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Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) ist ein internationaler, nicht-proprietärer Standard, der die Protokolle spezifiziert, die den Austausch medizinischer Bilder und zugehöriger Daten in Gesundheitssystemen erleichtern sollen.
DICOM definiert auch die Dateiformate für die Datenverwaltung und hilft bei der Verwaltung von Arbeitsabläufen bei Bilderfassungsprozessen wie Röntgenaufnahmen. DICOM verfügt über ein eingebautes Kommunikationsprotokoll und unterstützt TCP/IP. Im DICOM-Jargon wird die Aufnahme eines medizinischen Bildes als Akquisition bezeichnet, und die bildgebenden Geräte werden als Akquisitionsgeräte bezeichnet.
Der DICOM-Standard befasst sich mit fünf Hauptfunktionen in der medizinischen Bildgebung: Übertragung und Speicherung von Bildern und zugehörigen Daten zwischen Endpunkten, Abfrage und Abruf von Dateien, Durchführung bestimmter Aktionen wie Drucken oder Archivieren, Unterstützung digitaler Bildgebungs-Workflows und Bereitstellung qualitativ hochwertiger Bilder für die Diagnose.
In digitalen Bildgebungssystemen haben diese Funktionen das Ziel, die Interoperabilität zwischen Hardware und Software verschiedener Gerätehersteller und Softwareanbieter zu ermöglichen.
Mit benutzerdefinierten Warnmeldungen und Datenvisualisierung können Sie Probleme mit dem Zustand und der Leistung Ihres Netzwerks schnell erkennen und vermeiden.
Das DICOM-Datenmodell unterstützt einen hierarchischen Workflow in der medizinischen Bildgebung, der aus mehreren Prozessen besteht. Der erste Prozess stellt einen ersten Patientenbesuch und die Registrierung dar. Der zweite Prozess besteht aus einer oder mehreren Studien, z. B. Verfahren oder medizinischen Untersuchungen. Im dritten Prozess ist jede Studie mit einer oder mehreren Serien oder Modalitäten verbunden, z. B. einer Röntgenaufnahme. Der vierte und letzte Prozess im Workflow der medizinischen Bildgebung ist die Konformität eines aufgenommenen Bildes und der zugehörigen Daten mit dem DICOM-Standard.
Manchmal wird ein bildgebendes Gerät als Modalität bezeichnet, z. B. ein Röntgengerät, und die Bediener von bildgebenden Geräten werden als Modalitätsbediener bezeichnet, aber das ist technisch nicht korrekt.
Eine Modalität ist eine Art von Eigenschaft oder Attribut eines DICOM-Datenobjekts. Ein DICOM-Datenobjekt ist eine reale Informationseinheit (IE) und kann ein Patient, eine Studie, ein medizinisches Gerät, ein Arztbesuch, eine Serie, ein Zeitplan, ein Dokument, eine diagnostische Interpretation oder sogar eine Druckwarteschlange sein.
Ein Modalitätsattribut beschreibt die Art des Bildes, das von einem Patienten benötigt wird. Beispiele für Modalitäten sind Radiographie, Mammographie, Angiographie, Fluoroskopie, Computertomographie und Nuklearmedizin. Modalitäten werden mit ihren Abkürzungen wie US für Ultraschall und ES für Endoskopie gespeichert.
Zu den Modalitäten gehören auch Eigenschaften für Objekte, die nicht direkt mit Verfahren oder Bildtypen in Verbindung stehen, z. B. hat ein Ausdruck eines ärztlichen Berichts eine Modalität mit der Abkürzung HC. In diesem Fall beschreibt das Modalitätsattribut nicht den Typ des gespeicherten Bildes, sondern dient zur Identifizierung des DICOM-Dateityps.
Neben dem Modalitätsattribut gehören zu den weiteren Attributen einer Meldung Elemente wie der Name des Patienten, der Name des behandelnden Arztes, das Untersuchungsdatum, die Dauer der Untersuchung oder das verwendete Gerät.
Auf der untersten Ebene besteht ein Attribut aus einem Tag, d. h. einem Code, der das Attribut identifiziert, einer Wertdarstellung (VR), die den Datentyp und das Format beschreibt, und einem Wert. Ein Arzt hat zum Beispiel das Tag (0008,009C) und eine VR von PN, was bedeutet, dass es sich bei diesem Attribut um den Namen einer Person handelt.
In DICOM werden SOPs verwendet, um Instanzen einer Meldung eindeutig zu identifizieren und zu spezifizieren, wie auf sie reagiert werden soll. SOPs bestehen aus einer Informationsobjektdefinition (IOD) und DICOM-Dienstelementen (DIMSE).
IODs beschreiben die Attribute von Objekten und enthalten Informationen über ein Bild und zugehörige Details, z. B. Fallnotizen eines Arztes, Strahlendosen und das verwendete Aufnahmegerät.
DIMSEs sind Befehle, z. B. GET, FIND und STORE, mit denen Application Entities (AEs) auf Objekte zugreifen können. Eine AE ist ein Endpunkt oder Dienst in einem medizinischen Bildgebungssystem, z. B. ein Aufnahmegerät, das ein Bild erstellt, oder eine Software, die ein Bild anfordert.
DICOM verwendet kein Versionierungssystem, und bestehende SOP-Klassen werden nie aktualisiert. DICOM entwickelt sich durch das Hinzufügen neuer SOP-Klassen weiter.
DICOM-Module spezifizieren die Attribute von Datenelementen in einem DICOM-Modell.
Im DICOM-Workflow werden DICOM-Module in Gruppen eingeteilt: Patient, Studie, Serie und Bild. Diese Kategorien werden weiter in Unterkategorien unterteilt, z. B. fallen Computertomographie (CT)-Bilder, Magnetresonanz (MR)-Bilder und Ultraschall (US)-Bilder in die Kategorie "Bild". Patient, Gerät und Probe sind Module in der Unterkategorie CT-Bilder, z. B. spezifiziert das Patientenmodul die Attribute eines Patienten in einer Studie.
Ein DICOM-Datensatz ist ein Objekt und eine Instanz einer IE. Ein Datensatz enthält eine Reihe von Elementen, die für die Meldung relevant sind, und ein Bildattribut, das Pixeldaten enthält.
Obwohl ein DICOM-Objekt nur ein Attribut haben kann, das Pixeldaten enthält, kann es mehrere Rahmen enthalten, um mehrdimensionale Bilder und Cine-Loops zu speichern. Pixeldaten werden mit gängigen Komprimierungsstandards wie JPEG, JPEG 2000 und verlustfreiem JPEG komprimiert.
DICOM-Datensätze sind Dateien, die in der Regel eine .dcm-Dateierweiterung haben. DICOM-Dateien können in andere Formate wie JPEG exportiert werden.
Der DICOM-Standard bietet mehrere Dienste, die festlegen, wie Daten ausgetauscht, wie und wo Daten gespeichert und archiviert werden und wie Daten in einem Bildarchivierungs- und Kommunikationssystem abgerufen werden (PACS).
Der DICOM-Speicherdienst legt fest, wie Bilder und andere Objekte wie z. B. Dokumente an ein PACS gesendet werden.
Der DICOM-Druckdienst standardisiert die Art und Weise, wie Bilder von verschiedenen Geräten gedruckt werden, und legt die Darstellung der Druckausgabe fest, z. B. einen Röntgenfilm.
Die DICOM-strukturierte Berichterstattung ermöglicht den Austausch von Textberichten in gängigen Formaten wie Extensible Markup Language (XML).
Der DICOM-Modality-Worklist-Dienst ermöglicht es einer Modalität, Zeitplaninformationen für ein Verfahren abzurufen, und fungiert auch als Aufgabenliste. Beispielsweise erhält ein Bildaufnahmegerät die Informationen, die es zur Durchführung der Aufnahme benötigt, von einem Anbieter wie einem Radiologie-Informationssystem (RIS). Diese Informationen sind in den Bildmetadaten enthalten und können die Art und den Grund des Verfahrens, die Angaben des Arztes und die Art des verwendeten Aufnahmegeräts enthalten.
Der Dienst MPPS (Modality Performed Procedure Step), ein relativ neuer Dienst im DICOM-Standard, arbeitet mit der Arbeitsliste zusammen. Der MPPS ist eine Netzwerktransaktion, die Bilddaten und andere relevante Informationen über ein abgeschlossenes Verfahren an ein PACS oder ein RIS sendet. Diese Daten enthalten Informationen darüber, was während der Bildakquisitionsphase tatsächlich durchgeführt wurde, und nicht nur das, was in der Arbeitsliste für die Durchführung geplant war.
Benachrichtigungen in Echtzeit bedeuten eine schnellere Fehlerbehebung, so dass Sie handeln können, bevor ernstere Probleme auftreten.
Das Betrachten von DICOM-Dateien auf iOS, Windows oder Linux ist mit verschiedenen Anwendungen wie GIMP möglich. Die Bilder können auch online mit den meisten Webbrowsern unter Verwendung von Open-Source-Viewern oder kommerziellen Viewern betrachtet werden.
Der DICOM-Standard umfasst digitale Bildgebungsverfahren und -protokolle sowie die Datenformatierung in fünf Bereichen: Bildmanagement, Bildinterpretation, Netzwerkdruckmanagement, Verfahrensmanagement und Offline-Speicherverwaltung.
Bei der DICOM-Bildverwaltung geht es um den Austausch von Dateien, die bildbezogene Informationen enthalten, z. B. über das verwendete Verfahren, die Bildinterpretation und Druckanweisungen.
Die DICOM-Bildinterpretation befasst sich mit den Verbindungen zwischen Bildern und den Beobachtungen des Benutzers in Form von Freitext, Audio oder Links zu Koordinaten, an denen verwandtes Material gefunden werden kann.
Das DICOM-Netzwerk-Bildmanagement nutzt eine explizite Semantik, d. h., die Geräte, die Bilder senden und empfangen, verstehen die Struktur der ausgetauschten Informationen. Dies ermöglicht den Austausch von Bildern auf der Grundlage von Attributen und nicht nur des Dateinamens, wie es bei herkömmlichen FTP-Anwendungen der Fall ist.
Die DICOM-Druckverwaltung ermöglicht die gemeinsame Nutzung von Druckern in einem DICOM-Netzwerk durch Workstations und Bilderfassungsgeräte und spezifiziert die SOP-Klassen, die implementiert werden müssen, um den DICOM-Spezifikationen für das Drucken zu entsprechen.
Die DICOM-Offline-Speicherverwaltung ermöglicht den Austausch von Dateien über Wechseldatenträger.
Der DICOM-Standard definiert auch das Transportschichtprotokoll.
DICOM wird für die meisten Arten der medizinischen Bildgebung verwendet, z. B. Magnetresonanztomographie (MRT), Computertomographie (CT), Mammographie und Ultraschall.
DICOM wird in den meisten medizinischen Bereichen eingesetzt. Getrennte Gruppen befassen sich mit Bereichen wie Kardiologie, Zahnheilkunde, Strahlentherapie, Dermatologie, Zahnheilkunde, Augenheilkunde, Sicherheit, klinische Studien, Dermatologie, Pathologie, Konformität, Webtechnologie und Tiermedizin.
Der MPPS-Dienst ermöglicht die Einhaltung von Gesetzen und die Qualitätskontrolle, indem er u. a. Strahlungsinformationen verfolgt und aufzeichnet. DICOM wurde ursprünglich entwickelt, um Ärzte bei der korrekten Dosierungsplanung für die Strahlentherapie zu unterstützen.
DICOM hat für einige Daten Aufzählungswerte festgelegt, um die Einhaltung der Norm zu gewährleisten, z. B. sind rechts und links obligatorische Optionen für das Attribut Lateralität.
DICOM-Dienste ermöglichen eine optimierte Zeitplanung von Prozeduren, Expositionsdauern und genaue Berichte über Arbeitsabläufe.
Herkömmliche Bildstandards wie JPEG und TIFF enthalten keine Patienten- und Verfahrensinformationen, so dass sie für Diagnosezwecke nicht geeignet sind. DICOM-Datensätze enthalten relevante Informationen über den Patienten, die Untersuchung, die verwendeten Geräte, die beteiligten Ärzte und Gerätebediener sowie den Umfang der Untersuchung.
Die Datengenauigkeit wird durch einen einzigen Dateneingabepunkt ermöglicht, der sich am Endpunkt des Erfassungsgeräts befindet.
Das DICOM-Protokoll ermöglicht es dem Erfassungspersonal, Entscheidungen auf der Grundlage genauer Informationen zu treffen, die von MPPS-Nachrichten geliefert werden, z. B. den Abbruch oder die Änderung eines Verfahrens.
MPPS-Nachrichten übermitteln auch Ausnahmen und Fehlermeldungen und warnen andere Systeme und Benutzer automatisch vor Fehlern.
Der MPPS sammelt Informationen über Verbrauchsmaterialien wie Filme, Geräte und Verbrauchsmaterial und ermöglicht so eine automatische Abrechnung und Bestandsverwaltung.
Der Dienst DICOM Storage Commitment sorgt dafür, dass die Bilder getrennt von den Aufnahmegeräten gespeichert werden, so dass diese für die Aufnahme neuer Bilder in verschiedenen Verfahren frei werden. Das Archivierungssystem ermöglicht es dem medizinischen Personal, Dateien einzusehen, indem es sie auscheckt und zur Aktualisierung sperrt.
Die digitale Speicherung spart physischen Platz und Material.
Ein Nachteil ist die Anzahl der optionalen Felder, die es zulässt. Es gibt mehr als 2000 Attribute, die einer DICOM-Datei hinzugefügt werden können. Dadurch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit von Fehlern, wenn Daten inkonsistent, unvollständig oder ungenau eingegeben werden.
Die DICOM-Standardanzeigefunktion für Graustufen gibt den Luminanz- oder Dichtegrad an, den die Erfassungsgeräte für die bestmögliche Bildqualität verwenden müssen. Wenn jedoch Bilder, die mit einem Gerät eines Anbieters aufgenommen wurden, auf einem Gerät eines anderen Anbieters angezeigt werden, kann es unterschiedliche Amplitudenbereiche geben, die zu einer schlechten Bildqualität führen können. Diese Parameter müssen unter Umständen manuell angepasst werden.
DICOM kann anfällig für Cyberangriffe sein. Im Jahr 2019 fand ein Cylera-Forscher einen Fehler in DICOM, der es Hackern ermöglichen könnte, bösartigen Code in scheinbar HIPAA-konforme Bilder einzubetten. Dieser Fehler würde es ermöglichen, dass Malware in medizinischen Dateien versteckt wird und sich auf andere Teile des Systems ausbreitet. Die Lösungen zur Minderung des Angriffsrisikos sind die Verwendung von Antivirus-Erkennungstools und die Implementierung von Monitoring-Software.
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Der DICOM-Standard enthält Spezifikationen für die Verwaltung verschiedener Arten von Daten, nicht nur von Bildern. Eine typische DICOM-Datei enthält Informationen über die Serie und die Studie, zu der sie gehört, den Patienten und ggf. Informationen über das zugehörige Bild.
DICOM ermöglicht die herstellerübergreifende Interoperabilität zwischen bildgebenden Geräten und digitaler Bildgebungssoftware. So kann beispielsweise ein mit einem Scanner eines Herstellers erstelltes Bild mit einer von einem anderen Hersteller entwickelten Software archiviert und auf einem Betrachtungsgerät eines anderen Herstellers ausgewertet werden.
DICOM-Dienste verringern Benutzerfehler bei der Erfassung und Übertragung von Bilddaten und gewährleisten die Einhaltung von Standardverfahren bei der Verarbeitung der Daten. DICOM-Dienste verkürzen die Durchlaufzeit zwischen einem Eingriff und der Auswertung der Bilddaten, was bei Notfalltraumata von entscheidender Bedeutung ist.
