DICOM格式医学图像及其图像信息的显示

收稿日期：2010-03-16 基金项目：江苏省科技厅创新人才项目（BK2005414） 作者简介：高升（1983-），男，江苏盐城人，硕士研究生，主要研究方向 为 DICOM 标准的应用，E-mail：gaosheng832323@126.com。 DICOM格式医学图像及其图像信息的显示 高 升 1， 葛 云 2 (南京大学 电子科学与学院， 江苏 南京 210093) 摘要：目的： DICOM（digital image and communication on medicine）的普及不仅提供了高效率的图像存取和使用服务，也 为医院中包括图像信息在内的综合医学信息管理奠定了基础 。 因此对 DICOM 格式图像显示的研究具有 重要意义。 ： 首先对 DICOM医学图像文件的格式及数据编码规则进行了阐述，然后分四步具体介绍了图像及其信 息的显示。 结果： 基于 Windows平台，成功将 DICOM图像及其信息显示出来。 结论： 实验证明，该方法能够较好 地显示 DICOM医学图像，同时也为后续工作奠定了基础。 关键词： DICOM； 医学图像； 数据编码规则 DOI编码： doi:10.3969/j.issn.1005-202X.2010.03.016 中图分类号: TP317.4 文献标识码: A 文章编号： 1005-202X（2010）03-1885-04 The Display of DICOM Medical Image and Its Information GAO Sheng1, GE Yun2 (School of Electronics Science and Engineering, Nanjing Jiangsu 210093, China) Abstract:Objective： The popularization of DICOM not only offered high efficient service of storing and using image, but also established the foundation for the synthesis medical information management of hospitals including image information. So it is important to study on the display of DICOM medical image. Methods： Firstly this article describes the format and data encoding rules of DICOM medical image, followed by mainly introduces the display flow of image and its information by four steps. Re- sults: It is successfully realized the display of image and its information based on Windows. Conclusion： As the results show, the methods studied in the paper can preferably realize the display of DICOM image and its information, and laying a foundation for the following study. Key words: DICOM; medical image; data coding rules 前 言 DICOM 标准是医学图像存储和传输的标准，为 医学影像设备的生产厂家和用户提供了接口标准和 交互。随着 PACS在医院的广泛应用，对 DICOM 标准的理解变得越来越重要，医师对医学影像的后处 理也提出了越来越多的业务需求， 因此解读 DICOM 医学图像文件以便取出医学图像数据对医学图像处 理显得非常重要。 比如医院的 PACS （picture archiv- ing and communication system，PACS）网络中，所有的 医学影像均以 DICOM 格式存储和传输，对医学图像 的后处理（比如融合、增强、基于图像内容的检索等） 也必须先解读 DICOM医学图像文件[1]。 1 DICOM医学图像文件结构 DICOM 协议允许将数据的传输结果存成 DI- COM 文件的形式， 典型的 DICOM 文件结构如图 1 所示。 图 1 DICOM 文件格式 Fig.1 The format of DICOM file 2010 年 5 月 中国医学物理学杂志 May．,2010 第 27 卷第 3 期 Chinese Journal of Medical Physics Vol．27． No．3 1885- - DICOM文件由以下部分组成： （1）导言（Preamble）.共 128 个字节，可将文件的 有关说明放在导言中。 （2）前缀（Prefix）.4个字节，规定为“D”、“I”、“C”、 “M”共 4个字符。 （3）数据元素（Data Element）.一般会有多组数据 元素，每个数据元素对应一个 IOD的属性。 每个数据 元素有 4 个域，分别是标签（Tag）、值表示 VR（Value Representation）、值长度（Value Length）和值域（Value Field），其中值表示是可选的。 2 DICOM数据编码规则 2.1 数据元素的结构 信息对象 IOD 是 DICOM 对信息组织的逻辑模 型，而在实际数据存储和传输时，DICOM通过将 IOD 的每个属性编码为一个固定格式的数据元素（Data Element），以达到交换 DICOM信息的目的。每个数据 元素具有以下的统一格式和内容： （1）标识符（Tag）.它是占 4 个字节的无符号整 数。前两个字节是组号，后两个字节是元素号，十六进 制下格式是（gggg，eeee）。 其中组号表明这个数据元 素属于哪个数据组， 如 DICOM命令的组号是 0000； 而元素号用于区分同一组中的不同数据元素；组号和 元素号组成的标识符唯一表示一个特定的数据元素， 数据字典就是依据标识符来检索不同数据的。每个组 的第一个数据元素可选择使用（gggg，0000）来计算本 组的总长度，从而在数据编码和过程中可以确定 整个组的位置，提高解析效率。 （2）数据类型 VR（Value Representation）。 它占用 2个字节，规定了数据元素的数据类型和格式。 VR根 据不同的传输语法（Transfer Syntax）可以省略，即如 果传输过程中使用了隐式（Implicit）的传输语法，VR 将被省略；而对于显式（Explicit）传输语法则数据元素 中必须有 VR，用以显式说明数据的类型。本文所介绍 的显示方法即采用了隐式的传输语法， 如表 1 所示。 DICOM标准共定义了 26 中内部数据类型，它们各自 在数据库中所对应的存储数据类型各不相同。 （3）数据长度（Value Length）。 占 2个字节或 4个 字节（根据 VR 的种类，以及 VR 是显示还是隐式）， 是无符号整数， 它指定 Value Field 的长度。 DICOM 规定数据长度必须是偶数，不足时要用“补丁字符”补 齐 。 当值长度为 0xFFFFFFFF 是表示未确定长度 （Undefined Length）， 这可适应于某些特殊的数据元 素，如 VR为序列类型的 SQ的情形。 （4）数据域（Value Field）。该数据元素所代表的信 息对象属性的实际值。 必须包含偶数个字节，存放真 正的数据。数据可以有多个值，但总长度必须是偶数， 否则要补齐。在数据字典中对每个标签所代表的属性 都有一个 VM（ValueMultiplicity），该 VM表示应该由 多少个 VR 所表示的数据类型的值来表示该标签代 表的属性。DICOM通信过程中，传输语法决定不同的 数据形式，而传输语法由双方在通信协商阶段确定。 （5）网络字节顺序（高价先存与低价先存）。 不同 的计算机存放多字节值的顺序不同，有些情况下在起 始地址存放低位字节，另外一些情况下则存放高位字 节，分别称为低价先存（Little Endian）与高价先存（Big Endian）。 即小端和大端，这是不同的处理器所采用的 不同字节顺序。 本文的开发是基于 Intel处理器，使用 的是小端，表示存储时，意义最高的数据在后，意义最 低的数据在前。 为保证数据的正确性，在网络协议中 要指定网络字节顺序， 如 TCP/IP 协议使用 16 位和 32位整数的高价先存格式。 特别地，所有命令集数据 元素 （组号位 0000H） 必须使用低价先存和隐式 VR 的格式进行存储。 2.2 像素数据的编码[2] 像素数据往往是 DICOM 通讯中数据量最大，同 时也是最为重要的数据。它用描述每个像素值的方式 完成对整幅图像的传递。 像素数据元素被指定为 （7EF0，0010）。 像素数据可以按压缩方式或非压缩方 式传递， 这取决于通信协商阶段所确定的传输语法。 本文的显示方法支持单帧图像的传输，采用的是非压 缩方式。像素数据的 VR类型可为 OW或 OB。像素数 据由大量的“像素单元”组成，每个像素单元包含一个 单一像素值。 DICOM定义了一些相关数据元素来规 定这些像素单元的结构。 通常， 使用 “分配比特” （0028，0100）、“存储比特”（0028，0101）和“高位比特” （0028，0102）来描述一个像素单元。 在这里要注意的是，像素数据元素里的图像数据 一般都是 16 位或者 12 位的, 需要通过调整窗宽、窗 位将原始数据转换成 8位灰度数据。所谓的窗宽是指 图像数据显示的范围,窗位是指图像数据显示的中心 值。 可以根据以下方程进行窗宽窗位调整： y（x）= 0， c-w/2>x 255， c+w/2