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DICOM通讯（ACSE-＞DIMSE-＞Worklist）

news 2025/4/16 18:40:55

DICOM 通讯协议中的 ACSE → DIMSE → Worklist 这条通讯链路。DICOM 通讯栈本身是一个多层的协议结构，就像 OSI 模型一样，逐层封装功能。

一、DICOM 通讯协议栈总体架构

DICOM 通讯使用 TCP/IP 建立连接，其上面封装了多个协议层次，如下所示：

物理层 (TCP/IP)
└── 应用服务元素层（ACSE）└── DICOM 消息服务元素层（DIMSE）└── DICOM 服务类（如 Worklist、C-FIND、C-STORE）

二、分层结构分析（ACSE → DIMSE → 服务类）

层级全称功能示例
ACSEAssociation Control Service Element建立、维护、释放连接握手、验证 AE Title、协商 SOP Class
DIMSEDICOM Message Service Element封装具体 DICOM 命令C-ECHO（测试联通）、C-FIND（查询）、C-STORE（存储）
服务类（SCP/SCU）如 Worklist、Storage 等提供特定服务操作的实现Modality Worklist、Image Store 等

三、各层通讯流程详解

1. ACSE – 建立连接和协商参数

  • 目的： 类似“握手”，保证双方都支持相同的 SOP Class 和传输语法。
  • 主要操作： A-ASSOCIATE 请求/响应。
  • 双方角色：
    • SCU（Service Class User）——客户端，一般是 Modalities（如 CT、MR）；
    • SCP（Service Class Provider）——服务端，一般是 RIS、PACS 系统。

🔁 示例流程：

Modality（SCU） ---- A-ASSOCIATE-REQUEST ----> RIS/PACS（SCP）<---- A-ASSOCIATE-ACCEPT ----

2. DIMSE – 封装命令与数据

  • DIMSE-C（Command）服务：
    • C-ECHO：测试网络连通性；
    • C-FIND：查找 Worklist；
    • C-STORE：存储影像；
  • DIMSE-N（Normalized）服务：
    • 如 N-CREATE, N-SET，多用于打印、影像挂接等场景。

📌 这些命令都是通过 P-DATA 传输的，一次 DICOM 命令可能包含多个数据块（PDUs）。

3. 服务类：Modality Worklist 实际通讯流程

Modality Worklist（MWL）服务帮助 Modalities 自动获取病人检查信息，避免人工输入。

🧭 实际通讯步骤如下：
步骤通讯方向操作协议层说明
1Modality → RISA-ASSOCIATEACSE连接并协商 SOP Class 和传输语法
2Modality → RISC-FIND 请求DIMSE提交查询条件（如 Scheduled Station AE Title）
3RIS → ModalityC-FIND 响应DIMSE返回匹配的 Worklist 项（可能多条）
4Modality → RISA-RELEASEACSE释放连接

🌐 查询参数举例（Worklist C-FIND 请求 DataSet）

属性标签属性名称说明示例
(0008,0050)Accession Number检查号20240401-01
(0010,0020)Patient ID病人ID123456
(0010,0010)Patient Name病人姓名张三
(0040,0100)Scheduled Procedure Step Sequence计划检查步骤包含影像类型、时间等信息

四、现实系统中的典型场景（示意图）

+-----------+            +-------------+
|  Modalities| <--C-FIND--|  Worklist SCP|
|  (CT/MR)  | --C-FIND--> |   (如RIS)   |
+-----------+            +-------------+\                       ^\-C-STORE 影像--------/\--> PACS 存储服务器

🧠 总结知识点（结构化回顾）

层级关键术语说明举例
ACSEA-ASSOCIATE, A-RELEASE, A-RJ建立/释放会话连接连接 RIS/PACS
DIMSEC-FIND, C-STORE, C-ECHO封装 DICOM 操作指令查询 Worklist、发送影像
服务类Worklist, Storage 等提供具体 DICOM 服务自动查询病人信息、影像归档

🌐模块一 DICOM 通讯分层机制简明解析

DICOM 通讯协议遵循类似于 TCP/IP 的分层架构，其核心通信流程由以下三层构成：

🔷 1. ACSE（Association Control Service Element）

负责 建立、确认、拒绝或释放会话连接

✅ 功能：
  • 完成 SCU（客户端） 与 SCP（服务器）之间的会话建立和协商
  • 协议协商内容：SOP Class、传输语法、AE Title 等
📦 ACSE 层常见 PDU（协议数据单元）类型：
PDU 类型含义功能说明
A-ASSOCIATE-RQ请求建立连接SCU 发起连接请求
A-ASSOCIATE-AC接受连接SCP 接受并返回
A-ASSOCIATE-RJ拒绝连接SCP 拒绝连接请求
A-RELEASE-RQ / RP释放连接通讯结束时使用
P-DATA-TF传输数据封装 DICOM 命令与数据（传入 DIMSE 层）

🔷 2. DIMSE（DICOM Message Service Element）

处理 DICOM 命令、响应和数据，如查询、存储、回声测试等

✅ 功能：
  • 接收 ACSE 层传入的 P-DATA PDU；
  • 解包获取 DIMSE 命令：如 C-ECHO、C-FIND、C-STORE 等；
  • 执行 DICOM 服务操作，封装响应回传。
📌 数据识别关键：

📍若接收到的第一个字节为 0x04（十进制 4），则代表该 PDU 类型为 P-DATA-TF，表明数据需进入 DIMSE 层进一步处理。

🔷 3. DICOM 服务类（以 Worklist 为例）

通过 DIMSE 封装的服务，提供真实的医疗影像业务能力，例如病人信息查询、影像传输等。

✅ Worklist 示例（Modality Worklist）：
  • 基于 DIMSE 层的 C-FIND 命令；
  • 查询参数包括病人姓名、检查日期、检查类型等；
  • 返回结果包含待检查病人的详细信息，供 Modalities 自动填充。

你的分析很精准，抓住了 DICOM 协议中从 ACSE 到 DIMSE 的过渡细节。下面我将对你这段内容进行条理清晰的结构化分析，并补充：

  1. PDU → PDV → DIMSE Command/DataSet 的转换流程图解
  2. DIMSE 服务组（11种服务）全部列出并说明作用
  3. PDV Flags 字节说明表格

🔄 模块二 DICOM 通讯处理流程：PDU → PDV → DIMSE

当 ACSE 层接收到 PDU 且其类型为 0x04（P-DATA-TF） 时，进入以下处理流程：

PDU（P-DATA-TF）↓
剥离 PDU Header↓
分解为一个或多个 PDV（Presentation Data Value）↓
每个 PDV 包含：- Presentation Context ID（表示关联 SOP Class）- PDV Header Flags（标识 Command/Data Set 及是否结束）- PDV 内容（真正的数据）↓
根据 Flags 判断：- 是 Command 还是 Data Set- 是否已完成该 PDV 单元↓
交由 DIMSE 层解析并执行服务操作（如 C-FIND、C-STORE）

🧱 DIMSE 层完整服务列表（11种）

DIMSE（DICOM Message Service Element）定义了 11种服务原语，包括命令和响应，分为两类：

1️⃣ DIMSE-C 服务（基于 Composite 信息对象，最常用）

服务名操作代码用途说明
C-ECHO0x0030测试 DICOM 通讯连通性
C-FIND0x0020执行查询操作（如 Worklist 查询）
C-GET0x0010从 SCP 获取数据（图像等）
C-MOVE0x0021将数据从 SCP 推送到其他 AE
C-STORE0x0001向 PACS 服务器存储图像或其他实例

2️⃣ DIMSE-N 服务（基于 Normalized 信息对象，主要用于打印管理等）

服务名操作代码用途说明
N-EVENT-REPORT0x0100报告事件（如打印完成）
N-GET0x0110获取属性信息
N-SET0x0120设置属性（如修改打印参数）
N-ACTION0x0130请求操作（如开始打印）
N-CREATE0x0140创建对象（如打印作业）
N-DELETE0x0150删除对象

🧾 PDV Header Flags 字节说明

每个 PDV（Presentation Data Value） 的头部包含一个 Flags 字节（1字节），用于指示数据性质：

位含义值为 1 时备注
bit 0命令/数据集标识表示这是一个命令（Command）；为0则为数据集（Data Set）
bit 1最后一个片段标识表示这是该 PDV 的最后一个片段PDV 可能被分片
bit 2-7保留固定为0未来扩展位

示例：

Flags 十六进制说明
0x01命令，未结束（中间片段）
0x03命令，最后片段
0x00数据集，未结束
0x02数据集，最后片段

🎯 完整结构梳理

层级数据类型说明
PDU 层（ACSE）P-DATA-TF类型值为 0x04，承载 PDV
表示层（PDV）Flags + 数据表示是否是命令、数据及是否最后片段
DIMSE 层命令/数据集解析 PDV 后进入执行（如 C-FIND 查询）

每个 DIMSE 服务对应的典型 SOP Class UID（服务对象类唯一标识符） 和实际应用场景。我们将从 DIMSE-C 和 DIMSE-N 两大类出发，列成表格。

🧱 模块三 DIMSE-C 服务类：SOP Class UID & 典型场景

DIMSE 命令SOP Class 名称SOP Class UID应用场景
C-ECHOVerification SOP Class1.2.840.10008.1.1检查 DICOM 节点联通性（Ping 测试）
C-FINDModality Worklist Information Model – FIND1.2.840.10008.5.1.4.31Modalities 查询待检病人信息（从 RIS）
C-FINDPatient Root Query/Retrieve Information Model – FIND1.2.840.10008.5.1.4.1.2.1.1PACS 查询病人级别影像信息
C-FINDStudy Root Query/Retrieve Information Model – FIND1.2.840.10008.5.1.4.1.2.2.1PACS 查询检查级影像信息
C-MOVEStudy Root Query/Retrieve Information Model – MOVE1.2.840.10008.5.1.4.1.2.2.2从 PACS 将图像“推送”到目标 AE
C-GETStudy Root Query/Retrieve Information Model – GET1.2.840.10008.5.1.4.1.2.2.3客户端主动“拉取”图像
C-STORECT Image Storage1.2.840.10008.5.1.4.1.1.2CT 图像发送至 PACS
C-STOREMR Image Storage1.2.840.10008.5.1.4.1.1.4MR 图像发送至 PACS
C-STORESecondary Capture Image Storage1.2.840.10008.5.1.4.1.1.7屏幕截图或再处理图像存储

📝 说明：

  • C-FIND 与 C-MOVE、C-GET 对应的 SOP Class UID 会根据查询层级（Patient/Study/Image）变化；
  • C-STORE 的 SOP Class UID 会根据图像类型变化（CT、MR、US、CR 等）；
  • 有超过百种 SOP Class UID，但常用如上所列。

🧱 DIMSE-N 服务类：SOP Class UID & 典型场景

DIMSE 命令SOP Class 名称SOP Class UID应用场景
N-CREATE / N-SET / N-ACTIONBasic Film Session1.2.840.10008.5.1.1.1打印系统：创建打印会话
N-CREATE / N-SETBasic Film Box1.2.840.10008.5.1.1.2打印系统：设置打印页布局
N-CREATE / N-SETBasic Grayscale Image Box1.2.840.10008.5.1.1.4打印图像
N-GET / N-DELETEPrint Job SOP Class1.2.840.10008.5.1.1.14查询或取消打印作业
N-EVENT-REPORTBasic Film Session Event Reporting1.2.840.10008.5.1.1.40打印完成等事件通知

📝 DIMSE-N 服务多用于 DICOM 打印系统（DICOM Print Management），在临床中已有 PACS 较少使用，但仍用于一些医疗影像打印服务器对接中。

🧩 补充说明：SOP Class UID 的作用

  • 每个 SOP Class UID 唯一标识一种 DICOM 服务或数据模型；
  • 在 ACSE 建立连接时，双方通过 A-ASSOCIATE-RQ 中的 Presentation Context 协商 SOP Class（即功能）；
  • 若某一端不支持该 UID，则连接请求会被拒绝或功能无法执行。

📌模块四 总结 Modality Worklist 通讯涉及的完整流程

阶段协议元素操作描述
1️⃣ 连接建立A-ASSOCIATE-RQSCU（模态设备）发起连接请求，协商服务（如 Worklist SOP Class）和传输语法
A-ASSOCIATE-ACSCP（Worklist Server）返回确认接受连接
2️⃣ 查询发起P-DATA-TF（封装 C-FIND-RQ）SCU 发送 Worklist 查询请求，封装在 P-DATA-TF 中
3️⃣ 查询响应P-DATA-TF（封装 C-FIND-RSP）SCP 多次返回查询结果（逐条或批量），每次包含状态字段
4️⃣ 查询结束C-FIND-RSP（Status=0x0000）表示查询结果已全部返回，结束
5️⃣ 会话释放A-RELEASE-RQ / A-RELEASE-RP通讯完成后主动释放连接

🔁 流程图概览（通讯交互顺序）

[SCU]                                  [SCP]|                                      ||-- A-ASSOCIATE-RQ (请求连接) -------->||<-- A-ASSOCIATE-AC (接受连接) --------||                                      ||-- P-DATA-TF (封装 C-FIND-RQ) ------->||<-- P-DATA-TF (封装 C-FIND-RSP) -----||<-- P-DATA-TF (封装 C-FIND-RSP) -----|  多次，返回一个或多个结果|<-- P-DATA-TF (Status=0x0000) -------|  表示返回完毕|                                      ||-- A-RELEASE-RQ --------------------->||<-- A-RELEASE-RP ---------------------|

🧾 关键服务元素详解

1️⃣ A-ASSOCIATE-RQ 包含协商内容：
字段含义
Called AE Title接收方 AE 标识（服务器）
Calling AE Title发送方 AE 标识（客户端）
SOP Class UID通讯中使用的服务类（如：1.2.840.10008.5.1.4.31）
Transfer Syntax如：Implicit VR Little Endian、Explicit VR 等
Presentation Context ID绑定 SOP Class + Transfer Syntax
2️⃣ C-FIND-RQ 包含查询数据集（DataSet）

一个标准的 Worklist 查询参数示例：

(PatientName, PN, “DOE^JOHN”)
(ScheduledProcedureStepStartDate, DA, “20250414”)
(Modality, CS, “CT”)
3️⃣ C-FIND-RSP 包含：
字段含义
Command FieldC-FIND-RSP
Status0xFF00（匹配项）、0x0000（完成）、其他值（错误）
DataSet一项或多项匹配结果（病人、预约信息）

🎯 四、Status 字段值说明（C-FIND-RSP）

Status 值含义说明
0xFF00Pending匹配项返回中，后续还有结果
0xFF01Pending同上（备用代码）
0x0000Success所有结果已返回，正常结束
0xA700RefusedSCP 拒绝处理请求
0xA900Error请求参数错误或内部失败
0xCxxxFailed查询失败，具体错误由 x 标识

✅典型场景回顾（应用于 Modalities 自动填充）

  1. CT 设备启动时主动发起 Worklist 查询；
  2. 查询参数通常为当天日期；
  3. PACS 或 RIS 返回病人待检查列表；
  4. 技术员选择一条记录，设备自动填充病人信息；
  5. 完善检查项后进行采集、图像发送等操作。

📘 模块四 连接释放的作用

在 DICOM 网络通讯中，一个完整的会话由“建立 → 通讯 → 释放”三阶段构成：

阶段操作功能
建立连接A-ASSOCIATE-RQ / AC建立 DICOM 连接
数据交换P-DATA-TF 封装 DIMSE 命令进行 C-FIND、C-STORE 等业务操作
释放连接A-RELEASE-RQ / RP优雅关闭连接，释放网络和会话资源

📌 释放连接并不是“强制断开”，而是一种双向确认的正常断开过程。

🧱 A-RELEASE-RQ / RP 数据结构说明（简化）

A-RELEASE-RQ（SCU 发起）
字段值
PDU Type0x05
Reserved00
Length固定值 4（或0）
Data空（无实际数据）
A-RELEASE-RP（SCP 响应）
字段值
PDU Type0x06
Reserved00
Length固定值 4（或0）
Data空（无实际数据）

🔁 释放流程图（时序）

[SCU]                                  [SCP]|                                      ||-- A-RELEASE-RQ --------------------->|  ← 客户端请求释放连接|<-- A-RELEASE-RP ---------------------|  ← 服务端确认释放|                                      ||----> 关闭 Socket ------------------->|  ← 通讯资源释放完成

🔍 为什么“释放连接”是必须的？

原因描述
✅ 协议规范要求不释放会话会被视为异常断开，影响后续通讯
✅ 系统资源回收每个连接都占用线程、缓冲区、Socket 等资源
✅ 日志清晰正常释放连接便于审计和问题追踪
❌ 反面案例强制断开（如关闭Socket）可能导致远端状态不一致或挂起

🎯 释放连接失败的处理（异常处理建议）

场景建议
网络中断时强制断开日志记录 + 自动重连机制
SCP 未响应 A-RELEASE-RP设置超时后断开连接并释放资源
出现异常前未释放连接加入 finally 或连接池释放机制

✅ 总结：释放连接在 DICOM 中的地位

  • 是整个 ACSE 协议的重要组成；
  • 是符合 DICOM 协议的“优雅断开”；
  • 必须在 SCU 或 SCP 完成所有 DIMSE 命令操作后再发起；
  • 在调试网络通讯时，如果发现连接悬挂不释放，极可能是 A-RELEASE 环节未正确处理。

http://www.mrgr.cn/news/98407.html

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