DICOM

医療におけるデジタル画像および通信（DICOM）は、医療用画像および関連情報をデジタルで保存および伝送するための技術標準です。 ^[1] DICOMファイルの構造を指定するファイル形式の定義と、システム間の通信にTCP/IPを使用するネットワーク通信プロトコルが含まれています。この標準の主な目的は、医療用画像処理に関係するソフトウェアとハ​​ードウェア、特に異なるメーカーによって作成されたものの間の通信を容易にすることです。DICOMファイルを使用するエンティティには、画像診断装置（モダリティ）、放射線情報システム（RIS）、スキャナー、プリンター、コンピューティングサーバー、ネットワークハードウェアなど、画像保管および通信システム（PACS）のコンポーネントが含まれます。

DICOM 規格は病院や医療ソフトウェア業界で広く採用されており、歯科医院や診療所などの小規模なアプリケーションで使用されることもあります。

全米電気工業会（NEMA）は、DICOM規格委員会（一部のNEMA会員を含む）によって開発された公開規格^{[2]の著作権を保有しています。 [3] [4]}これは、NEMA規格PS3、およびISO規格12052:2017：「医療情報学 - 医療におけるデジタル画像および通信（DICOM）ワークフローおよびデータ管理を含む」としても知られています。

DICOMは、医療画像の保存、交換、伝送に世界中で使用されています。DICOMは、現代の放射線画像の開発の中心となっています。DICOMには、放射線撮影、超音波検査、コンピューター断層撮影（CT）、磁気共鳴画像（MRI）、放射線治療などの画像撮影法の標準が組み込まれています。DICOMには、画像交換（DVDなどのポータブルメディア経由など）、画像圧縮、3D視覚化、画像表示、結果レポートのプロトコルが含まれています。^[5]

DICOM は、米国放射線学会(ACR) と全米電気工業会(NEMA)によって開発された標準です。

1980 年代初頭、コンピュータ断層撮影装置や磁気共鳴画像装置の製造業者以外が、これらの装置が生成した画像を解読するのは非常に困難でした。放射線科医や医学物理学者は、放射線治療の線量計画に画像を使用したいと考えていました。ACR と NEMA は協力し、1983 年に標準委員会を結成しました。最初の標準である ACR/NEMA 300 (「デジタル画像と通信」) は、1985 年にリリースされました。リリース後すぐに、改善が必要であることが明らかになりました。テキストは曖昧で、内部に矛盾がありました。

1988年に第2バージョンがリリースされました。このバージョンはベンダーの間でより受け入れられました。画像伝送は専用の2ペアケーブル( EIA-485 )経由と指定されました。ACR/NEMA V2.0相互接続技術の最初のデモンストレーションは、1990年5月21日から23日にジョージタウン大学で開催されました。このイベントには、DeJarnette Research Systems、General Electric Medical Systems、Merge Technologies、Siemens Medical Systems、Vortech(同年Kodakに買収)、および3Mの6社が参加しました。ACR/NEMA 2.0をサポートする商用機器は、1990年の北米放射線学会(RSNA)の年次総会で、これらのベンダーによって発表されました。すぐに多くの人が、第2バージョンにも改善が必要であることを認識しました。ACR/NEMA 2.0の拡張機能がいくつか作成されました。たとえば、Papyrus(スイスのジュネーブ大学病院が開発)やSPI(Standard Product Interconnect)は、Siemens Medical SystemsとPhilips Medical Systemsによって推進されました。

ACR/NEMA 技術の最初の大規模な導入は、1992 年に米国陸軍と空軍によって、メリーランド州フォート デトリックを拠点とするMDIS (医療診断画像サポート) ^{[6]プログラムの一環として行われました。Loral Aerospace と Siemens Medical Systems は、企業連合を率いて、陸軍と空軍の主要な医療施設すべてに米国初の軍用}PACS (画像アーカイブおよび通信システム) を導入し、多数の米国軍クリニックに遠隔放射線診断ノードを導入しました。DeJarnette Research Systems と Merge Technologies は、サードパーティの画像診断装置から Siemens SPI ネットワークへのモダリティ ゲートウェイ インターフェイスを提供しました。退役軍人局と海軍もこの契約でシステムを購入しました。^[要出典]

1993 年に、この規格の 3 番目のバージョンがリリースされました。その後、その名前は「Digital Imaging and Communications in Medicine」、略して DICOM に変更されました。新しいサービス クラスが定義され、ネットワーク サポートが追加され、適合宣言が導入されました。当初、DICOM 規格は、以前の規格と区別するために「DICOM 3.0」と呼ばれていました。^[7] DICOM は、以前の仕様が不正確または不明瞭であったまれなケースを除き、変更が下位互換性を持つように、1993 年以降継続的に更新および拡張されてきました。公式には、現在の規格以外に規格の「バージョン」は存在しないため、「3.0」バージョン番号は使用されなくなりました。規格には「マイナー」バージョンはなく (たとえば、「DICOM 3.1」などはありません)、互換性のない新しい規格バージョンを開発する計画は現在ありません (つまり、「DICOM 4.0」はありません)。標準規格は、特定の公開版のリリース日を指定せずに参照されるべきである。 ^[8]ただし、現在の標準規格ではもはや文書化されていない廃止された機能に依存する特定の適合要件が呼び出される場合は除く。^[9]

DICOM 規格は、医療用画像機器ベンダーや医療 IT 組織の間でほぼ普遍的なレベルで受け入れられていますが、この規格には限界があります。DICOM は、医療用画像における技術的な相互運用性の問題に対処することを目的とした規格です。有用な臨床ワークフローを実現するためのフレームワークやアーキテクチャではありません。DICOM (およびHL-7 )の上に階層化されたIntegrating the Healthcare Enterprise (IHE)イニシアチブは、これらの規格から機能を選択して、特定の医療用画像の相互運用性ユースケースのトランザクションを実装するためのプロファイルを定義します。

常にインターネット互換で、TCP経由のトランスポートに基づいていますが、時間の経過とともに、Web ブラウザー内での使用を容易にするためにポート 80 HTTPトランスポートをサポートする必要性が高まっています。最近では、DICOM オブジェクトとサービスへのモバイル デバイス フレンドリーなアクセスを可能にするために、DICOM RESTful Web サービスのファミリが定義されました。これには、WADO-RS、STOW-RS、QIDO-RS が含まれ、これらが一緒にDICOMwebイニシアチブを構成しています。

DICOM規格から他の応用分野への派生もいくつかある。これらには、非破壊検査メーカーとユーザーが画像データを共有する方法として2004年にASTM Internationalによって確立されたDICONDE（非破壊評価におけるデジタル画像と通信）が含まれる。 ^{[10] DICONDEは、}コンピュータ放射線検査、^[11]デジタル放射線検査、^[12]コンピュータ断層撮影、^[13]超音波検査、^[14]渦電流検査に使用できる。^[15]

DICOS（セキュリティにおけるデジタル画像と通信）は、空港のセキュリティにおける画像共有を目的として2009年に設立されました。^[16]

DICOM は情報をデータ セットにグループ化します。たとえば、胸部 X 線画像のファイルにはファイル内に患者 ID が含まれているため、誤ってこの情報から画像を切り離すことはできません。これは、JPEGなどの画像形式にも、画像を識別したり説明したりするための タグが埋め込まれているのと似ています。

DICOM データ オブジェクトは、名前、ID などの項目を含む多数の属性と、画像ピクセル データを含む 1 つの特別な属性で構成されます (つまり、論理的には、メイン オブジェクトには「ヘッダー」はなく、ピクセル データを含む属性のリストのみ)。 1 つの DICOM オブジェクトには、ピクセル データを含む属性を 1 つだけ含めることができます。多くのモダリティでは、これは 1 つの画像に対応します。ただし、属性には複数の「フレーム」を含めることができ、シネ ループやその他のマルチフレーム データを保存できます。もう 1 つの例は NM データです。NM 画像は、定義上、多次元のマルチフレーム画像です。これらの場合、3 次元または 4 次元のデータを 1 つの DICOM オブジェクトにカプセル化できます。ピクセル データは、JPEG、ロスレス JPEG、JPEG 2000、ランレングス エンコーディング (RLE)など、さまざまな標準を使用して圧縮できます。LZW (zip) 圧縮は、データ セット全体 (ピクセル データだけでなく) に使用できますが、実装されることはほとんどありません。

DICOM は、3 つの異なるデータ要素エンコード方式を使用します。明示的な値表現 (VR) データ要素の場合、OB、OW、OF、SQ、UT、または UN ^{[明確化が必要]}以外の VRの場合、各データ要素の形式は次のようになります。GROUP (2 バイト) ELEMENT (2 バイト) VR (2 バイト) LengthInByte (2 バイト) Data (可変長)。その他の明示的なデータ要素または暗黙的なデータ要素については、DICOM 標準のパート 5 のセクション 7.1 を参照してください。

ネットワークやファイルの使用を含むすべてのアプリケーションに同じ基本形式が使用されますが、ファイルに書き込まれるときには通常、実際の「ヘッダー」（いくつかの重要な属性のコピーと、それを書き込んだアプリケーションの詳細を含む）が追加されます。

異なるモニター上で同一のグレースケール画像を表示し、様々なプリンターで一貫したハードコピー画像を表示するために、DICOM委員会はデジタル的に割り当てられたピクセル値を表示するルックアップテーブルを開発しました。DICOMグレースケール標準表示関数（GSDF）^[18]を使用するには、このルックアップ曲線を持つデバイス、またはGSDF曲線に合わせて調整されたデバイスで画像を表示（または印刷）する必要があります。^[19]

値表現に加えて、各属性には、属性に含まれるデータ要素の数を示す値の多重度もあります。文字列値表現の場合、複数のデータ要素がエンコードされている場合、連続するデータ要素はバックスラッシュ文字「\」で区切られます。^[20]

DICOM はサービスで構成されており、そのほとんどはネットワーク経由のデータ転送を伴います。オフライン メディアのファイル形式は、後で標準に追加されました。

DICOM ストア サービスは、画像やその他の永続オブジェクト (構造化レポートなど) を画像アーカイブおよび通信システム(PACS) またはワークステーションに送信するために使用されます。

DICOM ストレージ コミットメント サービスは、画像がデバイスによって永続的に保存されていることを確認するために使用されます (冗長ディスクまたは CD に書き込まれたバックアップ メディアのいずれか)。サービス クラス ユーザー (SCU:クライアントに類似)、モダリティ、ワークステーションなどは、サービス クラス プロバイダー (SCP:サーバーに類似)、たとえばアーカイブ ステーションからの確認を使用して、画像をローカルで削除しても安全であることを確認します。

これにより、ワークステーションは画像やその他のオブジェクトのリストを検索し、それらを画像アーカイブおよび通信システムから取得できるようになります。

DICOM モダリティ ワークリスト サービスは、画像取得デバイス (モダリティ システムとも呼ばれる) によって実行がスケジュールされているイメージング手順のリストを提供します。ワークリストの項目には、手順の対象に関する関連詳細 (患者 ID、名前、性別、年齢)、手順の種類 (機器の種類、手順の説明、手順コード)、および手順の順序 (紹介医師、受入番号、検査理由) が含まれます。CT スキャナーなどの画像取得デバイスは、 RISなどのサービス プロバイダーに照会してこの情報を取得します。この情報はその後、システム オペレータに提示され、イメージング デバイスによって画像メタデータの詳細を入力するために使用されます。

DICOM モダリティ ワークリスト サービスを使用する前は、スキャナー オペレーターは関連するすべての詳細を手動で入力する必要がありました。手動入力は時間がかかり、患者名のスペルミスやその他のデータ入力エラーが発生するリスクがあります。

モダリティ ワークリストを補完するサービスです。これにより、モダリティは、取得した画像、検査の開始時刻、終了時刻、期間、投与線量などのデータを含む、実行された検査に関するレポートを送信できます。これにより、放射線科部門はリソース (取得ステーション) の使用をより正確に把握できます。MPPS とも呼ばれるこのサービスにより、オブジェクトを実際に送信する前または送信中に送信するオブジェクトのリストをサーバーに提供することで、モダリティは画像ストレージ サーバーとより適切に調整できます。

DICOM 印刷サービスは、通常「X 線」フィルムを印刷するために、DICOM プリンタに画像を送信するために使用されます。ハード コピーの印刷を含むさまざまな表示デバイス間の一貫性を確保するために、標準の調整 (DICOM Part 14 で定義) が行われます。

オフライン メディア ファイルの形式は、DICOM 標準のパート 10 で指定されています。このようなファイルは、「パート 10 ファイル」と呼ばれることもあります。

DICOM では、DICOM メディアのファイル名が 8 文字に制限されています (一部のシステムでは誤って 8.3 を使用していますが、これは標準に準拠していません)。これらの名前から情報を抽出してはなりません (PS3.10 セクション 6.2.3.2)。これは、仕様を注意深く読まなかった開発者が作成したメディアでよく問題となる原因です。これは、古い既存のシステムとの互換性を維持するための歴史的な要件です。また、メディア ディレクトリ (DICOMDIR ファイル) の存在も必須です。DICOMDIR ファイルは、メディア上のすべての DICOM ファイルのインデックスと概要情報を提供します。DICOMDIR 情報は、ファイル名よりも各ファイルについてかなり多くの情報を提供するため、意味のあるファイル名の必要性は低くなります。

DICOM ファイルは、DICOM メディアの一部ではない場合 (拡張子がないことが必要)、通常は .dcm ファイル拡張子が付きます。

DICOM ファイルのMIMEタイプは、 RFC 3240 で application/dicom として定義されています。

DICOM ファイルの Uniform Type Identifier タイプは org.nema.dicom です。

また、 IHE組織によって組織されている CD メディアとネットワーク操作のためのメディア交換テストと「コネクタソン」プロセスも進行中です。

DICOM 規格のコア アプリケーションは、医療画像をキャプチャ、保存、配布することです。この規格では、画像処理手順ワークリストの管理、フィルムや DVD などのデジタル メディアへの画像の印刷、画像処理取得の完了などの手順ステータスの報告、画像のアーカイブが成功したことの確認、データセットの暗号化、データセットからの患者識別情報の削除、レビュー用の画像レイアウトの整理、画像操作と注釈の保存、画像表示の調整、ECG のエンコード、CAD 結果のエンコード、構造化測定データのエンコード、取得プロトコルの保存など、画像処理に関連するサービスも提供されます。

DICOM情報オブジェクト定義[ ^21]は、 CT（コンピュータ断層撮影）、 MRI（磁気共鳴画像）、超音波、X線、透視、血管造影、マンモグラフィー、乳房トモシンセシス、PET（陽電子放出断層撮影）、SPECT （単一光子放出コンピュータ断層撮影）、内視鏡検査、顕微鏡検査、全スライド画像、OCT（光干渉断層撮影）など、多種多様な画像診断装置によって生成されるデータをエンコードします[22]。

DICOM は、PACS (画像アーカイブおよび通信システム)、画像ビューアおよび表示ステーション、CAD (コンピュータ支援検出/診断システム)、3D 視覚化システム、臨床分析アプリケーション、画像プリンタ、フィルム スキャナ、メディア バーナー (DICOM ファイルを CD、DVD などにエクスポートする)、メディア インポーター (DICOM ファイルを CD、DVD、USB などからインポートする)、RIS (放射線情報システム)、VNA (ベンダー中立アーカイブ)、EMR (電子医療記録) システム、放射線レポート システム など、画像または画像ワークフローに関連するデバイスにも実装されています。

多くの医学分野にはDICOM内に専用のワーキンググループがあり^[23]、DICOMは画像診断が普及しているあらゆる医学分野に適用可能であり、放射線学、心臓病学、腫瘍学、核医学、放射線治療、神経学、整形外科、産科、婦人科、眼科、歯科、顎顔面外科、皮膚科、病理学、臨床試験、獣医学、医療/臨床写真などが含まれる。

DICOM は、 Internet Assigned Numbers Authority (IANA) によって次のTCP および UDP ポート番号を予約しています: 104 は、伝送制御プロトコル(TCP) またはユーザー データグラム プロトコル(UDP)経由の DICOM 用の既知のポートです。104 は予約済みのサブセットにあるため、多くのオペレーティング システムでは、このポートを使用するために特別な権限が必要です。2761 は、TCP または UDP 経由の統合セキュア通信層 (ISCL) を使用する DICOM 用の登録ポートです。2762 は、TCP または UDP 経由のトランスポート層セキュリティ (TLS) を使用する DICOM 用の登録ポートです。11112 は、TCP または UDP 経由の標準のオープン通信を使用する DICOM 用の登録ポートです。標準では、これらのポート番号の使用が推奨されていますが、必須ではありません。

2008 年の国際シンポジウムで発表された論文によると、DICOM 標準にはデータ入力に関する問題がある。「DICOM 標準の主な欠点は、おそらくオプション フィールドを多すぎる数入力してしまう可能性があることです。この欠点は、すべてのフィールドにデータを入力する際の不一致に最もよく現れます。一部のフィールドが空白のままであったり、間違ったデータが入力されていたりするため、画像オブジェクトが不完全になることがよくあります。」^[24]

もう一つの欠点は、ファイル形式が実行可能コードを許可し、マルウェアを含む可能性があることです。^[25]

DVTk は、医療環境における通信プロトコルとシナリオをテスト、検証、診断するためのオープン ソース プロジェクトです。DICOM、HL7、IHE 統合プロファイルをサポートしています。

Health Level 7 は、国際的な医療情報相互運用性標準の開発に携わる非営利団体です。HL7 と DICOM は、2 つの標準が重複する領域を調和させ、電子医療記録における画像統合に対処するための共同ワーキング グループを管理しています。

Integrating the Healthcare Enterprise (IHE)は、業界が後援する非営利団体で、特定の医療ユースケースに対応するために標準の使用をプロファイルしています。DICOM は、さまざまな画像関連の IHE プロファイルに組み込まれています。^{[26] [27]}

SNOMED ( Systematized Nomenclature of Medicine ) は、人体医学および獣医学における、解剖学、疾患、所見、手順、微生物、物質などを網羅するコード、用語、同義語、定義を提供する、体系的かつコンピュータ処理可能な医学用語集です。DICOM データは、関連する概念をエンコードするために SNOMED を使用します。

XnViewはMIMEタイプとして.dic/をサポートしています^[28].dicomapplication/dicom

DICOMで使用されている最もよく知られている標準とプロトコルは以下のとおりです。^[29]

• DICOM は OSI ネットワーク モデルを利用します。インターネットのベースとなり、データ転送を可能にする 2 つのネットワーク プロトコル、TCP / IPとHTTPハイパーテキスト転送プロトコルを使用します。さらに、DICOM には独自のMIMEコンテンツ タイプがあります。
• DICOM はDHCP 、SAMLなどの他のプロトコルを使用します。
• DICOM は、医学用語と臨床用語に基づいたSNOMED CTと呼ばれるコーディング システムを使用します。
• DICOM はLOINCと呼ばれる外部アルファベットを使用します。
• 乳房画像の場合、BI-RADSと呼ばれる他のタイプの構造化ファイルが使用されます。

DICOM 規格は、画像に関連するさまざまなリソース (IHE、HL7 ... a) で使用されます。

ISO12052:2017およびCEN 12052規格はDICOM規格を参照しています。^[29]

2023年12月、サイバーセキュリティ研究者のシナ・ヤズダンメア氏は、Storeサービス内の重大なセキュリティ問題を明らかにした。ブラックハットブリーフィングで発表されたこの暴露は、悪意のある行為者が既存の一連の医療画像を操作する可能性があることを示した。ヤズダンメア氏の研究は、一連の画像を破壊したり、病気の誤解を招く指標を導入したりする攻撃者の驚くべき能力を浮き彫りにした。^{[30] [31]}

DICOM ファイルには機密性の高い個人医療情報 (PHI) が含まれることが多いため、DICOM 内の患者データのセキュリティを確保することは非常に重要です。DICOM データのセキュリティ対策には、患者情報への不正アクセス、変更、開示を防ぐための暗号化、アクセス制御、監査メカニズムが含まれます。米国の医療保険の携行性と責任に関する法律 ( HIPAA ) や欧州の一般データ保護規則 ( GDPR ) などの規制に準拠することは、患者のプライバシーを保護し、医療記録の整合性を確保するために不可欠です。

DICOM の匿名化とは、患者のプライバシーを保護するために医療画像から個人医療情報 (PHI) を削除または匿名化するプロセスを指します。このプロセスは、プライバシー規制に準拠しながら、研究、教育目的、または公衆衛生活動のために医療データを共有する場合に不可欠です。匿名化の手法には、患者名、生年月日、その他の一意の識別子など、DICOM メタデータ内の識別可能なデータ要素を削除またはマスクすることが含まれます。徹底した匿名化を確実に行うことは、データ共有の利点と患者の機密性を維持する義務のバランスをとるために不可欠です。^[32]

• 3DSlicer – DICOM 標準のコンポーネントを統合的にサポートする、画像分析および科学的視覚化のための無料のオープン ソース ソフトウェア パッケージです。
• Ambra Health – 無料のウェブベースのDICOMビューアを提供
• アミラ
• シネペイント
• ギンプ
• Ginkgo CADx – クロスプラットフォームの DICOM ビューア。
• IDL – 医療画像の表示によく使用される
• イメージJ
• InVesalius – DICOM 画像を表示し、DICOM 画像スタックを 3D モデルに変換して .STL にエクスポートできる無料のオープンソース ソフトウェア
• イルファンビュー
• MicroDicom – Windows用の無料 DICOM ビューア。
• Noesis – Windows用の 3D 視覚化機能を備えた無料の DICOM インポーターおよびエクスポーター。
• OsiriX – DICOM 画像専用の商用画像処理アプリケーション。
• Orthanc – 軽量でRESTful なDICOM ストア。
• Studierfenster (StudierFenster) – 無料の非商用オープンサイエンス クライアント/サーバー ベースの医療画像処理 (MIP) オンライン フレームワーク

• DICOM 規格、NEMA。