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DICOM 文件内容在 Part 3 DICOM IOD 里定义。CT, MR, CR, DR, US, NM, PET, XA 等各有自己的内容定义,由共同的专有的部分 (IE 和 Modules) 组成。
DICOMDIR 由 Part 10 定义。是一种 mini 可变长度数据库文件结构。
过去我手下一个学计算机的非常聪明的印度人问我:图像文件格式不是有 BMP, GIF, TIF 和 JPEG 等等吗,为什么还要定义 DICOM 呢? 我向他解释了好几次最后还是放弃了。 任何图像文件格式无非是由两个部分组成:存参数的 header 和图点数据 (pixel data)。 BMP, JPEG, TIFF 之类的格式的 header 只描述图像的基本参数:如几行、几烈、每点用了几位、有没有压缩、调色板等等。Header 往往是固定长度的。 而医疗影像还要许多其它参数,如病人基本资料、检验基本资料、系列资料、位置资料等等。而且每种 Modality 和每种 image 所需要的内容不一样。因此,一般的图像格式不能用。
DICOM 的 4 个内容层次:
1. Patient (病人)
2. Study (检验)
3. Series (系列)
4. Image (图像)
尽管头几层的内容在很多图像里是相同的,它们在每个图像文件里都要有。 每一层叫一个 Information Entity,或 IE (从 relational database schema 设计引用而来)。每一层又细分成 Module。每个 Module 里面的最小单元叫做一个 attribute 或 element。
现在举个例子:
CR 图像
DICOM Part 3, A.2.3, Table A.2-1
1. Patient IE: a. Patient Module (参考 C.7.1.1)
2. Study IE: a. Study Module (参考 C.7.2.1) b. Patient Study Module (参考 C.7.2.2)
3. Series IE: a. General Series (参考 C.7.3.1) b. CR Series (参考 C.8.1..1) c. General Equipment (参考 C.7.5.1)
4. Image IE: a. Genrral Image (C.7.6.1) b. Image Pixel (C.7.6.3) c. Contrast/bolus (C.7.6.4) d. CR Image (C.8.1.2)
...
i. SOP Common (C.12.1)
将这些 modules (tables) 里的所有 elements 都找出来就做成了一个 CR 图像的架构。 要注意的是这些 module 有些是一定要的 (modatory) 有些是用户选用的 (user)。 到了每个 module 里 attribute/element 表又有分五类 Type 1, 1C, 2, 2C 和 3。 Type 1 是一定要的,2 也是一定要的但是内容可以是空的。Type 3 则可要可不要。 所以浓缩一下,一个 CR 图像里的元素 (elements) 也不是太多。
把这些表格展开后,这些 elements 组成一个 dataset。 那么写到一个文件里或通过网路传送又是个什么格式呢?这就要看 Part 5。
一个元素 (element) 的结构是:
1. group tag: 16-bit
2. element tag: 16-bit
3. length (or VR/length): 32-bit
4. data (bytes of length)
对应每一个用到的 element DICOM 标准 Part 6 都定义了一个 group tag 和 element tag。
比如说: patient name: 0x0010, 0x0010 patient ID: 0x0010, 0x0020 ...
VR 说的是 element 格式,比如说 patinet name 的 VR 是 PN。格式是 last_name^first_name^middle_name^prefix^surfix。那么我的英文名字就是: Wang^JB^^Dr.^
往外写时要做几个事情:
1. 要把所有元素按 group tage 和 element tag 理一遍 (sort)。从小排到大。
2. 如果是写 DICOM 介质的 DICOM file 还先写 128 bytes preamble (一般是空白),加 "DICM", 加 group 2 Meta header。(讲到 Part 10 时再细说)
3. 如果 dataset 里面含有 Sequence elements, sequence 里面每一个 Item 又是一个 dataset。
作业: 有了这些知识,你就可以开始写一个小小的 BMP 到 DICOM 的转化程序。
关键资料:
Modality (0008, 0060): SC
Photometric Interpretation (0028, 0004): RGB
SOP Class UID: 1.2.840.10008.1.5.4.1.1.7
最简单的办法是写一个 structure,然后一个
array. typedef struct DicomElem(short int group_tag, short int element_tag, char VR[4], int length, char data[128]) DicomElem;
DicomElem CRDataSet [] = ( ( 0x0008, 0x0005, "CS", 10, "ISO_IR 100"), ( 0x0008, 0x0008, "CS", 16, "ORIGINAL\PRIMARY"), ... (0x0010, 0x0010, "PN", 16, "My^Test^Image^^ "),
(0x0010, 0x0020, "SH", 6, "123456"),
...
(0,0,"",0,"")
);
void WriteCDImage(FILE *fp)
{
DicomElem elem = CRDataSet[0];
unsigned long int lComboTag;
int nCols, nRows;
unsigned char *pPixelData unsigned long int lPixelLength;
pPixelData = LoadBMPImgeData("MyImage.bmp", nCols, nRows, lPixelLength);
while(CRDataSet.group_tag)
{
lComboTag = (CRDataSet.group_tag << 16) | CRDataSet.element_tag;
switch(lComboTag)
{
case 0x00280010: *((short int *)CRDataSet.data) = nCols;
break;
case 0x00280011: *((short int *)CRDataSet.data) = nRows;
break;
...
}
// Write group and element tag
fwrite(&lComboTag, 1, sizeof(long), fp);
// Write VR
fwrite(CRDataSet.VR, 1, 2, fp);
if (lComboTag != 0x7fe00010)
{
fwrite(CRDataSet.length, 1, sizeof(short), fp);
fwrite(CRDataSet.data, 1, CRDataSet.length, fp);
}
else
{
fwrite(" ", 1, 2, fp);
// Two blank bytes after VR
fwrite(&lPixelLength, 1, sizeof(long), fp);
// Length
fwrite(pPixelData, 1, lPixelLength, fp);
}
i++;
}
}
unsigned char *LoadBMPImgeData(char *fileName, int &nCols, int &nRows, unsigned long &lPixelLength) ( .... )
细节自己去写。
更上一层楼: DICOM 文件读写最难的是两个东西:
o DICOM Sequence
o DICOM Pixel Data
刚刚让大家做的作业里没有 Sequence,pixel data 也很简单。 Sequence 在 C 里的类比是一个 structure 的 array。 是结构套结构。 所以读起来难。更讨厌的是 Sequence 还可以不定义长度, 即长度是 -1。要靠你自己去找 (FFFE, E0DD) 来决定 Sequence 是否结束。 Array 里面的每个 structure 单元就是 DICOM Sequence 里的一个 Item。Item 的开头是一个特定 element (FFFE, E000)。 如果 Item 的长度是 -1, 要靠找到 (FFFE, E00D) 来决定 Item 的结束。 Pixel Data (7fe0, 0010) 是一个特殊的 DICOM element。总是在所有元素的最后面。它个 Sequence 有两个相似的地方: o 长度区总是 32-位 (即 explicit VR 的情况下要在 VR 区后面填两个 bytes,然后再加 4-bytes 的长度。 o 如图像是压缩的,每幅图用一个 item 来存。 第一个 item 是个 offset table。每幅图的 offset 是一个 dword (4 bytes),第一幅图的 offset 是 0。
DICOM 介质与 DICOMDIR:
DICOM 图像通过 Store SCU/SCP 来传的时候最小的组是 (0008, xxxx),一般头一个 element 是 (0008, 0000) 或 (0008, 0005)。 而存在介质上 (如光盘,硬盘和 MOD),则要加两套东西:
1. Preamble 和 DICOM signature: 128 bytes (一般是空的) 后面跟 DICM。
2. Meta header: group (0002, xxxx) 的十几个 elements. 看 DICOM Part 10。 DICOMDIR 是一个可变长度 迷你 database 文件。由 group (0002, xxxx) 和 group (0004, xxxx) 为主题。描述的是一个 4 层的树状结构 (tree structure)。 1. Patient 2. Study
3. Series 4. Image 除了用 DICOM 惯用的 Sequene 外还用了 offset 来做 linked list。所以读写起来比较麻烦。请看 DICOM Part 10。
DICOM 的中文支持: DICOM 本身可以支持任何文字。应用程序则可能无法破译。 DICOM 图像用中文是可以通过下列方法实现: (0008,0005)设 "GB2312" 或 “Big5"。 所有文字用双字节 GB 或 Big 5 码。 大部分的 DICOM 控件用起来都会有问题。国标用的是 8-bit bytes 而非 7-bit printable ASCII。 ANSI 字串函数如 sprintf, sscanf 会将最高一个 bit 削掉。要改写成支持 wide character 的才行。