CN113489718A - 一种针对dicom协议传输流量重组生成图像的方法 - Google Patents

一种针对dicom协议传输流量重组生成图像的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种针对DICOM协议传输流量重组生成图像的方法,其解决了现有网络中通过DICOM协议传输医疗数据,还原图像数据的技术问题,其包括以下步骤:使用DPDK对DICOM网络流量进行采集;针对数据报文进行TCP流重组;针对TCP流进行PDU解析,并生成DCM文件;解析DCM文件生成医疗图像文件。本发明可广泛应用于在网络中通过DICOM协议传输医疗数据的场合。

Description

一种针对DICOM协议传输流量重组生成图像的方法
技术领域
本发明涉及图像处理领域,特别是涉及一种针对DICOM协议传输流量重组生成图像的方法。
背景技术
目前,各大医院的放射科,在给病人拍完影像之后,都需要通过专用的DICOM格式文件输出到专用的输出设备上,从而得到反映病灶的影像底片。针对互联网中使用DICOM协议进行明文传输的图像数据流量,难以还原图像数据,无法进行有效监测。
发明内容
本发明为了解决现有网络中通过DICOM协议传输医疗数据,还原图像数据的技术问题,提供一种针对DICOM协议传输流量重组生成图像的方法。
本发明提供一种针对DICOM协议传输流量重组生成图像的方法,包括以下步骤:
步骤A.使用DPDK对DICOM网络流量进行采集;
步骤B.针对数据报文进行TCP流重组;
步骤C.针对TCP流进行PDU解析,并生成DCM文件;
步骤D.解析DCM文件生成医疗图像文件。
优选地,步骤A中具体步骤包括:
步骤a.初始化EAL、网卡、内存、端口,启动设备;
步骤b.读取网卡数据,直到程序终止;
步骤c.针对读取到的每一个数据报文pkt,首先检查是否为TCP数据,若为TCP数据,则进行步骤d,否则,不做处理;
步骤d.检查LinkedHashMap中是否存在该数据报文pkt的四元组,若存在,则进行步骤e,否则进行步骤f;
步骤e.将网络流量导出到pcap文件中,判断该数据报文pkt的标志为是否为FIN,若为FIN,则移除该四元组在LinkedHashMap中的节点,否则,不做处理;
步骤f.判断tcp数据报文pkt中的payload字段的前两个字节是否为0100H、0200H、0300H、0400H、0500H、0600H、0700H其中之一,若为其中之一,则将pkt的四元组添加到LinkedHashMap中并导出pkt数据报文,否则,不做处理;
步骤g.判断LinkedHashMap中的链表尾部节点的时间戳和当前时间戳的差值是否达到阈值5分钟,若达到,则移除该节点,否则,不做处理。
优选地,步骤B针对数据报文进行TCP流重组,包括以下步骤:
a).根据数据报文的五元组生成key1和key2,判断key1是否存在于哈希表中,若存在,则进行b),否则进行c);
b).取出key1对应的节点current,并将当前数据报文增加到该节点的后方。并判断当前数据报文的标志为是否为FIN,若是,则导出key1节点的有效数据载荷并移除该节点的有关信息;否则,进入c);
c).判断key2是否存在于哈希表中;若存在,则进行步骤d);否则,进行e);
d).取出key2对应的节点after,并将节点after的有效数据载荷增加到节点current节点的有效数据载荷后方;并将key2设置为after节点的key2值;并移除节点after的有关信息,转入c);
e).更新哈希表,并更新节点current节点内部的key2值为key2;结束;
f).判断key2是否存在于哈希表中,若存在,则进行步骤g);否则,进行h);
g).取出key2对应的节点bcur;将当前数据报文的有效数据载荷插入到节点bcur有效数据载荷的最前方,并更新节点内部的key1值为key1;结束;
h).创建新节点now,并初始化节点内部信息,将当前数据报文的有效数据载荷增加到新节点中;将节点now按照key1和key2插入到哈希表中;结束。
优选地,步骤a)中数据报文生成键值的步骤如下:
(a)需要根据数据报文的源IP、源端口、目的IP、目的端口和序列号生成键值key1;
(b)需要根据数据报文的源IP、源端口、目的IP、目的端口、序列号和有效数据载荷的长度生成键值key2。
优选地,步骤C中针对PDU解析的步骤如下:
步骤1.判断PDU的类型,若类型为A-ASSOCIATE-RQPDU,则进行步骤2,若类型为A-ASSOCIATE-AC,则进行步骤3,若类型为A-ASSOCIATE-RJPDU,则进行步骤4,若类型为P-DATA-TFPDU,则进行步骤5,若类型为A-REALEASE-RQPDU,则进行步骤8,若类型为A-RELEASE-RPPDU,则进行步骤8,若类型为A-ABORTPDU,则进行步骤8;
步骤2.读取PDU长度length,读取length个字节为data,读取版本号,进行步骤1;
步骤3.读取PDU长度length,读取length个字节为data,读取传输语法项、实现语法项和版本号,进行步骤1;
步骤4.读取PDU长度length,读取length个字节data,进行步骤1;
步骤5.读取PDU长度length,读取length个字节PDV,读取PDV长度pdv_length,读取消息控制头PDV的第五个字节为head,若head为00H或者02H,则进行步骤6,若head为03H,则进行步骤7,否则,结束;
步骤6.取出PDV数据内容并记录为数据正文,若head为02H,则输出DCM文件,进行步骤1;
步骤7.读取PDV数据中的SOPClassUID字段并记录,读取PDV数据中的SOPInstanceUID字段并记录,进行步骤1;
步骤8.读取PDU长度length,读取length个字节data,进行步骤1。
优选地,步骤6中生成DCM文件,包括以下步骤:
(1)输出DCM文件标志头;
(2)输出DCM文件长度单元;
(3)输出DCM文件版本号;
(4)输出SOPClassUID项;
(5)输出SOPInstanceUID项;
(6)输出传输上下文语法项;
(7)输出实现上下文语法项;
(8)按顺序输出数据正文。
优选地,步骤D中地解析DCM文件并生成图像文件包括以下步骤:
步骤①.使用pydicom读取dcm文件并解析数据,进行步骤②;
步骤②.解析其中地患者信息,病历信息,图像数据,进行步骤③;
步骤③.获取到图像数据pixel_array,若pixel_array.shape大于3,则进行步骤④,否则,进行步骤⑤;
步骤④.对于多张图像数据,将多张图像绘制到同一张画布中,生成图像文件,结束;
步骤⑤.对于单张图像数据,设置画布参数,并生成图像文件,结束。
优选地,针对步骤④多张图像的绘制,包括以下步骤:
1)获取图像数量;
2)根据图像数量安排画布中图像的排列方式,划分为几行几列;
3)使用matplotlib绘制画布并设置画布参数;
4)依次读取每张图像数据,并将每张图像数据依次绘制到画布中;
5)使用matplotlib生成图像文件。
本发明的有益效果是:本发明主要针对互联网中使用DICOM协议进行明文传输的图像数据流量,通过协议数据单元的特征将该流量进行识别并采集,并能够将采集到的流量重组生成DCM文件。这样可以针对网络中传输的DICOM数据进行监测,发现互联网中传输的DICOM数据,有效提高对网络环境的监管力度。
附图说明
图1是本发明整体功能结构示意图;
图2是本发明TCP数据报文重组流程示意图;
图3是本发明PDU解析流程示意图;
图4是本发明单张DICOM图像生成示例图;
图5是本发明多张医疗图像生成示例。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明,以使本发明所属技术领域的技术人员能够容易实施本发明。
实施例1:如图1所示,是本发明整体功能结构示意图,其具体包括以下步骤:
步骤A.使用DPDK对DICOM网络流量进行采集,其具体步骤包括:
a.初始化EAL(EnvironmentAbstractLayer),网卡,内存,端口等,启动设备;
b.读取网卡数据,直到程序终止;
c.针对读取到的每一个数据报文pkt,首先检查是否为TCP数据,若为TCP数据,则进行d,否则,不做处理;
d.检查LinkedHashMap中是否存在该数据报文pkt的四元组,若存在,则进行e,否则进行f;
e.将网络流量导出到pcap文件中,判断该数据报文pkt的标志为是否为FIN,若为FIN,则移除该四元组在LinkedHashMap中的节点,否则,不做处理;
f.判断tcp数据报文pkt中的payload字段的前两个字节是否为0100H、0200H、0300H、0400H、0500H、0600H、0700H其中之一,若为其中之一,则将pkt的四元组添加到LinkedHashMap中并导出pkt数据报文,否则,不做处理;
g.判断LinkedHashMap中的链表尾部节点的时间戳和当前时间戳的差值是否达到阈值5分钟,若达到,则移除该节点,否则,不做处理。
步骤B.针对数据报文进行TCP流重组;
针对数据报文进行TCP流重组包括以下步骤:
a).根据数据报文的五元组生成key1和key2,判断key1是否存在于哈希表中,若存在,则进行b),否则进行c)。
步骤a)中数据报文生成键值的步骤如下:
(a)需要根据数据报文的源IP、源端口、目的IP、目的端口和序列号生成键值key1;
(b)需要根据数据报文的源IP、源端口、目的IP、目的端口、序列号和有效数据载荷的长度生成键值key2。
b).取出key1对应的节点current,并将当前数据报文增加到该节点的后方。并判断当前数据报文的标志为是否为FIN,若是,则导出key1节点的有效数据载荷并移除该节点的有关信息;否则,进入c)。
c).判断key2是否存在于哈希表中。若存在,则进行步骤(d)。否则,进行e)。
d).取出key2对应的节点after,并将节点after的有效数据载荷增加到节点current节点的有效数据载荷后方。并将key2设置为after节点的key2值。并移除节点after的有关信息,转入c)。
e).更新哈希表,并更新节点current节点内部的key2值为key2。结束。
f).判断key2是否存在于哈希表中,若存在,则进行步骤(g);否则,进行h)。
g).取出key2对应的节点bcur。将当前数据报文的有效数据载荷插入到节点bcur有效数据载荷的最前方,并更新节点内部的key1值为key1。结束。
h).创建新节点now,并初始化节点内部信息,将当前数据报文的有效数据载荷增加到新节点中。将节点now按照key1和key2插入到哈希表中。结束。
步骤C.针对TCP流进行PDU(ProtocolDataUnit)解析,并生成DCM文件。
其中针对PDU解析的步骤如下:
步骤1.判断PDU(协议数据单元)的类型,若类型为A-ASSOCIATE-RQPDU,则进行步骤2,若类型为A-ASSOCIATE-AC,则进行步骤3,若类型为A-ASSOCIATE-RJPDU,则进行步骤4,若类型为P-DATA-TFPDU,则进行步骤5,若类型为A-REALEASE-RQPDU,则进行步骤8,若类型为A-RELEASE-RPPDU,则进行步骤8,若类型为A-ABORTPDU,则进行步骤8;
步骤2.读取PDU长度length,读取length个字节为data,读取版本号,进行步骤1;
步骤3.读取PDU长度length,读取length个字节为data,读取传输语法项、实现语法项和版本号,进行步骤1;
步骤4.读取PDU长度length,读取length个字节data,进行步骤1;
步骤5.读取PDU长度length,读取length个字节PDV(PresentationDataValue),读取PDV长度pdv_length,读取消息控制头PDV的第五个字节为head,若head为00H或者02H,则进行步骤6,若head为03H,则进行步骤7,否则,结束;
步骤6.取出PDV数据内容并记录为数据正文,若head为02H,则输出DCM文件,进行步骤1;
其中生成DCM文件,包括以下步骤:
(1)输出DCM文件标志头;
(2)输出DCM文件长度单元;
(3)输出DCM文件版本号;
(4)输出SOPClassUID项;
(5)输出SOPInstanceUID项;
(6)输出传输上下文语法项;
(7)输出实现上下文语法项;
(8)按顺序输出数据正文。
步骤7.读取PDV数据中的SOPClassUID(ServiceObjectPairsClassUniqueIdentifier)字段并记录,读取PDV数据中的SOPInstanceUID(ServiceObjectPairsInstanceUnique Identifier)字段并记录,进行步骤1;
步骤8.读取PDU长度length,读取length个字节data,进行步骤1。
步骤D.解析DCM文件生成医疗图像文件。其包括以下步骤:
①.使用pydicom读取dcm文件并解析数据,进行②;
②.解析其中地患者信息,病历信息,图像数据等,进行步骤③;
③.获取到图像数据pixel_array,若pixel_array.shape大于3,则进行步骤④,否则,进行⑤;
④.对于多张图像数据,将多张图像绘制到同一张画布中,生成图像文件,结束;
针对多张图像的绘制,其包括以下步骤:
(1)获取图像数量;
(2)根据图像数量安排画布中图像的排列方式,划分为几行几列;
(3)使用matplotlib绘制画布并设置画布参数;
(4)依次读取每张图像数据,并将每张图像数据依次绘制到画布中;
(5)使用matplotlib生成图像文件。
⑤.对于单张图像数据,设置画布参数,并生成图像文件,结束。
实施例2:以模拟DICOM中存储服务作为例子,其具体步骤包括:
步骤1采集DICOM存储服务通信过程中地网络流量存储到pcap文件中;
步骤2读取pcap文件中的每个数据报文,并解析每一个数据报文的源IP、源端口、目的IP、目的端口、序列号、标志位等;
步骤3根据源IP、源端口、目的IP、目的端口、序列号、标志位等进行TCP数据流重组,TCP重组流程图如图2所示;
步骤4针对每对TCP流进行PDU解析,并生成完整的DCM文件,PDU解析流程如图3所示;
步骤5解析生成的每个DCM文件并生成图像文件,解析生成的图像示例如图4和图5所示。
以上所述仅对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。凡是在本发明的权利要求限定范围内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种针对DICOM协议传输流量重组生成图像的方法,其特征是,包括以下步骤:
步骤A.使用DPDK对DICOM网络流量进行采集;
步骤B.针对数据报文进行TCP流重组;
步骤C.针对TCP流进行PDU解析,并生成DCM文件;
步骤D.解析DCM文件生成医疗图像文件。
2.根据权利要求1所述针对DICOM协议传输流量重组生成图像的方法,其特征在于,所述步骤A中具体步骤包括:
步骤a.初始化EAL、网卡、内存、端口,启动设备;
步骤b.读取网卡数据,直到程序终止;
步骤c.针对读取到的每一个数据报文pkt,首先检查是否为TCP数据,若为TCP数据,则进行步骤d,否则,不做处理;
步骤d.检查LinkedHashMap中是否存在该数据报文pkt的四元组,若存在,则进行步骤e,否则进行步骤f;
步骤e.将网络流量导出到pcap文件中,判断该数据报文pkt的标志为是否为FIN,若为FIN,则移除该四元组在LinkedHashMap中的节点,否则,不做处理;
步骤f.判断tcp数据报文pkt中的payload字段的前两个字节是否为0100H、0200H、0300H、0400H、0500H、0600H、0700H其中之一,若为其中之一,则将pkt的四元组添加到LinkedHashMap中并导出pkt数据报文,否则,不做处理;
步骤g.判断LinkedHashMap中的链表尾部节点的时间戳和当前时间戳的差值是否达到阈值5分钟,若达到,则移除该节点,否则,不做处理。
3.根据权利要求1所述针对DICOM协议传输流量重组生成图像的方法,其特征在于,所述步骤B针对数据报文进行TCP流重组,包括以下步骤:
a).根据数据报文的五元组生成key1和key2,判断key1是否存在于哈希表中,若存在,则进行b),否则进行c);
b).取出key1对应的节点current,并将当前数据报文增加到该节点的后方;并判断当前数据报文的标志为是否为FIN,若是,则导出key1节点的有效数据载荷并移除该节点的有关信息;否则,进入c);
c).判断key2是否存在于哈希表中;若存在,则进行步骤d);否则,进行e);
d).取出key2对应的节点after,并将节点after的有效数据载荷增加到节点current节点的有效数据载荷后方;并将key2设置为after节点的key2值;并移除节点after的有关信息,转入c);
e).更新哈希表,并更新节点current节点内部的key2值为key2;结束;
f).判断key2是否存在于哈希表中,若存在,则进行步骤g);否则,进行h);
g).取出key2对应的节点bcur;将当前数据报文的有效数据载荷插入到节点bcur有效数据载荷的最前方,并更新节点内部的key1值为key1;结束;
h).创建新节点now,并初始化节点内部信息,将当前数据报文的有效数据载荷增加到新节点中;将节点now按照key1和key2插入到哈希表中;结束。
4.根据权利要求3所述针对DICOM协议传输流量重组生成图像的方法,其特征在于,所述步骤a)中数据报文生成键值的步骤如下:
(a)需要根据数据报文的源IP、源端口、目的IP、目的端口和序列号生成键值key1;
(b)需要根据数据报文的源IP、源端口、目的IP、目的端口、序列号和有效数据载荷的长度生成键值key2。
5.根据权利要求1所述针对DICOM协议传输流量重组生成图像的方法,其特征在于,所述步骤C中针对PDU解析的步骤如下:
步骤1.判断PDU的类型,若类型为A-ASSOCIATE-RQPDU,则进行步骤2,若类型为A-ASSOCIATE-AC,则进行步骤3,若类型为A-ASSOCIATE-RJPDU,则进行步骤4,若类型为P-DATA-TFPDU,则进行步骤5,若类型为A-REALEASE-RQPDU,则进行步骤8,若类型为A-RELEASE-RPPDU,则进行步骤8,若类型为A-ABORTPDU,则进行步骤8;
步骤2.读取PDU长度length,读取length个字节为data,读取版本号,进行步骤1;
步骤3.读取PDU长度length,读取length个字节为data,读取传输语法项、实现语法项和版本号,进行步骤1;
步骤4.读取PDU长度length,读取length个字节data,进行步骤1;
步骤5.读取PDU长度length,读取length个字节PDV,读取PDV长度pdv_length,读取消息控制头PDV的第五个字节为head,若head为00H或者02H,则进行步骤6,若head为03H,则进行步骤7,否则,结束;
步骤6.取出PDV数据内容并记录为数据正文,若head为02H,则输出DCM文件,进行步骤1;
步骤7.读取PDV数据中的SOPClassUID字段并记录,读取PDV数据中的SOPInstanceUID字段并记录,进行步骤1;
步骤8.读取PDU长度length,读取length个字节data,进行步骤1。
6.根据权利要求5所述针对DICOM协议传输流量重组生成图像的方法,其特征在于,所述步骤6中生成DCM文件,包括以下步骤:
(1)输出DCM文件标志头;
(2)输出DCM文件长度单元;
(3)输出DCM文件版本号;
(4)输出SOPClassUID项;
(5)输出SOPInstanceUID项;
(6)输出传输上下文语法项;
(7)输出实现上下文语法项;
(8)按顺序输出数据正文。
7.根据权利要求1所述针对DICOM协议传输流量重组生成图像的方法,其特征在于,所述步骤D中地解析DCM文件并生成图像文件包括以下步骤:
步骤①.使用pydicom读取dcm文件并解析数据,进行步骤②;
步骤②.解析其中地患者信息,病历信息,图像数据,进行步骤③;
步骤③.获取到图像数据pixel_array,若pixel_array.shape大于3,则进行步骤④,否则,进行步骤⑤;
步骤④.对于多张图像数据,将多张图像绘制到同一张画布中,生成图像文件,结束;
步骤⑤.对于单张图像数据,设置画布参数,并生成图像文件,结束。
8.根据权利要求7所述针对DICOM协议传输流量重组生成图像的方法,其特征在于,针对所述步骤④多张图像的绘制,包括以下步骤:
1)获取图像数量;
2)根据图像数量安排画布中图像的排列方式,划分为几行几列;
3)使用matplotlib绘制画布并设置画布参数;
4)依次读取每张图像数据,并将每张图像数据依次绘制到画布中;
5)使用matplotlib生成图像文件。
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