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DICOM资料整理
一：
DICOM简介
DICOM（DigitalImagingandCommunicationsinMedicine）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（ISO12052）。
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。
所有现实世界的东西，如病人、医疗设备等都被DICOM视为拥有着一些属性（attribute）的对象（object）。
这些对象和属性被定义为IODs（DICOMInformationObjectDefinitions）。
例如一个病人IOD，可以被姓名、性别、年龄、体重、抽烟状态、病历ID等这些和医疗相关的属性（attribute）来描述。
DICOM中包含了大量的这种属性（有2000多个）。
这些属性的值有27种形式，被称为（VR,ValueREpresentation）.
DICOM的数据表示形式
tag
数据形式（VR）
数据长度（L）
数据值（Value）
（0010,0010）
PN
4
Jami
（0010,0040）
CS
1
M
其中，（0010,0010）病人姓名，（0010,0040）病人性别；
二：
关于计算机的一些基础知识回顾
（1）二进制
计算机是二进制的，用0、1表示。
一个bit就是一个数字，0或者1。
1byte=8bit。
一个byte的数据有（2^8=256）种可能，取值范围为0~255。
计算机存储、读写二进制数据都是以byte为单位的，如果要存储13bits的数据，计算机就得分配2个bytes的空间（16bits）。
我们使用的颜色也可以使用一个byte来代表它的灰度级，另外一个byte也足以存储一个Latin字母。
要存储12个字母就需要12个bytes的空间，一个字母占一个byte.
（2）16进制数
例：
0x007F占了2个byte，在十进制的情况下它的值为7*16+15=127。
几乎所有的DICOM数据都是用16进制的形式存储的。
（3）大端模式（BigEndian）与小端模式（LittleEndianorder）
大端模式（Big-Endian）就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。
小端模式（Little-Endian）就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
例：
16进制的数0x12345678在Little-endian模式以及Big-endian模式在内存中的存放方式为（假设从地址0x4000开始存放）：
三：
DICOM中的数据形式
DICOM有27种基本的数据形式，（VRs,ValueRepresentations）。
DICOM中的数据必须满足其中的一种。
每个VR都有一种两个字母的缩写形式。
VR的具体定义见下表：
说明：
（1）VRs定义了数据的类型（DataType），并且约定了数据的长度。
DICOM的数据长度一般是偶数的，它们应该含有偶数个的字符或者字节。
对于奇数长度的字符串，通常在它后面加一个空格；对于奇数字节的数字，加一个空的NULL字节，使得它们的字节数为偶数。
例如“Smith^Joe”就会被处理成“Smith^Joe”。
（2）DICOM允许“*”代表任意字符串，“?
”代表任意的一个字母，“\”代表“或”。
（3）IS,DS在DICOM中使用的也很多，尽管对计算机存储来说，它不如二进制的数字合适，但是它不用考虑LittleEndian或者HighEndian，但是它易读，且容易显示。
（4）AT包含了两个字节的数据，就是专门用于（group,element）的tag。
（5）PN代表病人的姓名，一般组成形式为
FamilyName^GivenName^MiddleName^NamePrex^NameSux
例：
“JohnSmith”“Smith^John”。
（6）AE就是DICOM程序应用实体，通常只使用数字和大写字母表示。
（7）UIDs（UniqueIdentifiers），是DICOM数据对象的唯一标识。
（8）SQ（SequencingDataSets），DICOM对象中的元素也可以是DICOM对象。
（9）UN（代表UnknownValue）如果一个数据不符合前面的26个VR数据形式，就用UN来表示。
四：
DICOM数据字典（DICOMDICOMDataDictionary）
（一）DICOM标准数据字典（standardDICOMDataDictionary）
DICOM标准数据字典有超过2000多个数据项，这些数根据内容的相近可以被分组为（group,element）。
（group,element）也被称为”tags”。
这些有着tag值的数据元素被称为DICOM属性或者DICOM元素（“attribute”、DICOM“element”、element”）。
上图是一个标准DICOM数据字典列表的一部分，其中第一列为（group,element）元素group和element都是16进制的。
第二列为属性名称（attributeName），其中（group,element）和属性名称是一一对应的。
一般通过（group,element）来寻找属性。
VM（DataelementValueMultiplicity）规定了这种属性的元素可以包含一个或者多个数据值defineswhethertherelatedelementmaycontainonlyonevalueofitstype,orseveral.例如“OtherPatientNames”元素（0010,1001）可以有一个或者多个值，所以值为1-n,其中n代表的是任意数值。
对于有多个数值的情况，如何把它们拼接成一个数据？
如果是二进制数的话就直接拼接，因为它们是定长的，可以根据字节数获取到它们。
如果是字符串类型的，则用“\”来分隔，在DICOM中“\”代表的是“或”。
标准数据字典的例子：
“PatientJohnSmith,Male,bornonAugust6,1954”.
这里面有3个element
“PatientName”（010,0010）
“Patient’sSex”（0010,0040）
“Patient’sBirthDate”（0010,0030）.
它们的VRs分别为PN,CS,DA
DICOMEncoding的结果为:
（0010,0010）Smith^John（0010,0030）19540806（0010,0040）M
其中它们的数值得符合VR
（二）私有数据字典（PrivateDICOMDataDictionary）
除了标准数据字典列出来的2000多个属性以外，如果有遇到那其中没有包含的怎么办？
DICOM可以增加自己私有的：
比如增加一个属性（attribute）叫“Patient’sMiddleName”。
注意：
（1）如果group的数值是偶数的，则代表的是标准数据字典（standardDICOMDataDictionary）；
如果group的数值是奇数的，则代表的是自定义的私有数据字典。
（2）私有的group数值可以随便设置。
因为私有的group数值是我自己定义的，所以别的DICOM应用可能不能识别这个group是什么含义，但是从它的group是奇数的，可以知道它是私自的。
按照DICOM的规定，不能识别的就会忽略它。
但是如果别的DICOM软件也正好使用了一个（0009,0010）定义了“Physician’sLastName”，就会造成错误。
因此实际中使用private经常会出现问题。
因此使用私有的数据字典的时候要十分地注意。
（三）标准DICOM命令字典（StandardDICOMCOMMANDDictionary）
前面介绍的都是数据元素，但是我们该如何表示对数据的操作？
比如图像的“打印”、“存储”、“Get请求”等？
实际上DICOM命令采用的是和数据一样的编码形式。
且它们们的group数值都是0000，例如（0000,0100）代表的是“commandtype”，而（0000,0110）代表的是“commandmessageid”。
五：
DICOM数据对象（DICOMObjects）
DICOM对象实际上就是由一系列的DICOM元素的组合起来的。
DICOM的数据表示形式
tag
数据形式（VR）
数据长度（L）
数据值（Value）
（0010,0010）
PN
4
Jami
（0010,0040）
CS
1
M
（一）数据元素编码（EncodingDataElements）（转化一系列的二进制表示）
有两种编码方法：
（1）VR隐式编码（implicitVRencoding）（默认采取的），见下图表5
以病人的姓名Smith^Joe为例（以默认的LittleEndian存储表示）。
由于DICOM要求数据的长度为偶数，而“Smith^Joe”现在长度为9，结尾添加空格，变为10，所以其长度为L=10=0x0A。
表5：
VR隐式编码
表6：
VR显式编码例子
从表中可以看出其总共占用了18byte。
（2）VR显式编码（explicitVRencoding）
上面介绍的是VR隐式编码，而VR显式编码与此类似，但它有两种形式：
1>除了（OB,OW,OF,SQ,UT,UN）的VR显式编码
这里VR包含了两个字母,它占用2个byte。
在隐式编码中表示长度的4个字节，被分为VR占2个，长度表示占2个
表7除了（OB,OW,OF,SQ,UT,UN）的VR显式编码
表8除了（OB,OW,OF,SQ,UT,UN）的VR显式编码的例子
2>对于OB,OW,OF,SQ,UT,UN的VR显式编码
这种形式，在VR之后，有两个固定的字节（0x0000），接下来再是4个byte的长度表示。
例如，表示像素值为256*256的图像（一个像素占一个byte，共有256*256=0x00010000字bytes），它的VR为OB，
不能在编码同一个Dicom对象时，不能同时使用隐式的和显式的方法，只能使用统一地一种。
因此在开始编码的时候就要确定采用哪种编码方式。
尽管显式编码看起来有些冗余，它在很多地方都有用处：
（1）可以帮助避免编码错误。
（2）随着DICOM的发展，一些VR可能发生改变，和之前的不一样。
这种情况下，使用VR就保留了原来的值，使程序可以保持对老版本的兼容。
（3）对编码一些非标准VR很重要。
（二）DICOM数据分组编码
DICOM中的元素element都可以被划分为组group。
例如group0010就包含了所有跟病人相关的元素（name,id,weight,age,andsoon）。
Group0028包含了图像相关的元素（width,height,bitandcolordepth），而group7FE0就只包含了图像的像素数据。
奇数的group不包含在DICOMDataDictionary中，它被DICOM厂商用来包含他们自己的专有数据。
当元素被编码到dicom对象时，它们都是按照严格的（group,element）的升序来排的。
一般情况下，常用的一些基本数据的group值都较小，如病人的是0010，这样基实便于它们被找到。
对于DICOM的group“gggg”，它的第一个元素为（gggg,0000），它可以记录所有gggg元素的总长度。
因为所有元素的长度都是偶数的，（gggg,0000）中的长度值也是偶数的。
（gggg,0000）写在一个组的最前面，并且记录了整个组的长度。
它的好处：
（1）如果不需要读gggg这个group时，可以直接根据字节数跳过；因此它可加快DICOM文件的处理过程。
它在处理奇数group数值的时候尤其明显。
因为奇数的group数值自己不能读，可以很快地跳过。
（2）它也可以作为校验。
它的劣处：
在写（gggg,0000）这个元素的时候，你需要知道gggg这个group中所有元素的长度，这意味着这个group中的所有元素必须首先获取到，并且在（gggg,0000）之前已经编码好。
对于DICOM开发者来说，这意味着两件事：
（1）所有的元素都必须编码完成，才能编码object；
（2）修改DICOM对象中一个元素时，就不可避免地修改了它的数值长度，就需要相应的修改它的值。
这样就会带来额来的负担。
在实际处理中，很多DICOM软件会忽略（gggg,0000），或者更坏的情况是写了错误的值。
由于这些原因，group长度这个属性被设置为可选的，你的程序不是必须得写它。
例子：
C-Echo-request（C-Echo-Rq）对象（这是一个DICOM命令对象）
（三）DICOM数据对象的编码
基于前面介绍的数据元素的编码和分组，从而可以知道DICOM对象的编码方法。
因为DICOM对象就是一系列DICOM数据元素的组合。
没有SQ元素的DICOM对象的形式如下图：
（1）SQ序列的DICOM对象的编码
如果DICOM对象中的元素的VR是SQ，则该元素的值可以是一组DICOM对象。
而在这样的DICOM对象元素中，其元素的VR也可以是SQ。
SQ元素的编码方法如下表
说明：
（1）SQ序列中的DICOM对象数据值以（FFFE,E000）开头，接下来有两种情况：
1>DICOM对象数据值有明确的长度；如例1中的第一个和第二个数据对象；
2>DICOM对象数据值没有明确的长度，标记为FFFFFFFF。
如例3中的第二个数据对象;在这种情况下，需要用（FFFE,E0DD）来标识结尾。
（FFFE,E0DD）为一项的值的长度为0，它只是用来标识结尾的。
（2）整个SQ序列也可以有明确的或者不明确的长度
1>例2中，整个序列有确定的长度0x0000A00，长度总和的计算。
2>也可以使用不明确的长度0xFFFFFFFF，因为长度不确定，因此需要在结尾增加标识项（FFFE,E0DD），（FFFE,E0DD）这一项的值的长度也是0;
建议使用隐式编码的方法：
（1）如果计算长度出错，则整个DICOM对象都不可读。
（2）尽管使用明确长度的方法，阅读DICOM时可以很快跳过这一段，但在计算机性能好的今天，这已经微不足道。
编码的时候从下往上：
六：
一些参考资料
（1）DICOM官网：
http:
//dicom.nema.org/
（2）DICOM三大开源库
1>基于C++的dcmtkhttp:
//www.dcmtk.org/
2>基于DCMTK，用C#再次封装（mDCM）
基于C#的fo-dicom（mDCM的升级版）
3>基于java的dcm4che
（3）DICOM医学图像处理专栏
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