DICOM圖像處理技術(shù)研究【摘要】針對DICOM3.0標準,詳細分析了文件結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)集,給出了其中一些關(guān)鍵技術(shù)問題及相應(yīng)的解決措施。最后基于VC開發(fā)出一種醫(yī)學(xué)圖像處理軟件,該軟件能實現(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像的顯示、通用圖像格式轉(zhuǎn)換等功能,該方法克服了傳統(tǒng)DICOM圖象顯示軟件的局限性?！娟P(guān)鍵詞】DICOM標準DICOM數(shù)據(jù)集顯示與處理醫(yī)學(xué)圖像解碼Abstract:AccordingtotheinformationcontentsanddataformatdefinedbyDICOMstandard,someclassescorrespondingtothetypesofmedicalimagearedefinedforimageinformationrecording.ADICOMimageviewerbasedonVCisdesigned,whichisabletodisplayandprocessvarioustypesofmedicalimage.Amethodisthusprovided,bywhichtheproblemoflimitationoftraditionalDICOMimageviewerscanbesolved.Keywords:DICOM；DICOMDataSet；displayandprocess；medicalimagedecodingDICOM(DigitalImagingCommunicationsinMedicine)標準是醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信的國際標準。DICOM雖然是在美國產(chǎn)生、發(fā)展的，但已被歐洲各國、日本等發(fā)達國家和地區(qū)接受，并被列入國家標準。在我國，DICOM是唯一被接受的醫(yī)療影像國際規(guī)范。DICOM已經(jīng)成為國際醫(yī)療影像設(shè)備的圖像通信/交流的唯一規(guī)范。DICOM標準逐漸得到國內(nèi)外的高度重視,一些科研機構(gòu)和高等院校紛紛展開了對標準的研究和基于標準的開發(fā)。因此對DICOM標準文件的正確解讀是醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像處理和建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。1DICOM文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編碼規(guī)定DICOM格式文件包括了數(shù)字成像和通信兩個方面內(nèi)容。該文件格式基于面向?qū)ο蟮乃枷?制定了一系列信息對象定義和服務(wù)對象定義,文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和編碼規(guī)則包含了數(shù)字成像和通信的真實信息。1.1DCM文件的結(jié)構(gòu)DCM是比較常用的DICOM文件名后綴，其他PACS軟件也使用到了IMG，或是完全不使用后綴，直接就是一連串的數(shù)字或字符串命名的。DCM文件從本質(zhì)上說是一個關(guān)于信息體實例的數(shù)據(jù)集,主要包括患者、檢查、序列和圖像等信息。文件的結(jié)構(gòu)主要由文件頭和文件結(jié)構(gòu)像素數(shù)據(jù)兩大部分組成,文件頭又分為文件引言和數(shù)據(jù)集兩部分,其中文件引言是由128個全部置為00的字節(jié)序列和一個長度為4個字節(jié)的字符串組成。數(shù)據(jù)集是整個文件中信息量最大的部分,囊括了所有信息實體(患者、圖像、檢查等)的信息,結(jié)構(gòu)也最為復(fù)雜,文件最后的圖像數(shù)據(jù)表示像素,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)單一,因此解讀文件實際上就是解讀數(shù)據(jù)集。1.2DICOM數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集由多個數(shù)據(jù)元素串連組成,每個數(shù)據(jù)元素具有類似的結(jié)構(gòu),都是由標簽、值描述、值長度和值域組成。標簽表示該數(shù)據(jù)元素的特定含義。每個標簽在整個數(shù)據(jù)集中只能出現(xiàn)1次(嵌套除外),共4個字節(jié),分為組號(高位兩字節(jié))和元素號(低位兩字節(jié))。如00100010表示該數(shù)據(jù)元素里的信息為患者姓名。標簽含義的詳細規(guī)定在標準的3.62004(數(shù)據(jù)字典)中。描述了該數(shù)據(jù)元素中值域的數(shù)據(jù)種類,大多數(shù)情況下是一個長度為2字節(jié)的字符串。值得注意的是標簽是可選的,取決于商定的傳輸語法。值域表示該數(shù)據(jù)元素所保存的實際信息,必須為偶數(shù)個字節(jié),不足補0或空格。2DCM文件的讀取理解了文件的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)集的結(jié)構(gòu),解讀文件就不是一件很難的事情,但有些關(guān)鍵性的問題如數(shù)據(jù)嵌套、高位截取等在讀取時需要注意。2.1數(shù)據(jù)嵌套當數(shù)據(jù)元素的值為0時,則該數(shù)據(jù)元素的值域又是由1個或多個數(shù)據(jù)元素組成的,即數(shù)據(jù)元素中包含了子數(shù)據(jù)集。如果子數(shù)據(jù)集中又有值為0的數(shù)據(jù)元素時,就構(gòu)成了遞歸嵌套。嵌套的存在要求解讀算法能遍歷樹型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的所有元素。2.2圖像數(shù)據(jù)的高位截取通常文件采取2個字節(jié)表示1個像素,但是一般情況下,真實像素值的動態(tài)范圍不足以完全填滿這2個字節(jié)。因此,高字節(jié)的高位可能因為被用于存儲其他信息。解讀圖像數(shù)據(jù)時應(yīng)該截取高位,把低位的信息讀取出來。標準規(guī)定標簽為00280101的數(shù)據(jù)元素儲存像素數(shù)據(jù)的最高位數(shù),標簽為00280102的數(shù)據(jù)元素儲存實際存儲像素數(shù)據(jù)的位數(shù)。對于某些圖像,圖像數(shù)據(jù)中儲存的像素值沒有實際意義,需要采用斜率和截距來修正,而斜率和截距則儲存在標簽為00281053和00281052的數(shù)據(jù)元素中。因為一般情況下這兩個值為1或0,圖像數(shù)據(jù)中儲存的像素值和實際值相等,所以這一點常常為人們所忽略。3DICOM圖像處理3.1DCM圖像處理的原理文件描述的是醫(yī)學(xué)圖像,反映人體器官及組織對X線的吸收程度,用色值作為人體器官圖像信息。目前計算機常用的位圖文件是由紅、綠、藍三基色組成,作為灰度圖像所能顯示的等級數(shù)在0255之間；在操作平臺上處理圖像,即需要對值進行處理。處理的方法是在描述顯示數(shù)據(jù)的范圍時,用窗寬表示；確定數(shù)據(jù)的中心值,用窗位表示。對于人體器官獲得的某個值,如果小于某個值,可轉(zhuǎn)換成位圖圖像的黑色,即0值；如果大于某個值,可轉(zhuǎn)換成位圖圖像的白色,即255值；如果在某個值的范圍之內(nèi),可轉(zhuǎn)換成對應(yīng)位圖圖像的某個值,在1254之間,其轉(zhuǎn)換公式：G（v）=0vc-w2gmw(v+w2-c)c-w2vc+w2(*)gmvc+w2v：為圖像數(shù)據(jù)；G：計算機操作平臺上顯示值；gm：為顯示器的最大值,位圖文件為255；w：為窗寬；c：為窗位。在該轉(zhuǎn)換關(guān)系中,窗寬和窗位的選擇決定了圖像所需顯示的部分,對每一個文件,可以從該文件頭獲取,并且在圖像處理中,也可以進行人為地改變窗寬、窗位,來獲取不同的顯示效果及選擇人體器官某部分內(nèi)容。3.2DICOM類定義在正確理解文件結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)之后,就不難正確解讀文件。首先讀取文件引言,檢查文件格式；然后提取傳輸語法,根據(jù)傳輸語法,采取相對應(yīng)的解碼方式,如果是顯式就采取顯式的讀取方式,如果有嵌套存在就調(diào)用嵌套處理模塊；如果圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過壓縮就調(diào)用解壓模塊。最后得到圖像數(shù)據(jù),并利用設(shè)備無關(guān)位圖（device-independentbitmap，DIB，設(shè)備無關(guān)位圖可以在不同的機器或系統(tǒng)中顯示位圖)顯示出來。這里需要注意的是在數(shù)據(jù)集中存在上百個數(shù)據(jù)元素,我們只要讀取其中相對重要的元素即可,表1中列出了這些數(shù)據(jù)元素的標簽。表1重要的數(shù)據(jù)元素標簽由于圖像數(shù)據(jù)的動態(tài)范圍較大(一般大于4096,這個數(shù)值取決于采用的圖像處理算法和計算機的虛擬內(nèi)存),而普通顯示器只能顯示256級灰度,因此讀取到圖像數(shù)據(jù)后,要經(jīng)過窗寬窗位調(diào)節(jié)才能顯示。DICOM數(shù)據(jù)集包含的信息很多，其中有些信息很少用到或者與具體的醫(yī)療情況不符，因此去除冗余信息、保留主要信息是很有必要的。采用面向?qū)ο蟮乃枷耄P者設(shè)計了簡化的DICOM圖像類結(jié)構(gòu)。其中患者信息主要獲取患者的姓名、性別等信息；檢查信息主要獲取檢查的標識、序列號等信息；圖像信息參數(shù)主要獲取圖像的長、寬以及存儲每個像素所用的比特數(shù)等信息；圖像像素信息獲取圖像數(shù)據(jù)信息。DICOM圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)語言描述如下：structPatientInfo患者信息結(jié)構(gòu)StringPatientName；Intage；Boolsex；structStudyInfo檢查信息結(jié)構(gòu)IntStudyID；IntSeriesNumber；structImageInfo圖像信息結(jié)構(gòu)Floatheight,width；Intpixel；structPixelIntpointx,pointy,pixelvalue；像素信息結(jié)構(gòu)DICOM類定義如下：ClassDICOM；DICOM圖像類intlevel；structPatientInfo；患者信息structStudyInfo；檢查信息structImageInfo；圖像信息參數(shù)structPixel；圖像像素信息Public；Dicom文件讀寫、處理方法的定義略；3.3DICOM圖像處理算法設(shè)計在定義好DCM文件類之后，可以通過DCM文件類還能實現(xiàn)一些實用的功能,如把文件轉(zhuǎn)換為位圖、JPG等格式文件。簡單讀取DCM文件的軟件流程如圖1所示。圖讀取DCM文件的流程圖在VC6.0環(huán)境下,首先設(shè)置圖像像素緩沖所需要容量的內(nèi)存,分行讀入圖像數(shù)據(jù)；然后按公式(*)進行處理,設(shè)置圖像點數(shù)據(jù),進行移位處理。設(shè)窗寬為H,窗位為W,其算法描述為；for(i=0；ifor(j=0；jt1=*(Datai+j*2)；t4=t1&；16；t3=t1/16；t2=*(Datai+j*2+1)；t2=t2%16Pixel_value=t2*256+t3*16+t4/1024；pDibInit>；image_Dicomji=pixel_value；if(pixel_value<；=win_centerwin_width/2)pixel_value=0；elseif(pixel_value>；=win_centerwin_width/2)pixel_value=255；elsepixel_valuetemp=(pixel_valueW+H/2)/Hf*255；pixel_value=int(pixel_valuetemp+0.5f)；imageij=byte(pixel_value)；【參考文獻】1謝長生,熊華明,陳頡.DICOM圖像顯示的研究與實現(xiàn)J.計算機工程與科學(xué),2002,24(6):38-.2朱劍鋒,溫浩,周昀，等.DCM文件的構(gòu)成分析和編解碼實現(xiàn)J.中國醫(yī)療器械雜志,2003,27(4):247.3王光飛,劉杰,劉文.DICOM醫(yī)學(xué)圖像的調(diào)窗技術(shù)及D