ISSN 1004-4140
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基于DICOM的3D C-arm控制服务协议(RoboLINK)设计与实现

高晨 程坤 常韫恒 张飞 唐冰 胡晟 陈阳 奚岩

高晨, 程坤, 常韫恒, 等. 基于DICOM的3D C-arm控制服务协议(RoboLINK)设计与实现[J]. CT理论与应用研究, 2023, 32(1): 43-54. DOI: 10.15953/j.ctta.2022.015
引用本文: 高晨, 程坤, 常韫恒, 等. 基于DICOM的3D C-arm控制服务协议(RoboLINK)设计与实现[J]. CT理论与应用研究, 2023, 32(1): 43-54. DOI: 10.15953/j.ctta.2022.015
GAO C, CHENG K, CHANG F H, et al. Design and Implementation of a 3D C-arm Control Service Protocol (RoboLINK) Based on DICOM[J]. CT Theory and Applications, 2023, 32(1): 43-54. DOI: 10.15953/j.ctta.2022.015. (in Chinese)
Citation: GAO C, CHENG K, CHANG F H, et al. Design and Implementation of a 3D C-arm Control Service Protocol (RoboLINK) Based on DICOM[J]. CT Theory and Applications, 2023, 32(1): 43-54. DOI: 10.15953/j.ctta.2022.015. (in Chinese)

基于DICOM的3D C-arm控制服务协议(RoboLINK)设计与实现

doi: 10.15953/j.ctta.2022.015
详细信息
    作者简介:

    高晨:女,东南大学网络空间安全学院电子信息专业硕士研究生,研究方向为网络安全,E-mail:596214866@qq.com

    陈阳:博士/博士后,东南大学计算机科学与工程学院教授、博士生导师,主要从事人工智能、计算机视觉、模式识别、医学信号图像处理与分析,E-mail:chenyang.list@seu.edu.cn

    奚岩:博士/博士后,江苏一影医疗设备有限公司总经理/董事长、研发总监,E-mail:yanxi@first-imaging.com

    通讯作者:

    博士/博士后,东南大学计算机科学与工程学院教授、博士生导师,主要从事人工智能、计算机视觉、模式识别、医学信号图像处理与分析,E-mail:chenyang.list@seu.edu.cn

    博士/博士后,江苏一影医疗设备有限公司总经理/董事长、研发总监,E-mail:yanxi@first-imaging.com

  • 中图分类号: TP  242.3;TN  915.04

Design and Implementation of a 3D C-arm Control Service Protocol (RoboLINK) Based on DICOM

  • 摘要: 三维成像技术辅助骨科机器人进行术前规划能够提高手术精确性和高效性,但目前基于三维数据的传统外科导航系统需要预先术前采图,再经过图片导入和人工配准,使得手术步骤愈加繁琐,且患者在采图和手术过程中的位置不同可能导致新的配准误差,导致精确度的降低。鉴于这一需求,本文设计一种基于DICOM协议的3D C-arm控制服务协议(RoboLINK),能将手术机器人和CT连接,可在手术过程中进行CT采图,为当前问题提供新的解决方案。在支持三维C臂与手术机器人进行数据传输的基础上,也可传输运动控制指令,达到设备相互协作的效果。根据以上设计,协议以一影医疗的3D C-arm和模拟手术机器人为实验环境,对协议进行测试。结果表明,RoboLINK协议能够有效完成数据传输和设备控制任务,具有可行性和安全性。

     

  • 图  1  DICOM网络通讯模型[6]

    Figure  1.  DICOM network communication model[6]

    图  2  RoboLINK软硬件结构

    Figure  2.  Software and hardware structure of RoboLINK

    图  3  RoboLINK数据流图

    Figure  3.  The graph of data flow in RoboLINK

    图  4  RoboLINK工作流

    Figure  4.  Work flow of RoboLINK

    图  5  RoboLINK软件架构

    Figure  5.  Software structure of RoboLINK

    图  6  协议测试环境。(a)一影医疗的三维C臂,(b)模拟骨科手术机器人示意图

    Figure  6.  Protocol test environment (a) is a 3D C-arm from First Image, (b) is Simulated orthopedic surgery robot

    图  7  客户端界面

    Figure  7.  Client interface

    图  8  服务端界面

    Figure  8.  The service-side interface

    图  9  交互时延图

    Figure  9.  Interactive delay diagram

    表  1  本文使用的DIMSE服务组

    Table  1.   The DIMSE service group used in this article

    名称功能  组别  
      DIMSE-CC-STORE存储图像
    C-FIND按照属性查找图像
    C-ECHO检验DICOM连接
      DIMSE-NN-EVENT-REPORT报告当前状态
    N-GET获取属性值
    N-SET设置属性值
    N-CREATE创建SOP对象实例
    N-DELETE删除SOP对象实例
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    表  2  RoboLINK Base SOP服务元素

    Table  2.   Service elements of RoboLINK Base SOP

    DIMSE服务元素用法SCU/SCP
    N-CREATEM/M
     注:M: Mandatory。
    下载: 导出CSV

    表  3  RoboLINK Base SOP服务状态

    Table  3.   Service status of RoboLINK Base SOP

    服务状态含义状态码
    Success  SOP创建成功0000
    Failure  已经存在可用的SOP,必须注
      销后才能创建新的SOP
    C616
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    表  4  RoboLINK Attribute Retrieve SOP 服务元素

    Table  4.   Service elements of RoboLINK Attribute Retrieve SOP

    DIMSE服务元素用法SCU/SCP
    N-SETM/M(根据功能选其一)
    N-DELETEM/M
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    表  5  RoboLINK Attribute Retrieve SOP私有属性表

    Table  5.   The private property of RoboLINK Attribute Retrieve SOP

    属性名TagVRVM描述
      SYSTEM_Cmd0x0041,0x0010IS1  系统信息ID编号
      RobLinkServerVer0x0041,0x0011LO1  RoboLink版本
      ackSystemReport_Msg0x0041,0x0032LT1  返回设备功能开启状况
      reqSetMotionValues0x0043,0x0040LO1  设置运动位置信息
      ackCurAllSystemMsg0x0041,0x0020LO1  系统各轴当前状态
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    表  6  RoboLINK Attribute Retrieve SOP状态

    Table  6.   The status of RoboLINK Attribute Retrieve SOP

    服务状态含义状态码
    SuccessSOP创建成功                 0000
    Warning请求功能超出SOP的操作范围          B605
    Failure已经存在可用的SOP,必须注销后才能创建新的SOP C616
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    表  7  RoboLink Status Notification SOP服务元素

    Table  7.   Service elements of RoboLINK Status Notification SOP

    DIMSE服务元素 用法SCU/SCP
       N-EVENT-REPORTM/M
       N-DELETEM/M
    下载: 导出CSV

    表  8  RoboLink Status Notification SOP私有属性表

    Table  8.   The private attribute of RoboLINK Status Notification SOP

    属性名TagVRVM描述
      RoboLinkFunList0x0041,0x0013LO1  产品支持功能
      PatientRegist/MotionCtrl/CBCTWorkflow
      ackCBCT_Step_Status0x0041,0x0022LO1  CBCT步骤状态
      ackFindAllSystemMsg0x0041,0x0031LO1  系统各轴运动状态
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    表  9  软件功能测试

    Table  9.   Test of software function

    测试项测试方法测试结果
    基本功能测试参数设置   验证两端设置是否一致          一致
    设备状态反馈 检查日志与实际情况的同步程度(时延误差)同步,时延误差在
    可接受范围内  
    异常情况处理客户端突然断开服务端是否立即断开           
    服务器突然断开客户端是否立即断开,并且停止一切当前活动
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    表  10  设备响应状况

    Table  10.   Device response

    测试项测试方法测试结果
     设备控制功能测试   CBCT    是否按预期进行
       透视    是否按预期进行
       传输图像数据    是否按预期进行
       设备状态反馈    检查日志与从设备的同步程度
        (时延误差)
     同步,时延误差
     在可接受范围内
     异常情况处理   网线突然断开    两端是否立即断开,并且从设备进入
        安全状态(停止一切运动)
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-01-24
  • 修回日期:  2022-04-01
  • 录用日期:  2022-04-02
  • 网络出版日期:  2022-04-24
  • 刊出日期:  2023-01-31

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