Einführung in den DICOM-Standard

Die Anfänge des Standards

Seit der Einführung der Computertomographie als erstem digitalen bildgebenden Verfahren in der Medizin ist die Bedeutung der digitalen medizinischen Bildverarbeitung ständig gestiegen. Spätestens mit dem Aufkommen der Idee einer digitalen Archivierung von Bildern (PACS) und einer elektronischen Bildverteilung im Krankenhaus entstand das Bedürfnis, digitale Bilder zwischen Geräten verschiedener Hersteller austauschen zu können. Bereits 1983 formierte sich eine gemeinsame Arbeitsgruppe des American College of Radiology (ACR) und der National Electrical Manufacturers Association (NEMA), um einen solchen Austausch-Standard zu schaffen. Das Ergebnis dieser Bemühungen war der 1985 veröffentlichte und bis 1988 mehrfach überarbeitete ACR-NEMA-Standard, dem allerdings aufgrund einiger konzeptioneller Schwächen (keine Netzwerkunterstützung, Bildung von proprietären "Dialekten") kein großer Erfolg beschieden war. Der DICOM-Standard ("Digital Imaging and Communications in Medicine") wurde auf der Basis der Erfahrungen mit ACR-NEMA entwickelt, um eine offene (herstellerunabhängige) Kommunikationsplattform für medizinische Bilder und bildbezogene Informationen zu schaffen. Neben der Unterstützung für PACS-Netzwerke war dabei die Gewährleistung der Interoperabilität von DICOM-kompatiblen Geräten und Programmen zentrales Entwicklungsziel. DICOM wurde 1993 verabschiedet und wird seitdem kontinuierlich erweitert. Seit 1995 ist DICOM auch in Europa als formaler Standard akzeptiert (MEDICOM, ENV 12052).

Überblick über DICOM

Der Inhalt des DICOM-Standards geht weit über die Definition eines reinen Austauschformats für medizinische Bilddaten hinaus. DICOM beschreibt

• Datenstrukturen (Formate) für medizinische Bilder und bildbezogene Daten,
• Netzwerkorientierte Dienste, z. B.
  • Bildübertragung
  • Abfrage eines Bildarchivs (PACS)
  • Drucken (Hardcopy)
  • Integration RIS - PACS - Modalität
• Formate für den Datenträgeraustausch, und
• Anforderungen an konforme Geräte und Programme.

DICOM-Datenstrukturen

Ein DICOM-Bild besteht aus einer Liste von Datenelementen (sogenannten Attributen), die eine Vielzahl von bildbegleitenden Informationen enthalten:

• Informationen zum Patient, z. B. Name, Geburtsdatum und Identifikationsnummer,
• Informationen zu Modalität und Aufnahme, z. B. Geräteparameter, Kalibrierung, Strahlungsdosis und Kontrastmittelgabe, und
• Bildinformationen, z. B. Auflösung und Fensterung.

DICOM definiert für jede Modalität exakt, welche Datenelemente vorgeschrieben sind, welche optional sind und welche unter bestimmten Bedingungen vorgeschrieben sind (z. B. nur bei Kontrastmittelgabe). In dieser Flexibilität von DICOM liegt gleichzeitig aber auch eine Schwäche des Standards, denn die praktische Erfahrung zeigt, daß Bilder häufig unvollständig sind, weil vorgeschriebene Felder fehlen oder Felder falsche Werte enthalten, was Folgeprobleme beim Datenaustausch nach sich ziehen kann.

DICOM-Netzwerkdienste

Die DICOM-Netzwerkdienste entsprechen dem "Client/Server"-Konzept. Bevor zwei DICOM-Anwendungen Daten austauschen können, muß eine Verbindung aufgebaut werden, bei der ausgehandelt wird,

• wer Client und wer Server ist,
• welche DICOM-Dienste genutzt werden und
• wie die Daten übertragen werden (Zahlenformate, Kompression).

Nur, wenn sich beide Anwendungen einigen können, kommt die Verbindung zustande. Neben dem grundlegenden DICOM-Dienst der Bildübertragung (in DICOM-Terminologie die "Storage Service Class"), gibt es noch eine Reihe weitergehender Dienste, von denen hier nur einige genannt werden können:

• Der DICOM-Bildarchiv-Dienst ("Query/Retrieve Service Class") erlaubt es, in einem PACS Bilder nach bestimmten Kriterien zu suchen (Patient, Zeitpunkt der Aufnahme, Modalität usw.) und selektiv vom Archiv anzufordern.
• Der DICOM-Druckdienst ("Print Management Service Class") ermöglicht die Ansteuerung von Laserbelichtern oder Druckern über ein Netzwerk. Auf diese Weise kann ein Belichter von mehreren Modalitäten und Befundungsarbeitsplätzen aus genutzt werden.
• Der DICOM-"Modality Worklist"-Dienst erlaubt es, Arbeitsaufträge inklusive der zugehörigen Patientendaten automatisch vom Informationssystem (HIS/RIS) zu übernehmen.

Datenträgeraustausch

Neben der Übertragung medizinischer Bilder im Netzwerk ist mit dem Datenträgeraustausch ein zweiter Schwerpunkt von DICOM entstanden, der erst relativ spät Eingang in den Standard gefunden hat (1996er Ausgabe des Standards). Anwendungsgebiete sind etwa die Archivierung von Herzkatheterfilmen auf CD in der Kardiologie oder die Speicherung von Ultraschallbildern. Um sicherzustellen, daß DICOM-Datenträger wirklich austauschbar sind, definiert der Standard sogenannte Anwendungsprofile ("Application Profiles"), die genau beschreiben,

• von welchen Modalitäten Bilder auf dem Datenträger gespeichert sein dürfen (z. B. "nur X-Ray Angiography"),
• welche Zahlenformate und Kompression verwendet werden dürfen (z. B. "unkomprimiert oder verlustfrei JPEG-komprimiert"),
• welcher Datenträger zu verwenden ist (z. B. "CD-R mit ISO-Dateisystem").

Neben den eigentlichen DICOM-Bildern enthält jeder DICOM-Datenträger ein sogenanntes "DICOM-Directory". In dieser Datei sind die wichtigsten Informationen (Patientenname, Modalität, eindeutige Identifikationsnummer des Bildes usw.) für alle Bilder des Datenträgers gespeichert. Auf diese Weise kann der Datenträger schnell durchsucht werden, ohne daß er komplett eingelesen werden muß, was etwa bei CDs einige Minuten dauern würde.

Konformitätserklärung

DICOM schreibt vor, daß für jedes standard-konforme Gerät oder Programm eine Konformitätserklärung ("Conformance Statement") erstellt werden muß. Format und Inhalt dieser Erklärung sind durch den DICOM-Standard vorgegeben. Das Conformance Statement erklärt, welche DICOM-Dienste und Optionen unterstützt werden, welche Besonderheiten und Erweiterungen der Hersteller implementiert hat und wie das Gerät mit anderen Systemen kommuniziert. Theoretisch ermöglicht das Vergleichen zweier Conformance Statements, festzustellen, ob zwei DICOM-fähige Geräte miteinander kommunizieren können.

In der Praxis sind die Conformance Statements allerdings nur für Experten verständlich und auch für diese oft unzureichend, da häufig nur das notwendige Minimum dokumentiert wird, die Praxisprobleme aber eher im "unscheinbaren Detail" liegen.

Fazit

DICOM hat sich zu einem unentbehrlichen Baustein für die Integration digitaler bildverarbeitender Systeme in der Medizin entwickelt. DICOM bietet Lösungen für eine Vielzahl von Kommunikationsanwendungen - im Netzwerk wie auch "off-line". Das Schlagwort "DICOM" alleine ist allerdings noch keine Garantie für eine funktionsfähige Integration aller Informationssysteme im Krankenhaus. Hierzu bedarf es einer sorgfältigen Kombination der vielen Teillösungen, die DICOM anbietet.