsmodalitäten gleichzeitig zu nutzen.

Wie teile und exportiere ich DICOM-Dateien?

Die medizinische DICOM-Datei eines einzelnen Patienten besteht aus mehreren Bildern, die alle eine hohe Auflösung haben. Daher kann die Dateigröße recht groß sein (ein einzelner CT-Scan kann beispielsweise bis zu 35 MB groß sein). Diese Dateien müssen daher komprimiert werden, bevor sie geteilt und übertragen werden können.

Es gibt zwei Möglichkeiten, wie Dateien komprimiert werden können – verlustfrei und verlustbehaftet. Bei der verlustfreien Komprimierung wird die Datei zwar komprimiert, es gehen jedoch keine Informationen verloren. Daher kann die Originaldatei jederzeit wiederhergestellt werden. Diese Art der Komprimierung erfordert jedoch viel Rechenleistung, weshalb sich verlustfreie Dateien nur langsam öffnen und speichern lassen. Mit dieser Methode kann keine wesentliche Komprimierung erreicht werden. Andererseits ermöglicht die verlustbehaftete Komprimierung eine Reduzierung der Dateigröße durch Entfernen tatsächlicher Daten. Normalerweise werden nur redundante Daten entfernt. Manchmal kann jedoch bei übermäßiger Komprimierung die Bildqualität beeinträchtigt werden. Mit dieser Methode können Dateien auf viel kleinere Größen als die Originaldatei komprimiert werden.

Die komprimierte Datei kann in verschiedene Formate exportiert werden. Zu den häufigsten Bildformaten gehören JPEG, TIFF, PNG und GIF.

• JPEG (Joint Photographic Experts Group): Das JPEG-Format unterstützt sowohl verlustfreie als auch verlustbehaftete Komprimierung. Standard-JPEG verwendet eine verlustbehaftete Komprimierung. Der Bediener kann angeben, wie stark komprimiert werden soll, und somit steuern, wie viele Daten verloren gehen. Eine andere Version, JPEG 2000, unterstützt die verlustfreie Komprimierung. Mit dieser Anwendung können Bediener bestimmte Bereiche des Bildes als „interessierende Regionen“ (Regions of Interest) identifizieren. Allein diese Bereiche werden einer verlustfreien Komprimierung unterzogen, während andere Teile des Bildes einer verlustbehafteten Komprimierung unterzogen werden. JPEG ist nützlich, um Bilder einfach zwischen Computern auszutauschen. Es kann zum Hochladen von Bildern auf Websites und für Standard-PowerPoint-Präsentationen verwendet werden. Der Nachteil ist, dass die Qualität der Bilder möglicherweise nicht gut genug für gedruckte Publikationen ist.

• TIFF (Tagged Image File Format): Das TIFF-Format kann ebenfalls sowohl verlustbehaftete als auch verlustfreie Komprimierungen unterstützen. TIFF liefert Bilder von höherer Qualität und ist daher das bevorzugte Format mehrerer Fachzeitschriften für Publikationen. Die Dateigröße ist jedoch größer, was möglicherweise nicht für die Verwendung in Präsentationen oder im Internet geeignet ist.

• PNG (Portable Network Graphics Format): Dieses Format unterstützt eine verlustfreie Art der Komprimierung. Mit PNG können Bildmerkmale wie Helligkeit und Transparenz gesteuert werden. Ein Vorteil von PNG ist, dass die Bilder mit Metadaten getaggt werden können, ähnlich dem Header einer DICOM-Datei. Dieses vielseitige Format eignet sich für Publikationen, Präsentationen und das Internet.

• GIF (Graphics Interchange Format): Dies war eines der ersten eingeführten Bildformate und wird heute nicht mehr oft verwendet. Es hat begrenzte Funktionen und die Komprimierung ist ineffizient. Es unterstützt eine verlustfreie Art der Komprimierung und wird hauptsächlich für Websites verwendet.

Nachdem ich nun etwas über DICOM-Software gelernt habe, was ist der nächste Schritt?

Der beste Weg, Ihr Wissen über medizinische DICOM-Bildgebung anzuwenden, ist die praktische Anwendung. Der erste Schritt besteht darin, eine DICOM-Anwendung herunterzuladen, die Ihren Anforderungen entspricht, und sie zu verwenden. Es gibt mehrere kostenlose Anwendungen, die Sie nutzen können, um Erfahrungen zu sammeln. Zu den beliebtesten gehören PostDICOM, Horos, RadiANT, Miele LXIV und Navegatium.

PostDICOM ist eine All-in-One-Anwendung, die genau richtig für Anfänger ist. Sie ist mit den meisten gängigen Betriebssystemen kompatibel, einschließlich Windows, Mac OS, Linux und Android-Plattformen. Sie ist schnell und verfügt über eine benutzerfreundliche Oberfläche, die ideal für Personen ist, die gerade erst die Grundlagen des Umgangs mit DICOM-Bildern lernen. Gleichzeitig können Radiologen die Anwendung mit erweiterten Funktionen wie MPR, MP, MINIP und Volumen-Rendering für verbesserte Diagnosemöglichkeiten nutzen. PostDICOM wird mit einem einzigartigen cloudbasierten PACS geliefert, mit dem Sie DICOM-Dateien online speichern und von überall und jederzeit darauf zugreifen können. Sie können die medizinische Bildgebungssoftware von PostDICOM kostenlos ausprobieren! Über ein einziges zugängliches Konto können Sie die Bilder im cloudbasierten PACS speichern. Wenn Sie das Gefühl haben, mehr Speicherplatz oder mehr Benutzerkonten zu benötigen, stehen Upgrade-Optionen zur Verfügung. Probieren Sie PostDICOM noch heute aus!