DICOM Konvertierung der Transfersyntax

Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) ist das Standardprotokoll für die Verwaltung von medizinischen Bildgebungsinformationen und zugehörigen Daten. Ein zentrales Element innerhalb des DICOM-Frameworks ist die Transfer-Syntax, die die Codierungsregeln für den Austausch von DICOM-Dateien zwischen verschiedenen Systemen definiert. Die Übertragungssyntax gibt an, wie Datenelemente serialisiert werden, einschließlich Aspekten wie Bytereihenfolge (Endianness), VR-Codierung (Value Representation (implizit oder explizit) und Komprimierungsschemata.

Die Übertragungssyntax wirkt sich darauf aus, wie DICOM-Dateien von medizinischen Bildgebungsgeräten und -software gelesen, interpretiert und verarbeitet werden. Er ermittelt, ob ein Empfangssystem die Bilddaten korrekt dekodieren und anzeigen kann. Zu den wichtigsten Komponenten, die von der Übertragungssyntax beeinflusst werden, gehören:

Byte-Reihenfolge (Endianness): Gibt die Reihenfolge vor, in der Bytes in größeren numerischen Werten angeordnet werden. Die beiden primären Typen sind Little Endian (niederwertigstes Byte zuerst) und Big Endian (höchstwertiges Byte zuerst).
Wertdarstellungscodierung (Value Representation (VR): Gibt an, ob die VR explizit im Datenstrom angegeben wird (explizite VR) oder implizit (implizite VR). VR definiert den Datentyp und das Format jedes Datenelements, was für eine genaue Interpretation entscheidend ist.
Komprimierung: Beinhaltet die Anwendung von Algorithmen, um die Größe von Bilddaten zu reduzieren. Zu den gängigen Komprimierungsmethoden in DICOM gehören JPEG Baseline (verlustbehaftet), JPEG verlustfrei, JPEG 2000 (sowohl verlustbehaftet als auch verlustfrei) und Run-Length Encoding (RLE).

Möglicherweise müssen Sie in mehreren Situationen von einer Übertragungssyntax in eine andere konvertieren:

Interoperabilität zwischen Systemen: Verschiedene medizinische Geräte und Softwareanwendungen können unterschiedliche Sätze von Übertragungssyntaxen unterstützen. Um eine reibungslose Kommunikation und einen reibungslosen Datenaustausch zu gewährleisten, ist häufig eine Umstellung auf eine vom empfangenden System unterstützte Transfer Syntax notwendig.
Speicheroptimierung: Die Umstellung auf eine komprimierte Übertragungssyntax reduziert die Dateigröße, spart Speicherplatz und verbessert die Übertragungszeiten über Netzwerke. Beispielsweise bevorzugen Archivierungssysteme möglicherweise eine verlustfreie Komprimierung, um die Größenreduzierung mit der Bildtreue in Einklang zu bringen.
Kompatibilität mit Verarbeitungswerkzeugen: Einige Bildverarbeitungsalgorithmen oder Diagnosetools benötigen Bilder in einer bestimmten Übertragungssyntax, oft unkomprimiert oder mit einer bestimmten Art von Komprimierung, um korrekt zu funktionieren.
Regulatorische und Compliance-Anforderungen: Bestimmte Regionen oder Gesundheitseinrichtungen können die Verwendung bestimmter Übertragungssyntaxen aus rechtlichen, Compliance- oder Standardisierungsgründen vorschreiben.

Eine Konvertierung zwischen Transfersyntaxen ist möglich, wenn die zugrunde liegenden Bilddaten und Metadaten ohne Verlust wesentlicher Informationen genau transformiert werden können. Bei unkomprimierten Bildern und solchen, die mit verlustfreien Methoden (wie JPEG Lossless oder RLE) komprimiert wurden, ist die Konvertierung in der Regel unkompliziert. Die Pixeldaten können dekomprimiert und in die gewünschte Transfersyntax neu kodiert werden, ohne dass die Bildqualität beeinträchtigt wird.

In bestimmten Szenarien wird die Konvertierung jedoch komplex oder sogar unmöglich:

Verlustbehaftete Komprimierung: Bilder, die mit verlustbehafteten Algorithmen (z. B. JPEG Baseline mit verlustbehafteten Einstellungen) komprimiert wurden, verlieren dauerhaft einige Bilddaten, um kleinere Dateigrößen zu erzielen. Durch das Konvertieren dieser Bilder in eine andere Übertragungssyntax können die verlorenen Informationen nicht wiederhergestellt werden. Sie können das Bild zwar dekomprimieren und neu codieren, aber die Qualitätsverschlechterung bleibt bestehen, und eine weitere verlustbehaftete Komprimierung kann den Verlust noch verschlimmern.
Nicht unterstützte oder proprietäre Komprimierungsschemata: Einige Bilder verwenden möglicherweise nicht standardmäßige oder proprietäre Komprimierungsalgorithmen, die nicht allgemein unterstützt werden. Ohne die entsprechenden Dekomprimierungswerkzeuge oder Bibliotheken ist das Konvertieren dieser Bilder nicht möglich.
Verschlüsselte oder beschädigte Daten: Wenn die DICOM-Datei aus Sicherheitsgründen verschlüsselt oder beschädigt wurde, kann die Konvertierung erst fortgesetzt werden, wenn die Datei entschlüsselt oder repariert wurde.
Beibehaltung von Metadaten: Bestimmte Datenelemente, insbesondere private oder anbieterspezifische Tags, werden während der Konvertierung möglicherweise nicht genau beibehalten, wenn sie von der Zielübertragungssyntax oder dem Konvertierungstool nicht unterstützt werden.

In der Praxis hängt eine erfolgreiche Konvertierung von den Fähigkeiten der verwendeten Softwaretools oder Bibliotheken ab. Während solche Konvertierungen im Allgemeinen zwischen unkomprimierten und verlustfrei komprimierten Formaten möglich sind, sind sie möglicherweise nicht durchführbar oder ratsam, wenn es sich um verlustbehaftete Komprimierung oder nicht unterstützte Codierungsschemata handelt. Das Verständnis der technischen Feinheiten der Transfersyntax und der Grenzen von Konvertierungsprozessen ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Integrität und Verwendbarkeit medizinischer Bildgebungsdaten.