Dicom格式文件解析器
Dicom全称是医学数字图像与通讯，这里讲的暂不涉及通讯那方面的问题 只讲*.dcm 也就是diocm格式文件的读取，读取本身是没啥难度的 无非就是字节码数据流处理。只不过确实比较繁琐。
好了 正题
分析
整体结构先是128字节所谓的导言部分，说俗点就是没啥意义的破数据 跳过就是了，然后是dataElement依次排列的方式 就是一个dataElement接一个dataElement的方式排到文件结尾 通俗的讲dataElement就是指tag 就是破Dicom标准里定义的数据字典。tag是4个字节表示的 前两字节是组号后两字节是偏移号 比如0008,0018。所有dataElement在文件中都是按tag排序的 比如0002,0001 0002,0002 0003,0011
文件整体结构如下：
又把论文里的这图贴上来 总结的很好。单个dataElement的结构如下：
显示VR：VR为OB OW OF UT SQ UN的元素结构
|
组号 |
元素号 |
VR |
预留 |
值长度 |
数据元素值 |
|
2 |
2 |
2 |
2（0x00,0x00） |
4 |
由数据长度决定 |
显示VR：VR为普通类型时元素结构（少了预留那一行）
|
组号 |
元素号 |
VR |
值长度 |
数据元素值 |
|
2 |
2 |
2 |
4 |
由数据长度决定 |
隐式VR 时元素结构
|
组号 |
元素号 |
值长度 |
数据元素值 |
|
2 |
2 |
4 |
由数据长度决定 |
要问VR是啥东东 ，值表示法 啥叫值表示法啊 俺不懂 int string short ushort 懂不 就是这个意思，Dicom标准真坑爹 非要整个怪怪的概念。
VR总共27个 跟c#值类型对应关系我都写好了：
1 string getVF(string VR, byte[] VF)
2 {
3 string VFStr = string.Empty;
4 switch (VR)
5 {
6 case "SS":
7 VFStr = BitConverter.ToInt16(VF, 0).ToString();
8 break;
9 case "US":
10 VFStr = BitConverter.ToUInt16(VF, 0).ToString();
11
12 break;
13 case "SL":
14 VFStr = BitConverter.ToInt32(VF, 0).ToString();
15
16 break;
17 case "UL":
18 VFStr = BitConverter.ToUInt32(VF, 0).ToString();
19
20 break;
21 case "AT":
22 VFStr = BitConverter.ToUInt16(VF, 0).ToString();
23
24 break;
25 case "FL":
26 VFStr = BitConverter.ToSingle(VF, 0).ToString();
27
28 break;
29 case "FD":
30 VFStr = BitConverter.ToDouble(VF, 0).ToString();
31
32 break;
33 case "OB":
34 VFStr = BitConverter.ToString(VF, 0);
35 break;
36 case "OW":
37 VFStr = BitConverter.ToString(VF, 0);
38 break;
39 case "SQ":
40 VFStr = BitConverter.ToString(VF, 0);
41 break;
42 case "OF":
43 VFStr = BitConverter.ToString(VF, 0);
44 break;
45 case "UT":
46 VFStr = BitConverter.ToString(VF, 0);
47 break;
48 case "UN":
49 VFStr = Encoding.Default.GetString(VF);
50 break;
51 default:
52 VFStr = Encoding.Default.GetString(VF);
53 break;
54 }
55 return VFStr;
56 }
找个dicom文件在十六进制编辑器下瞧瞧 给你整明白：
所有dataElement从前到后按tag又可简单分段：
| 文件元dataElement | 不受传输语法影响 总是以显示VR方式表示 因为它里面就定义了传输语法 |
| 普通dataElement | 受传输语法影响 显示VR表示方式还是隐式VR表示方式 |
| 像素数据dataElement | 最重要也是最大的一个数据项 其实存储的就是图像数据 |
几个特殊的tag很重要 前面说过了tag就是dicom里定义的字典。文件元dataElement 和跟像素数据相关的dataElement 都很重要，其他的很多 如果全部照顾完的话估计得写上千行switch语句吧，所以没有必要一般我们一般只抓取关键的tag。并且在隐式语法下要确定VR也必须根据字典来确定
关键的tag如下：
1 string getVR(string tag)
2 {
3 switch (tag)
4 {
5 case "0002,0000"://文件元信息长度
6 return "UL";
7 break;
8 case "0002,0010"://传输语法
9 return "UI";
10 break;
11 case "0002,0013"://文件生成程序的标题
12 return "SH";
13 break;
14 case "0008,0005"://文本编码
15 return "CS";
16 break;
17 case "0008,0008":
18 return "CS";
19 break;
20 case "0008,1032"://成像时间
21 return "SQ";
22 break;
23 case "0008,1111":
24 return "SQ";
25 break;
26 case "0008,0020"://检查日期
27 return "DA";
28 break;
29 case "0008,0060"://成像仪器
30 return "CS";
31 break;
32 case "0008,0070"://成像仪厂商
33 return "LO";
34 break;
35 case "0008,0080":
36 return "LO";
37 break;
38 case "0010,0010"://病人姓名
39 return "PN";
40 break;
41 case "0010,0020"://病人id
42 return "LO";
43 break;
44 case "0010,0030"://病人生日
45 return "DA";
46 break;
47 case "0018,0060"://电压
48 return "DS";
49 break;
50 case "0018,1030"://协议名
51 return "LO";
52 break;
53 case "0018,1151":
54 return "IS";
55 break;
56 case "0020,0010"://检查ID
57 return "SH";
58 break;
59 case "0020,0011"://序列
60 return "IS";
61 break;
62 case "0020,0012"://成像编号
63 return "IS";
64 break;
65 case "0020,0013"://影像编号
66 return "IS";
67 break;
68 case "0028,0002"://像素采样1为灰度3为彩色
69 return "US";
70 break;
71 case "0028,0004"://图像模式MONOCHROME2为灰度
72 return "CS";
73 break;
74 case "0028,0010"://row高
75 return "US";
76 break;
77 case "0028,0011"://col宽
78 return "US";
79 break;
80 case "0028,0100"://单个采样数据长度
81 return "US";
82 break;
83 case "0028,0101"://实际长度
84 return "US";
85 break;
86 case "0028,0102"://采样最大值
87 return "US";
88 break;
89 case "0028,1050"://窗位
90 return "DS";
91 break;
92 case "0028,1051"://窗宽
93 return "DS";
94 break;
95 case "0028,1052":
96 return "DS";
97 break;
98 case "0028,1053":
99 return "DS";
100 break;
101 case "0040,0008"://文件夹标签
102 return "SQ";
103 break;
104 case "0040,0260"://文件夹标签
105 return "SQ";
106 break;
107 case "0040,0275"://文件夹标签
108 return "SQ";
109 break;
110 case "7fe0,0010"://像素数据开始处
111 return "OW";
112 break;
113 default:
114 return "UN";
115 break;
116 }
117 }
最关键的两个tag：
0002,0010
普通tag的读取方式 little字节序还是big字节序 隐式VR还是显示VR。由它的值决定
1 switch (VFStr)
2 {
3 case "1.2.840.10008.1.2.1 "://显示little
4 isLitteEndian = true;
5 isExplicitVR = true;
6 break;
7 case "1.2.840.10008.1.2.2 "://显示big
8 isLitteEndian = false;
9 isExplicitVR = true;
10 break;
11 case "1.2.840.10008.1.2 "://隐式little
12 isLitteEndian = true;
13 isExplicitVR = false;
14 break;
15 default:
16 break;
17 }
7fe0,0010
像素数据开始处
整理
根据以上的分析相信解析一个dicom格式文件的过程已经很清晰了吧
第一步:跳过128字节导言部分,并读取"DICM"4个字符 以确认是dicom格式文件
第二步:读取第一部分 也就是非常重要的文件元dataElement 。读取所有0002开头的tag 并根据0002，0010的值确定传输语法。文件元tag部分的数据元素都是以显示VR的方式表示的 读取它的值 也就是字节码处理 别告诉我说你不会字节码处理哈。传输语法 说得那么官方，你就忽悠吧 其实就确定两个东西而已
1字节序 这个基本上都是little字节序。举个例子吧十进制数 35280 用十六进制表示是0xff00 但是存储到文件中你用十六进制编辑器打开你看到的是这个样子00ff 这就是little字节序。平常我们用的x86PC在windows下都是little字节序 包括AMD的CPU。别太较真 较真的话这个问题又可以写篇博客了。
2确定从0002以后的dataElement的VR是显示还是隐式。说来说去0002，0010的值就 那么固定几个 并且只能是那么几个 这些都在那个北美放射学会定义的dicom标准的第六章 有说明 ：
| 1.2.840.10008.1.2 | Implicit VR Little Endian: Default Transfer Syntax for DICOM | Transfer Syntax |
| 1.2.840.10008.1.2.1 | Explicit VR Little Endian | Transfer Syntax |
| 1.2.840.10008.1.2.2 | Explicit VR Big Endian | Transfer Syntax |
上面的那段代码其实就是这个表格的实现，讲到这里你会觉得多么的坑爹啊 是的dicom面向对象的破概念非常烦的。
第三步：读取普通tag 直到搜寻到7fe0,0010 这个最巨体的存储图像数据的 dataElement 它一个顶别人几十个 上百个。我们在前一步已经把VR是显示还是隐式确定 通过前面的图 ，也就是字节码处理而已无任何压力。显示情况下根据VR 和Len 确定数据类型 跟数据长度直接读取就可以了。隐式情况下这破玩艺儿有点烦，只能根据tag 字典确定它是什么VR再才能读取。关于这个字典也在dicom标准的第六章。上面倒数第二段代码已经把重要的字典都列了出来。
第四步：读取灰度像素数据并调窗 以GDI的方式显示出来。 说实话开始我还以为dicom这种号称医学什么影像的专家制定出来的标准 读取像素数据应该有难度吧 结果没想到这么的傻瓜。直接按像素从左到右从上到下 一行行依次扫描。两个字节表示1个像素普通Dicom格式存储的是16位的灰度图像，其实有效数据只有12位，除去0 所以最高值是2047。比如CT值 从-1000到+1000，空气的密度为-1000 水的密度为0 金属的密度为+1000 总共的值为2000
调窗技术：
即把12级灰度的数据 通过调节窗宽窗位并让他在RGB模式下显示出来。还技术呢 说实话这个也是没什么技术含量的所谓的技术，两句代码给你整明白。
调节窗宽窗位到底什么意思，12位的数据那么它总共有2047个等级的灰度 没有显示设备可以体现两千多级的明暗度 就算有我们肉眼也无法分辨更无法诊断。我们要诊断是要提取关键密度值的数据 在医院放射科呆久了你一定经常听医生讲什么骨窗 肺窗 之类的词儿，这就是指的这个“窗”。比如有病人骨折了打了钢板我们想看金属部分来诊断 那么我们应该抓取CT值从800到1000 密度的像素 也就是灰度值 然后把它放到RGB模式下显示，低于800的不论值大小都显示黑色 高于1000的不论值大小都显示白色。
通过以上例子那么这个范围1000-800=200 这个200表示窗宽，800+（200/2）这个表示窗位
一句话，从2047个等级的灰度里选取一个范围放到0~255的灰度环境里显示。
怎样把12位灰度影射到8位灰度显示出来呢，还怎么显示 上面方法都给说明了基本上算半成品了。联想到角度制弧度制，设要求的8位灰度值为x 已知的12位灰度值为y那么：x/255=y/2047 那么x=255y/2047 原理不多讲 等比中项十字相乘法 这个是初中的知识哈。初中没读过的童鞋飘过。。。
原理过程讲完了
代码走起
1 class DicomHandler
2 {
3 string fileName = "";
4 Dictionary<string, string> tags = new Dictionary<string, string>();//dicom文件中的标签
5 BinaryReader dicomFile;//dicom文件流
6
7 //文件元信息
8 public Bitmap gdiImg;//转换后的gdi图像
9 UInt32 fileHeadLen;//文件头长度
10 long fileHeadOffset;//文件数据开始位置
11 UInt32 pixDatalen;//像素数据长度
12 long pixDataOffset = 0;//像素数据开始位置
13 bool isLitteEndian = true;//是否小字节序（小端在前 、大端在前）
14 bool isExplicitVR = true;//有无VR
15
16 //像素信息
17 int colors;//颜色数 RGB为3 黑白为1
18 public int windowWith = 2048, windowCenter = 2048 / 2;//窗宽窗位
19 int rows, cols;
20 public void readAndShow(TextBox textBox1)
21 {
22 if (fileName == string.Empty)
23 return;
24 dicomFile = new BinaryReader(File.OpenRead(fileName));
25
26 //跳过128字节导言部分
27 dicomFile.BaseStream.Seek(128, SeekOrigin.Begin);
28
29 if (new string(dicomFile.ReadChars(4)) != "DICM")
30 {
31 MessageBox.Show("没有dicom标识头，文件格式错误");
32 return;
33 }
34
35
36 tagRead();
37
38 IDictionaryEnumerator enor = tags.GetEnumerator();
39 while (enor.MoveNext())
40 {
41 if (enor.Key.ToString().Length > 9)
42 {
43 textBox1.Text += enor.Key.ToString() + "
";
44 textBox1.Text += enor.Value.ToString().Replace(' ', ' ');
45 }
46 else
47 textBox1.Text += enor.Key.ToString() + enor.Value.ToString().Replace(' ', ' ') + "
";
48 }
49 dicomFile.Close();
50 }
51 public DicomHandler(string _filename)
52 {
53 fileName = _filename;
54 }
55
56 public void saveAs(string filename)
57 {
58 switch (filename.Substring(filename.LastIndexOf('.')))
59 {
60 case ".jpg":
61 gdiImg.Save(filename, System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Jpeg);
62 break;
63 case ".bmp":
64 gdiImg.Save(filename, System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Bmp);
65 break;
66 case ".png":
67 gdiImg.Save(filename, System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Png);
68 break;
69 default:
70 break;
71 }
72 }
73 public bool getImg( )//获取图像 在图像数据偏移量已经确定的情况下
74 {
75 if (fileName == string.Empty)
76 return false;
77
78 int dataLen, validLen;//数据长度 有效位
79 int imgNum;//帧数
80
81 rows = int.Parse(tags["0028,0010"].Substring(5));
82 cols = int.Parse(tags["0028,0011"].Substring(5));
83
84 colors = int.Parse(tags["0028,0002"].Substring(5));
85 dataLen = int.Parse(tags["0028,0100"].Substring(5));
86 validLen = int.Parse(tags["0028,0101"].Substring(5));
87
88 gdiImg = new Bitmap(cols, rows);
89
90 BinaryReader dicomFile = new BinaryReader(File.OpenRead(fileName));
91
92 dicomFile.BaseStream.Seek(pixDataOffset, SeekOrigin.Begin);
93
94 long reads = 0;
95 for (int i = 0; i < gdiImg.Height; i++)
96 {
97 for (int j = 0; j < gdiImg.Width; j++)
98 {
99 if (reads >= pixDatalen)
100 break;
101 byte[] pixData = dicomFile.ReadBytes(dataLen / 8 * colors);
102 reads += pixData.Length;
103
104 Color c = Color.Empty;
105 if (colors == 1)
106 {
107 int grayGDI;
108
109 double gray = BitConverter.ToUInt16(pixData, 0);
110 //调窗代码，就这么几句而已
111 //1先确定窗口范围 2映射到8位灰度
112 int grayStart = (windowCenter - windowWith / 2);
113 int grayEnd = (windowCenter + windowWith / 2);
114
115 if (gray < grayStart)
116 grayGDI = 0;
117 else if (gray > grayEnd)
118 grayGDI = 255;
119 else
120 {
121 grayGDI = (int)((gray - grayStart) * 255 / windowWith);
122 }
123
124 if (grayGDI > 255)
125 grayGDI = 255;
126 else if (grayGDI < 0)
127 grayGDI = 0;
128 c = Color.FromArgb(grayGDI, grayGDI, grayGDI);
129 }
130 else if (colors == 3)
131 {
132 c = Color.FromArgb(pixData[0], pixData[1], pixData[2]);
133 }
134
135 gdiImg.SetPixel(j, i, c);
136 }
137 }
138
139 dicomFile.Close();
140 return true;
141 }
142 void tagRead()//不断读取所有tag 及其值 直到碰到图像数据 (7fe0 0010 )
143 {
144 bool enDir = false;
145 int leve = 0;
146 StringBuilder folderData = new StringBuilder();//该死的文件夹标签
147 string folderTag = "";
148 while (dicomFile.BaseStream.Position + 6 < dicomFile.BaseStream.Length)
149 {
150 //读取tag
151 string tag = dicomFile.ReadUInt16().ToString("x4") + "," +
152 dicomFile.ReadUInt16().ToString("x4");
153
154 string VR = string.Empty;
155 UInt32 Len = 0;
156 //读取VR跟Len
157 //对OB OW SQ 要做特殊处理 先置两个字节0 然后4字节值长度
158 //------------------------------------------------------这些都是在读取VR一步被阻断的情况
159 if (tag.Substring(0, 4) == "0002")//文件头 特殊情况
160 {
161 VR = new string(dicomFile.ReadChars(2));
162
163 if (VR == "OB" || VR == "OW" || VR == "SQ" || VR == "OF" || VR == "UT" || VR == "UN")
164 {
165 dicomFile.BaseStream.Seek(2, SeekOrigin.Current);
166 Len = dicomFile.ReadUInt32();
167 }
168 else
169 Len = dicomFile.ReadUInt16();
170 }
171 else if (tag == "fffe,e000" || tag == "fffe,e00d" || tag == "fffe,e0dd")//文件夹标签
172 {
173 VR = "**";
174 Len = dicomFile.ReadUInt32();
175 }
176 else if (isExplicitVR == true)//有无VR的情况
177 {
178 VR = new string(dicomFile.ReadChars(2));
179
180 if (VR == "OB" || VR == "OW" || VR == "SQ" || VR == "OF" || VR == "UT" || VR == "UN")
181 {
182 dicomFile.BaseStream.Seek(2, SeekOrigin.Current);
183 Len = dicomFile.ReadUInt32();
184 }
185 else
186 Len = dicomFile.ReadUInt16();
187 }
188 else if (isExplicitVR == false)
189 {
190 VR = getVR(tag);//无显示VR时根据tag一个一个去找 真烦啊。
191 Len = dicomFile.ReadUInt32();
192 }
193 //判断是否应该读取VF 以何种方式读取VF
194 //-------------------------------------------------------这些都是在读取VF一步被阻断的情况
195 byte[] VF = { 0x00 };
196
197 if (tag == "7fe0,0010")//图像数据开始了
198 {
199 pixDatalen = Len;
200 pixDataOffset = dicomFile.BaseStream.Position;
201 dicomFile.BaseStream.Seek(Len, SeekOrigin.Current);
202 VR = "UL";
203 VF = BitConverter.GetBytes(Len);
204 }
205 else if ((VR == "SQ" && Len == UInt32.MaxValue) || (tag == "fffe,e000" && Len == UInt32.MaxValue))//靠 遇到文件夹开始标签了
206 {
207 if (enDir == false)
208 {
209 enDir = true;
210 folderData.Remove(0, folderData.Length);
211 folderTag = tag;
212 }
213 else
214 {
215 leve++;//VF不赋值
216 }
217 }
218 else if ((tag == "fffe,e00d" && Len == UInt32.MinValue) || (tag == "fffe,e0dd" && Len == UInt32.MinValue))//文件夹结束标签
219 {
220 if (enDir == true)
221 {
222 enDir = false;
223 }
224 else
225 {
226 leve--;
227 }
228 }
229 else
230 VF = dicomFile.ReadBytes((int)Len);
231
232 string VFStr;
233
234 VFStr = getVF(VR, VF);
235
236 //----------------------------------------------------------------针对特殊的tag的值的处理
237 //特别针对文件头信息处理
238 if (tag == "0002,0000")
239 {
240 fileHeadLen = Len;
241 fileHeadOffset = dicomFile.BaseStream.Position;
242 }
243 else if (tag == "0002,0010")//传输语法 关系到后面的数据读取
244 {
245 switch (VFStr)
246 {
247 case "1.2.840.10008.1.2.1 "://显示little
248 isLitteEndian = true;
249 isExplicitVR = true;
250 break;
251 case "1.2.840.10008.1.2.2 "://显示big
252 isLitteEndian = false;
253 isExplicitVR = true;
254 break;
255 case "1.2.840.10008.1.2 "://隐式little
256 isLitteEndian = true;
257 isExplicitVR = false;
258 break;
259 default:
260 break;
261 }
262 }
263 for (int i = 1; i <= leve; i++)
264 tag = "--" + tag;
265 //------------------------------------数据搜集代码
266 if ((VR == "SQ" && Len == UInt32.MaxValue) || (tag == "fffe,e000" && Len == UInt32.MaxValue) || leve > 0)//文件夹标签代码
267 {
268 folderData.AppendLine(tag + "(" + VR + ")：" + VFStr);
269 }
270 else if (((tag == "fffe,e00d" && Len == UInt32.MinValue) || (tag == "fffe,e0dd" && Len == UInt32.MinValue)) && leve == 0)//文件夹结束标签
271 {
272 folderData.AppendLine(tag + "(" + VR + ")：" + VFStr);
273 tags.Add(folderTag + "SQ", folderData.ToString());
274 }
275 else
276 tags.Add(tag, "(" + VR + "):" + VFStr);
277 }
278 }
279 }
好了收工。
测试下成果
1 if (openFileDialog1.ShowDialog() != DialogResult.OK) 2 return; 3 4 string fileName = openFileDialog1.FileName; 5 6 handler = new DicomHandler(fileName); 7 8 handler.readAndShow(textBox1); 9 10 this.Text = "DicomViewer-" + openFileDialog1.FileName; 11 12 13 backgroundWorker1.RunWorkerAsync();
这里处理gdi位图的时候直接用的setPix 处理速度比较慢所以用了backgroundWorker，实际应用中请使用内存缓冲跟指针的方式
否则效率低了是得不到客户的认可的哦，gdi位图操作可使用lockBits加指针的方式 ，12位的灰度像素数据可以第一次读取后缓存到内存中 以方便后面调窗的快速读取
优化这点代码也不难哈 对指针什么的熟点就行了，前几章都有。
这是ezDicom 经过公认测试的软件 我们来跟他对比一下，打开
调窗测试，我们注意到两个东西 在没有窗宽窗位时 默认窗宽是2047+1即2048 窗位是2048/2即1024
直观的感受是调窗宽像在调图像对比度 ，调窗位像在调图像亮度。
窗宽为255的时候图像是最瑞丽的 因为255其实就是8位图像的默认窗宽。
注意窗位那里有小小区别，ez窗位显示的是根据1024那里为0开始偏移 而我的程序是根据窗宽中间值没有偏移
没有偏移的情况稍微符合逻辑点吧。
但是可以看到原理是一样的 结果是一样的。
源码下载测试dcm文件： 猛击此处
最近也没有以前写的文章那么欢乐了 不知道为什么，长大了 没有以前开心了 呵呵 。
筒子们2013年新年快乐。
这篇文章发布很久了 感谢朋友们的关注，分析讲解跟代码有点混乱 感觉有点敷衍了事纯粹赚人气的感觉 对不住大家了。另外本文的调窗代码是有问题的 升级版本请看《医学影像调窗技术》一文中的改进代码。