Was ist DICOM? Das Dateiformat für medizinische Bilder

Fast alle Bildgebungsgeräte in der Radiologie und Kardiologie verwenden DICOM. Dasselbe Format wird genutzt, wenn Bilder vom Gerät ins Klinikarchiv, in eine andere Einrichtung oder auf die Patienten-CD gelangen. Diese Seite erklärt, was in DICOM-Dateien steckt und wie Sie sie sicher öffnen, umwandeln und weitergeben.

Über den DICOM-Standard

DICOM steht für Digital Imaging and Communications in Medicine (digitale Bildgebung und Kommunikation in der Medizin). Der Standard legt ein Dateiformat und ein Netzwerkprotokoll für medizinische Bilder fest, damit Geräte und Software verschiedener Hersteller zusammenarbeiten können.

DICOM wurde vom American College of Radiology (ACR) und von der National Electrical Manufacturers Association (NEMA) geschaffen. Heute wird der Standard vom DICOM Standards Committee weiterentwickelt, wobei die NEMA das Sekretariat stellt. DICOM ist außerdem als internationale Norm ISO 12052 anerkannt.

Der Standard besteht aus etwa 20 Teilen, nummeriert von PS3.1 bis PS3.22, und wird mehrmals im Jahr aktualisiert. Die aktuelle Ausgabe ist kostenlos auf dicomstandard.org einsehbar.

Geschichte von DICOM

1983 gründeten ACR und NEMA ein gemeinsames Komitee, weil sich die Bilder der Scanner ohne die Geräte des jeweiligen Herstellers nur schwer lesen ließen.

• 1985 - ACR-NEMA 300, für die Punkt-zu-Punkt-Übertragung über eine spezielle 16-Bit-Parallelschnittstelle.
• 1988 - ACR-NEMA 2.0, die zweite Version.
• 1993 - DICOM 3.0, mit dem neuen Namen und der Unterstützung von Computernetzwerken (TCP/IP).
• 1995 - Austausch von Untersuchungen auf CDs sowie Objekte für Ultraschall, Röntgenangiographie und Nuklearmedizin.

Seit 1993 gibt es keine neue Hauptversion mehr. Durch Ergänzungen (Supplements) kamen zum Beispiel die Modality Worklist (1996), strukturierte Berichte (2000), die Brust-Tomosynthese (2008), Whole Slide Imaging (2010) und DICOMweb (2013) hinzu.

Was in einer DICOM-Datei steckt

Eine DICOM-Datei enthält das Bild sowie Informationen zu Patient, Untersuchung und Gerät. Ihr Aufbau ist in PS3.10 festgelegt:

1. Präambel - 128 Byte, meist nur Nullen.
2. Präfix - die vier Buchstaben DICM, an denen sich eine DICOM-Datei erkennen lässt.
3. Datei-Metainformationen (File Meta Information) - Gruppe 0002, darunter die Transfer Syntax UID (0002,0010), die angibt, wie der Rest der Datei codiert ist.
4. Datensatz - eine Folge von Datenelementen.
5. Pixeldaten (Pixel Data) (7FE0,0010) - das Bild selbst, meist das letzte und größte Element.

1. 0x0000
   Präambel128 Byte, meist nur Nullen
2. 0x0080
   DICM PräfixDie Buchstaben DICM kennzeichnen die Datei als DICOM-Datei
3. (0002,xxxx)
   Datei-MetainformationenWie der Rest der Datei codiert ist (Transfersyntax)
4. (gggg,eeee)
   DatensatzDatenelemente zu Patient, Untersuchung, Serie und Bild

   Ein Datenelement PatientName

   Tag

   (0010,0010)10 00 10 00

   Werttyp (VR)

   PN50 4E

   Länge

   808 00

   Wert

   DOE^JANE44 4F 45 5E 4A 41 4E 45

5. (7FE0,0010)
   PixeldatenDas Bild selbst, unkomprimiert oder komprimiert

Jedes Datenelement besteht aus einem Tag (hexadezimale Gruppen- und Elementnummer, zum Beispiel (0010,0010)), einer Wertdarstellung oder VR (einem Kürzel aus zwei Buchstaben für den Datentyp, etwa PN für einen Namen oder DA für ein Datum), einer Länge und einem Wert. Tags mit ungerader Gruppennummer sind privat und meist von den Herstellern festgelegt.

Wie eine Untersuchung aufgebaut ist

DICOM gliedert Bilder in vier Ebenen:

• Patient - die untersuchte Person.
• Untersuchung (Study) - eine einzelne Untersuchung, zum Beispiel ein Thorax-CT an einem bestimmten Tag.
• Serie (Series) - gemeinsam aufgenommene oder rekonstruierte Bilder, zum Beispiel dünne Schichten oder eine Knochenrekonstruktion.
• Instanz (Instance) - ein Objekt, meist ein Bild, in einer eigenen Datei gespeichert.

• Patient PatientID

  Die Person: Name, ID, Geburtsdatum

  • Untersuchung StudyInstanceUID

    Eine einzelne Untersuchung, zum Beispiel ein Thorax-CT an einem bestimmten Tag

    • Serie SeriesInstanceUID

      Eine Gruppe von Bildern aus einer einzelnen Aufnahme oder Rekonstruktion

      • Instanz SOPInstanceUID

        Ein Bild oder Objekt, in einer eigenen Datei gespeichert

Jedes Bild ist meist eine eigene Datei, und eine Untersuchung kann mehrere Serien mit Hunderten von Schichten enthalten, sodass eine einzige Untersuchung aus Tausenden von Dateien bestehen kann.

Jede Untersuchung, Serie und Instanz hat eine eindeutige Kennung (UID): durch Punkte getrennte Zahlen mit bis zu 64 Zeichen Länge, zum Beispiel 2.25.329800735698586629295641978511506172918. UIDs sind so angelegt, dass sie weltweit eindeutig sind, und Software gruppiert und sortiert Bilder anhand der UIDs, nicht anhand von Dateinamen.

Jedes Objekt gehört zu einer SOP-Klasse (SOP Class), die seinen Typ festlegt, zum Beispiel CT Image Storage (1.2.840.10008.5.1.4.1.1.2). Multi-Frame-Objekte enthalten viele Einzelbilder (Frames) in einer Datei, etwa einen Ultraschall-Clip. DICOM speichert außerdem andere Arten von Objekten: strukturierte Berichte (SR), eingebettete PDF-Dokumente, Darstellungszustände (Presentation States), Segmentierungen (SEG) und Bestrahlungspläne.

Kompression und Transfersyntaxen

Die Transfersyntax legt fest, in welcher Reihenfolge die Bytes stehen, ob die VR in die Datei geschrieben wird und ob die Pixeldaten komprimiert sind. Ein Viewer, der eine Transfersyntax nicht unterstützt, kann eine gültige Datei möglicherweise nicht öffnen.

Verlustfreie Kompression bewahrt jedes Pixel exakt und verkleinert Dateien oft auf die Hälfte bis ein Drittel. Verlustbehaftete Kompression kann Dateien auf ein Zehntel ihrer Größe oder weniger verkleinern, entfernt aber dauerhaft Details. Sie ist bei Ultraschall und Video üblich, während CT-, MRT- und Röntgenbilder meist unkomprimiert oder verlustfrei gespeichert werden, weil verlorene Details für die Diagnose eine Rolle spielen können. Der Wert 01 in Lossy Image Compression (0028,2110) kennzeichnet ein Bild, das verlustbehaftet komprimiert wurde.

Wie DICOM-Bilder ausgetauscht werden

In einer Klinik senden die Bildgebungsgeräte ihre Bilder an ein PACS (Picture Archiving and Communication System, Bildarchivierungs- und Kommunikationssystem), das sie speichert und an die Befundungsarbeitsplätze der Radiologie ausliefert. Jedes DICOM-Gerät und jedes DICOM-Programm ist eine Application Entity (AE) mit einem AE Title, einer IP-Adresse und einem Port, meist 104 oder 11112. Die klassischen DIMSE-Dienste arbeiten über TCP/IP:

• C-ECHO - prüft die Verbindung.
• C-STORE - sendet Objekte.
• C-FIND - sucht nach Untersuchungen, Serien oder Bildern.
• C-MOVE - weist einen Server an, Objekte an ein Ziel zu senden.
• C-GET - ruft Objekte über dieselbe Verbindung ab.

Mit der Modality Worklist erhält das Gerät die Liste der angemeldeten Patienten, sodass Namen und IDs nicht von Hand eingetippt werden müssen. DICOMweb (PS3.18) bietet ähnliche Dienste über HTTP: QIDO-RS zum Suchen, WADO-RS zum Abrufen und STOW-RS zum Speichern.

Patientinnen und Patienten erhalten meist eine CD, eine DVD, einen USB-Stick oder einen Download-Link. Ein Datenträger nach dem DICOM-Standard enthält eine Indexdatei namens DICOMDIR und oft einen Viewer.

Modalitäten und ihre Codes

Der Modalitätscode wird im Tag (0008,0060) gespeichert.

Eine PET/CT-Untersuchung enthält sowohl PT- als auch CT-Serien, und die zahnärztliche digitale Volumentomographie (DVT, englisch Cone Beam CT, CBCT) verwendet meist den Code CT. Weitere Codes sind unter anderem OP und OPT (Augenbildgebung), SM (Mikroskopie von Objektträgern), ES (Endoskopie), ECG, SR, SEG sowie RTSTRUCT, RTPLAN, RTDOSE (Strahlentherapie).

So öffnen Sie DICOM-Dateien

Gewöhnliche Fotoprogramme können DICOM-Dateien nicht öffnen. Sie brauchen einen DICOM-Viewer, zum Beispiel:

• Weasis - kostenlos und Open Source, für Windows, macOS und Linux.
• 3D Slicer - kostenlos und Open Source, mit fortgeschrittenen 3D-Werkzeugen, für Windows, macOS und Linux.
• Horos - kostenlos und Open Source, für macOS.
• OHIF Viewer - kostenlos und Open Source, läuft im Webbrowser.
• MicroDicom - kostenlos für nichtkommerzielle Nutzung, für Windows.
• RadiAnt DICOM Viewer - kommerziell, mit kostenloser Testversion, für Windows.

Lizenzen können sich ändern, und diese Liste ist keine Empfehlung.

Um eine CD anzusehen, kopieren Sie den gesamten Inhalt auf Ihren Computer und öffnen dann die Datei DICOMDIR oder den Ordner in einem Viewer. Den Viewer auf der CD brauchen Sie nicht unbedingt; er läuft oft nur unter Windows. Wenn Ihr Computer kein CD-Laufwerk hat, bitten Sie die Praxis oder Klinik um einen Download-Link.

DICOM in JPEG, PNG oder Video umwandeln

Viewer können Bilder als JPEG oder PNG und Serien als Video exportieren, aber das Ergebnis ist kein vollständiges medizinisches Bild mehr:

• Metadaten gehen verloren: Patienten-, Untersuchungs- und Gerätedaten sowie die Reihenfolge der Bilder.
• Die Graustufen werden reduziert. CT- und MRT-Bilder haben meist 12 bis 16 Bit pro Pixel (Tausende Graustufen), ein typisches JPEG dagegen 8 Bit (256 Stufen).
• Fensterbreite und Fenstermitte sind festgelegt. Ärztinnen und Ärzte können den angezeigten Wertebereich für Knochen, Lunge oder Weichteile nicht mehr anpassen.
• Messungen werden unzuverlässig, und 3D-Rekonstruktionen sind nicht mehr möglich.

Schicken Sie für eine Zweitmeinung die originalen DICOM-Dateien der gesamten Untersuchung, keine Screenshots oder Videos.

Persönliche Daten und Anonymisierung

DICOM-Header enthalten meist persönliche Daten: Name, ID, Geburtsdatum und Geschlecht der untersuchten Person, Untersuchungstermine sowie die Namen der Klinik und der beteiligten Ärztinnen und Ärzte. Text kann auch fest in die Pixel eingebrannt sein, zum Beispiel bei Ultraschallbildern, und private Tags können identifizierende Daten enthalten.

Die Anonymisierung (De-Identifizierung) entfernt oder ersetzt diese Angaben. Der Standard beschreibt sie in PS3.15, Anhang E (Attribute Confidentiality Profiles, Vertraulichkeitsprofile für Attribute). Bevor Sie Bilder öffentlich oder für Lehrzwecke weitergeben:

• verwenden Sie ein Anonymisierungswerkzeug, das auch private Tags entfernt;
• prüfen Sie die Pixel auf Namen und Datumsangaben und schneiden Sie diese Stellen weg oder decken Sie sie ab;
• bedenken Sie, dass eine 3D-Rekonstruktion eines Kopf-CT oder Kopf-MRT das Gesicht zeigen kann;
• bewahren Sie die Originaldateien für Ihre Ärztinnen und Ärzte auf.

Häufig gestellte Fragen

Warum besteht meine Untersuchung aus so vielen Dateien?

Jedes Bild ist meist eine eigene Datei, und eine Untersuchung kann Hunderte oder Tausende von Bildern enthalten (siehe Aufbau einer Untersuchung). Das ist normal.

Was ist DICOMDIR?

DICOMDIR ist eine Indexdatei auf dem Datenträger. Sie listet alle Patienten, Untersuchungen, Serien und Bilder sowie den Speicherort jeder Datei auf. Öffnen Sie sie in einem Viewer, um den gesamten Datenträger zu laden.

Kann ich DICOM-Dateien auf einem Smartphone öffnen?

Ja, mit einer DICOM-Viewer-App oder einem Web-Viewer. Für die Diagnose nutzen Ärztinnen und Ärzte größere, kalibrierte Bildschirme.

Kann ich DICOM in JPG oder PDF umwandeln?

Ja, aber exportierte Bilder verlieren Informationen. Bewahren Sie deshalb die Originaldateien auf (siehe DICOM umwandeln).

Ist DICOM kostenlos nutzbar?

Der Standard ist frei zugänglich, und viele kostenlose Open-Source-Programme unterstützen ihn. Die NEMA zertifiziert keine Produkte; die Hersteller veröffentlichen DICOM Conformance Statements (Konformitätserklärungen).

Braucht eine DICOM-Datei die Endung .dcm?

Nein. Dateien auf CDs haben oft kurze Namen wie IM000001 ohne Endung. Programme erkennen eine DICOM-Datei am Präfix DICM, nicht an ihrem Namen.

Quellen

• Über DICOM (auf Englisch)
• Geschichte von DICOM (auf Englisch)
• DICOM-Standard, aktuelle Ausgabe (auf Englisch)
• Bilder auf CDs (auf Englisch)