DICOM通信協(xié)議

協(xié)議簡介

DICOM（Digital Imaging and COmmunications in Medicine）是醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信標(biāo)準(zhǔn)客年，是醫(yī)學(xué)圖像和相關(guān)信息的國際標(biāo)準(zhǔn)剂买。

DICOM通信協(xié)議是該標(biāo)準(zhǔn)的的一部分，早期標(biāo)準(zhǔn)只支持點到點的數(shù)據(jù)通信稳摄，而DICOM3.0 協(xié)議是一種基于開放系統(tǒng)互聯(lián)協(xié)議（Open System Inerconnection公般， OSI）和傳輸控制/網(wǎng)際協(xié)議(TCP/IP)的上層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議忍啸。

通信模型

DICOM 標(biāo)準(zhǔn)中，采用了 OSI 協(xié)議和 TCP/IP 協(xié)議作為對 DICOM 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的支持蘸嘶。DICOM 網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議是一種應(yīng)用性協(xié)議良瞧，它處于 OSI 七層協(xié)議的上三層，即應(yīng)用層训唱、表示層褥蚯、會話層，而下層主要使用 TCP/IP 協(xié)議所提供的服務(wù) 况增。因此赞庶，可以說 DICOM 協(xié)議是一種基于 TCP/IP 的上層協(xié)議。

DICOM 協(xié)議包括三個主要部分： DICOM 服務(wù)類（DICOM Service Class）澳骤、 DICOM 消息服務(wù)元素（DICOM Message Service Element歧强， DIMSE）以及 DICOM上層協(xié)議（Upper Layers Protocol， ULP）为肮，其中前兩部分對應(yīng)于 OSI 模型的應(yīng)用層摊册，主要負責(zé)消息交換，而 DICOM 上層協(xié)議對應(yīng)于 OSI 模型的表示層和會話層颊艳，用來為消息交換提供服務(wù)支持茅特。DICOM 協(xié)議通過 TCP/IP 進行底層數(shù)據(jù)的傳輸。

圖1

應(yīng)用層協(xié)議

主要包含面向醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用的 DICOM 服務(wù)類和用于消息交換的DICOM 消息服務(wù)元素（DIMSE）棋枕。

DICOM 服務(wù)類

DICOM 標(biāo)準(zhǔn)定義服務(wù)類是為了完成一些特定的應(yīng)用功能白修，如圖像存儲、查詢/檢索重斑、打印管理等兵睛。在講服務(wù)類之前需要明白一個概念：IOD （Information Object Definition，信息對象定義）, IOD 與面向?qū)ο缶幊讨械摹邦悺钡亩x比較相似绸狐，對具有相同屬性的一類事物的抽象卤恳。

服務(wù)類描述了有關(guān)指令和數(shù)據(jù)的語義，它和信息對象 IOD 共同構(gòu)成了 DICOM 的基本單元寒矿，稱為“服務(wù)-對象對”（Service-Object Pair，SOP）若债。一個 SOP 類的實現(xiàn)稱為 SOP 實例符相，如圖像存儲、查詢等應(yīng)用功能就是通過 SOP 實例來完成的。下表介紹了 DICOM3.0 標(biāo)準(zhǔn)最常用的服務(wù)類及其相應(yīng)的功能啊终。

服務(wù)類名稱	功能描述
Image storage	用于醫(yī)學(xué)圖像的存儲
Image find	用于查找圖像的信息
Image move	提供圖像的接收和轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)
Image query/retrieve	提供圖像的檢索镜豹、查詢服務(wù)
Result management	提供對檢查、診斷結(jié)果的管理服務(wù)
Image print	提供圖像的打印管理服務(wù)

DIMSE 消息服務(wù)元素

DIMSE（標(biāo)準(zhǔn)文件中第7部分）為對等DICOM應(yīng)用實體進行醫(yī)學(xué)影像及相關(guān)信息交換提供了一種應(yīng)用服務(wù)元素定義（Application Service Element）蓝牲，包括服務(wù)和協(xié)議（DIMSE Service 和DIMSE Protocol）趟脂。

圖2

DIMSE協(xié)議規(guī)定了構(gòu)造消息必需的編碼規(guī)則, 一條DICOM MESSAGE由固定的指令集合（Command Set），外加可選擇的數(shù)據(jù)集合（Data Set）構(gòu)成例衍，可以簡單的理解為Command Set就是各種服務(wù)的請求和應(yīng)答消息（如c-store）昔期；而Data Set可以認為類似于DCM后綴的文件，是我們希望在對等DICOM實體間進行傳輸?shù)男畔ⅰ?/p>

DIMSE服務(wù)因操作SOP類型的不同分為DIMSE-C Services和DIMSE-N Services佛玄，DIMSE-C服務(wù)支持在對等DICOM實體間進行Composite SOP Instance操作(Operation )硼一，主要包括C-ECHO、C-FIND梦抢、C-STORE般贼、C-MOVE、C-GET等奥吩；而DIMSE-N服務(wù)支持Normalized SOP Instance操作,同時提供通知（notification）服務(wù)哼蛆，主要包括N-EVENT-REPORT、N-GET霞赫、N-SET腮介、N-CREATE、N-ACTION绩脆、N-DELETE萤厅。

操作服務(wù)：指DICOM通信雙方中的一個應(yīng)用實體（SCU方）向另一個應(yīng)用實體（SCP方）請求完成某種功能的服務(wù)時所執(zhí)行的操作。
通知服務(wù)：被用于一個應(yīng)用實體（SOP）向另一個應(yīng)用實體（SCU方）告知響應(yīng)的事件的發(fā)生或者狀態(tài)的變化靴迫。

圖3

DIMSE中的所有操作和通知都是確認服務(wù)（confirmed services）惕味，即一方發(fā)出的請求都需要得到對方的應(yīng)答，DIMSE-C服務(wù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛玉锌，常見的PACS名挥、HIS、RIS主守、LIS等系統(tǒng)都會用到禀倔，而DIMSE-N服務(wù)主要應(yīng)用在MPPS和DICOM打印中，日常學(xué)習(xí)中可能沒有實際應(yīng)用和測試的機會参淫。

zssure 在博客中將DIMSE作為OSI中的表示層（能為不同的客戶端提供數(shù)據(jù)和信息的語法轉(zhuǎn)換內(nèi)碼救湖，使系統(tǒng)能解讀成正確的數(shù)據(jù)。同時涎才，也能提供壓縮解壓鞋既、加密解密力九。），在DICOM標(biāo)準(zhǔn)中并沒有明確按照OSI 劃分層次邑闺，下圖是標(biāo)準(zhǔn)中給出的DICOM通信模型以及DICOM網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)跌前。

圖4

圖5

我的理解是DIMSE可以類比HTTP協(xié)議，是對socket中數(shù)據(jù)流內(nèi)容進行特定的數(shù)據(jù)組織陡舅，通常說HTTP是個應(yīng)用層協(xié)議抵乓，那將DIMSE歸為應(yīng)用層也是有道理的。

DICOM上層協(xié)議（ULP）

從DICOM通訊模型上可以看出DICOM網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是建立在TCP/IP層之上的靶衍，最底層的是DICOM Upper Layer Protocol（ULP）灾炭，該部分主要負責(zé)與TCP相對接，當(dāng) DICOM 應(yīng)用實體通過 DIMSE 完成消息交換后摊灭，需要 DICOM 上層協(xié)議層 ULP 來提供傳輸支持咆贬。它的作用主要包括：

傳送和接收 DIMSE 命令流(Command Set)和數(shù)據(jù)流(Data Set)，提供網(wǎng)絡(luò)傳輸支持帚呼。
提供應(yīng)用層的連接控制服務(wù)掏缎，如在通信雙方之間建立、釋放和終止關(guān)聯(lián)等煤杀。

ULP 提供 5 種連接控制服務(wù)眷蜈，包括：A-ASSOCIATE、A-RELEASE沈自、A-ABORT酌儒、P-DATA、A-P-ABORT枯途。

A-ASSOCIATE 用來在通信實體雙方間協(xié)商并建立關(guān)聯(lián)忌怎，交換一些初始化信息，因此它是一個證實性服務(wù)酪夷；
A-RELEASE 用于在完成傳輸后釋放關(guān)聯(lián)榴啸，它是一個正常的中止方式，不會造成應(yīng)用數(shù)據(jù)的丟失晚岭，也是一種證實性服務(wù)鸥印；
A-ABORT 是當(dāng)通信出現(xiàn)異常時用來終止關(guān)聯(lián)，有可能造成一些暫存數(shù)據(jù)的丟失坦报，它是一個非證實性服務(wù)库说；
P-DATA 用來傳輸 DIMSE 命令流和數(shù)據(jù)流，通信實體一方一旦把 DIMSE 消息流傳送出去就認定另一方能夠準(zhǔn)確無誤地收到片择，因此它是一個非證實性服務(wù)潜的；
A-P-ABORT 也是用來終止關(guān)聯(lián)，主要是用于當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接失敗時字管，使得上層能夠及時獲得操作響應(yīng)信息夏块。

ULP 提供了 7 個協(xié)議數(shù)據(jù)單元（Protocol Data Unit疏咐， PDU）來實現(xiàn)上述的 5 種服務(wù) 纤掸。

A-ASSOCIATE-RQ 建立ASSOCIATE請求
A-ASSOCIATE-AC 接受ASSOCIATE建立
A-ASSOCIATE-RJ 拒絕ASSOCIATE建立
P-DATA-TF 進行數(shù)據(jù)傳輸
A-RELEASE-RQ ASSOCIATE釋放請求
A-RELEASE-RP ASSOCIATE釋放響應(yīng)
A-ABORT ASSOCIATE終止

DICOM通信基本流程

DICOM 標(biāo)準(zhǔn)中脐供，通信雙方的兩個應(yīng)用實體間用于信息交換的連接稱為“關(guān)聯(lián)”。在 DICOM通信過程中借跪，首先必須進行關(guān)聯(lián)協(xié)商政己，確定傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型和信息的編碼方式等；協(xié)商成功掏愁，建立“關(guān)聯(lián)”后歇由，才能進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)不同的通信功能果港；數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后沦泌，釋放“關(guān)聯(lián)”。下面是以C-Store 服務(wù)為例描述的影像文件的傳輸過程辛掠。

圖6

參考文檔：

https://blog.csdn.net/qpalzm759/article/details/90264304
百度百科-DICOM
https://blog.csdn.net/zssureqh/article/details/39098621
https://www.cnblogs.com/Alex80/p/5145977.html
https://www.dicomstandard.org/current/

本文主要參考 https://blog.csdn.net/qpalzm759/article/details/90264304谢谦，在其基礎(chǔ)上進行了一些增刪。