医学图像之DICOM格式解析

Posted 2021-01-15 xdu-lakers

医学影像学

• 医学影像学Medical Imaging，是研究借助于某种介质（如X射线、电磁场、超声波等）与人体相互作用，把人体内部组织器官结构、密度以影像方式表现出来，供诊断医师根据影像提供的信息进行判断，从而对人体健康状况进行评价的一门科学，包括医学成像系统和医学图像处理两方面相对独立的研究方向。
• 仪器主要包括X光成像仪器、CT(普通CT、螺旋CT）、正子扫描(PET)、超声（分B超、彩色多普勒超声、心脏彩超、三维彩超）、核磁共振成像（MRI）、心电图仪器、脑电图仪器等

 

DICOM简介

• DICOM（Digital Imaging and Communications in Medicine）即医学数字成像和通信，是医学图像和相关信息的国际标准（ISO 12052）。它定义了质量能满足临床需要的可用于数据交换的医学图像格式。DICOM被广泛应用于放射医疗，心血管成像以及放射诊疗诊断设备（X射线，CT，核磁共振，超声等），并且在眼科和牙科等其它医学领域得到越来越深入广泛的应用。在数以万计的在用医学成像设备中，DICOM是部署最为广泛的医疗信息标准之一。当前大约有百亿级符合DICOM标准的医学图像用于临床使用。
• 目前采用的标准是DICOM3.0，其组成如下图：

  第一部分：概述

  第二部分：兼容性

  第四部分： 服务类说明

  第三部分：信息对象

  第十一部分：介质存储应用

  第五部分：数据结构和定义

  第六部分：数据字典

  第七部分：信息交换网络操作

  第八部分：网络支持TCP/IP

  第九部分：点对点通信

  第十部分：介质存储和文件格式

  其余部分：特殊媒质格式和物理介质、打印、安全机制

DICOM文件

• DICOM文件是指按照DICOM标准而存储的医学文件，一般由一个DICOM文件头和一个DICOM数据集合组成，结构图如下图
• DICOM文件头包含了标识数据集合的相关信息，每个DICOM文件都必须包括一个文件头：

1. 文件导言，由128个字节组成。
2. DICOM前缀，可根据这长为4个字节的字符串是否等于“DICM”来判断该文件是不是DICOM文件。
3. 文件信息元素

• DICOM文件的主要组成部分是数据集，它是由DICOM数据元素按照指定的顺序依次排列组成的。对于DICOM文件，一般采用显式传输，数据元素按照标签Tag从小到大顺序排列。最基本的单元是数据元，数据元主要由4个部分组成：

1. 标签Tag:一个16位的无符号整数的有序对，前8位表示组号，后8位表示元素号。
2. 值表示：指明该数据元素中的数据是哪种数据类型。
3. 值长度：一个16位或者32位的无符号整数，表示了数据域的长度。
4. 数据域：存在这个字段的值的数据类型由这个数据元素的值表示决定，且它的存储长度为偶数个字节。

标签Tag

每个数据元素从前到后可以简单分段：文件元tag，普通tag，像素tag。

 

• 文件元tag（组号+0000）：不受传输语法影响，总是以显示VR方式表示，因为它里面就定义了传输语法；文件元tag的dataElement，并没有多大的意义，它的VF数值是整个组所有dataElement的字节长度，一个dicom中可以只有一个文件元tag，也可以有多个文件元tag。
• 普通tag：除了文件元tag和像素tag，其余的都是普tag数据。包括：图像宽，高，数据传输格式，病人姓名，病人生日，病历医院，病历科室，病情的描述等等数据。
• 像素tag（7fe0,0010）：表示dataElement存储的是病历的图像数据。比如tag（0002,0010）决定普通tag的读取方式 little字节序还是big字节序，隐式VR还是显示VR。由它的值决定。tag（7fe0,0010）像素数据开始处。其他部分重要tag如下图。 

   

 

 

     

DCM文件

• 符合DICOM标准的文件通常后缀为.dcm。当选择一个DICOM文件进行显示时，DICOM文件的后缀名是DCM或dcm，对文件名的后缀名检查后就可以初步判定文件是否为DICOM文件，但是后缀名满足要求并不代表是标准的DICOM文件，需要打开文件，跳过128字节的文件导言，然后读取四个字节，检查这四个字节的数据是否为“DICM”。当满足要求时，可以判断该文件时一个DICOM文件。

解析DICOM文件

可以利用Sante DICOM Viewer查看DICOM数据

• 跳过128字节的文件导言，读取“DICM“四个字节，确认是DICOM格式的文件
• 读取重要的数据元素，如传输语法等。0010组号描述患者信息，0008组号描述特征参数。
• 读取普通的tag，直到ttag（7fe0,0010），即像素数据开始处。像素数据的存储顺序，从左到右，从上到下。