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Bildgebung · Informatik

Was ist DICOM? JPEG, Window/Level, Header, PACS

DICOM ist die gemeinsame Sprache der medizinischen Bilder: der Standard, der ein CT-, MRT- oder Ultraschallbild speichert und zugleich zwischen Geräten überträgt. Es enthält weit mehr als ein einfaches JPEG – Pixeldaten mit vollem Dynamikumfang plus einen umfangreichen Header. Was ist DICOM, worin unterscheidet es sich von JPEG, wie verändert Window/Level das Bild, was steht im Header und wie arbeitet es mit PACS zusammen? Alles mit Beispielen und Seitenangaben.

Einstieg–Mittel · Radiolog:innen, MTRA und Physiker:innen· ~12 Min. Lesezeit· Mit Quellen

Wenn Sie ein CT-Bild auf Ihrem Handy speichern und an einen Freund schicken, haben Sie ein Bild. Die Radiologie speichert dieses Bild jedoch nicht als Bild, sondern als messbare Daten: Jedes Pixel hat eine numerische Bedeutung (z. B. eine Hounsfield-Einheit), gehört zu einem bestimmten Patienten, wurde mit einer bestimmten kVp aufgenommen … Der Standard, der all dies zusammenhält und von Gerät zu Gerät überträgt, ist DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine). Ohne DICOM wären weder PACS noch der moderne Radiologie-Workflow möglich.

Was ist DICOM?

Geräte an ein Netzwerk anzuschließen, reicht allein nicht aus, um Bilder zu übertragen: Hersteller können unterschiedliche, proprietäre Formate verwenden.1 Um dies zu lösen, entwickelten das ACR (American College of Radiology) und die NEMA (National Electrical Manufacturers' Association) gemeinsam den DICOM-Standard.1 DICOM ist nicht nur ein Dateiformat; es ist zugleich eine Netzwerksprache. Es definiert dreierlei auf einmal: das Standardformat der zu übertragenden Bilder und Informationen, die Dienste, die ein Gerät von einem anderen anfordern kann, und die Nachrichten zwischen den Geräten.1 DICOM definiert Informationsobjekte wie „Patient“, „Untersuchung (Study)“ und „Bild“, die sich zu Bildobjekten für CT, CR, digitales Röntgen (DX), Mammographie (MG), Ultraschall (US), MR und Nuklearmedizin (NM) verbinden.1

Unterschied zu JPEG

Dies ist der am häufigsten verwechselte Punkt. Ein JPEG (oder PNG) trägt nur Pixel: typischerweise 8 Bit pro Kanal (256 Töne), komprimiert, ohne jeden medizinischen Kontext. DICOM dagegen ist ein Container: Er enthält sowohl Pixeldaten mit vollem Dynamikumfang (im CT meist 12–16 Bit, also 4096 oder mehr Graustufen) als auch einen umfangreichen Header.2 Der Unterschied: Exportieren Sie ein CT als JPEG, verlieren Sie die Bittiefe, die Kalibrierung (die HU-Werte) und den gesamten Header — Sie können weder die Dichte messen noch neu fenstern. DICOM bewahrt nicht das Bild, sondern die Messung. (DICOM kann ebenfalls komprimieren; doch Optionen wie verlustfreies JPEG/JPEG2000 erhalten die diagnostische Information.)

DICOM = Pixel + Header · JPEG = nur PixelDICOM-DateiHeader:Patient · Study · kVp/mAs · Pixelabstandrescale slope/intercept · W/L · UIDsPixeldaten12–16 Bit · voller DynamikumfangJPEG / PNGNur Pixel · 8 Bit (256 Töne)kein Header · kein HU · keinNeu-Fenstern
Ein JPEG trägt nur Pixel; DICOM hält Pixeldaten mit vollem Dynamikumfang plus den medizinischen Header zusammen. Deshalb lässt sich in DICOM die Dichte messen und das Fenster neu einstellen.2

Warum ändert Window/Level?

Dies ist die sichtbarste Folge von DICOM. CT-Daten tragen Tausende Graustufen (12 Bit = 4096), doch ein Monitor zeigt ~256 Töne und das Auge unterscheidet noch weniger. Die Lösung: nicht alle Werte, sondern einen Bereich auswählen und ihn von Schwarz nach Weiß aufspannen. Dies ist Window/Level (Fenster/Ebene), umgesetzt mit einer Nachschlagetabelle (LUT).1 Die Ebene (Level / Fenstermitte) legt den Mittelpunkt der gezeigten Werte fest, die Fensterbreite (Window Width) den Bereich um diesen Punkt.1 Werte unterhalb des gewählten Fensters sättigen zu Schwarz, die oberhalb zu Weiß:1

Untergrenze = Level − Window/2 · Obergrenze = Level + Window/2

Der entscheidende Punkt: Window/Level verändert die Daten nicht, sondern nur, welcher Bereich in diesem Moment auf dem Bildschirm gezeigt wird. Dieselbe DICOM-Datei sieht in einem „Weichteilfenster“, einem „Knochenfenster“ und einem „Lungenfenster“ völlig unterschiedlich aus — weil die Pixelwerte fix bleiben, während sich die LUT ändert.

Window/Level · Daten fix, Darstellung ändert sich−1000 HU0 HU+3000 HUFenster (W)unter dem Fenster → schwarzüber dem Fenster → weißWeichteil- · Knochen- · Lungenfenster = andere LUT auf denselben Daten
Das gewählte Fenster gleitet und weitet sich entlang der HU-Achse; Werte darin spannen von Schwarz nach Weiß auf, die außerhalb sättigen. Die Daten ändern sich nie — nur die Abbildung (LUT).1
In der Klinik
Das falsche Fenster kann einen echten Befund verbergen: Ein im Weichteilfenster übersehener Pneumothorax erscheint im Lungenfenster; eine im Hirnfenster schwach sichtbare Blutung verschwindet im Knochenfenster vollständig. Deshalb wird ein CT routinemäßig in mehreren Fenstern beurteilt.

Der DICOM-Header trägt alles, was das Bild „medizinisch“ macht. Die Information wird als Datenelemente gespeichert, jedes adressiert durch ein Tag — ein Paar (Gruppe, Element), z. B. (0010,0010) = Patientenname.2 Der Header enthält typischerweise:

Warum es wichtig ist
Ohne rescale slope/intercept ist ein „Pixelwert“ nur eine Zahl; mit diesen Koeffizienten wird er zu einer Hounsfield-Einheit und die Dichtemessung gewinnt Bedeutung. In einem zu JPEG plattgedrückten Bild ist diese Verbindung gekappt, sodass HU nicht mehr ablesbar sind.

Bezug zu PACS

PACS (Picture Archiving and Communication System) ist das System, das digitale medizinische Bilder speichert und zur Anzeige bereitstellt.1 Der Zusammenhang ist einfach: DICOM ist die Sprache, PACS ist das System, das sie spricht. Die Modalität erzeugt das Bild im DICOM-Format und sendet es mit einem Speicherdienst an PACS; die Radiologie-Workstation ruft es mit Query-Retrieve-Diensten aus PACS ab. DICOM steuert auch den Workflow: Die Modality Worklist (MWL) teilt mit, welcher Patient an welchem Gerät aufzunehmen ist, sodass die Patienteninformation automatisch aus dem RIS kommt und nicht von Hand.1 Kurz: DICOM ist das gemeinsame Protokoll, das ein Bild vom Gerät auf den Bildschirm der Radiolog:in bringt.

DICOM-Workflow · Modalität → PACS → WorkstationModalität(CT / MR / US)PACSArchiv + VerteilungWorkstation(Radiolog:in)C-STOREC-FIND / C-MOVERIS → Worklist (MWL)
Die Modalität sendet das Bild mit DICOM an PACS (C-STORE); die Radiolog:in ruft es aus PACS ab (C-FIND/C-MOVE). Die Modality Worklist zieht die Patientendaten automatisch aus dem RIS.1
Weitere Artikel
Wie das Bild entsteht: Wie entsteht ein Röntgenbild? · Pixelwert und HU: Dosis im CT · Bildqualität: Bildqualität

Quellen

  1. Bushberg JT, Seibert JA, Leidholdt EM, Boone JM. The Essential Physics of Medical Imaging, 3rd ed. Lippincott Williams & Wilkins, 2011. Bölüm 5 (Medical Imaging Informatics): DICOM — ACR ve NEMA ortak standardı; bilgi nesneleri (CT, CR, DX, MG, US, MR, NM), servisler (depolama, sorgula-getir), modalite çalışma listesi (MWL) ve Presentation State (s.147–149); PACS tanımı (s.143); DICOM GSDF ile görüntü tutarlılığı (s.135–137); window/level — en yaygın LUT, L−W/2 altında siyaha, L+W/2 üstünde beyaza doygunluk (Şekil 4-31, s.90); pencereleme matematiği — seviye = orta nokta, pencere = aralık, alt sınır = Seviye − Pencere/2, üst sınır = Seviye + Pencere/2 (Bölüm 5). Sayfa numaraları bu baskıya aittir.
  2. NEMA. DICOM Standard (PS3) — Digital Imaging and Communications in Medicine; veri elemanları/etiketler (group,element), bilgi nesneleri, ağ servisleri ve yeniden ölçekleme (rescale slope/intercept). dicomstandard.org
  3. İlişkili konular: piksel değerinin HU'ya dönüşümü için bkz. BT'de Doz ve görüntü kalitesi kavramları için Görüntü Kalitesi.
Hinweis: Dieser Inhalt dient der Ausbildung; für klinische Entscheidungen oder die Einhaltung von Vorschriften konsultieren Sie eine qualifizierte Medizinphysik-Expertin bzw. einen Experten sowie die geltenden Bestimmungen.

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