DICOM医学图像格式转换Word格式.docx

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由于设计时间短暂，本人水平有限，在设计完成的程序中难免有许多不足之处，敬请老师批评指正。

关键词:

DICOM，BMP，转换，显示

Abstract

DICOM3.0istheinternationalstandardofmedicalimagesarchivingandcommunication.Itdefinestherulesofpixeldataandotherdigitalinformationwhentheyaretransferredorstoredbetweendeviceswithdifferentoperatingsystemsorofdifferentmanufacturers.AnalysisonthestorageformatofDICOM3.0medicalimagefilesanddisplayingthemisthebasisofmedicalimageprocessing.Itisveryimportantformedicalimagetechnologystudy.

FirstlythisarticleanalysestheformofDICOMmedicineimages,andinthisfoundation,transformstheDICOMimageintotheBMPimageformcommonlyused.ThetransformationissignificantbecauseitiseasytodisplaytheDICOMimagesonmanycommonlyusedimagerytools.Wealsocomparedourresultswiththoseofothersoftware.ThesoftwareofthisarticlerealizedthereadinganddisplayingofDICOMimages.

DuetothelimitationofthedesigntimeandtheknowledgeofI,inthedesign,theprocedurerealizedaswellasthepapermusthavegotsomemistakesandshortcomingsInstructionsaswellasadvicearewelcome.

Keywords:

DICOM，BMP，TRANSFORMS，DISPLAY

第一章绪论

1.1引言

随着医学信息学的发展，数字化医院成为一个趋势。

数字化医院主要解决两个方面的问题：

一是医院无胶片化，由PACS系统实现；

二是无纸化，由HIS和RIS实现。

DICOM就是解决数字化医院的一个重要标准。

20世纪80年代以来，为了利用网络在不同的设备和医疗诊断系统之间交换图像数据和诊断信息，由美国放射学会ACR和美国电器制造商协会（NEMA）联合制定DICOM标准，经过不断的发展，今天已经成为医学信息领域的国际标准，被生产医疗仪器和医学诊断系统的厂家所接受，在国外得到了广泛的应用。

然而，在我国，由于大多数医学图像设备和系统在引进前期未考虑图像和相关医学信息的存储和通信功能，只是配置一部打印机或用Ｘ线胶片做图像记录，造成了目前医院特别是中小医院DICOM设备与非DICOM设备并存的现象，同时也为PACS系统的发展造成了障碍。

因而，在DICOM设备与非DICOM设备之间研究二者的互联、进行非DICOM与DICOM图像的转换具有重要的意义。

1.2课题背景

DICOM（DigitalImagingandCommunicationofMedicine，简称DICOM）是用于医学图像和通信的国际标准[1]，它规范了医学图像及各种数字信息的格式，支持TCP/IP网络。

在DICOM的支持下，可以进行不同厂家生产的设备的互连，将图像从一个厂家的设备发送到另一个厂家的工作站上显示。

这些工作站主要基于UNIX的系统，很多厂家只提供UNIX平台下的图像显示软件。

随着PC机功能越来越强，网络速度越来越快，医生迫切希望在办公室或家里都可以通过PC机检索和查阅病人的图像资料，为此需要实现DICOM图像在Windows平台下的显示。

本文在分析DICOM文件格式基础上，研究了DICOM文件格式和BMP文件格式的转换以及显示。

1.3VisualC++6.0

VisualC++是Microsoft公司推出的开发Win32环境程序，是面向对象的可视化集成编程系统。

它不但具有程序框架自动生成、灵活方便的类管理、代码编写和界面设计集成交互操作、可开发多种程序（应用程序、动态链接库、ActiveX控件等）等优点，而且通过简单的设置就可使其生成的程序框架支持数据库接口、OLE2、WinSock网络、3D控制界面。

另外，VisualC++还提供了很多向导。

MFC封装了Win32API，OLEAPI，ODBCAPI等底层函数的功能，并提供更高一层的接口，简化了Windows编程。

同时，MFC支持对底层API的直接调用。

用户可以利用VisualC++以两种方式编写Win32应用程序，一种方式是基于WindowsAPI的C编程方式，另一种是基于MFC的C＋＋编程方式。

C编程方式是传统的、久经考验的编程方式，代码的效率较高，但开发难度与开发的工作量大。

C＋＋编程方式代码运行效率相对较低，但开发难度小、开发工作量小、源代码效率高。

由于VisualC++本身就是一个图形的开发界面，它提供了丰富的关于位图操作的函数，为开发图像处理系统提供了极大的方便。

本文是基于C＋＋编程方式进行编程的。

第二章DICOM标准

2.1DICOM标准概述

2.1.1DICOM标准产生背景

DICOM是DigitalImagingandCommunicationofMedicine的缩写，是美国放射学会（AmericanCollegeofRadiology，ACR）和美国电器制造商协会（National 

Electrical 

Manufacturers 

Association，NEMA）组织制定的专门用于医学图像的存储和传输的标准名称[2]。

经过十多年的发展，该标准已经被医疗设备生产商和医疗界广泛接受，在医疗仪器中得到普及和应用，带有DICOM接口的计算机断层扫描（CT）、核磁共振（MR）、心血管造影和超声成像设备大量出现，在医疗信息系统数字网络化中起了重要的作用。

下图为DICOM标准各版本发布时间表。

图2.1DICOM标准各版本发布时间表

DICOM是随着图像化、计算机化的医疗设备的普及和医院管理信息系统，特别是图像存档和通信系统（PictureArchivingandCommunicationSystem，PACS）和远程医疗系统的发展应运而生的。

当CT和MR等设备生成高质量的、形象直观的图像在医疗诊断中广泛使用时，由于不同的生产商不同型号的设备产生的图像各自采用了不同的格式，使得不同的设备之间的信息资源难以互相使用，医院PACS系统的实施具有很大的困难。

医疗信息系统随之带来许多新的问题：

如何存储数据量极大的图像并能有效地管理？

不同生产商的设备能否直接连接？

如何能够在不同的生产商设备之间能够共享信息资源？

等等。

很明显这些问题的解决方法就是采用统一的标准。

为此，美国放射学会和美国电器制造商协会在1983年成立了专门委员会，制定用于医学图像存储和通信的标准，提供与制造商无关的数字图像及其相关的通信和存储功能的统一格式，以促进PACS的发展，并提供广泛的分布式的诊断和查询功能。

ACR-NEMA1.0版本于1985年推出，随后增加了新的数据元素并对部分内容进行修改，形成2.0版本。

由于认识到标准对网络支持的不足和标准本身存在的结构性问题，ACR-NEMA结合当时的技术条件和方法对标准作了彻底的重新制定，在1993年正式公布了新的版本，命名为DICOM3.0。

与原版本相比，3.0版本采用了面向对象的分析方法，定义了医学图像在存储和通信过程中的各种实体和关系，提供了对ISO-OSI（Inter-nationalStandardOrganization-OpenSystemInterconnection）和TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）的支持，使得在医学图像应用层上可以与其它通信协议栈直接通信而不需要重新编写程序。

考虑到技术的发展，标准采用了多部分的文档结构，对可能变化或扩充的部分以附录的形式提供，这样标准在更新时涉及面可以尽量小。

下图为PACS系统框图。

图2.2PACS系统框图

2.1.2DICOM标准发展应用

毫无疑问，DICOM是医学图像信息系统领域中的核心，它主要涉及到信息系统中最主要也是最困难的医学图像的存储和通信，可直接应用在放射学信息系统（RIS）和图像存档与通信系统（PACS）中。

DICOM也是研究和开发具有网络连接功能，实现信息资源共享的新型医疗仪器的技术基础。

医疗仪器在朝着自动化、智能化发展的同时，也在向着具有通信能力的遥控遥测和信息远程获取的网络功能发展，医疗仪器既是医疗信息系统中的信息源，又是系统中的信息使用者，是信息系统中的一个主要环节，网络化的医疗仪器对医学信息系统的重要性是不言而喻的。

DICOM标准的另一个特点是它定义在网络通信协议的最上层，不涉及到具体的硬件实现而直接应用网络协议，因此与网络技术的发展保持相对独立，可以随着网络性能的提高而使DICOM系统的性能立即得到改善。

DICOM尽管提供了OSI的网络模型，但现在实际上网络绝大部分都是在TCP/IP协议下构成的，网络硬件采用的形式可以多种多样，如100M的双绞线100Base-T，光纤FDDI，综合业务数字网ISDN，T1线路等，还有速度较低的10兆网10Base-T和电话线路。

只要设备具有支持TCP/IP协议的网络接口，在软件的支持下，就可以做到像PC机一样实现“即插即用”，非常方便地加入到医学信息系统的网络中。

在这样的意义下，用DICOM实现的医疗信息系统，无论是RIS还是PACS，都具有类似的结构。

在采用DICOM标准的信息网络系统中，所有DICOM设备之间都可以按照DICOM的网络上层协议进行互相连接和操作。

临床医生可以在办公室查看B超设备的图像和结果，可以在CT机上调用核磁共振图像进行图像的叠加融合，也可以通过网络调用存储在其它医院的图像结果。

无论是本院、本地还是相距很远的外地，DICOM设备都可以通过网络相互联系，交换信息。

由于提供了统一的存储格式和通信方式，普及DICOM标准，可以简化医疗信息系统设计，避免许多重复性的工作，加快信息系统的开发速度。

对于实现无纸化、无胶片化的医院和远程医疗系统的实施将会起极其重要的作用。

下图为DICOM的应用范畴。

图2.3DICOM的应用范畴

2.2DICOM标准内容

2.2.1DICOM标准词汇及概念

DICOM标准涉及到医学图像、数据通信、管理信息系统等领域，在标准中又采用了面向对象的描述方法和E-R（Entity-Relation）模型，从而引入了大量的各专业方面的术语，给标准的阅读和理解带来困难。

下面简要地将标准中涉及的常用的技术词汇和缩略语给予解释。

1.实体（Entity）：

表示一个或一类有相同特性个体的应用对象。

在计算机系统分析中，凡是可以区别并被人们识别的事、物、概念等，都可以被抽象为实体。

实体一般具有若干特征，称为属性。

如：

患者是一个实体，具有姓名、性别、年龄等属性。

图像也是一个实体，它有图像尺寸、图像数据等属性。

2.联系（Relation）：

表示实体之间的相互关系。

如患者实体与分析实体之间存在着引用联系，打印机实体和胶片实体之间存在着打印的联系。

3.E-R模型：

描述现实世界的一种信息模型。

通过定义实体以及实体间的联系，表现系统的需求和功能。

通常以E-R图的方式表示。

在DICOM中，用方框表示实体，菱形表示联系，用带箭头或不带箭头的线段将实体（方框）与联系（菱形）连接表示它们之间存在联系。

这是面向对象的分析方法所采用的主要表示方法，是对客观世界的一种抽象。

4.对象（Object）：

外部世界事物在计算机内部的表示，是事物属性值和处理方法的集合。

对象具有封装和继承的特征。

封装是指对象将属性和方法集合在一起，一般情况下只提供给自己和派生对象使用。

继承是指当一个对象是由另一个对象（父对象）派生出时，它就自动具有父对象所具有的属性和方法。

面向对象的方法就是以对象技术为中心，分析系统中各种信息之间的关系，抽象出系统各层次的对象模型，给出准确的系统描述，并在计算机系统中给予实现。

应用面向对象的方法，可以提高开发效率，实现软件复用。

5.信息对象定义（InformationObjectDefinition，IOD）：

信息实体的抽象，是DICOM命令的作用受体。

一个信息对象定义（IOD）是一个面向对象的抽象数据模式，用来指定关于现实世界对象的信息。

一个IOD提供了带有用来交换的信息的通常考虑的通讯应用实体。

一个IOD不代表一个特定的现实世界对象的实体，但相当一个共享相同属性的现实世界对象类。

一个用来代表单一的现实世界对象类IOD由一个规格化的信息对象调用。

一个包括相关的现实世界对象信息的IOD由复合信息对象调用。

6.服务（Service）：

某对象为其它对象或程序提供的功能。

当要求使用此功能时称申请服务，申请服务的对象称服务用户，而能完成该功能的对象是服务的提供者。

7.服务对象对（ServiceObjectPair，SOP）：

DICOM信息传递的基本功能单位。

包括一个信息对象和一组DICOM消息服务元素。

一个服务类说明定义了一组一个或更多的与一个特定的功能（由通讯应用实体实现）相关的SOP类。

一个服务类说明也定义了允许实现规定一些预定义级别的到一个或更多的SOP类的遵从性。

应用可以遵从SOP类，作为一个服务类用户（SCU）或服务类提供者（SCP）。

8.协议：

计算机网络中为保证能正确地传输数据而必须共同遵守的通信规则和格式。

9.ISO-OSI：

国际标准化组织（ISO）所定义的开放系统互联（OSI）的七层网络参考模型。

作为一个严格的网络模型，对于计算机网络的研究和发展起了重要的作用，但是由于种种原因在实际中并未得到广泛的普及使用。

DICOM标准在制定时，OSI正是发展的高潮，因此也作为DICOM中主要的网络参考模型。

10.TCP/IP：

是传输控制协议/互联网协议，它首先在UNIX系统中使用，随后成为计算机网络中不同种类计算机之间通信的主要通信协议，是互联网的基础。

2.2.2DICOM标准的组成

DICOM标准是经历了一个从无到有、从简单到复杂的发展过程。

在标准的制定过程中不断听取工业界、学术界、医疗界等各方面的意见和建议，注意标准的可扩充性和扩展性，经历了ACR-NEMA1.0和2.0的版本到目前的DICOM3.0版本，标准的组成也在不断地加以补充，目前标准共有以下18个基本部分和扩充部分组成[3][4][5]。

1.引言与概述（IntroductionandOverview）：

简要地概述DICOM标准涉及到的范围和框架，指出标准起草的背景和标准的目的和意义，并对其他部分的内容做了简介。

2.遵从性声明（Conformance）：

详细说明DICOM的兼容性目的和架构，说明了标准是一个可以参考遵循的多层次的专业标准，同时阐述了参考遵从标准的产品应该发布的遵从性声明。

3.信息对象定义（InformationObjectDefinitions）：

详细给出了标准从医疗现实中抽象出来的信息对象的组成、概念和内涵。

同时定义了可以使用DICOM进行通信的类别，它是标准研究的重要内容。

4.服务类细则（ServiceClassSpecifications）：

标准将图像通讯中可能涉及到的通讯类型分成若干详尽的对等的类别，将其定义为DICOM进行通信的服务类，并对这些类分别做了规范和界定，给出用于数字化交流的操作行为的抽象定义。

5.数据结构与编码（DataStructuresandEncoding）：

这一章对标准用到的数据结构进行了说明。

对标准规定的专用的医学图像文件格式做了具体的规定。

并且对可能关联到的数据、字符进行了编码。

6.数据字典（DataDictionary）：

包括了标准中所有的数据元的编码代号和编码说明。

标准采用了在所有的国际标准中都是唯一的标识符UID，从而减少了实现的冲突。

7.消息交换（MessageExchange）：

定义了DICOM进行信息交换通讯的医学图像应用软件所用到的服务和协议。

描述了建立和终止通讯连接的规则：

管理“请求及响应”命令的交换规则；

构造命令和消息所必须的编码规则；

同时也定义了DICOM应用实体间的协议握手方式。

8.支持网络通信的消息交换（NetworkCommunicationSupportforMessageExchange）：

这一部分规范了通讯协议和交换信息格式，描述了如何在TCP/IP网络中使用网络通讯进行信息交换，并且定义了在网络环境下的通讯服务和DICOM应用进行信息交换的必要的上层协议。

9.点对点通信支持的信息交换（Point-to-PointCommunicationSupportforMessageExchange）：

已放弃。

10.介质交换的介质存储要求及文件格式规范（MediaStorageandFileFormatforDataInterchange）：

它提供了一个用于不同类型医学图像间数据交换及不同物理介质相关信息交换的框架。

DICOM文件格式提供了一种封装文件中数据集的方法。

数据集代表了一个与DICOMIOD相关的SOP实例。

11.介质存储应用概述（MediaStorageApplicationProfiles）：

说明将医学影象信息存储于可移动介质的模式。

12.数据交换的媒介格式和物理媒介（MediaFormatsandPhysicalMediaforDataInterchange）：

介绍存储过程中数据和目录的格式以及管理规范要求。

13.支持点对点通信的打印管理（PointManagementPoint-to-PointCommunicationSupport）：

14.灰度图像标准显示函数（GrayscaleStandardDisplayFunction）：

详细规范了显示灰度函数，它提供了一些示例方法，说明如何调整灰度图像与显示系统。

这对显示参数包括胶片打印及其各种图像显示设备的规范，有着非常重要的依据，并且直接影响到临床诊断的准确性。

15.安全概要（SecurityProfiles）：

DICOM标准医疗图像中包含了病人非常详细的个人资料，因此为了保障在存储传输过程中数据的安全性，有必要对信息实施加密传输。

16.内容映射资源（ContentMappingResource）：

定制了一些结构化报告模板的信息对象，设置了在信息对象中用到的编码化词汇，维护了标准中使用到的短语。

17.解释性信息（ExplanatoryInformation）：

制定了一组信息化和标准化的包含解释性信息的附件。

18.通过互联网访问DICOM持久型对象（WebAccesstoDICOMPersistentObject）：

此部分定义了通过使用HTTPURL/URI请求来访问DICOM对象的方式以及返回结果的格式。

DICOM是一个开放的系统，标准采用相对独立的多文档结构，便于对单独部分进行扩充而不需要大幅更改整个标准，增强了它的健壮性和扩展性。

同时各部分也是紧密相关的，因此它的复杂性要求标准研究者对DICOM体系结构有全面的认知。

第三章格式转换

3.1DICOM格式

DICOM格式[6]图像文件是指按照DICOM标准而存储的文件。

DICOM文件一般由DICOM文件头和DICOM数据集合组成，如图3.1。

DICOM数据集合由DICOM数据元素（DataElement）按一定顺序排列组成，而DICOM数据元素则是DICOM文件最基本的构成单元。

文件头数据集

图3.1DICOM文件总体结构

3.1.1DICOM文件头

DICOM文件头（DICOMFileMetaInformation）中包含了标识数据集合的相关信息。

文件头的最开始是文件前言（Preamble），它由128个00H字节组成，紧接着就是长度为4个字节的字符串“DICM”，严格地讲，每个DICOM文件都必须包括该文件头，并且可以根据该字符串值来判断一个文件是否是DICOM格式文件。

然而，在实际项目开发过程中所遇到的情况并非如此，图3.2是富士公司设备产生的人体脑部CT图像，通过二进制方式查看该DICOM图像文件发现其文件头部分根本没有字符“DICM”，其它如Picker公司、Philips公司等的设备产生的DICOM图像也有类似情形。

上述情况可以说明一个问题，即并非所有影像设备制造商都严格遵守DICOM3.0标准，充其量是部分遵守了这个标准，原因可能是多方面的，但多多少少有保护自身商业利益的意味。

DICOM文件头部分还包括其它一些非常有用的信息，如文件的传输格式、生成该文件的应用程序等等。

关于文件头有几点说明：

1.除了128字节的文件前同步码和4字节的DICM前缀外，所有其它的文件头数据元都必须采用上面介绍的显式格式编码，各个数据元按照标签值从小到大的顺序编码。

2.每个文件头元素的长度必须为偶数，否则按照规定补充一个字节。

3.所有（0002，****）类的标签都为DICOM所保留。

为了兼容后续版本，如果发现文件中有目前尚未规定的（0002，****）类标签，则忽略它。

图3.2

3.1.2DICOM数据元素

数据元素（DataElement）是DICOM格式图像文件最基本的构成单元。

它由四个部分组成:

标签（Tag）、数据描述VR（ValueRepresentation）、数据长度VL（ValueLength）以及实际数据值Value，如图3.3所示。

1.标签是一个4字节的无符号整数，DICOM中所有数据元素都可用标签来唯一表示