Które identyfikatory spajają system

Obiekt segmentacji chce przekazać: „należę do tej serii CT”. Zapytanie PACS chce przekazać: „pobierz badanie X”. Przeglądarka musi ustalić: „czy te dwa obrazy znajdują się w tym samym układzie pacjenta, tak abym mogła je nałożyć?”. Wszystkie trzy operacje opierają się na kilku UID. Identyfikatory są użyteczne tylko wtedy, gdy ich role pozostają rozdzielone: jedna grupa pozwala śledzić obiekty w sposobie pakowania i odwołaniach, a inna opisuje układ współrzędnych pacjenta, w którym wyrażone są informacje przestrzenne.

SEG może wskazywać swoje źródło

Gdy segmentujesz guz na obrazie CT i zapisujesz wynik jako DICOM SEG, obiekt może zawierać odwołania do obrazów źródłowych. ReferencedSeriesSequence wymienia Series zawierające wskazane źródłowe Instances; jest to relacja źródła lub odwołania, a nie Series, do której należy sam SEG. DerivationImageSequence i SourceImageSequence dla poszczególnych klatek mogą identyfikować źródłowe SOP Instances. Te sekwencje Type 2 mogą być puste, a Common Instance Reference jest warunkowa, gdy występuje grupa funkcjonalna Derivation Image. Wypełnione odwołanie zwiększa zatem identyfikowalność, lecz ani jego obecność, ani brak nie dowodzą same w sobie identycznego próbkowania, zasięgu lub wyrównania siatki wokseli. Te warunkowe relacje definiują DICOM Segmentation IOD, moduł Common Instance Reference i makro Derivation Image.

Dwa różne rodzaje tożsamości

Subtelność prowadząca do błędów polega na tym, że w DICOM występują dwa odrębne pytania o tożsamość, na które odpowiadają różne UID. Pierwsze pyta, które konkretne obiekty są grupowane lub wskazywane. Drugie pyta, z którego układu współrzędnych pacjenta korzystają według deklaracji ich opisy przestrzenne. Są to powiązane części kontraktu obrazu, ale żadna nie odpowiada na pytanie tej drugiej.

Tożsamość obiektu odpowiada na pytanie: który to obiekt i które obiekty należą do siebie? W tym rozdziale StudyInstanceUID, SeriesInstanceUID i SOPInstanceUID stanowią podstawę grupowania i odwołań między obiektami. Ich wartości pozwalają procesowi śledzić Study, Series lub jedną SOP Instance bez mylenia jej z innym obiektem, który ma podobne metadane opisowe.

Tożsamość przestrzenna odpowiada na pytanie: w którym układzie współrzędnych pacjenta wyrażono współrzędne tego obiektu? FrameOfReferenceUID odpowiada na to węższe pytanie, wskazując układ, z którego obiekt według deklaracji korzysta. Nie zastępuje rzeczywistego początku, odstępów, kierunku ani geometrii poszczególnych klatek, które trzeba sprawdzić, gdy znaczenie ma wyrównanie.

Błędem jest utożsamianie tych pytań. Dwa obiekty mogą należeć do tego samego Study, czyli mieć wspólny kontekst organizacyjny, a mimo to znajdować się w różnych układach odniesienia, jak Series przed podaniem środka kontrastowego i Series po jego podaniu, korzystające z innego układu. I odwrotnie: dwa obiekty w tym samym układzie odniesienia nie muszą należeć do tego samego Study. Oddzielaj pytanie „co należy do siebie?” od pytania „co ma wspólny układ współrzędnych?”; przestrzenną część tego rozróżnienia definiuje moduł DICOM Frame of Reference.

Identyfikatory i ich zadania

Tag	UID	Zadanie	Użycie
(0020,000D)	StudyInstanceUID	unikalny identyfikator Study	grupowanie obiektów w DICOM Study; unikalny klucz Query/Retrieve na poziomie Study
(0020,000E)	SeriesInstanceUID	unikalny identyfikator Series	odróżnianie jednej logicznej Series od innej; wybór kandydata w procesie (używanie Series jako jednostki pracy z wolumenem jest praktyką procesu)
(0008,0018)	SOPInstanceUID	unikalny identyfikator SOP Instance	identyfikowanie jednego konkretnego obiektu; wypełniony element odwołania SEG do źródła może go wskazywać
(0020,0052)	FrameOfReferenceUID	unikalny identyfikator Frame of Reference	identyfikowanie deklarowanego wspólnego układu współrzędnych pacjenta przed porównaniem geometrii lub rejestracją
(0010,0020)	PatientID	identyfikator o zakresie wyznaczanym przez jednostkę nadającą	dopasowywanie danych pacjenta; gdy znaczenie ma zakres jednostki nadającej, należy łączyć z IssuerOfPatientID

Definicje DICOM Study i Series oraz klucze Query/Retrieve nadają pierwszym dwóm identyfikatorom ich standardowe role tożsamości i zapytań. Krótkie opisy zadań w tabeli są celowo węższe od etykiet klinicznych: identyfikują encje i relacje, natomiast geometria i proweniencja rozstrzygają, co proces może z nimi bezpiecznie zrobić.

SOP Class i SOP Instance — „co to za obiekt?”

SOP (Service-Object Pair) Class jest typem DICOM: połączeniem Composite IOD i właściwych dla niego usług. SOPClassUID (0008,0016) odpowiada na pytanie „jakiego rodzaju jest ten obiekt?”. Kontekst normatywny zapewniają definicja SOP Class i standardowy rejestr klas przechowywania. Poniższe trzy wartości są przykładami używanymi w tym rozdziale:

• 1.2.840.10008.5.1.4.1.1.2 — CT Image Storage (klasyczny jednoklatkowy obiekt obrazu CT).
• 1.2.840.10008.5.1.4.1.1.66.4 — Segmentation Storage (DICOM SEG).
• 1.2.840.10008.5.1.4.1.1.481.3 — RT Structure Set Storage (RTSTRUCT).

SOP Instance UID jest unikalną tożsamością jednego konkretnego obiektu danej klasy. Gdy wypełniony element odwołania SEG do źródła identyfikuje obraz wyprowadzony z obiektu źródłowego X, wskazuje SOPInstanceUID obiektu X. Dopasowanie tych łańcuchów UID sprawia, że odwołanie CT-do-SEG może wskazać konkretny obiekt źródłowy, a nie tylko podobnie opisany obraz; odwołanie może być nieobecne w sekwencji źródłowej Type 2.

Modality jako wskazówka routingu

Modality (0008,0060) jest szybkim sygnałem routingu w procesie: CT, SEG, MR lub OT. Są to terminy modalności zdefiniowane w DICOM. Tag jest przydatny do klasyfikacji wstępnej, ale nie zastępuje SOPClassUID ani odwołań i geometrii potrzebnych do zrozumienia roli obiektu. Kontrola wstępna TRACE-CT ilustruje to rozróżnienie, klasyfikując każdy obiekt według SOPClassUID/Modality, zanim skieruje obiekty SEG i CT do odpowiednich ścieżek kodu.

FrameOfReferenceUID: granica wspólnego układu, nie dowód siatki

FrameOfReferenceUID nazywa przestrzenny układ współrzędnych. Jest deklaracją dotyczącą układu pacjenta, w którym wyrażone są współrzędne obiektu, a nie dowodem wyrównania na poziomie wokseli. Gdy dwa obiekty lub dwie Series mają zgodne FoR, DICOM mówi, że deklarują wspólny układ i są powiązane przestrzennie. Jest to granica normatywna, a nie jedynie pozwolenie, lecz nadal nie ustanawia identyczności siatek wokseli: początek, odstępy, kierunek, wymiary i geometria poszczególnych klatek mogą się różnić. Gdy FoR są różne, nie nakładaj obiektów bezpośrednio. Nadal mogą być powiązane przestrzennie przez jawną rejestrację lub inną relację przestrzenną odwzorowującą jeden układ na drugi, zgodnie z opisem w module DICOM Frame of Reference i Spatial Registration IOD.

same FoR      ≠  same voxel grid       (still verify origin/spacing/direction)
different FoR ≠  impossible to relate  (an explicit registration can map them)
different FoR ⇒  do NOT overlay without an explicit spatial relationship

Praktyczną konsekwencją pomylenia odwołań z wyrównaniem może być ciche przesunięcie maski względem anatomii o jeden przekrój. Do tego porównania wraca podrozdział o SEG i CT w rozdziale o geometrii, gdzie o rzeczywistej zgodności obiektów rozstrzyga geometria, a nie UID.

Rozważ Series CT i DICOM SEG, którego ReferencedSeriesSequence wymienia źródłową Series CT, którego wypełnione odwołania dla klatek identyfikują źródłowe SOPInstanceUID, a wartości FrameOfReferenceUID są zgodne. Fakty te ustanawiają identyfikowalną relację ze źródłem i deklarację wspólnego układu, ale nie pozwalają jeszcze bezpiecznie uznać, że maska SEG leży dokładnie na siatce CT. Relację ze źródłową Series opisują definicje odwołań SEG; nie przekształcają jej w tożsamość siatek.

Zgodne FoR i poprawne odwołania do źródła ustanawiają relację wspólnego układu, a nie identyczność siatek. SEG mógł zostać poddany zmianie próbkowania, zapisany na wolumenie z innym układem przekrojów lub zawierać położenia poszczególnych klatek różniące się od położeń przekrojów CT. Bezpieczny kolejny krok, rozwijany szczegółowo w rozdziale o geometrii, polega na porównaniu rzeczywistej geometrii: początku, odstępów, kierunku, wymiarów i położeń poszczególnych klatek. Porównanie to rozstrzyga, czy można użyć danych bezpośrednio, czy trzeba obsłużyć zmianę próbkowania albo niezgodność. Ufaj odwołaniom, ale sprawdzaj geometrię.

Identyfikatory są kontraktami pozwalającymi śledzić obiekty w zbiorze danych: wspierają grupowanie, routing i jawne odwołania. Nie zastępują kontroli geometrii i nie ustanawiają równoważności klinicznej. Po rozdzieleniu tożsamości obiektu od tożsamości przestrzennej następny podrozdział stosuje to rozróżnienie do jednego rzeczywistego CT: praktycznej pracy z pydicom, przekrojem RIDER i kontrolą w 3D Slicer.