글의 제목은 거창하지만 실상은 부족한 도메인 지식을 채우기 위해 여기 저기 글을 보고 정리하는 정도의 글입니다.
DICOM 확장자 파일에 대한 데이터를 다룰 일이 많아 DICOM에 대해 정리를 한번 하려고 합니다.
여러 블로그 및 문헌을 많이 참고 하였습니다.
맨 아래에 Reference를 달아 두었으니 혹시 글의 이해가 수월하지 못하다면 해당 글들을 참고 하시길 바랍니다.
이번 글은 DICOM이 생겨나게 된 배경 및 전반적인 파일구조에 대해서 정리해보았습니다.
DICOM 등장 배경
- 기기 간의 호환성 문제
- 기술의 발전으로 인하여 다양한 의료용 디지털 영상 촬영 장비가 개발됨에 따라 각각의 영상을 효율적으로 관리할 방법이 필요가 생겼다.
- 영상 촬영 장비 제조사 간에 호환성 문제가 생겨나게 되어 영상 간의 호환 및 하나의 통합적 관리를 위한 표준이 필요하였다
- 주 연구 도메인인 MR 관련 장비만 해도 Siemens. Philips, GE 등 다양한 회사가 주를 이룬며, MR 기기를 통한 촬영 시퀀스는 PET, MRA, MRI, DWI 등 다양한 촬영기법이 있는데 이를 통합적으로 관리가 가능한 파일 확장자가 DICOM이다.
- 환자 정보 저장 문제
- 의료 영상과 같은 경우는 일반적인 영상과 달리 환자 정보, 클리닉 정보 등 다양한 정보와 함께 보기 때문에 같이 저장되어야 한다. (일을 하면서 의사분들의 얘기를 들어보면 영상의학과 교수님들 및 방사선사 분들은 PACS에서 모든 업무를 보는 것을 선호한다고 하는데 이는 여러가지 프로그램을 옮겨가며 로딩되는 시간 및 프로그램 사용법 숙지 등의 이슈로 인한 문제라고 생각된다.)
- 또한, 촬영 장비, OCS(처방전달시스템), PACS(의료영상저장전송시스템), 아카이브, 프린터 등 의료 영상과 관련한 다양한 장비들간의 통신을 위해서는 네트워크 프로토콜도 필요하다.
- 이는 의료용 영상은 환자의 개인정보가 있어 보안 이슈가 중요하여 독립된 프로토콜이 필요하기 때문에 해당 목적을 위해 새로운 표준의 개발이 필요했으며 그렇게 개발된 것이 DICOM이다.
DICOM 이란?
- DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)을 정의해보자면 의료 영상에서 정보를 처리, 저장, 인쇄 및 전송하기 위한 표준이며, 해당 데이터에는 파일 형식 정의와 네트워크 통신 프로토콜이 포함된다
- 통신 프로토콜은 TCP/IP를 사용하여 시스템 간에 통신하는 응용 프로그램 프로토콜입니다.
- DICOM 파일은 DICOM 형식으로 이미지와 환자 데이터를 수신할 수 있는 두 엔터티 간에 교환할 수 있습니다.
- NEMA(National Electrical Manufacturers Association)가 DICOM 표준에 대한 저작권을 보유합니다.
- DICOM 표준 위원회에서 개발했으며, DICOM 표준 위원회의 구성원도 NEMA의 일부 구성원입니다.
- DICOM 표준을 따르는 파일의 확장자는 .dcm을 사용한다.
DICOM File Format
DICOM의 파일 구조는 다음과 같이 크게 두 가지 영역(File Meta Information + Object Instance or Information Object)으로 구성 됩니다.
먼저 File Meta Information에 대해 알아보겠습니다.
A. File Meta Information
- File Preamble : 128byte로 구성된 더미 바이트로 주요 구성은 0 값으로 구성되어 있지만, 필요시 특병한 정보를 담을수 있습니다.(어떠한 정보인지는 잘 모르겠습니다.)
- DICOM Prefix : DICOM의 정체성을 나타내 주는 영역으로 Preamble 이후에 4 byte는 “D”,”I”,”C”,”M”을 뜻하는 Char(4)가 와야 한다.
- File Meta Elements : DICOM 파일 형식의 파일 메타 정보 형식을 지원하는 데 필요한 파일 메타 요소를 지정한다.(해당 부분에 대해서는 추후에 추가적으로 다루어 보려고 한다.)
- Information object : 이미지/영상 데이터
B. Information Object
Information Object은 Data Element로 구성되어 있다. 또한, Data Set은 IOD(Infomation Object Definition)형식을 따르는데 IOD는 Entity-relationship model을 중심으로 아래의 그림과 같이 information entities, modules, attributes로 구성되어 있다.
다음은 IOD 형식을 따르는 구조에 대한 전반적인 설명을 나타내는 그림이다.
추가적으로 IOD는 정보교환을 위한 정보의 내용과 형식을 표준화하는 데에 사용되며 구조적으로는 IOD는 IE(Information Entity) -> Module -> attributes들로 구성되어 있다.
정리 하자면 하나의 객체에 엔티티 → 모듈 → 속성으로 구성되는데 엔티티와 모듈은 대분류와 소분류로 생각하면 되고 속성은 각각의 카테고리에 맞는 값이라고 생각하면 된다.
그림을 통해 설명을 드리자면,
MR 영상을 위한 MR IOD는 환자정보 IE, 검사정보 IE, 시리즈정보 IE, 영상정보 IE 등으로 구성되어 있고, 영상정보 IE는 다시 영상의 일반적인 내용을 다루는 모듈과 MR 영상의 특수한 특성에 대해 다루는 모듈로 구성이 되어 있고, 각각의 모듈에는 개별적인 세부 속성들이 정의되어있다.
예를 들어, MRI(=MR Image)라는 것을 하나의 객체(information object)라고 설정하고, 해당 객체를 여러 entitiy를 이용해 표현합니다. 환자정보를 나타나는 entity, 검사정보를 나타내는 entity, 이미지정보를 나타내는 entity 등이 있습니다.
DICOM 파일 구조는 환자 분들의 개인 신상정보 (ex 나이, 성별 등), 수행한 검사 정보(MR인지 CT 인지 등), 영상의 정보에 대해 규정하기 위해 필요한 다양한 속성들이 존재한다. 이는 attribute라고 칭하며 수천개가 존재한다.
다음은 attribute를 구성하는 구성요소이다.
- Attribute Name : 속성에 대한 이름
- Tag : 시스템이 해당 속성을 식별하는 용도로 사용하는 4byte의 값
- Type : 속성 입력의 필수/선택 여부 관련 정보
- Attribute description : 해당 속성에 대한 상세한 설명
위의 그림은 attribute를 설명하기 위해 나타내는 그림이라면 아래의 그림은 DICOM에 실질적으로 저장된 형태를 나타낸다.
attribute는 Tag와 VR(Value Representation)과 Value Length, Value Field(실질적인 값)으로 구성된다.
DICOM에서 실제 Image데이터는 "Image entity → Image Pixel module → PixelData attribute"로 접근하면 됩니다.
솔직히 뒷부분의 DICOM의 파일구조에 대한 설명은 자료마다 조금씩 다른 부분이 있어 조금더 학습을 하고 재정리를 진행하겠습니다.
출처
https://89douner.tistory.com/294
https://slidesplayer.org/slide/12934045/
https://dicom.nema.org/dicom/2013/output/chtml/
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