CN104902132A - 一种显微图像标准化封装系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种显微图像处理系统，将显微图像封装为通用图像格式，建立厂商专属的图像格式与通用图像格式的标准化封装方法，能够很好地解决通用图像格式兼容性差和显微图像存储归档问题，并能基于DICOM标准将所需要的数据信息与图像数据进行封装，以便于显微图像存储归档与传输共享，且使得显微图像类软件能够支持显微图像数据的读取。
Description
技术领域
本发明要解决的技术问题是提供一种显微图像处理系统，将显微图像封装为通用图像格式，建立厂商专属的图像格式与通用图像格式的标准化封装方法。该技术属于图像信息学领域。
背景技术
通过各种显微镜获取的显微图像可以进行数字化处理，以各种不同的格式进行封装，从而用于存储与传输。虽然医学图像存储格式种类繁多千差万别，却并非毫不相干，图像领域也有国际统一标准，现有的显微图像都要遵循这一新的数字成像和通信标准。
通用图像格式，如BMP、JPEG、TIFF等；其中BMP（BitMaP）是Windows操作系统中的标准图像文件格式，典型的BMP图像文件由四部分组成：
1：位图头文件数据结构，它包含BMP图像文件的类型、显示内容等信息；
2：位图信息数据结构，它包含有BMP图像的宽、高、压缩方法，以及定义颜色等信息；
3：调色板，这个部分是可选的，有些位图需要调色板，有些位图，比如真彩色图（24位的BMP）就不需要调色板；
4：位图数据，这部分的内容根据BMP位图使用的位数不同而不同，在24位图中直接使用RGB，而其他的小于24位的使用调色板中颜色索引值。JPEG是与平台无关的格式，支持最高级别的压缩, 是一种比较常见的图画格式。
TIFF(Tagged Image File Format)是标签图像文件格式， 是一种主要用来存储包括照片和艺术图在内的图像的文件格式，通过在文件头中包含“标签”，它能够在一个文件中处理多幅图像和数据，标签能够标明图像的如图像大小这样的基本几何尺寸或者定义图像数据是如何排列的并且是否使用了各种各样的图像压缩选项。
厂商专属的图像格式由特定厂商的显微图像处理系统生成，如CZI（Carl ZeIss），IMS（IMariS）等。CZI是蔡司公司（Carl Zeiss）的显微图像格式，CZI会将成像数据与所有相关元数据信息合并成一个压缩文件。IMS是Bitplane公司开发的Imaris显微图像处理软件提供的图像格式，IMS包含了图像数据和在Imaris软件中对该图像进行处理后所产生的数据信息。
早在1996年，美国放射学会(American College of Radiology，简称ACR)和美国电器制造商协会(National Electrical Manufacturers Association，简称NEMA)就开始在ACR-NEMA标准的基础上，发布出来一套革新的规范，并正式命名为DICOM3.0(Digital Imaging and Communications in Medicine 3.0)，简称医学数字成像与通信标准，是医学图像及其相关信息在计算机间传输的国际统一标准。
近年来DICOM3.0标准的组成也在不断地加以补充，目前标准包括概括介绍、一致性声明、信息对象定义、服务类对象定义、数据结构及编码规则、数据字典、 TCP/IP 协议进行协议数据单元等
现有的显微图像类软件，可以查看通用图像格式和DICOM格式的图像，但不能查看厂商专属图像格式的显微图像。
通用图像格式，如BMP、JPEG、TIFF等，不包含与图像采集相关的数据信息，例如样本来源的名称，样本编号，采集时间，样本描述，责任人信息，厂商信息，像素物理间距，物镜数值孔径等数据信息，一旦需要进行图像的传输共享，还需额外提供一个包含上述信息的说明文档，给操作带来不便，且由于信息量少，没有足够的信息用于分类、归档，因此不利于图像的存储归档；厂商专属的图像格式，只适用于同一厂商的系统或少数特殊软件之间进行图像传输共享，不能适用于不同厂商的系统和一些通用软件。
由于显微图像存储归档与传输共享的需求日益增多，需要保存与图像采集相关的数据信息，通用图像格式兼容性好，但不包含相关数据信息；厂商专属的图像格式包含相关数据信息，但兼容性差。医院等用户单位通常安装医学图像类软件，可以查看通用图像格式和DICOM格式的图像，但不能查看厂商专属图像格式的显微图像，然而通用图像格式不包含相关数据信息，且没有将显微图像封装为DICOM格式的标准化封装方法。
发明内容
针对上述的通用图像格式不包含与图像采集相关的数据信息、厂商专属的图像格式兼容性差的难题；为使图像的存储归档与传输共享更加便利，建立厂商专属的图像格式与通用图像格式的对应关系，本发明提供了一种将显微图像封装为医学数字成像和通信标准（Digital Imaging and Communication in Medicine，DICOM）格式的标准化封装方法，能够很好地解决上述问题并能基于DICOM标准将所需要的数据信息与图像数据进行封装，以便于显微图像存储归档与传输共享，且使得显微图像类软件能够支持显微图像数据的读取。
为了实现上述的目的，本发明的技术方案如下：
一种显微图像标准化封装系统，包括影像工作站、影像采集/控制系统和影像服务器；其特征在于，所述影像工作站相对独立，直接从影像服务器获取显微图像数据；所述影像服务器通过DICOM网关与控制台计算机、影像控制计算机、影像工作站及外部计算机系统相联。
所述影像采集/控制系统包括影像链系统和控制器，影像链系统通过串行通信总线与控制器的串行通信端口连接；所述控制器通过串行通信总线与控制台计算机的串行通信端口连接；所述控制台计算机通过TCP/IP网络与DICOM网关实现数据交互。
所述影像服务器包括DICOM寄送模块、DICOM查询/拾取模块、DICOM存储模块以及DICOM封装模块，所述DICOM寄送模块、DICOM查询/拾取模块以及DICOM封装模块的输入端输入控制台计算机的远程DICOM数据；所述DICOM查询/拾取模块、DICOM存储模块的输出端连接控制台计算机的远程DICOM数据。
所述DICOM 寄送模块包括辅助控制装置和存储装置，所述DICOM 寄送模块通过无线通信方式将本地的DICOM显微图像数据发送到具备DICOM存储服务的设备上；所述DICOM查询/拾取模块包括对话/协议装置和处理器，所述对话/协议装置建立辅助控制装置和存储装置的DICOM关联；
所述辅助控制装置包括单片机电路、无线接收模块、无线发射模块和数据处理模块；单片机电路的数字信号输出端连接无线发射模块的数字信号输入端；无线接收模块的数字信号输出端连接数据处理模块的数字信号输入端；无线发射模块与无线接收模块之间实现无线数据交互。
一种显微图像标准化封装方法，包括以下步骤：
采集原始显微图像，记录数据信息，封装原始显微图像与数据信息，其特征在于，
1）使用显微镜及图像采集设备生成原始显微图像数据；
2）根据DICOM标准中IOD（Information Object Definition，信息对象定义）所需的数据元素，记录并填写显微图像采集时的信息；
3）使用基于DICOM标准的开发工具包，将原始显微图像数据与IOD数据元素、SOP UID、Modality封装成为一个DICOM格式的文件,该文件可以被通用图像软件打开；
所述步骤2）由影像服务器完成，所述影像服务器包括DICOM寄送模块、DICOM查询/拾取模块、DICOM存储模块以及DICOM封装模块，所述DICOM寄送模块、DICOM查询/拾取模块以及DICOM封装模块的输入端输入控制台计算机的远程DICOM数据；所述DICOM查询/拾取模块、DICOM存储模块的输出端连接控制台计算机的远程DICOM数据；
所述DICOM 寄送模块包括辅助控制装置和存储装置，所述辅助控制装置将显微图像改写成DICOM IOD，再加上所需的存储对象部分，封装为网络通信信息，向存储装置发送存储对象服务请求；存储装置收到信息后，先解析数据包，判读命令部分，再将显微图像读出，并将它存入磁盘中；存储装置依次完成所有存储对象服务请求后，向辅助控制装置发送服务结束信息，所述DICOM 寄送模块将本地的DICOM显微图像数据发送到具备DICOM存储服务的设备上；
所述DICOM查询/拾取模块包括对话/协议装置和处理器，所述对话/协议装置建立辅助控制装置和存储装置的DICOM关联，辅助控制装置指定所请求使用的查询/拾取模块的信息模型和消息服务组，在关联建立后，处理器处理DICOM 寄送模块发送的DICOM数据集形式的请求标示符，其后按照对话/协议装置查询的关键字将匹配的内容构造一个回应标示符发送给辅助控制装置，如果是拾取服务，还要发起一个存储对象服务请求；在整个查询匹配完成后，对话/协议装置向辅助控制装置发送回应状态。
所述DICOM存储模块是一个用于DICOM显微存储的服务模块，该模块使用网络开发包监听设定的端口，所述DICOM存储模块处理存储请求即可
所述步骤3）中使用DCMTK（DICOM ToolKit）网络开发包，用户可以在LINUX或SUN或WINDOWS任意一个操作系统下使用对应的版本进行编译。
所述DICOM封装模块将本地的DICOM影像数据在具备DICOM封装服务的设备上打印文件。封装模块的基本过程为：
辅助控制装置将影像改写成DICOM数据帧，向存储装置发送封装服务请求。
存储装置收到信息后，先解析数据帧，判读辅助控制装置的命令请求，再将数据读出。
存储装置依次完成打印请求后，向辅助控制装置发送服务结束信息，完成封装过程。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明提出的显微图像标准化封装方法的工作流程图；
图2是本发明提出的显微图像标准化封装系统；
图3是本发明提出的影像服务器结构示意图；
图4是显微图像标准化封装DICOM中IOD所需的数据元素。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术实施过程做进一步说明。
图1所示为本发明的主要工作流程，本发明提出了一种显微图像标准化封装方法，包括以下步骤：
采集原始显微图像，记录数据信息，封装原始显微图像与数据信息。
具体技术细节如下：
1）使用显微镜及图像采集设备生成原始显微图像数据；
2）根据DICOM标准中IOD（Information Object Definition，信息对象定义）所需的数据元素，记录并填写显微图像采集时的信息，IOD所需的数据元素列于图4中，其中各属性名称、标签号、用途的定义可参阅DICOM标准文件；指定DICOM标准中SOP UID （Service-Object Pair Unique Identifiers，服务-对象对的唯一标识符）为1.2.840.10008.5.1.4.1.1.77.1.2，指定Modality（模态）为GM（General Microscopy，普通显微镜）；
3）使用基于DICOM标准的开发工具包，如DICOM ToolKit（DCMTK）等将原始显微图像数据与IOD数据元素、SOP UID、Modality封装成为一个DICOM格式的文件，该文件可以被MicroDicom等通用图像软件打开。
本发明的优点是使封装后的显微图像包含更多数据信息，因此显微图像的存储归档与传输共享更加方便，拓展了显微图像的适用性，使得原本不支持显微图像查看的医学图像类的软件能够读取显微图像数据。此项优点是因为本发明采用了基于DICOM标准的显微图像标准化封装方法，包含了更多的数据信息，且生成了DICOM格式的显微图像数据。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1. 一种显微图像标准化封装系统，包括影像工作站、影像采集/控制系统和影像服务器；其特征在于，所述影像工作站相对独立，直接从影像服务器获取显微图像数据；所述影像服务器通过DICOM网关与控制台计算机、影像控制计算机、影像工作站及外部计算机系统相联。
2. 根据权利要求1所述的显微图像标准化封装系统，其特征在于：所述影像采集/控制系统包括影像链系统和控制器，影像链系统通过串行通信总线与控制器的串行通信端口连接；所述控制器通过串行通信总线与控制台计算机的串行通信端口连接；所述控制台计算机通过TCP/IP网络与DICOM网关实现数据交互。
3. 根据权利要求1所述的显微图像标准化封装系统，其特征在于：所述影像服务器包括DICOM寄送模块、DICOM查询/拾取模块、DICOM存储模块以及DICOM封装模块，所述DICOM寄送模块、DICOM查询/拾取模块以及DICOM封装模块的输入端输入控制台计算机的远程DICOM数据；所述DICOM查询/拾取模块、DICOM存储模块的输出端连接控制台计算机的远程DICOM数据。
4. 根据权利要求3所述的显微图像标准化封装系统，其特征在于：所述DICOM 寄送模块包括辅助控制装置和存储装置，所述DICOM 寄送模块通过无线通信方式将本地的DICOM显微图像数据发送到具备DICOM存储服务的设备上；所述DICOM查询/拾取模块包括对话/协议装置和处理器，所述对话/协议装置建立辅助控制装置和存储装置的DICOM关联。
5. 根据权利要求4所述的显微图像标准化封装系统，其特征在于：所述辅助控制装置包括单片机电路、无线接收模块、无线发射模块和数据处理模块；单片机电路的数字信号输出端连接无线发射模块的数字信号输入端；无线接收模块的数字信号输出端连接数据处理模块的数字信号输入端；无线发射模块与无线接收模块之间实现无线数据交互。
6. 一种应用如权利要求1-5中任一项所述的显微图像标准化封装系统的显微图像标准化封装方法，包括以下步骤：
采集原始显微图像，记录数据信息，封装原始显微图像与数据信息，其特征在于，1）使用显微镜及图像采集设备生成原始显微图像数据；
2）根据DICOM标准中IOD（Information Object Definition，信息对象定义）所需的数据元素，记录并填写显微图像采集时的信息；
3）使用基于DICOM标准的开发工具包，将原始显微图像数据与IOD数据元素、SOP UID、Modality封装成为一个DICOM格式的文件,该文件可以被通用图像软件打开。
7. 根据权利要求6所述的显微图像标准化封装方法，其特征在于：
在步骤2）中由辅助控制装置将显微图像改写成DICOM标准中IOD，再加上所需的存储对象部分，封装为网络通信信息，向存储装置发送存储对象服务请求；
存储装置收到信息后，先解析数据包，判读命令部分，再将显微图像读出，并将它存入磁盘中；
存储装置依次完成所有存储对象服务请求后，向辅助控制装置发送服务结束信息，
所述DICOM 寄送模块将本地的DICOM显微图像数据发送到具备DICOM存储服务的设备上。
8. 根据权利要求7所述的显微图像标准化封装方法，其特征在于：
在步骤2）中，由对话/协议装置建立辅助控制装置和存储装置的DICOM关联，
辅助控制装置指定所请求使用的查询/拾取模块的信息模型和消息服务组，在关联建立后，处理器处理DICOM 寄送模块发送的DICOM数据集形式的请求标示符，其后按照对话/协议装置查询的关键字将匹配的内容构造一个回应标示符发送给辅助控制装置，如果是拾取服务，还要发起一个存储对象服务请求；
在整个查询匹配完成后，对话/协议装置向辅助控制装置发送回应状态。
9. 根据权利要求7所述的显微图像标准化封装方法，其特征在于：所述DICOM存储模块是一个用于DICOM显微存储的服务模块，该模块使用网络开发包监听设定的端口，所述DICOM存储模块处理存储请求即可；
在步骤3）中由DICOM封装模块将本地的DICOM影像数据在具备DICOM封装服务的设备上打印文件，封装模块的基本过程为：
a）辅助控制装置将影像改写成DICOM数据帧，向存储装置发送封装服务请求；
b）存储装置收到信息后，先解析数据帧，判读辅助控制装置的命令请求，再将数据读出；
c）存储装置依次完成打印请求后，向辅助控制装置发送服务结束信息，完成封装过程。
10. 根据权利要求9所述的显微图像标准化封装方法，其特征在于：在步骤3）中使用DCMTK（DICOM ToolKit）网络开发包，用户可以在LINUX或SUN或WINDOWS任意一个操作系统下使用对应的版本进行编译。
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