1、張日欣2021年10月25日生命科學與技術學院實驗教學中心HTTP：/05生物醫學影像系統實驗DICOM格式數據的自編程序顯示和處理V2015版一、實驗目的：v了解DICOM標準內容v研究DICOM圖像數據結構v自編程序讀取數據與顯示圖像二、實驗軟件vMatlab 6.5版本及以上vUltraEdit文本/十六進制編輯器vVC+2006及以上vVB6.0及以上vDelphi7.0及以上二、實驗原理v DICOMDICOM：全稱是Digital Imaging Communications in Medical 該標準包括數字醫學成像和通訊兩個方面。由美國放射學院（AC

2、R），美國國家電子制造協會（NEMA）共同制定。DICOM3.0 DICOM3.0 的組成的組成DICOM 3.0標準隨著技術的發展，不斷地進行更新，目前由18部分組成：v 第一部分：引言與概述。簡要介紹了DICOM的概念及其組成。v 第二部分：兼容性。定義了要求制造商精確地描述其產品的DICOM兼容性，即構造一個該產品的DICOM兼容性聲明，它包括選擇什么樣的信息對象、服務類、數據編碼方法等，每一個用戶都可以從制造商處得到這樣一份聲明。v 第三部分：信息對象的定義：定義了兩類信息對象類：普通性、復合型。v 第四部分：服務類規范。說明了許多服務類，服務類詳細論述了作用與信息對象上的命令及其產生

3、的結果。v 第五部分：數據結構及編碼。描述了怎樣對信息對象類和服務類進行構造和編碼。v 第六部分：數據字典。描述了所有信息對象是由數據元素組成的，數據元素的屬性及涵義。v 第七部分：消息交換。定義了進行消息交換通訊的醫學圖像應用實體所用到的服務和協議。v 第八部分：消息交換的網絡通訊支持。說明了在網絡環境下的通訊服務和支持DICOM應用進行消息交換的必要的上層協議。v 第九部分：消息交換的點對點通訊支持。說明了與ACR-NEMA2.0兼容的點對點通訊的服務和協議。v 第十部分：用于介質交換的介質存儲和文件格式。該部分說明了在可移動存儲介質上醫學圖像信息存儲的通用模型。提供了在各種物理存儲介質上

4、交換不同類型的醫學圖像的框架，支持封裝任何信息對象定義的文件格式。v 第十一部分：介質存儲應用框架。用于醫學圖像及相關設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用說明和CD-R格式文件交換的說明。v 第十二部分：用于介質交換的物理介質和介質格式。提供了在醫學環境中數字圖像計算機系統之間信息交換的功能。這種交換功能將增強診斷圖像和其它潛在的臨床應用。這部分說明了在描述介質存儲模型之間關系的結構以及特定的物理介質特性及其相應的介質格式。具體說明了各種規格的磁光盤，PC機上使用的文件系統和1.44M軟盤，以及CD-R可刻寫光盤。v 第十三部分：點對點通信支持的打印管理

5、。定義了在打印用戶和打印提供方之間點對點連接時，支持DICOM打印管理應用實體通信的必要的服務和協議。點對點通信框架提供了與第8部分相同的上層服務，因此打印管理應用實體能夠應用在點對點連接和網絡連接。點對點打印管理通信也使用了低層的協議，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。v 第十四部分：說明了灰度圖像的標準顯示功能。這部分僅提供了用于測量特定顯示系統顯示特性的方法。這些方法可用于改變顯示系統以與標準的灰度顯示功能相匹配或用于測量顯示系統與標準灰度顯示功能的兼容程度。v 第十五部分：安全措施 v 第十六部分 內容映射資源(content mapping resource)定

6、義了標準使用的模板和上下文組。v 第十七部分 說明信息v 第十八部分 由WEB接入DICOM持久對象 DICOM3標準下載v這幾部分文檔是既相關又相互獨立的。其中規定了Patient、Study、Series、Image 四個層次的醫學圖像信息結構，以及由它們組成的信息對象（Information Object）；采用服務類客戶/服務類提供者（Service Class User/Service Class Provider）概念組成的服務對象對（ServiceObject Pair）；支持點對點（PPP）和TCP/IP網絡通訊協議。三、實驗內容v采用Matlab打開DICOM圖像文件、觀察數

7、據元素變量中的信息；v采用UltraEdit編輯器觀察DICOM圖像文件結構；v分析DICOM圖像文件結構，分解出DICOM各數據元素；v采用VC+、VB或Delphi等開發工具之一編寫程序：讀取DICOM文件；分析關鍵數據元素；顯示圖像。四、實驗步驟v 采用Matlab讀取DICOM圖像文件：I=dicomread(ankle.dcm); %讀取圖像 讀取和顯示DICOM圖像數據元素：metadata = dicominfo(ankle.dcm); %存儲信息 metadata %顯示圖像元素信息請找出DICOM圖像中的一下元素的值：Rows：_、Columns：_、Bits Depth：_

8、、PixDataGroupLength：_。Window Center： 、 Window Width： 。顯示DICOM圖像：imagesc(I); %顯示圖像 v采用UltraEdit編輯器觀察DICOM圖像文件結構,打開 ankle.dcm 文件；v分析DICOM圖像文件結構，分解出DICOM各數據元素：DICOMDICOM文件是按照文件是按照DICOMDICOM標準而標準而存儲的醫學圖像文件，組成如左圖存儲的醫學圖像文件，組成如左圖所示。所示。圖中的圖中的SOP SOP 指服務對象對指服務對象對（Service-Object PairService-Object Pair）。）。一般由

9、一個一般由一個DICOMDICOM文件頭和一文件頭和一個個DICOMDICOM數據集合組成。數據集合組成。DICOMDICOM數據集合是按照數據集合是按照DICOMDICOM標標準的準的PS 3.5PS 3.5部分來編碼組成的。部分來編碼組成的。DICOM文件組成規則1 1、DICOMDICOM文件頭文件頭(DICOM File Meta Information)(DICOM File Meta Information)組成：組成：(1)包含了標識數據集合的相關信息。DICOM文件都包括該文件頭，最開始是文件前言，由128個00H字節組成，接下來是DICOM前綴，為4字節的字符串“DICM”。

10、(2) 除了128字節的文件前言和4字節的DICM前綴外，其它文件頭元素都采用明文編碼，各個數據元素排列的順序按照標簽數值Little Endian編碼（小寫低字節序：低位字節排放在內存的低地址端，高位字節排放在內存的高地址端）。(3) 每個文件頭元素的長度必須為偶數，否則補充一個字節。(4) 所有(0002，*)類的標簽都為DICOM所保留。為了兼容后續版本，應忽略文件中有目前尚未規定的(0002，*)類標簽。2 2、數據集合、數據集合 DICOM文件主要組成部分就是數據集合。包括醫學圖像，還有很多相關的信息：病人姓名、圖像大小等。 DICOM數據集合是由DICOM數據元素按照指定的順序依次

11、排列組成的。 DICOM文件一般采用明文傳輸，數據元素按標簽從小到大順序排列，一個數據元素在數據集內至多只能出現一次。vDICOM圖像文件結構：128字節DICM4字節數據元素數據元素 DICOM文件中最基本的單元是數據元素(Data Element)。DICOM數據集合就是由DICOM數據元素按照一定的順序排列組成的。 由四個部分組成: 標簽、數據描述 (VR， Value Representation)、數據長度、數據域。(1) 標簽是一個4字節的無符號整數，DICOM所有的數據元素都可以用標簽來唯一表示。方式為：(組號，元素號)，其中組號為高位2字節，元素號為低位2字節。 組號為偶數的是

12、標準數據元素，組號為奇數的為私有數據元素。例如: 有標簽(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行編碼，指明了該數據元素中的數據的類型。在DICOM文件中，它是一個長度為2的字符串，例如，如果一個數據元素的VR為“DA”，則表示該數據元素中存儲的數據為日期型數據，如果一個數據元素的VR為“FL”則表示該數據元素中存儲的數據為浮點型數據。在數據元素中，VR是可選的，它取決于協商的傳輸數據格式。DICOM中規定了顯式(Explicit VR)和隱式(Inexplicit VR)兩種傳輸格式：顯式傳輸時，VR必須存在，用兩個字符明確表示值的

13、表示方法，如AE表示應用實體，AS表示年齡字符串，DT是日期和時間，FD表示雙精度浮點數等。隱式通過標記查出DICOM對這個屬性表示方法的規定，從而解釋屬性值的內容，隱式傳輸時，VR必須省略。(3) 數據長度指明該數據元素的數據域中數據的長度(字節數)。(4) 數據域中包含了該數據元素的數值。 DICOM中所有的數據都是以數據元素的形式出現的(除文件頭中128字節的文件前言)。顯式傳輸顯式傳輸隱式傳輸* 無VR項vTag標簽查閱DICOM3標準第六部分 數據字典v 編程讀取DICOM圖像文件數據元素信息：采用VC+、VB、Delphi Pascal開發平臺編程讀DICOM圖像文件數據元素，在m

14、emo控件中顯示：Rows(0 x0028, 0010)：value _、 Columns(0 x0028, 0011)：value_、Bits Allocated(0 x0028, 0100)：value_、PixDataGroupLength(0 x7FE0, 0010)：Length_、Window Width(0 x0028,1051) ： value 、(窗寬)Window Center(0 x0028,1050)： Value 。(窗位) 采用VC+、VB、或Delphi Pascal開發平臺編程讀DICOM圖像文件ankle.dcm，顯示圖像： 采用VC+、VB、或Delphi

15、Pascal開發平臺編程讀其他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構，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構增多，但各結構之間的灰度差別減少。減小窗寬，則顯示的組織結構減少，然而各結構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。

16、例如窗寬同為300H，當窗位是0H時，其CT值范圍為150150H；如窗位是40H時，則CT值范圍為110190H。通常欲觀察某一組織的結構及發生的病變，應以該組織的CT值為窗位。v自編程讀取DICOM圖像方法一：使用開發平臺，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：使用開發平臺，安裝DICOM圖像操作開發包，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字節讀取4字節是否為“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數據是否讀完？顯示圖像YesNO讀取DICOM文件數據流程圖灰度等級轉換225522/255*)2(20)(WXXWCXWCWWCXWCXxY其中：C: 窗位值(window Center)W: 窗寬值(windo