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DICOM医学图像与BMP格式的转换研究

2011-11-30 4页 pdf 274KB 131阅读

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DICOM医学图像与BMP格式的转换研究 实践与经验 现代计算机 2010.08 DICOM医学图像与 BMP格式的转换研究 孙亦博 , 朱玲利 (洛阳师范学院信息技术学院, 洛阳 471022) 关键词: DICOM; BMP; 格式转换; 医学图像 收稿日期:2010-07-06 修稿日期:2010-08-05 作者简介:孙亦博(1981-),女,河南洛阳人,助教,硕士,研究方向为数字图像处理 DICOM 是医学影像存储和传输的通用国际标准,但是大多数图像处理软件都不支持 DI- COM 图像文件格式, 使得对 DICOM 医学图像的研究和处理变得...
DICOM医学图像与BMP格式的转换研究
实践与经验 现代计算机 2010.08 DICOM医学图像与 BMP格式的转换研究 孙亦博 , 朱玲利 (洛阳师范学院信息技术学院, 洛阳 471022) 关键词: DICOM; BMP; 格式转换; 医学图像 收稿日期:2010-07-06 修稿日期:2010-08-05 作者简介:孙亦博(1981-),女,河南洛阳人,助教,硕士,研究方向为数字图像处理 DICOM 是医学影像存储和传输的通用国际标准,但是大多数图像处理软件都不支持 DI- COM 图像文件格式, 使得对 DICOM 医学图像的研究和处理变得困难。 对 DICOM 和 Windows 默认的 BMP 文件的格式进行分析, 实现 DICOM 格式的图像向 BMP 格式图像 的转换,使 DICOM 格式的图像在计算机上得到较好的显示。 摘 要: 0 引 言 DICOM(Digital Imaging Communication in Medici- ne)是美国放射学会(ACR)和美国电器制造商协会(NE- MA) 组织制定的用于医学图像存储与通信的国际标 准,它的应用促进了不同厂家、不同医疗设备产生的医 学影像之间的互相传输和通信。 现代医疗仪器最终产 生的医学图像的格式都符合 DICOM 标准,使得不同厂 商生产的设备所形成的图像的统一存档与通信成为可 能。 但是,由于符合 DICOM 标准的设备所呈现的文件 格式是来自影像科室的影像设备和扫描设备的医学图 像,如果我们要将其应用于科研和教学,要对 DICOM 格式的图像进行处理, 由于大多数图像处理软件都不 支持 DICOM 图像文件格式,因此就要将其转换为计算 机可以处理的通用图像的格式。 BMP 格式图像是应用 最广泛的一种图像文件格式,因此,本文将 DICOM 图 像转换成 BMP图像。 1 DICOM图像格式介绍 DICOM文件一般由 DICOM文件头(Header)和 DI- COM数据集合(Data Set)组成。 DICOM 文件头包含了标识数据集合的相关信息, 每个 DICOM文件都必须包括文件头。文件头由 128个 预定义引导字节和 4 字节 DICOM 前缀(“DICM”,用来 判断文件是否为 DICOM文件)构成。 DICOM 数据集合是由 DICOM 数据元素按照一定 的顺序排列组成的。 DICOM 数据元素由 4 部分组成: 标签(Tag)、数据类型 (VR,Value Representation)、数据 长度 (VL,Value Length)以及数据域(Value)组成,如图 1所示。 图 1 DICOM 文件的组成 (1)标签(Tag) 标签是一个 4字节无符号整数。 DICOM文件的标 签格式为(组号,元素号),其中组号及元素号各占两个 字节。 数据元素是通过数据标签唯一标识的。 (2)数据描述(VR) VR 指明了数据元素中数据的类型 , 分为显式 (Explicit VR)和隐式(Implicit VR)两种。 VR 为显示时 必须存在,为隐式时省略。 VR 一般为两个字节,例如, 一个数据元素的 VR 是“DA”,示该数据元素中存储 的是日期型数据。 (3)数据长度(VL) 数据长度指的是数据元素的数据域中数据的长度 ��� ���� �� ���� �� �� ���� ���� ���� ���� ��� �� ���� 貋貙貢 实践与经验 现代计算机 2010.08 (字节数)。 VL一般为两个字节,但当 VR为隐式和 VR 为 OB、OW、SQ时,VL用 4 个字节表示,其中“OB”表示 像素数据不压缩,“OW”表示像素数据压缩,“SQ”表示 数据元素中存在嵌套,常用于多帧图像。这个长度只是 值的长度,不包括数据元素标签、数据类型 VR、数据长 度 VL字段。 (4)数据域(Value) 存放了该数据元素的数值, 该字段的数据类型由 数据元素的 VR 所确定。 2 BMP图像格式介绍 BMP 图像文件格式是 Windows 默认的图像文件 格式, 几乎所有的 Windows 应用软件都支持这种图像 文件格式。BMP图像文件结构可以分成文件头、位图信 息头、颜色信息和图像数据四个部分。 (1)BMP文件头 BMP 文件头是文件开头的 14 个字节,其数据结构 含有 BMP 文件的类型、文件大小和位图起始位置等信 息。 其结构定义为: Typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { WORD bfTYPE; //位图文件的类型 , 其值固定为 0x4d42,即“BM” DWORD bfSize; //位图文件大小,以字节为单位 WORD Reserved1; //位图文件保留字,必须为 0 WORD Reserved2; //位图文件保留字,必须为 0 DWORD bfOffBits; //位图数据起始位置, 相对位图文 件头的偏移量,以字节为单位 }BITMAPFILEHEADER; (2)位图信息头 位图信息头是文件头之后的 40个字节,用于说明 位图的尺寸等信息。 Typedef struct tagBITMAPINFOHEADER { DWORD biSize; //BMP 图像信息大小(40 或 12),以字 节为单位 LONG biWidth; //BMP 位图宽度,以像素为单位 LONG biHeight; //BMP 位图高度,以像素为单位 WORD biPlanes; //目标设备的级别( 色彩平面数),固 定为 1 WORD biBitCount ;//每个像素所需要的位数,1(双色),4 (16 色),8(256 色),//24(真彩色)之一 DWORD biCompression; //位图压缩类型,0 ( 不压缩),1 (BI_RLE8 压缩类型),2(BI_RLE4 压缩类型)之一 DWORD biSizeImage; //BMP 位图大小,以字节为单位 LONG biXPelsPerMeter; //设备水平分辨率(每米像素数) LONG biYPelPerMeter; //设备垂直分辨率(每米像素数) DWORD biClrUsed; //实际使用色彩数目,若为 0,则由 位数定 DWORD biClrImportant; //图像中重要的色彩数目 ,为 0,表示调色板内所有的颜色//都是重要的 }BITMAPINFOHEADER; (3)颜色表 颜色表紧接在位图信息之后, 用于说明位图的颜 色,它有若干个表项,每个表项是个结构体,确定了一 种颜色,每个结构体是由 4 个域组成: Typedef struct tagRGBQUAD { BYTE rgbBlue; //蓝色的亮度值,此值 0~255 BYTE rgbGreen; //绿色的亮度值,此值 0~255 BYTE rgbRed; //红色的亮度值,此值 0~255 BYTE rgbReserved; //保留,此值必须 0 }RGBQUAD; 颜色表中RGBQUAD 结构数据的个数由图像所使 用的颜色数 biBitCount 决定: 若图像为 24 位真彩色, 每个像素所占的位数 BitsPerPixel=24,则图像数据的每 3 个字节代表一个像素, 这 3 个字节分别定义了像素 颜色中蓝、绿、红的亮度,因而就省去了调色板。 若不是 真彩色图像,表项的个数与图像使用的颜色数相同,每 个表项对应了一种颜色(例如 00,FF,00,00 表示纯绿 色) 。 (4)位图数据 位图数据也叫位图阵列, 它记录了图像的每一个 像素值,在生成图像文件时,Windows 从图像的左下角 开始(从左到右,从下到上) 逐行扫描图像,将图像的 像素值一一记录下来, 这些记录像素的字节组成了位 图数据(位图阵列)。 位图的一个像素所占的字节数: 当 biBitCount=1时,8个像素占 1个字节; 当 biBitCount=4时,2个像素占 1个字节; 当 biBitCount=8时,1个像素占 1个字节; 貋貙貣 实践与经验 现代计算机 2010.08 当 biBitCount=24时,1个像素占 3个字节; 图像的宽度(以字节为单位)必须是 4 的倍数,倘 若不到 4 的倍数则必须要用 0 补足。 3 DICOM图像与 BMP图像两种文件格式 的不同 DICOM 图像与 BMP 图像的文件头和数据结构都 存在着较大的差别,DICOM 图像除了有图像大小、高 度、宽度、每像素字节数等普通图像的必备信息外,还 在数据集合的数据元素中存储了大量医疗信息例如病 人姓名、年龄、医院名称、成像时间、检查部位等。 两种图像的数据阵列也有很大差异,DICOM 图像 是按顺序存储的, 阵列中的第一个字节表示图像左上 角的像素,最后一个字节表示图像右下角的像素。 BMP 图像是由底向上存储的,也就是说,阵列中的第一个字 节表示图像左下角的像素, 而最后一个字节表示图像 右上角的像素,这就需要进行图像转换。 4 DICOM文件的读取及显示 4.1 DICOM数据的读取 首先打开文件,读取 DICOM 文件头,跳过 128 字 节的预定义引导字,读取 4 字节的 DICOM 前缀,检查 这 4 字节的数据是否为“DICM”来判断该文件是否为 DICOM文件。 接下来读取 DICOM 数据集合,按顺序读取数据集 中的每个数据元素。 读取数据元素时,先读取标签,按 照标签在数据字典中查找到该数据元素所代表的 VR 和 VM,根据 VR 确定值的数据类型,根据 VM 确定值 是否有多值性;接着读取元素的数据长度 VL;最后根 据数据长度的值读取数据域,并写入接口文件中。 4.2 DICOM数据的显示 (1)镜像变换 DICOM 数据要转换为 BMP 数据显示在计算机 上,首先要进行图像的转换,根据两种图像数据阵列的 差异,要使用镜像变换。镜像变换是医学图像处理的一 种手段,分为水平镜像变换、垂直镜像变换、对角镜像 变换等。 水平镜像变换图像以图像铅直中轴线为对称 轴进行列像素对调; 垂直镜像变换以图像水平中轴线 为对称轴进行像素对调; 对角镜像变换以图像对角线 为对称轴进行像素对调。 根据 DICOM 图像与 BMP 图 像数据存储阵列的不同,采用垂直镜像变换。 (2)加窗显示 由于 DICOM 图像灰阶通常在 2 的 12 次方以上, 最大可以达到 2 的 16 次方,而系统调色板只能显示 2 的 8 次方种颜色,也就是 256 灰度等级,而且由于人眼 的分辨率有限,256个灰度级已完全能满足人眼的辨别 极限了。 为了更好地显示医学图像信息, 需要将 DI- COM 图像映射到 0~255 之间。 该变换需要利用加窗显 示技术, 加窗显示是先读取 DICOM 图像的显示窗宽、 窗位值(在 DICOM 设备或软件中,将窗宽、窗位调节到 最佳), 窗口的窗宽是指需显示的图像数据的范围,窗 位指需显示的图像数据的中心值。 根据窗位确定中间 值,低于窗宽的显示为最暗,高于窗宽的显示为最亮, 窗宽范围内的值通过线性或非线性变换转换为小于 256 的值,在设计过程中采用了线性加窗处理,使用公 式(1): G(V)=((V-(C-0.5))/(W-1)+0.5)×255.0 (1) 其中 V 为原始图像数据,W 为窗宽,C 为窗位,G (V)为转换后的像素值。 加窗处理中,窗宽主要影响对 比度,窗宽越大,图像灰度层次越多,阻值对比度减少, 细节显示差;窗位影响灰度级的中心值。 有些情况下,DICOM 文件中未标识窗宽及窗位, 此时需找到图像数据中的最大值 Max 及最小值 Min。 则 W=Max-Min,C=(Max+Min)/2 然后再进行调整。 图 像显示时,需要多次进行手动调窗处理,以获得兴趣区 的图像。 手动调整需要将窗宽和窗位设定为兴趣区生 理结构的对应值,即可获得其图像。 我们把从 CT机上获取的符合 DICOM 标准的一病 人头部切片中的几张利用上面的方法转换为 BMP 图 像进行显示,效果如图 2所示。 5 结 语 DICOM 格式的图像文件是医学图像文件存储与 通信的国际标准, 用计算机读取及显示这类文件对医 学图像的科研及教学都具有重要的意义。 本文实现了 DICOM 医学图像文件的读取及显示, 显示效果良好, 它不仅方便了 DICOM 图像研究,也为医学图像的三维 重建、图像存档与通信系统(PACS,Picture Achieving and Communication System)的开发奠定了基础。 貋貙貤 实践与经验 现代计算机 2010.08 Data Compression of Hand-Written Input LI Xiao-kun (School of Mechanical & Electrical Engineering, Shandong University at Weihai, Weihai 264209) Keywords: Hand-Written Input; Curve Fitting; Data Compression Uses curve fitting method compress handwritten data to achieve compression purposes. The steps are: combines the coordinate, pressure and other handwritten input data with time to form two- dimensional array, makes curve fitting of the array data to achieve compression results. Com- pares to the handwritten input into the image compression method, this method effectively com- press the handwriting action, it can restore the hand trajectory, velocity and other information, and maintains a high compression ratio. Abstract: 图 2 完整头部样本的部分 CT 切片的显示效果 参考文献 [1]刘琳琳,李珍 . VB 实现 DICOM 到 BMP 的转换 . 中国医疗 器械信息[J],2009,15(2) [2]梁云等 . DICOM 医学图像数据转换算法研究 . 图形图像 [J],2008.3 [3]王立功,刘伟强,于甬华,王广志. DICOM 医学图像文件格 式解析与应用研究 [J].计算机工程与应用 ,2006,29:210~ 212 [4]赖瑞增等. DICOM 医学序列图像数据读取及回放 . 现代电 子技术[J],2007.5 [5]胡建,朱俊,宁交贤等 . 高效完善 DICOM 图像显示软件的 研究. 四川大学学报(自然科学版)[J],2006,43(2):361 Research on Conversion in Transforming DICOM to BMP Format SUN Yi-bo , ZHU Ling-li (Institute of Information Technology, Luoyang Normal University, Luoyang 471022) Keywords: DICOM; BMP; Format Transforming; Medical Image DICOM is all-purpose international standard of the memory of medical image and transmission, but great majority image processing software can't support DICOM file format, this made it diffi- cult to study and process the DICOM medical image. Analyzes the format of DICOM and BMP which is Windows default format, and realizes the transforming of DICOM to BMP format, so as the DICOM image can be displayed well on computer. Abstract: � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! (上接第 87 页) 貋貙貥
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