1、醫(yī)學影像DICOM格式轉換的研究與實現(xiàn)        【摘要】  采用面向對象方法，借助中間文件方式，實現(xiàn)了一種在醫(yī)學影像DICOM格式和通用圖像/媒體格式之間進行相互轉換的軟件，可以使我國目前存在的大量不符合DICOM標準的醫(yī)學影像設備能夠方便地接入PACS中，又可以將標準數(shù)字醫(yī)學影像設備獲取的DICOM數(shù)據(jù)簡便地轉換成通用圖像/媒體文件。 【關鍵詞】  DICOM PACS 格式轉換 醫(yī)學影像影像存檔與通訊系統(tǒng) （Picture Achieving & Communication S

2、ystem，PACS)近年來迅速，PACS利用機通訊，以數(shù)字化的方式獲取、存儲、顯示和傳輸醫(yī)學圖像及相關信息，取代傳統(tǒng)的膠片格式圖像，并高效迅速地輔助醫(yī)學診斷。為了實現(xiàn)各醫(yī)學影像設備之間方便地傳輸圖像，國際上制定了醫(yī)療設備的國際標準通訊協(xié)議醫(yī)學數(shù)字圖像通訊標準（Digital Imaging and Communication in Medicine，DICOM），目前大家遵循的是DICOM 3.0版本。    DICOM標準既是醫(yī)學圖像格式標準，又是醫(yī)學圖像通訊標準。符合DICOM格式的設備可以直接接入PACS中，與其他設備進行信息傳輸與交換。然而，我國由于等許

3、多原因，現(xiàn)階段的醫(yī)療影像設備如X光機、B超、DSA等設備的接口種類多樣。有的影像設備只有膠片記錄影像，有的只有普通視頻輸入，有的采用自己專用的影像格式等等，這樣造成圖像格式、傳輸及通訊協(xié)議等很不一致。顯然我國目前現(xiàn)存的大量不符合DICOM標準的設備已經成為阻礙PACS普及與發(fā)展的瓶頸問題，而且在短時期內這種問題不可能解決。為了充分利用這些設備資源，讓他們能夠融入PACS中與其他設備相互通訊，我們就必須將這些設備產生的圖像/媒體格式（如BMP、TIFF、GIF、JPEG和 AVI）轉換為DICOM格式。另一方面，為了科研、教學和學術交流等的需要，我們又必須將標準數(shù)字醫(yī)學影像設備獲取的DICOM數(shù)

4、據(jù)轉換成通用圖像/媒體文件。因此，本研究嚴格遵循DICOM 3.0標準，采用面向對象的方法，并借助中間文件的方式，設計并實現(xiàn)了一種通用圖像/媒體文件（如BMP、TIFF、GIF、JPEG和 AVI）格式與DICOM影像格式相互轉換的軟件。本軟件具有結構模塊化、靈活性和通用性等特點。1  DICOM標準1.1  DICOM信息模型    DICOM標準采用面向對象的方法，并按照E-R（Entity-Relationship Model）模型，描述信息對象（如醫(yī)生、病人、病例、診斷、圖像等）的屬性及其相互關系。E-R模型由實體集、屬性和聯(lián)系三部分組

5、成。實體集（Entity）表示一類具有相同特征的個體對象，用矩形表示。屬性指對象的特征，用橢圓表示。聯(lián)系表示實體之間的關系，用菱形表示。實體中的源實體和目標實體，其基數(shù)可在E-R圖上標明，例如一個醫(yī)學圖像與病人的關系可用圖1表示。    由以上E-R模型可以看出，病人、檢查、系列和圖像構成實體，他們分別有自己的屬性，而這些實體之間存在包含關系。具體的說，“病人”是第一層源實體，一個病人包含一個或多個目標實體“檢查”，“檢查”又成為第二層源實體，每個檢查包含一個或多個新的目標實體“系列”，每個“系列”又包含零或多幀“圖像”。可見，E-R模型清晰的反映了現(xiàn)實事物之間的

6、層次關系。1.2  DICOM信息操作    DICOM標準基于上面所述的E-R模型，采用面向對象的方法對實體進行抽象?；贓-R模型的對象稱為信息對象（Information Objects, IO）,對象的屬性稱為信息對象定義（IOD，Information Object Definition）。我們對DICOM信息的傳輸和通訊抽象概括為服務類（Service Class）。DICOM標準中有12個服務類，如打印，傳輸，存儲等，通過這些類實現(xiàn)醫(yī)學影像在PACS中的通訊。而一個服務類是由多個SOP類（Service-Object Pair Class)

7、，即服務-對象類構成。SOP類構成DICOM信息傳輸與通訊的基本功能單位，每個SOP類又由一個服務組（Service Group）和一個信息對象定義（IOD，Information Object Definition）構成。服務組是一系列消息服務元素DIMSE（DICOM Message Service Elements)命令，即對信息對象的各種操作，服務組作用于信息對象定義。對一個特定的SOP類，DICOM兼容的設備可作為兩種角色的一種:服務類提供者（service class provider, SCP),它提供SOP類的服務；服務類用戶（service class user, SCU),

8、它使用SOP類的服務。DICOM信息操作方式可用E-R模型表示，見圖2。1         1.3  DICOM文件格式    DICOM文件由多個數(shù)據(jù)集組成。數(shù)據(jù)集表現(xiàn)了現(xiàn)實世界信息對象的相關屬性，如病人姓名、性別、身高和體重等。數(shù)據(jù)集由數(shù)據(jù)元素組成，數(shù)據(jù)元素包含進行編碼的信息對象屬性的值，并由數(shù)據(jù)元素標簽（Tag）唯一標識。數(shù)據(jù)元素具有三種結構，其中兩種具有類型表示VR（是否出現(xiàn)由傳輸語法決定），差別在于其長度的表達方式，另外一種不包括類型表示。類型表示指明了該數(shù)據(jù)元素中

9、的數(shù)據(jù)是哪種類型,它是一個長度為2的字符串,例如一個數(shù)據(jù)元素的VR為FL，表示該數(shù)據(jù)元素中存儲的數(shù)據(jù)類型為浮點型。所有數(shù)據(jù)元素都包含標簽、值長度和數(shù)據(jù)值體。 標簽是一個16位無符號整數(shù)對,按順序排列包括組號和元素號。數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)元素應按數(shù)據(jù)元素標簽號的遞增順序組織，且在一個數(shù)據(jù)集中最多出現(xiàn)一次。值長度是一個16或32位（取決于顯式VR或隱式VR)無符號整數(shù),表明了準確的數(shù)據(jù)值的長度,按字節(jié)數(shù)目（為偶數(shù))記錄。此長度不包含數(shù)據(jù)元素標簽、VR、值長度字段。數(shù)據(jù)值體表明了數(shù)據(jù)元素的值，其長度為偶數(shù)字節(jié),該字段的數(shù)據(jù)類型是由數(shù)據(jù)元素的VR所明確定義。數(shù)據(jù)元素字段由三個公共字段和一個可選字段組成。下面

10、分別列出具有顯式VR和隱式VR的數(shù)據(jù)元素的結構：2 Bytes2 Bytes4 Bytes在對DICOM文件格式進行分析后，可依據(jù)其格式特點對其進行解析，即對文件中的各個數(shù)據(jù)元素依次辨別并處理。具體來說，先根據(jù)數(shù)據(jù)元素的組號辨別出該數(shù)據(jù)元素所在組，再根據(jù)數(shù)據(jù)元素的元素號進行辨別，最終達到根據(jù)組號和元素號標識出一個數(shù)據(jù)元素標簽，并根據(jù)該數(shù)據(jù)元素標簽所對應的具體含義獲取所需要的信息，并保存在相應變量中。2  DICOM格式轉換實施方案      DICOM圖像本身的解碼和信息提取比較復雜，若從DICOM圖像到每一種格式文件都生成一種編碼方案的工作量

11、很大。為了軟件結構的模塊性和單純性，我們在此軟件中借助了中間文件的方式，本軟件選擇BMP文件為中間文件。而且由BMP文件與通用圖像/媒體文件（如BMP、TIFF、GIF、JPEG和 AVI）之間的轉換比較簡單。整個軟件的格式轉換流程見圖5。我們可以通過視頻捕獲卡捕獲視頻流，實現(xiàn)從模擬圖像到數(shù)字圖像之間的轉換，獲取機通用圖像/媒體文件（如BMP、TIFF、GIF、JPEG和 AVI）。而計算機通用圖像/媒體文件與中間文件（BMP文件）之間的轉換，本軟件調用Intel公司的IJG JPEG LIBRARY動態(tài)鏈接庫中的函數(shù)來實現(xiàn)JPEG與BMP之間的轉換，當然也可以利用許多商業(yè)軟件如ACDSee、

12、PhotoShop等。    本軟件的核心內容是中間文件（BMP文件）與DICOM圖像之間的轉換。從DICOM圖像向中間文件（BMP文件）轉換過程中，要詳細提取圖像象素信息，包括從DICOM圖像中獲取圖片的大小，壓縮格式，圖像位深，色彩信息等。根據(jù)前面所述DICOM標準，必須提取的圖像象素信息如圖6所示。而中間文件即 BMP文件由文件頭、位圖信息頭、顏色信息和圖形數(shù)據(jù)四部分組成，其具體結構在此不作詳述。根據(jù)以上DICOM圖像象素信息和我們所熟悉的BMP文件格式，就可以編寫相應代碼，將DICOM圖像轉換為BMP文件格式，保存即可。當然也可以轉換為JPEG格式作為中間

13、文件，這樣更簡便，因為 DICOM圖像中色彩信息標簽中的信息就是一個完整的JPEG文件信息。從中間文件（BMP文件）向DICOM圖像轉換，也是根據(jù)上面所述DICOM信息模板實現(xiàn)，只是不僅是圖像信息的轉換，同時要需要生成DICOM文件的其它信息，如前面所述病人姓名，系列等。    我們采用面向對象的方法和Visual C+開發(fā)環(huán)境，借助中間文件的方式，還利用C語言編寫的Windows最底層的接口函數(shù)API（Application Programming Interface)，而API函數(shù)由許多動態(tài)鏈接庫（DLL）組成。Visual C+6.0開發(fā)環(huán)境提供了各種類型庫

14、和ActiveX，構架在Win32 API函數(shù)基礎上，能替代API的部分功能。這些類型庫和ActiveX集中了常用的API函數(shù)，能方便地調用它們，使程序開發(fā)變得簡單和快捷。    整個程序中心問題是對醫(yī)學圖像的處理，特別是中間文件（BMP文件）與DICOM圖像之間的轉換，它是由我們定義的幾個核心類（Class）完成的，而這幾個核心類（Class）分別負責圖像的解析，對各種通用圖像/媒體文件（如BMP、TIFF、GIF、JPEG和 AVI）進行解碼和編碼，然后還可作數(shù)據(jù)壓縮和解壓縮等處理。 我們定義了三個核心類（Class）：CDom、CPictureDom和CVi

15、ew，它們負責不同的任務。其中，CDom類負責解析圖像的位置、大小和類型等，CPictureDom類負責對圖像進行解碼和編碼，CView類負責顯示解碼和編碼了的圖像。其中CDom是極其重要的類，它針對前面所敘述的DICOM數(shù)據(jù)格式特點，先根據(jù)數(shù)據(jù)元素的組號辨別出該數(shù)據(jù)元素所在組，再辨別數(shù)據(jù)元素的元素號，根據(jù)組號和元素號標識出一個數(shù)據(jù)元素標簽（Tag），然后根據(jù)類型表示（VR)確定圖片格式，這樣就解析了圖片的信息并保存在相應變量中。CPictureDom類主要負責對圖片進行重新編碼，是根據(jù)由DICOM標準而自己設計的DICOM模板來實現(xiàn)的。這三個類又派生出若干子類，子類負責更細致的操作分工。如C

16、Dom類派生出CAVItoDom類、CJPEGtoDom類、CDVItoDom類等，他們分別將AVI圖像格式、JPEG圖像格式和DVI圖像格式轉換為DICOM標準格式。3  結論    由于我國存在大量非DICOM標準的影像設備而無法直接應用于PACS中，因此DICOM標準的格式轉換勢在必行。本研究討論了關于DICOM標準的DICOM信息模型、信息操作和數(shù)據(jù)格式幾個重要問題，然后針對所論述的DICOM標準特點，設計并實現(xiàn)了一種在通用圖像/媒體文件格式與DICOM標準格式之間轉換的軟件。軟件所采用的是面向對象的方法和Visual C+6.0開發(fā)環(huán)境，借助中間文件的方式，并采用了Windows編程最底層的接口函數(shù)API。這樣，軟件開發(fā)者還