1.4 DICOM图像CT值计算

Posted 2021-12-08 SuperCodeFarmer

  上一篇文章分析了如何解析DICOM图像。在此基础上，本文章将讲解如何计算CT值。

主要流程如图所示：

  不同设备产生的DICOM图像像素格式不同，比如CT图像保存的是Hu值，超声（US）图像保存的是RGB值。
  以最常见的CT图像举例：
  CT值的单位是Hounsfield，简称为Hu，范围是 -1024-3071，数据范围是4096。用于衡量人体组织对X射线的吸收率，设定水的吸收率为0Hu。
  CT值越高，图像显示越白，比如骨头CT值高，成亮白色，空气CT值低，成黑色。脊柱颜色亮白，肺中空气黑色。

  Dicom图像中PixelData存储的值并不是CT值，CT值需要计算才能获得。
  CT图像一个像素一般占两个字节，其中使用前12个bit存储像素值，即能表示的数据范围在2^12=4096，覆盖了CT值范围。一般医院影像科看CT图像都是在医用显示器上看，能达到12bit灰阶，所以可以完整的显示所有的像素。一般这种显示器价格在数万元。
  而普通的显示器是8bit灰阶，显示范围在0-255，所以只能显示部分像素值，需要通过调整窗宽窗位来显示不同的像素。
  网上很多博客描述CT值计算，需要读取两个DICOM Tag信息，（0028|1052）：rescale intercept和（0028|1053）：rescale slope.
　　然后通过公式：
　　　　Hu = pixel * slope + intercept
  如果通过DCMTK等框架来实现是没有问题，框架已经将PixelData中的像素值计算出来，可以直接用来计算CT值。
  但如果自己实现DICOM解析引擎，则PixelData中的像素值需要进行一些转换才能使用。
CT图像中和CT值计算的Tag：
(0028,0002) Samples per Pixel
  每一个像素的取样数，一般来说，CT，MR，DR等灰度图像都是1，而彩超等彩色图像都是3，分别表示R, G, B三个颜色通道。
(0028,0100)Bits Allocated
  一个像素的像素值占用了多少位bit，一般是两个字节，16bit
(0028,0101)Bits Stored
  一个像素的像素值使用了多少位bit，一般是12bit
(0028,0102)High Bit
   最高位序号，它定义了存储点在分配的内存中的排列方式，它的值是最后一个bit的序号。如果第一个bit放在0位，那么最后一个bit为Bits Stored -1
(0028,0103)Pixel Representation
  像素值的数据表示形式，0表示unsigned integer. 无符号整数，直接保存像素值本身。1表示二补数，保存的是像素值的二补数，其实就是有符号整数，此时像素值可正可负。
(0028,1052)Rescale Intercept
  缩放截距
  CT图像的Hu值有正值和负值，而PixelData中数据通常存储为无符号整数。使用12bit可以存储0-4095的正值，存储同样范围的包含负值和正值需要占用更多的字节。为了可以通过PixelData计算出负值Hu值，可以通过数学公式中的斜率和截距来计算。因此，CT DICOM文件通常具有负截距。线性缩放也适用于这样的情况，一个像素可能有一个大范围的值，而存储的值尽可能少的比特，同时避免量化错误。
(0028,1053Rescale Slope
  缩放斜率

通过如下方式方式获取CT值：

1. 通过(0002,0010) Transfer Syntax UID判断图像是否压缩格式，如果压缩调用相应的解压缩算法解压
2. 通过(0002,0010) Transfer Syntax UID判断图像是大端还是小端，进行字节级别的移位。如果是小端则前后字节整体进行互换，字节内bit顺序不变。如果是大端则不变。
3. 通过(0028,0100)Bits Allocated，(0028,0101)Bits Stored，(0028,0102)High Bit对数据进行操作。
   比如一般Bits Allocated为16，Bits Stored为12，High Bit为11，表示一个像素占用两个字节，其中使用了前12个字节。则Pixel = Pixel && 0x0FFF。
4. 通过（0028|1052）rescale intercept和（0028|1053）rescale slope计算CT值Hu = pixel * slope + intercept
     以上步骤计算出 -1024-3071范围内的CT值，下篇文章会讲解如何从12位bit CT值转换为8bit RGB值