DICOM格式數(shù)據(jù)的自編程序顯示和處理實(shí)驗(yàn)

張日欣2023年2月1日生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心HTTP：//05生物醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)DICOM格式數(shù)據(jù)的自編程序顯示和處理V2015版一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私釪ICOM標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容研究DICOM圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)自編程序讀取數(shù)據(jù)與顯示圖像二、實(shí)驗(yàn)軟件Matlab6.5版本及以上UltraEdit文本/十六進(jìn)制編輯器VC++2006及以上VB6.0及以上Delphi7.0及以上二、實(shí)驗(yàn)原理

DICOM：全稱是DigitalImagingCommunicationsinMedical該標(biāo)準(zhǔn)包括數(shù)字醫(yī)學(xué)成像和通訊兩個(gè)方面。由美國放射學(xué)院（ACR），美國國家電子制造協(xié)會(huì)（NEMA）共同制定。DICOM3.0的組成DICOM3.0標(biāo)準(zhǔn)隨著技術(shù)的發(fā)展，不斷地進(jìn)行更新，目前由18部分組成：第一部分：引言與概述。簡要介紹了DICOM的概念及其組成。第二部分：兼容性。定義了要求制造商精確地描述其產(chǎn)品的DICOM兼容性，即構(gòu)造一個(gè)該產(chǎn)品的DICOM兼容性聲明，它包括選擇什么樣的信息對象、服務(wù)類、數(shù)據(jù)編碼方法等，每一個(gè)用戶都可以從制造商處得到這樣一份聲明。第三部分：信息對象的定義：定義了兩類信息對象類：普通性、復(fù)合型。第四部分：服務(wù)類規(guī)范。說明了許多服務(wù)類，服務(wù)類詳細(xì)論述了作用與信息對象上的命令及其產(chǎn)生的結(jié)果。第五部分：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及編碼。描述了怎樣對信息對象類和服務(wù)類進(jìn)行構(gòu)造和編碼。第六部分：數(shù)據(jù)字典。描述了所有信息對象是由數(shù)據(jù)元素組成的，數(shù)據(jù)元素的屬性及涵義。第七部分：消息交換。定義了進(jìn)行消息交換通訊的醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用實(shí)體所用到的服務(wù)和協(xié)議。第八部分：消息交換的網(wǎng)絡(luò)通訊支持。說明了在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的通訊服務(wù)和支持DICOM應(yīng)用進(jìn)行消息交換的必要的上層協(xié)議。第九部分：消息交換的點(diǎn)對點(diǎn)通訊支持。說明了與ACR-NEMA2.0兼容的點(diǎn)對點(diǎn)通訊的服務(wù)和協(xié)議。第十部分：用于介質(zhì)交換的介質(zhì)存儲(chǔ)和文件格式。該部分說明了在可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)上醫(yī)學(xué)圖像信息存儲(chǔ)的通用模型。提供了在各種物理存儲(chǔ)介質(zhì)上交換不同類型的醫(yī)學(xué)圖像的框架，支持封裝任何信息對象定義的文件格式。第十一部分：介質(zhì)存儲(chǔ)應(yīng)用框架。用于醫(yī)學(xué)圖像及相關(guān)設(shè)備信息交換的兼容性聲明。給出了心血管造影、超聲、CT、核磁共振等圖像的應(yīng)用說明和CD-R格式文件交換的說明。第十二部分：用于介質(zhì)交換的物理介質(zhì)和介質(zhì)格式。提供了在醫(yī)學(xué)環(huán)境中數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間信息交換的功能。這種交換功能將增強(qiáng)診斷圖像和其它潛在的臨床應(yīng)用。這部分說明了在描述介質(zhì)存儲(chǔ)模型之間關(guān)系的結(jié)構(gòu)以及特定的物理介質(zhì)特性及其相應(yīng)的介質(zhì)格式。具體說明了各種規(guī)格的磁光盤，PC機(jī)上使用的文件系統(tǒng)和1.44M軟盤，以及CD-R可刻寫光盤。第十三部分：點(diǎn)對點(diǎn)通信支持的打印管理。定義了在打印用戶和打印提供方之間點(diǎn)對點(diǎn)連接時(shí)，支持DICOM打印管理應(yīng)用實(shí)體通信的必要的服務(wù)和協(xié)議。點(diǎn)對點(diǎn)通信框架提供了與第8部分相同的上層服務(wù)，因此打印管理應(yīng)用實(shí)體能夠應(yīng)用在點(diǎn)對點(diǎn)連接和網(wǎng)絡(luò)連接。點(diǎn)對點(diǎn)打印管理通信也使用了低層的協(xié)議，與已有的并行圖像通道和串行控制通道硬件硬拷貝通信相兼容。第十四部分：說明了灰度圖像的標(biāo)準(zhǔn)顯示功能。這部分僅提供了用于測量特定顯示系統(tǒng)顯示特性的方法。這些方法可用于改變顯示系統(tǒng)以與標(biāo)準(zhǔn)的灰度顯示功能相匹配或用于測量顯示系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)灰度顯示功能的兼容程度。第十五部分：安全措施第十六部分內(nèi)容映射資源(contentmappingresource)定義了標(biāo)準(zhǔn)使用的模板和上下文組。第十七部分說明信息第十八部分由WEB接入DICOM持久對象DICOM3標(biāo)準(zhǔn)下載這幾部分文檔是既相關(guān)又相互獨(dú)立的。其中規(guī)定了Patient、Study、Series、Image四個(gè)層次的醫(yī)學(xué)圖像信息結(jié)構(gòu)，以及由它們組成的信息對象（InformationObject）；采用服務(wù)類客戶/服務(wù)類提供者（ServiceClassUser/ServiceClassProvider）概念組成的服務(wù)－對象對（Service－ObjectPair）；支持點(diǎn)對點(diǎn)（PPP）和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用Matlab打開DICOM圖像文件、觀察數(shù)據(jù)元素變量中的信息；采用UltraEdit編輯器觀察DICOM圖像文件結(jié)構(gòu)；分析DICOM圖像文件結(jié)構(gòu)，分解出DICOM各數(shù)據(jù)元素；采用VC++、VB或Delphi等開發(fā)工具之一編寫程序：讀取DICOM文件；分析關(guān)鍵數(shù)據(jù)元素；顯示圖像。四、實(shí)驗(yàn)步驟采用Matlab讀取DICOM圖像文件：

I=dicomread(‘a(chǎn)nkle.dcm');<CR>%讀取圖像讀取和顯示DICOM圖像數(shù)據(jù)元素： metadata=dicominfo(‘a(chǎn)nkle.dcm');<CR> %存儲(chǔ)信息 metadata<CR> %顯示圖像元素信息請找出DICOM圖像中的一下元素的值：Rows：_______、 Columns：_______、BitsDepth：________、 PixDataGroupLength：_______。WindowCenter：

、WindowWidth：

。顯示DICOM圖像： imagesc(I);<CR> %顯示圖像采用UltraEdit編輯器觀察DICOM圖像文件結(jié)構(gòu),打開ankle.dcm文件；分析DICOM圖像文件結(jié)構(gòu)，分解出DICOM各數(shù)據(jù)元素：DICOM文件是按照DICOM標(biāo)準(zhǔn)而存儲(chǔ)的醫(yī)學(xué)圖像文件，組成如左圖所示。圖中的SOP指服務(wù)－對象對（Service-ObjectPair）。一般由一個(gè)DICOM文件頭和一個(gè)DICOM數(shù)據(jù)集合組成。DICOM數(shù)據(jù)集合是按照DICOM標(biāo)準(zhǔn)的PS3.5部分來編碼組成的。DICOM文件組成規(guī)則1、DICOM文件頭(DICOMFileMetaInformation)組成：(1)包含了標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)集合的相關(guān)信息。DICOM文件都包括該文件頭，最開始是文件前言，由128個(gè)00H字節(jié)組成，接下來是DICOM前綴，為4字節(jié)的字符串“DICM”。(2)除了128字節(jié)的文件前言和4字節(jié)的DICM前綴外，其它文件頭元素都采用明文編碼，各個(gè)數(shù)據(jù)元素排列的順序按照標(biāo)簽數(shù)值LittleEndian編碼（小寫低字節(jié)序：低位字節(jié)排放在內(nèi)存的低地址端，高位字節(jié)排放在內(nèi)存的高地址端）。(3)每個(gè)文件頭元素的長度必須為偶數(shù)，否則補(bǔ)充一個(gè)字節(jié)。(4)所有(0002，****)類的標(biāo)簽都為DICOM所保留。為了兼容后續(xù)版本，應(yīng)忽略文件中有目前尚未規(guī)定的(0002，****)類標(biāo)簽。2、數(shù)據(jù)集合

DICOM文件主要組成部分就是數(shù)據(jù)集合。包括醫(yī)學(xué)圖像，還有很多相關(guān)的信息：病人姓名、圖像大小等。

DICOM數(shù)據(jù)集合是由DICOM數(shù)據(jù)元素按照指定的順序依次排列組成的。DICOM文件一般采用明文傳輸，數(shù)據(jù)元素按標(biāo)簽從小到大順序排列，一個(gè)數(shù)據(jù)元素在數(shù)據(jù)集內(nèi)至多只能出現(xiàn)一次。DICOM圖像文件結(jié)構(gòu)：128字節(jié)‘DICM’4字節(jié)數(shù)據(jù)元素

DICOM文件中最基本的單元是數(shù)據(jù)元素(DataElement)。DICOM數(shù)據(jù)集合就是由DICOM數(shù)據(jù)元素按照一定的順序排列組成的。由四個(gè)部分組成:⑴標(biāo)簽、⑵數(shù)據(jù)描述(VR，ValueRepresentation)、⑶數(shù)據(jù)長度、⑷數(shù)據(jù)域。(1)標(biāo)簽是一個(gè)4字節(jié)的無符號(hào)整數(shù)，DICOM所有的數(shù)據(jù)元素都可以用標(biāo)簽來唯一表示。方式為：(組號(hào)，元素號(hào))，其中組號(hào)為高位2字節(jié)，元素號(hào)為低位2字節(jié)。

組號(hào)為偶數(shù)的是標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)元素，組號(hào)為奇數(shù)的為私有數(shù)據(jù)元素。例如:有標(biāo)簽(0008，0020)，可以在DICOM字典中查出其代表研究日期。(2)VR具體描述了屬性值如何進(jìn)行編碼，指明了該數(shù)據(jù)元素中的數(shù)據(jù)的類型。在DICOM文件中，它是一個(gè)長度為2的字符串，例如，如果一個(gè)數(shù)據(jù)元素的VR為“DA”，則表示該數(shù)據(jù)元素中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為日期型數(shù)據(jù)，如果一個(gè)數(shù)據(jù)元素的VR為“FL”則表示該數(shù)據(jù)元素中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)為浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)元素中，VR是可選的，它取決于協(xié)商的傳輸數(shù)據(jù)格式。DICOM中規(guī)定了顯式(ExplicitVR)和隱式(InexplicitVR)兩種傳輸格式：顯式傳輸時(shí)，VR必須存在，用兩個(gè)字符明確表示值的表示方法，如AE表示應(yīng)用實(shí)體，AS表示年齡字符串，DT是日期和時(shí)間，F(xiàn)D表示雙精度浮點(diǎn)數(shù)等。隱式通過標(biāo)記查出DICOM對這個(gè)屬性表示方法的規(guī)定，從而解釋屬性值的內(nèi)容，隱式傳輸時(shí)，VR必須省略。(3)數(shù)據(jù)長度指明該數(shù)據(jù)元素的數(shù)據(jù)域中數(shù)據(jù)的長度(字節(jié)數(shù))。(4)數(shù)據(jù)域中包含了該數(shù)據(jù)元素的數(shù)值。

DICOM中所有的數(shù)據(jù)都是以數(shù)據(jù)元素的形式出現(xiàn)的(除文件頭中128字節(jié)的文件前言)。顯式傳輸顯式傳輸隱式傳輸*無VR項(xiàng)Tag標(biāo)簽查閱DICOM3標(biāo)準(zhǔn)第六部分?jǐn)?shù)據(jù)字典編程讀取DICOM圖像文件數(shù)據(jù)元素信息：采用VC++、VB、DelphiPascal開發(fā)平臺(tái)編程讀DICOM圖像文件數(shù)據(jù)元素，在memo控件中顯示：Rows(0x0028,0010)：value_______、

Columns(0x0028,0011)：value_______、BitsAllocated(0x0028,0100)：value________、

PixDataGroupLength(0x7FE0,0010)：Length_______、WindowWidth(0x0028,1051)：value

、(窗寬)WindowCenter(0x0028,1050)：Value

。(窗位)采用VC++、VB、或DelphiPascal開發(fā)平臺(tái)編程讀DICOM圖像文件ankle.dcm，顯示圖像：采用VC++、VB、或DelphiPascal開發(fā)平臺(tái)編程讀其他DICOM圖像文件（MR或Brain目錄中的文件），并顯示圖像。1.窗寬是圖像上顯示的灰度值范圍，在此灰度值范圍內(nèi)的組織和病變均以不同的模擬灰度顯示。而灰度值高于此范圍的組織和病變，無論高出程度有多少，均以白影顯示，不再有灰度差異；反之，低于此范圍的組織結(jié)構(gòu)，不論低的程度有多少，均以黑影顯示，也不存在灰度差別。2.對圖像的影響：增大窗寬，則圖像所示CT值范圍加大，顯示具有不同密度的組織結(jié)構(gòu)增多，但各結(jié)構(gòu)之間的灰度差別減少。減小窗寬，則顯示的組織結(jié)構(gòu)減少，然而各結(jié)構(gòu)之間的灰度差別增加。窗位是窗的中心位置，同樣的窗寬，由于窗位不同，其所包括CT值范圍的CT值也有差異。例如窗寬同為300H，當(dāng)窗位是0H時(shí)，其CT值范圍為－150～＋150H；如窗位是＋40H時(shí)，則CT值范圍為－110～＋190H。通常欲觀察某一組織的結(jié)構(gòu)及發(fā)生的病變，應(yīng)以該組織的CT值為窗位。自編程讀取DICOM圖像方法一：使用開發(fā)平臺(tái)，如VC++、Delphi（Pascal）、VB等。用文件操作直接讀取“.DCM”文件，見流程圖。方法二：使用開發(fā)平臺(tái)，安裝DICOM圖像操作開發(fā)包，如“DICOM3DSDK”，使用“DICOMImageViewer”組件讀取“.DCM”文件。打開.DCM文件文件讀取指針跳過128字節(jié)讀取4字節(jié)是否為“DICM”？不是DICOM文件讀取元素信息是否匹配元素信息？返回元素信息NOYesYesNO數(shù)據(jù)是否讀完？顯示圖像YesNO讀取DICOM文件數(shù)據(jù)流程圖灰度等級(jí)轉(zhuǎn)換其中：C:窗位值(windowCenter)W:窗寬值(wi