DICOM 은 의료 영상?

의료 영상 및 의료 IT에 대한 이야기를 하다 보면 빠지지 않고 등장하는 것이 DICOM이라는 용어입니다.

이 글을 쓰는 목적은 DICOM표준에 대한 상세한 설명이 아니라 의료 영상에 대한 지식이 없는 일반 독자가 DICOM이 무엇인지에 대한 대략적인 이해를 할 수 있도록 도움을 주는 데에 있습니다.

 

DICOM 표준은 놀라 자빠질 만큼 매우 방대합니다.

https://www.dicomstandard.org/current 

Current Edition

DICOM은 “Digital Imaging and Communications in Medicine”의 약자입니다.

그런데 DICOM의 의미에 Imaging 과 Communication이라는 단어들이 사용된 이유는 무엇일까요?

바로 이 단어들이 DICOM을 정의하는 핵심 이기 때문입니다.

 

이 핵심적인 단어들을 이해하기 위하여 우선 DICOM 표준을 관리하는 Dicomstandard.org에서 기술한 DICOM의 정의를 한 번 볼까요?

DICOM is the international standard for medical images and related information. It defines the formats for medical images that can be exchanged with the data and quality necessary for clinical use.

 

여기서 강조한 부분을 보면 첫 번째로 “의료 영상과 연관된 정보”를 언급하고 있고 두 번째로는 "데이터의 교환"에 대하여 언급하고 있습니다.

특히 “연관된 정보”의 의미는 많은 것을 내포하고 있습니다.

의료 영상과 연관된 정보

대부분의 사람들은 DICOM이 의료 영상에 대한 표준 specification 이라고 알고 있지만 “연관된 정보”의 의미에 대해서는 쉽게 지나치는 경우가 많습니다. 그러면 “연관된 정보”는 어떤 정보를 의미하는 것일까요?

 

우리가 일반적으로 큰 대학 병원을 방문하는 경우에 겪게 되는 진단 검사의 과정을 되짚어 보고 그 과정에 사용되는 정보에 대해 생각해 봅시다.

 

우선 환자가 특정 병원에 처음 방문을 하게 되면 병원은 여러가지 목적을 위해 환자의 정보를 필요로 하게 되므로 환자들은 접수처에서 개인 정보를 등록하게 됩니다. 이 때에 병원은 수많은 환자들을 구분하기 위하여 병원이 정한 기준에 의해 ID를 발급하고 이것을 환자에게 부여합니다. 이 ID는 바코드나 Card의 형태로 환자에게 제공됩니다.

 

예를 들어 환자가 감기가 의심되어 내과로 방문하게 되면 담당의는 초진을 하고 여러가지 진단 검사를 요청할 수 있습니다. 의사가 초음파와 X-Ray 검사를 요청했다고 가정해 봅시다.

환자는 방사선과를 방문하여 초음파와 X-Ray 검사를 한 후 다시 내과로 돌아와서 담당의로부터 진단 결과를 듣게 될 것입니다.

 

위의 과정에는 어떠한 정보들이 생성 및 사용되고 있을까요?

“환자 정보”, “ID”, “병원 명”, “의사의 검사 요청”, “검사 요청에 대한 초음파 및 X-ray 검사의 스케쥴”, “초음파, X-ray 장비에서 획득한 영상”, “진단 검사를 요청한 의사”, “진단 검사를 수행한 사람”, "진단 장비 정보", “진단 검사 수행 완료 정보”, “진단 검사의 세부 정보”, “획득한 영상의 출처”, “의료 영상에 대한 측정 결과”, “의료 영상을 판독한 사람”, “의료 영상에 추가된 annotation” 등이 생성되며 이 외에도 무수히 많은 데이터가 생성 및 사용됩니다.

 

진단 검사로 획득한 각각의 의료 영상을 DICOM 데이터로 변환할 때에는 앞서 언급한 모든 정보가 영상과 함께 DICOM 데이터에 포함이 되어야 합니다(물론 optional 인 정보도 있습니다).

 

획득한 의료 영상의 종류에 따라 DICOM데이터에 추가 되어야 하는 정보가 무엇인지는 아래 Link를 참조하세요.

https://dicom.innolitics.com/ciods

All CIODs – DICOM Standard Browser

 

요약하면 하나의 DICOM 데이터에는 의료 영상과 더불어 그와 연관된 매우 많은 정보가 함께 포함되며 이렇게 생성된 DICOM 데이터는 해당 의료 영상을 얻기 위해 병원에서 수행한 거의 대부분의 활동 및 그와 관련 정보를 포함하고 있다는 것을 알 수 있습니다.

 

이러한 정보를 획득하고 DICOM 데이터에 입력할 수 있게 하는 부분은 온전히 개발자의 몫이 되며 이로 인해 DICOM software 개발자는 DICOM 표준에 대한 높은 이해와 더불어 이를 구현할 수 있는 능력이 필요하게 됩니다.

 

흔히 잘못 알고 있는 DICOM에 대한 오해 중에 하나는 DICOM 데이터가 항상 의료 영상을 포함하고 있다고 생각하는 것입니다. 영상은 DICOM이 포함할 수 있는 데이터 중에 하나일 뿐이며 영상 자체를 포함하지 않는 DICOM 형식도 있습니다.

예를 들어DICOM SR(Structured Report) 은 특정 영상에 연관된 정보를 포함하고 있으나 영상 자체를 포함하고 있지는 않고 DICOMDIR 역시 마찬가지 입니다.

 

 

데이터의 교환

모든 의료 영상은 DICOM형식의 파일 형태로 저장이 됩니다. 따라서 DICOM 표준은 서로 다른 Application들이 DICOM 데이터를 교환할 수 있는 두 가지 방법을 정의합니다.

Network을 통한 데이터의 교환과 물리적 미디어를 통해 파일을 교환하는 방법이 그것입니다.

 

물리적 미디어를 통한 DICOM file의 교환을 지원하는 방법은 DICOMDIR 을 사용하는 것이며 이 역시 DICOM 형식의 데이터 중 하나입니다.

 

DICOMDIR 파일에는 여러 개의 DICOM 파일들의 경로를 비롯한 주요한 속성들을 기록할 수 있습니다.

예를 들어 여러 DICOM 영상 파일들과 이 파일들에 대한 경로 및 주요 정보를 가지는 하나의 DICOMDIR 파일을 생성하여 CD/DVD에 기록하면, DICOM을 지원하는 Application들은 이 CD/DVD 미디어를 통하여 DICOM 데이터들을 교환할 수 있습니다.

 

DICOM 표준은 또한 DICOM 데이터를 network를 통해 교환할 수 있도록 DICOM network protocol을 정의하고 있습니다. 이것은 서로 다른 Application들이 DICOM 데이터를 교환할 때에 사용되는 표준화된 방법을 정의한 것이며 Application 간의 규칙이므로 TCP/IP의 상위 layer에 정의된 규칙입니다.

 

예를 들어 보겠습니다.

초음파 장비로 환자의 영상을 획득하여 DICOM 데이터를 생성하기 위해서는, 초음파 장비가 환자의 정보, ID, 검사 스케쥴, 검사 요청 정보와 그 밖의 여러 정보를 가지고 있어야 합니다. 그렇다면 이러한 정보는 어떻게 가져오고 어떻게 사용하는 것일까요?

 

1. 의사가 환자에 대한 진단 검사를 요청하게 되면, Radiologist에 의해 환자에 대한 검사 항목이 생성되며 이 항목들이 모여서 검사 목록이 되고 병원의 특정 서버(MWL)에서 관리됩니다.

 

2. 진단 검사를 시작하기 위해서는 환자에게 예약되어 있는 검사 목록을 병원의 서버로부터 수신해야 하는데 DICOM 표준은 이를 위한 다양한 검색 방법을 정의하고 있으며 진단 장비는 이 기능을 제공해야 합니다.

 

3. 검사를 시작하게 되면, 진단 장비는 예약되어 있던 검사가 진행중이라는 정보를 병원의 서버로 전송하게 되며 검사를 완료한 경우도 마찬가지로 완료 정보를 서버로 전송합니다.

 

4. 검사 중에 획득한 영상은 DICOM 데이터로 만들어져 PACS 로 보내지게 되며 그 외에도 필요시 DICOM SR과 같은 데이터가 만들어져 전송됩니다.

 

위와 같은 경우에 생성되는 일련의 데이터들은 HL7과 DICOM이 정의한 규칙을 따르는 Application들에 의해 교환이 가능하게 되며 이러한 규칙은 DICOM 데이터 패킷의 구조, 데이터의 형태 등에 대한 정의를 포함하고 있습니다.

 

DICOM 표준에는 이러한 규칙들에 대한 내용을 기술하고 있으며 아래의 예와 같이 환자의 검사 목록을 얻기 위한 protocol 및 각각의 transaction이 가져야 하는 데이터 구성을 모두 기술하고 있습니다.

 

아래의 예는 예약된 검사 항목을 찾기 위해 두 Application Entity간에 교환하는 데이터와 그 흐름을 정의한 것이며 이것은 단지 방대한 양의 DICOM 표준 specification중 하나일 뿐입니다.

그림 - 1

 

이에 대한 보다 상세한 내용은 아래의 링크를 참조하세요.

https://dicom.nema.org/dicom/2013/output/chtml/part02/sect_C.4.html

 

요약하면 DICOM 영상 데이터 뿐만 아니라 DICOM 데이터를 교환하기 위해 전송되는 메시지 역시도 DICOM 표준에서 정의하는 형식을 따라야 합니다. 즉, DICOM 영상의 저장 방법 및 데이터 교환을 위한 Communication 방법들은 모두 DICOM 표준에 정의되어 있습니다.

 

 

IHE (Integrating the Healthcare Enterprise)

헬스케어 업계에서 HL7, DICOM 못지 않게 중요한 것이 IHE인데 이것은 도대체 왜 이렇게 중요할까요?

 

HL7 과 DICOM 표준을 한 번이라도 살펴본 분이라면 그 표준들이 얼마나 거대한 양의 문서들로 이루어져 있는지 느끼셨을 겁니다.

https://www.dicomstandard.org/current

https://www.dicomstandard.org/supplements

 

그런데 이런 방대한 DICOM 표준은 필요한 모든 데이터와 protocol에 대하여 기술하고 있지만 한 가지 아쉬운 점이 있습니다.

DICOM 표준은 위 그림의 예와 같이 하나의 기능을 위해 Application entity간에 필요한 데이터 교환에 대한 정의는 모두 포함하고 있지만 진단 검사 과정에서 여러 Application entity들이 서로 상호작용 해야 하는 경우에 대한 포괄적인 설명은 충분하지 못합니다.

 

만약 병원에서 운영중인 6개의 Application entity 가 있다고 가정해 봅시다. 아래의 그림은 검사가 진행되는 과정에 entity간 데이터 교환은 아래의 순서에 따라야 한다는 내용입니다.

 

그림 - 2

위 그림의 내용은 DICOM 표준 문서가 아닌 IHE의 Technical framework 문서에 기록되어 있습니다.

즉, DICOM표준은 [그림 - 1]과 같은 특정 기능에 대한 2 ~ 3개 정도의 Application entity간의 데이터 교환에 대한 설명은 충분하나 더 많은 상호 작용이 필요한 [그림 - 2]와 같은 여러 Application entity간의 관계에 대한 설명은 충분하지 않습니다.

 

DICOM 표준이 매우 방대함에도 불구하고 이러한 전체적인 data flow에 대한 설명이 충분하지 않기 때문에 DICOM 기능을 개발하는 다양한 기업들의 입장에서는 자의적인 해석으로 구현할 가능성이 매우 높습니다.

이러한 이유로 다양한 기업들이 공통된 이해를 가지고 병원 network 안에서 상호 작용이 가능하도록 상호 운용성을 개선하기 위하여 탄생한 것이 IHE입니다.

 

IHE는 이러한 상호운용성 개선을 위한 Technical framework를 제공하고 있으며 이 또한 DICOM 못지 않은 매우 방대한 양의 문서들로 이루어져 있습니다.

https://www.ihe.net/resources/technical_frameworks/technical_framework_archives/

Technical Framework Archives - IHE International

 

IHE는 매년 Europe, North-America, Japan 에서 Connectathon 을 개최하여 의료 정보 시스템 공급 업체간의 상호 운용성 Test를 위한 기회를 제공하고 있으며 Test에 대한 결과 report도 제공 됩니다.

 

 

여기까지 이해가 되셨다면 DICOM(“Digital Imaging and Communications in Medicine”)에서 왜  Imaging과 Communication이라는 단어를 사용하는 지를 알게 되었을 것입니다. 즉, DICOM은 의료 영상과 의료 정보 시스템 간의 communication방법 뿐 아니라 의료 영상과 연관된 모든 데이터에 대한 specification을 정의하고 있습니다.