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Wie funktioniert eigentlich...Ausgabe 4/2010

HL7 ist ein weiterer Standard, den Kran-kenhäuser für die elektronische Kommu-nikation nutzen. Dabei gibt es Über-schneidungen mit DICOM, auf die wir imzweiten Teil zu diesem Thema zu spre-chen kommen. Ebenso werden wir imzweiten Teil aufzeigen, wie Modalitätenund Peripheriegeräte kommunizieren.Dieser erste Teil untersucht die Strukturder Bilddaten selbst.

Weshalb kann man nicht auf ein beste-hendes Dateiformat wie *.jpg oder *.tif zu-rückgreifen, mögen Sie sich fragen. Das liegtzum einen daran, dass DICOM-Dateien vielmehr Informationen enthalten als nur dieBilddaten selbst, die übrigens durchaus in ei-nem dieser Formate vorliegen können. Dass

eine DICOM-Datei nicht nur die Bildinfor-mationen enthält, wird klar, wann man Bild-daten mit einem HEX-Editor öffnet

(Abbildung 2). Im Klartextist zuerst nur wenig zu er-kennen. Beispielsweise derName der Bekannten,S IMPSON^HOMER^I I I

(Name von der Re-daktion geändert).Davor findet sich dieLänge dieses Namens(12 in hexadezimalerZählweise entspricht18 im Dezimalsys-tem). Wieder davorsteht der Datentyp,hier PN für PersonName. Das soge-nannte „Tag“ gibtan, um was für einenWert es sich handelt,nämlich um den Na-men des Patienten.Die DICOM-Datei be-

steht aus einer langen Abfolge von Qua-drupeln aus Tag, Datentyp, Länge und Wert(Abbildung 3).

Die DICOM-Spezifikation legt fest, wel-che Tags und Datentypen es gibt (Abbildung4). Zudem definiert der DICOM-Standard Da-tentypen (Value Representation VR) wie Per-son Name (PN), Long String (LO) oder Coded

Prof. Dr. Christian Johner,Institut für IT im Gesund-heitswesen, Autor derKrankenhaus-IT Journal-Serie „Wie funktionierteigentlich…?“

„Wie funktioniert eigentlich…?“ DICOMTeil 1

„Ich hab‘ kein Wort von dem verstanden,was der Arzt gesagt hat“, meint meine Be-kannte, als sie von der Kernspinuntersu-chung zurückkommt. Ratlos gibt sie mirdie CD, die ihr der Radiologe mitgegebenhat. Und wie soll ich hier helfen, frage ichmich? Ich habe zwar lange Zeit in der CT-Diagnostik gearbeitet, aber ich bin Physi-ker und kein Arzt. Und so gilt mein Inte-resse bald mehr der CD mit den MRT-Bildern als dem Befund der Bekannten.

Die Daten, die auf dieser CD gespeichertsind, liegen nicht in einem der üblichenBildformate wie *.gif, *.jpg oder *.tif vor.Es handelt sich um Bilddaten, die dem DICOM-Standard entsprechen. Die erstenVersionen dieses Standards stammen ausden 70er Jahren des letzten Jahrhundertsund hießen ursprünglich ACR/NEMA Stan-dard. Dieses Akronym weist auf die betei-ligten Initiatoren hin, nämlich das Ameri-can College of Radiology und die NationalElectrical Manufacturers Association. Erstseit 1992 spricht man von DICOM, DigitalImaging and COmmunication in Medici-ne. Diesem Standard ist es zu verdanken,dass wir heute Bilder herstellerunabhän-gig zwischen Geräten und IT-Systemenaustauschen können. Dabei beschränkt sichdieser Austausch nicht auf „Bilder“, wel-che die Modalitäten wie CT, MRT, Ultra-schall oder Röntgen erzeugen. Genausolassen sich Audiodaten, EKG-Signale undBefunde mit Hilfe von DICOM übermitteln,Drucker ansteuern und Bildarchive (PACS)nutzen (Abbildung 1).

Abbildung 1: DICOM standardisiert u.a. den Datenaustausch zwischenModalitäten (CT, MRT, …) und Peripheriegeräten.

Abbildung 3: DICOM-Dateien bestehen aus einer Abfolge von Attributen (Quadrupeln ausTags, Datentypen, der Länge von Werten und den Werten selbst).

Abbildung 2: DICOM-Dateien liegen in einem Binärformat vor und enthalten Tags, Datentypen und die Werte.

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String (CS). Sie erkennen in Abbildung 4,dass als Wert für das Tag „Patient’s Sex“(0010,0040) ein Coded String verwendetwerden muss. Der Standard stellt als Op-tionen M, F und O zur Auswahl. Eine Be-sonderheit ist der Datentyp SQ (Sequence).Bei diesen Sequenzen besteht der Wert desAttributs selbst aus einer beliebigen An-zahl an Quadrupeln

Ein Beispiel für eine Sequence ist das Tag„Other Patient IDs Sequence“, eine Sequenzaus Patient IDs (Tag 0010,0020), die jeweilsals „Long String“ vorliegen. Nicht zu ver-wechseln mit den Sequences sind Attributemit einer „Value Multiplicity“ (VM) von „1–n“. In diesem Fall enthält der Wert des Attri-buts nicht eine Abfolge vollständiger Attri-bute, sondern nur eine Abfolge von Werten,die jeweils durch einen Backslash („\“) von-einander getrennt sind.

Eines dieser Attribute ist das mit den Bild-daten. Dieses Attribut besteht genau wie al-le anderen Attribute aus einem Tag, dem Da-tentyp, der Länge und dem Wert. Bei diesemWert handelt es sich um die Pixel, also dieBilddaten. Und diese Bilddaten könnten auchim JPEG-Format vorliegen. Damit wird Ih-nen wahrscheinlich klar, dass es gar keinen

„DICOM-Header“ gibt, wie oft behauptet wird.Die Tatsache, dass die Bilddaten am Schlussder Datei stehen, ist nur darin begründet,dass das zugehörige Tag die höchste Num-mer hat. Und die Attribute sind in der Rei-henfolge der Tags sortiert.

Natürlich müssen Sie künftig nicht denHEX-Editor zur Hand nehmen, um all dieseAttribute und deren Werte auszulesen. Ge-nau das ist die Aufgabe der DICOM-Viewer.Viele dieser Werkzeuge stehen Ihnen sogarkostenlos zur Verfügung [2] (Abbildung 5).

Die Abbildung 5 macht uns auf etwasWeiteres aufmerksam: Die einzelnen DICOM-Dateien (Bilder) sind zu Serien und diesewiederum zu Studien gruppiert. Jeder Pa-tient kann eine oder mehrere Studien ha-ben. Meistens arbeitet man nur mit einerStudie, dafür mit vielen Serien. Bei jederneuen Modalität, bei jedem neuen Aufnah-meparameter wie T1/T2-Gewichtung beiKernspin-Aufnahmen, bei der Gabe vonKontrastmitteln oder einer Umlagerung desPatienten beginnt eine neue Serie.

Interessanterweisefindet sich die voll-ständige Informa -tion zu Patient, Studie und Serie(redundant) in je-dem einzelnen Bild.Abbildung 6 zeigt,dass die DICOM-Bilder (der Standardnennt diese Infor-mation Object Defi-nitions IOD) wieCT-Bilder aus Infor-mation Entities IEund diese wiederum

aus Modulen bestehen. Ob diese Moduleverpflichtend enthalten sein müssen (Usa-ge = M) oder nicht (Usage = C, U) legt eben-falls der Standard fest. Jedes dieser Mo-dule gruppiert eine Menge an Attributen,wie wir sie oben kennen gelernt haben.

Unser mikroskopischer Ansatz, der darinbestand, die Bilder mit dem HEX-Editor zuuntersuchen, war zwar dabei hilfreich, dieAttribute, also die Quadrupel aus Tag, Da-tentyp, Länge und Wert zu identifizieren. Erwar aber ungeeignet, auch die makroskopi-sche Struktur aus Information Entities undModulen und damit die Hierarchie Patient Studie Serie zu offenbaren. Da bedurftees eines Blicks in den Standard. Dieser um-fasst mehrere 1.000 Seiten…

Woran meine Bekannte leidet, konnte ichden Bildern leider nicht entlocken. Der Arztallerdings auch nicht. Das stand etwas ver-klausuliert im Befund, der ebenfalls auf derCD gespeichert war. Übrigens auch im DICOM-Format. Doch dazu mehr im nächs-ten Teil dieser Folge.

[1] http://medical.nema.org[2] http://www.dclunie.com/pixelmed/software/webstart/DicomImageViewer.jnlp [3] Kostenloses webbased Training zu DICOM unter http://www.krankenhaus-it-leiter.de/dicom.

Abbildung 6: Ein CT-Bild besteht wie alle „Bilder“ aus Information Entities unddiese wiederum aus Modulen.

Abbildung 4 Ausschnitt aus dem Teil 6 des DICOM-Standards [1].VR steht für Value Representation (Datentyp), VM für Value

Multiplicity.

Abbildung 5: DICOM-Viewern lesen die Attribute aus und stellen diese lesbar dar [2]. DICOMgruppiert Informationen zu Patienten, Studien und Serien.