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1、DICOM资料整理一：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。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(DICOM Information Object Definitions)。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(attr

2、ibute)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, Value REpresentation).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）PN4Jami（0010, 0040）CS1M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(28 = 256)种可能，取值范围为0255。计算机存储、

3、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（Big Endian）与小端模式（Little Endian order）大端模式（Big-Endian）就是高位字节排放在内存的

4、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, Value Representations)。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

5、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“SmithJoe”就会被处理成“SmithJoe ”。（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Little Endian或者High Endian，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

6、表病人的姓名，一般组成形式为 FamilyNameGivenNameMiddleNameNamePre xNameSu x 例：“John Smith” “SmithJohn”。（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 (Unique Identifiers)，是DICOM数据对象的唯一标识。（8）SQ (Sequencing Data Sets)，DICOM对象中的元素也可以是DICOM对象。（9）UN （代表Unknown Value）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（DICOMDICOM Data

7、 Dictionary） （一）DICOM标准数据字典（standard DICOM Data Dictionary）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（attribute

8、Name），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（Data element Value Multiplicity） 规定了这种属性的元素可以包含一个或者多个数据值defines whether the related element may contain only one value of its type, or several.例如“Other Patient Names”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？

9、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：“Patient John Smith, Male, born on August 6, 1954”.这里面有3个element“Patient Name” (010,0010)“Patients Sex” (0010,0040)“Patients Birth Date” (0010,0030).它们的VRs分别为 PN, CS, DADICOM Encoding的结果为:(0010,0010)SmithJohn (0010,003

10、0)19540806 (0010,0040)M其中它们的数值得符合VR（二）私有数据字典（Private DICOM Data Dictionary）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“Patients Middle Name”。注意：（1）如果group的数值是偶数的，则代表的是标准数据字典（standard DICOM Data Dictionary）； 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

11、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“Physicians Last Name”，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（Standard DICOM COMMAND Dictionary）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

12、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“command type”，而（0000, 0110）代表的是“command message id”。五：DICOM数据对象（DICOM Objects）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）PN4Jami（0010, 0040）CS1M（一）数据元素编码（Encoding Data Elements）（转化一系列的二进制表示） 有两种编码方法：

13、 （1） VR隐式编码（implicit VR encoding）（默认采取的），见下图表 5以病人的姓名SmithJoe为例（以默认的Little Endian存储表示）。由于DICOM要求数据的长度为偶数，而“SmithJoe”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（explicit VR encoding） 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

14、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

15、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group 0010就包含了所有跟病人相关的元素（name, id, weight, age , and so on）。Group 0028包含了图像相关的元素（wid

16、th, height, bit and color depth），而group 7FE0就只包含了图像的像素数据。奇数的group不包含在DICOM Data Dictionary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

17、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

18、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：

19、（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：1DICOM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；2DICOM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

20、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dcmtk http:/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